一種平衡車及其控制方法
2023-04-27 23:52:01 4
一種平衡車及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及平衡車領域，具體涉及一種踏板控制運動的平衡車及其控制方法。
【背景技術】
[0002]電動平衡車，又叫體感車、思維車、攝位車等，主要有獨輪和雙輪兩類。其運作原理主要是建立在一種被稱為「動態穩定」 (Dynamic Stabilizat1n)的基本原理上，利用車體內部的陀螺儀和加速度傳感器，來檢測車體姿態的變化，並利用伺服控制系統，精確地驅動電機進行相應的調整，以保持踏板的平衡。該陀螺儀板固定於車體內部，與水平面平行。當駕駛者身體前傾時，車子就會前行，當身體後仰時就會後退。平衡車是現代人用來作為代步工具、休閒娛樂的一種新型的綠色環保的產物。
[0003]對於傳統的兩輪載人平衡車的轉向方法目前有兩種:
[0004]第一、通過可以左右搖擺的扶手來實現。這種轉向系統通過扶手左右搖擺時，帶動霍爾傳感器轉動致使電壓升降來實現左右電機差速實現轉向；上述轉向系統操作雖然簡單，但是普通人會誤以為是汽車的方向盤，不但容易錯誤操作，而且容易作為扶手而用力向前傾斜過多而導致摔跤;另外，這種方式轉向系統顯得過於機械化，無法體現出平衡車依靠重心前後移動的智能化，也不能解放雙手。
[0005]第二、通過兩個輪子中間的轉軸來實現轉向的。這種車俗稱「扭扭車」，其依靠中間的轉軸的轉動實現陀螺儀的翻轉形成左右輪的差速來實現扭扭車的轉向；上述轉向系統操作雖然簡單，但是中間的轉軸容易由於使用時間長，內部的黃油耗盡或者鋼管生鏽而影響轉向。這種轉軸的設計方法既不容易保養維修，也不能長時間工作。另外在扭扭車的高速運行時和快速轉彎時容易產生左右晃動，致使用戶失去平衡而跌落，造成安全隱患。
【發明內容】
[0006]本發明要解決的技術問題在於，針對現有技術的上述缺陷，提供一種平衡車，提昇平衡車代步的穩定性和安全性。
[0007]本發明要解決的技術問題在於，針對現有技術的上述缺陷，提供一種平衡車的控制方法，提昇平衡車代步的穩定性和安全性。
[0008]本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:提供一種平衡車，該平衡車包括動力模塊，該動力模塊用於控制平衡車移動、轉彎，還包括:
[0009]基座，該動力模塊設置在基座上；
[0010]踏板模塊，該踏板模塊包括分別設置在基座的左右兩側的兩個踏板，以及設置在踏板與基座之間的轉軸機構和伸縮件，該踏板通過轉軸機構前後翻轉式設置在基座上，該伸縮件分別設置在踏板的前後兩側；
[0011]感應模塊，該兩個踏板的相應位置上均設置有獨立的感應模塊，該感應模塊用於感應對應踏板的傾斜角度；
[0012]控制模塊，該控制模塊分別與兩個感應模塊和動力模塊連接，該控制模塊根據傾斜角度及其差值控制動力模塊。
[0013]其中，較佳方案是:該伸縮件為伸縮彈簧。
[0014]其中，較佳方案是:該伸縮件為彈性膠柱。
[0015]其中，較佳方案是:該踏板的前後兩側均設置有兩個伸縮件。
[0016]其中，較佳方案是:該基座上設置有與伸縮件配合設置的限位結構，該限位結構用於防止伸縮件在工作時脫落或者滑出。
[0017]其中，較佳方案是:該感應模塊為設置在踏板上水平陀螺儀，該水平陀螺儀用於將放大踏板前後翻轉時的動作姿態。
[0018]其中，較佳方案是:該感應模塊為壓力傳感器，該壓力傳感器與伸縮機構接觸，該壓力傳感器用於感應伸縮機構施加在壓力傳感器上的壓力。
[0019]本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:提供一種平衡車的控制方法，該平衡車包括動力模塊，該動力模塊用於控制平衡車移動、轉彎，該平衡車還包括基座和兩個踏板，該踏板前後翻轉式設置在基座的左右兩側，該動力模塊設置在基座上，該控制方法包括步驟:
[0020]分別檢測兩個踏板的傾斜角度及其差值；
[0021]根據兩個踏板的傾斜角度，控制平衡車移動的速度；
[0022]根據兩個踏板的傾斜角度的差值，控制平衡車轉彎的彎度大小。
[0023]其中，較佳方案是:該包括一保護機制，該保護機制包括設置平衡車移動的速度的最大值和加速度，以及設置平衡車轉彎的彎度大小的最大值和變化速度。
[0024]本發明的有益效果在於，與現有技術相比，本發明通過設計一種平衡車，在基座上設置兩個踏板，控制模塊根據傾斜角度及其差值控制動力模塊的電機輸出，實現平衡車前後移動和左右轉彎，使平衡車無需手把或者轉軸，直接依靠體感控制平衡車，更加智能化和人性化;同時，踏板通過伸縮件實現復位，提高平衡車的穩定性和舒適性。
【附圖說明】
[0025]下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中:
[0026]圖1是本發明平衡車的結構示意圖；
[0027]圖2是本發明平衡車的電路框圖；
[0028]圖3是本發明平衡車的控制方法框圖。
【具體實施方式】
[0029]現結合附圖，對本發明的較佳實施例作詳細說明。
[0030]在本發明中，提及的前後、左右是相對於平衡車的水平方向而言，前後是指平衡車直線運動的方向。
[0031]如圖1和圖2所示，本發明提供一種平衡車的優選實施例。
[0032]一種平衡車，包括動力模塊50，動力模塊50用於控制平衡車移動、轉彎，還包括基座10、踏踏板模塊、感應模塊30和控制模塊40，該動力模塊50、踏踏板模塊和控制模塊40均設置在基座10上，該感應模塊30設置在踏踏板模塊上，該控制模塊40分別與感應模塊30和動力模塊50，感應模塊30用於感應踏踏板模塊並形成感應信號，控制模塊40接收感應信號並進行分析、處理形成控制信號，並控制動力模塊50進行相應操作。
[0033]其中，動力模塊50包括若干車輪以及與車輪對應設置的獨立電機，車輪受獨立電機控制進行轉動；平衡車包括獨輪平衡車、雙輪平衡車、多輪平衡車(一般為四輪，或者六輪、八輪等)，感應模塊30用於感應踏踏板模塊並形成感應信號，控制模塊40接收感應信號並進行分析、處理形成控制信號，並控制不同的獨立電機帶動車輪轉動。
[0034]對基座10、踏板模塊、感應模塊30和控制模塊40的具體描述如下:
[0035]在本實施例的基座10中，基座10是平衡車的主構架，平衡車的所有相關部件直接或間接安裝在基座10上，如動力模塊50、踏板模塊、感應模塊30和控制模塊40;同時，車輪設置在基座10上，以雙輪平衡車為例，雙輪分別設置在基座10的左右兩側。
[0036]在本實施例的踏板模塊中，踏板模塊包括分別設置在基座10的左右兩側的兩個踏板21，以及設置在踏板21與基座10之間的轉軸232機構23和伸縮件22，該踏板21通過轉軸232機構23前後翻轉式設置在基座10上，該伸縮件22分別設置在踏板21的前後兩側。
[0037]其中，踏板21優選為金屬腳踏板，轉軸232機構23設置在踏板21中間。同時，踏板21的翻轉角度設置一最大翻轉角度，通過伸縮件22進行限位或者設置對應的限制結構進行限位。優選地，踏板21的最大翻轉角度為1度。
[0038]進一步地，踏板21的前後兩側均設置有若干伸縮件22，優選為兩個，即踏板21的四個角落均設置有一伸縮件22，伸縮件22用於在踏板21前後翻轉時恢復水平位置，以及在踏板21前後翻轉進行限位，防止踏板21過度翻轉。
[0039]優選地，伸縮件22為伸縮彈簧;或者，伸縮件22為彈性膠柱;或者，伸縮件22為金屬壓塊。其中，伸縮彈簧為形變程度較小的彈簧，便於用戶站在踏板21並保持平衡。
[0040]進一步地，基座10上設置有與伸縮件22配合設置的限位結構，限位結構用於防止伸縮件22在工作時脫落或者滑出。限位結構包括限位柱31，限位柱31穿設到伸縮件22的正中央，如伸縮彈簧的中心；或者，限位結構為設置在凹槽32，伸縮件22容置於凹槽32內。同時，限位結構還包括一固定件，固定件將伸縮件22固定在基板上。或者，還能採用伸縮件22與基板固定設置方式，如焊接焊死，將伸縮件22固定在基板上。
[0041 ] 其中，限位柱31和凹槽32同時設置。
[0042]其中，限位柱31為I?2cm。
[0043]進一步地，轉軸232機構23包括設置在兩端的固定座233、設置在兩固定座233之間的轉軸232、以及設置在轉軸232上並與踏板21固定連接的連接塊231，該轉軸232轉動設置在兩固定座233之間，或者該連接塊231轉動設置在轉軸232上。即轉軸232轉動設置在兩固定座233之間，固定座233包括一容易容置轉軸232的轉軸232孔，連接塊231固定在轉軸232上，轉軸232轉動時，帶動連接塊231、踏板21前後翻轉;或者，轉軸232固定在兩固定座233之間，連接塊231轉動設置在轉軸232上，連接塊231轉動時，帶動踏板21前後翻轉。
[0044]同時，由於踏板21需前後翻轉，即轉軸232需要在基板上左右設置。以及為保證踏板21的翻轉的穩定性，轉軸232上設置兩個具有一定間隔的連接塊231。
[0045]在本實施例的感應模塊30中，兩個踏板21的相應位置上均設置有獨立的感應模塊30，該感應模塊30用於感應對應踏板21的傾斜角度。
[0046]優選地，感應模塊30為設置在踏板21上水平陀螺儀，該水平陀螺儀用於將放大踏板前後翻轉時的動作姿態，實現對踏板21的實時變化的監控。水平陀螺儀設置在踏板21上，用於檢測踏板21角度變化，並將感應信號發送到控制模塊40中。
[0047]或者，感應模塊30為壓力傳感器，該壓力傳感器與伸縮機構接觸，該壓力傳感器用於感應伸縮機構施加在壓力傳感器上的壓力，並將壓力信號發送到控制模塊40中，通過檢測壓力從而反映對應踏板21的傾斜角度。同時，壓力傳感器設置在踏板21上或者設置在基板上。
[0048]或者，感應模塊30為角度傳感器。
[0049]其中，傾斜角度一般指相對於水平方向的傾斜度，但是，感應模塊30為壓力傳感器時，傾斜度為踏板21相對於基板的傾斜度，由於平衡車工作時，基板處於水平方向，傾斜度為踏板21相對於基板的傾斜度也就是相對於水平方向的傾斜度。
[0050]在本實施例的控制模塊40中，控制模塊40分別與兩個感應模塊30和動力模塊50連接，該控制模塊40根據傾斜角度及其差值控制動力模塊50，控制平衡車移動、轉彎。
[0051 ]踏板21包括第一踏板211和第二踏板212，每一個踏板21均設置有一獨立的感應模塊30，感應模塊30分別檢測對應踏板21的傾斜角度，根據傾斜角度控制動力模塊50工作。
[0052]在本發明中，提供一種較佳方案:基座10包括一安裝槽11，該踏板模塊設置在安裝槽11內。同時裝槽11用於容置轉軸232機構23。為了使平衡車整體顯得比較薄，將四個彈簧的安裝位置做下沉處理，讓其內嵌入基板內，即設置一凹槽。
[0053]在本發明中，提供一種較佳方案:還包括一防水墊，該防水墊包裹設置在整個踏板21的外側。使雨水或者灰塵可能會進入車體內部。
[0054]如圖3所示，本發明提供一種平衡車的控制方法的優選實施例。
[°°55] 一種平衡車的控制方法，該平衡車包括動力模塊50，該動力模塊50用於控制平衡車移動、轉彎，其特徵在於，該平衡車還包括基座10和兩個踏板21，該踏板21前後翻轉式設置在基座1的左右兩側，該動力模塊50設置在基座1上，該控制方法包括步驟:
[0056]分別檢測兩個踏板21的傾斜角度及其差值；
[0057]根據兩個踏板21的傾斜角度，控制平衡車移動的速度；
[0058]根據兩個踏板21的傾斜角度的差值，控制平衡車轉彎的彎度大小。
[0059]具體地，踏板21包括第一踏板211和第二踏板212，分別檢測第一踏板211的傾斜角度Dl和第二踏板212的傾斜角度D2，根據Dl和D2的傾斜角度，控制平衡車移動的速度。一般而言，每一度的傾斜角度對應的速度不同。
[0060]同時，傾斜角度存在一最小變化值，但踏板21傾斜度變化沒有達到最小變化值時，平衡車移動的速度不變。
[0061]當Dl和D2存在差值時，平衡進行轉彎，轉彎角度的大小由差值大小決定。一般而言，差值大小一最小變化值為最小單位，當差值沒有達到最小單位時，不會轉彎。也就是左右車輪的運動速度不同，導致平衡車轉彎。
[0062]進一步地，控制方法還包括一保護機制，該保護機制包括設置平衡車移動的速度的最大值和加速度，以及設置平衡車轉彎的彎度大小的最大值和變化速度。
[0063]同時，平衡車轉彎的彎度大小的變化速度是指:當Dl和D2的差值急劇增大時，如左側車輪高速運動，控制右側車輪速度的踏板21恢復水平位置，右側車輪的速度不會馬上變成零，其加速度存在安全值，使平衡車以預設的最大彎度大小轉彎，防止用戶由於慣性摔倒。
[0064]以上所述者，僅為本發明最佳實施例而已，並非用於限制本發明的範圍，凡依本發明申請專利範圍所作的等效變化或修飾，皆為本發明所涵蓋。
【主權項】
1.一種平衡車，該平衡車包括動力模塊，該動力模塊用於控制平衡車移動、轉彎，其特徵在於，還包括: 基座，該動力模塊設置在基座上； 踏板模塊，該踏板模塊包括分別設置在基座的左右兩側的兩個踏板，以及設置在踏板與基座之間的轉軸機構和伸縮件，該踏板通過轉軸機構前後翻轉式設置在基座上，該伸縮件分別設置在踏板的前後兩側； 感應模塊，該兩個踏板的相應位置上均設置有獨立的感應模塊，該感應模塊用於感應對應踏板的傾斜角度； 控制模塊，該控制模塊分別與兩個感應模塊和動力模塊連接，該控制模塊根據傾斜角度及其差值控制動力模塊。2.根據權利要求1所述的平衡車，其特徵在於:該伸縮件為伸縮彈簧。3.根據權利要求1所述的平衡車，其特徵在於:該伸縮件為彈性膠柱。4.根據權利要求2或3所述的平衡車，其特徵在於:該踏板的前後兩側均設置有兩個伸縮件。5.根據權利要求2或3所述的平衡車，其特徵在於:該基座上設置有與伸縮件配合設置的限位結構，該限位結構用於防止伸縮件在工作時脫落或者滑出。6.根據權利要求1所述的平衡車，其特徵在於:該感應模塊為設置在踏板上水平陀螺儀，該水平陀螺儀用於將放大踏板前後翻轉時的動作姿態。7.根據權利要求1所述的平衡車，其特徵在於:該感應模塊為壓力傳感器，該壓力傳感器與伸縮機構接觸，該壓力傳感器用於感應伸縮機構施加在壓力傳感器上的壓力。8.根據權利要求1所述的平衡車，其特徵在於:該轉軸機構包括設置在兩端的固定座、設置在兩固定座之間的轉軸、以及設置在轉軸上並與踏板固定連接的連接塊，該轉軸轉動設置在兩固定座之間，或者該連接塊轉動設置在轉軸上。9.一種平衡車的控制方法，該平衡車包括動力模塊，該動力模塊用於控制平衡車移動、轉彎，其特徵在於，該平衡車還包括基座和兩個踏板，該踏板前後翻轉式設置在基座的左右兩側，該動力模塊設置在基座上，該控制方法包括步驟: 分別檢測兩個踏板的傾斜角度及其差值； 根據兩個踏板的傾斜角度，控制平衡車移動的速度； 根據兩個踏板的傾斜角度的差值，控制平衡車轉彎的彎度大小。10.根據權利要求9的控制方法，其特徵在於:該包括一保護機制，該保護機制包括設置平衡車移動的速度的最大值和加速度，以及設置平衡車轉彎的彎度大小的最大值和變化速度。
【專利摘要】本發明涉及平衡車領域，具體涉及一種踏板控制運動方式的平衡車。包括：基座，該動力模塊設置在基座上；踏板模塊，該踏板模塊包括分別設置在基座的左右兩側的兩個踏板；感應模塊，在這兩個踏板的相應位置上均設置有獨立的感應模塊；控制模塊，該控制模塊分別與兩個感應模塊和動力模塊連接，該控制模塊根據這兩個踏板的傾斜角度及其差值控制動力模塊。本發明還涉及一種平衡車的控制方法。本發明通過設計一種平衡車，在其車體的基座上設置兩個踏板，控制模塊根據踏板的傾斜角度及其差值控制動力模塊的電機輸出，實現平衡車的前後移動和左右轉彎，使平衡車無需轉向手把或者轉軸，直接依靠體感控制平衡車，更加地智能化和人性化。
【IPC分類】B62J25/00, B62M6/45
【公開號】CN105711726
【申請號】CN201610244396
【發明人】朱永剛
【申請人】朱永剛