CN105151193B - 基于人体重力感应控制行车速度和方向的体感车及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于人体重力感应控制行车速度和方向的体感车及方法。体感车包括微处理器、至少1个驱动电机、至少4个车轮和至少4个压力传感器。方法包括步骤利用至少4个压力传感器采集的不同压力数据决定车行的方向和/或速度。本发明由于一方面采用至少四轮结构，行驶过程平衡性能更好，有效避免出现倾斜造成突然加速或减速，造成使用者跌落，从而有效杜绝了安全隐患；第二方面由于采用了压力传感器感应人体姿势，底板可以设置在较低的位置，从而提高安全性；最后本发明占用空间小。本发明可广泛应用于各种体感车。

Description

基于人体重力感应控制行车速度和方向的体感车及方法

技术领域

本发明涉及体感车领域，尤其涉及一种站立行驶的体感车及体感车驱动方法。

背景技术

现有技术中的平衡车，又叫体感车、思维车、摄位车等。市场上主要有独轮和双轮两类。其运作原理主要是建立在一种被称为“动态稳定”（Dynamic Stabilization）的基本原理上，利用车体内部的陀螺仪和加速度传感器，来检测车体姿态的变化，并利用伺服控制系统，精确地驱动电机进行相应的调整，以保持系统的平衡。其运作原理主要是建立在一种被称为“动态稳定”（DynamicStabilization）的基本原理上，也就是车辆本身的自动平衡能力。以内置的精密固态陀螺仪（Solid-StateGyroscopes）来判断车身所处的姿势状态，透过精密且高速的中央微处理器计算出适当的指令后，驱动马达来做到平衡的效果。

现有技术的站姿行驶体感车存在以下缺陷：

1.安全性差。由于采用独轮或双轮结构，行驶过程中容易出现不平衡，或出现倾斜造成突然加速或减速，造成使用者跌落，存在安全隐患；

2.底板高。由于使用陀螺仪或加速传感器检测车体姿态变化，势必需要底板（或脚踏板）设置在较高的位置以预留倾斜的空间，而底板越高安全性越差。

3.占用空间大。由于底板高，现有体感车难以做成小体积。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种安全性高，并可实现低底板、小空间设计的体感车。

为了解决上述技术问题，本发明的另一个目的是提供一种安全性高，并可实现低底板、小空间设计的体感车驱动方法。

本发明所采用的技术方案是：

基于人体重力感应控制行车速度和方向的体感车，其包括微处理器、至少1个驱动电机、至少4个车轮和至少4个压力传感器，所述至少4个压力传感器的输出端均与微处理器的输入端连接，所述微处理器的输出端与驱动电机的输入端连接，所述驱动电机的输出端与至少一个车轮连接。

优选的，所述体感车包括2个驱动电机、4个车轮和4个压力传感器，所述4个压力传感器设置在体感车脚踏位置用于感应脚踏的压力，所述4个车轮分别为左前轮、右前轮、左后轮和右后轮，所述2个驱动电机用于根据4个压力传感器采集的数据驱动至少2个车轮。

优选的，所述2个驱动电机用于根据4个压力传感器采集的数据分别驱动左前轮和右后轮。

优选的，所述体感车脚踏位置具体为：左前脚掌位置、左后脚跟位置、右前脚掌位置和右后脚跟位置。

优选的，所述左后轮和右后轮均为万向从动轮。

优选的，所述体感车还包括电源，所述电源为体感车内部提供工作电源。

基于人体重力感应控制行车速度和方向的体感车驱动方法，其包括步骤：S1，利用至少4个压力传感器采集的不同压力数据决定车行的方向和/或速度。

优选的，所述步骤S1具体包括子步骤：S11，在体感车脚踏的4个位置：左前脚掌位置、左后脚跟位置、右前脚掌位置和右后脚跟位置分别设置压力传感器；S12，采集4个压力传感器的数据，并根据压力传感器的数据关系控制驱动电机的转速，从而控制车行的方向和速度。

优选的，所述步骤S12具体为：采集4个压力传感器的数据，并根据压力传感器的数据、人体重量和参考最高速度的关系控制驱动电机的转速，从而控制车行的方向和速度。

优选的，步骤S11所述左前脚掌位置、左后脚跟位置、右前脚掌位置和右后脚跟位置的压力传感器采集的数据分别为G11、G12、G21、G22，人体重量为G，最高速度为V，步骤S12所述驱动电机为左驱动电机和右驱动电机，左驱动电机的转速为V1，右驱动电机的转速为V2；所述步骤S12具体为：左驱动电机的转速满足关系式：V1=（G21-G22）/G*V或V1=（G21-G22）/G*2V；右驱动电机的转速满足关系式：V2=（G11-G12）/G*V或V2=（G11-G12）/G*2V。

本发明的有益效果是：

本发明由于一方面采用至少四轮结构，行驶过程平衡性能更好，有效避免出现倾斜造成突然加速或减速，造成使用者跌落，从而有效杜绝了安全隐患；第二方面由于采用了压力传感器感应人体姿势，底板可以设置在较低的位置，从而提高安全性；最后本发明占用空间小，而且结构简单，具有良好的经济和社会效益。

本发明可广泛应用于各种体感车。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明一种实施例的电路结构图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

人站立的时候，人在前倾、后倾或者斜倾等不同站姿的时候， 因重心位置不同，人的两只脚所受的重力会不同，每只脚的前后脚掌所受的重力也不同。如果我们在每只脚的前后脚掌下，各放一个重力感应器，根据人体站姿不同，两只脚的四个重力感应器会分别测出不同的重量。本电动体感车通过放置于两脚下的四个重力感应器，来感应人体的站姿变化和人体倾斜方向，从而控制两个马达（驱动电机）产生不同转速，来实现体感车的前进后退和转向。具体的，是以每个脚的两个重力感应器控制一个马达的转速。具体结构如下。

基于人体重力感应控制行车速度和方向的体感车，其包括微处理器、至少1个驱动电机、至少4个车轮和至少4个压力传感器，所述至少4个压力传感器的输出端均与微处理器的输入端连接，所述微处理器的输出端与驱动电机的输入端连接，所述驱动电机的输出端与至少一个车轮连接。

优选的，所述体感车包括2个驱动电机、4个车轮和4个压力传感器，所述4个压力传感器设置在体感车脚踏位置用于感应脚踏的压力，所述4个车轮分别为左前轮、右前轮、左后轮和右后轮，所述2个驱动电机用于根据4个压力传感器采集的数据驱动至少2个车轮。

优选的，所述2个驱动电机用于根据4个压力传感器采集的数据分别驱动左前轮和右后轮。

优选的，所述体感车脚踏位置具体为：左前脚掌位置、左后脚跟位置、右前脚掌位置和右后脚跟位置。

优选的，所述左后轮和右后轮均为万向从动轮。

所述体感车还包括电源，所述电源为体感车内部各部件提供工作电源。

基于人体重力感应控制行车速度和方向的体感车驱动方法，其包括步骤：S1，利用至少4个压力传感器采集的不同压力数据决定车行的方向和/或速度。

优选的，所述步骤S1具体包括子步骤：S11，在体感车脚踏的4个位置：左前脚掌位置、左后脚跟位置、右前脚掌位置和右后脚跟位置分别设置压力传感器；S12，采集4个压力传感器的数据，并根据压力传感器的数据关系控制驱动电机的转速，从而控制车行的方向和速度。

优选的，所述步骤S12具体为：采集4个压力传感器的数据，并根据压力传感器的数据、人体重量和参考最高速度的关系控制驱动电机的转速，从而控制车行的方向和速度。引入人体重量和参考最高速度参数，可有效保障体感车的安全，例如，可设置最高速度为15km/h。

优选的，步骤S11所述左前脚掌位置、左后脚跟位置、右前脚掌位置和右后脚跟位置的压力传感器采集的数据分别为G11、G12、G21、G22，人体重量为G，最高速度为V，步骤S12所述驱动电机为左驱动电机和右驱动电机，左驱动电机的转速为V1，右驱动电机的转速为V2；所述步骤S12具体为：左驱动电机的转速满足关系式：V1=（G21-G22）/G*V或V1=（G21-G22）/G*2V；右驱动电机的转速满足关系式：V2=（G11-G12）/G*V或V2=（G11-G12）/G*2V。

下面具体叙述本方法的实现过程：

假设人体的总重量是G，左脚的前后感应器测出的重力数据分别为G11和G12，而右脚的前后重力感应器对应的重力数据分别为G21和G22， 则人体总重量G=G11+G12+G21+G22。根据G11/G， G12/G，G13/G， G14/G的重力比例，可以检测人体站立时候身体的倾斜方向。

体感车的两个前轮（左前轮和右前轮）分别由两个减速马达（驱动电机）直接控制，后轮为两个从动的万向轮。车子前进速度是取决轮子的转速，而体感车的转向是利用左右两个前轮的速度差来实现。左前轮的驱动电机为M1，右前轮的驱动电机为M2。根据人倾斜时的姿态和车的实际转向的使用习惯，本实施例用左脚的重力（G11，G12）来控制右轮电机M2的转速和转向。而用右脚的重力（G21，G22）来控制左轮M1的转速和转向。

假设设定一个参考最高转速V，左轮电机的转速V1=（G21-G22）/G*2V，右轮电机转速V2-（G11-G12）/G*V。如果V1、V2均为正，则车前进；反之则后退。如果V1=V2，则车子为直行，如果V1不等于V2，因为速度差的关系，则车子转弯。

如果人体垂直站立，因为G11=G12=G21=G22，则V1，V2速度为0，车辆停止。

如果人体前倾，假设G11=G21=0.5G，G12=G22=0，则 V1=V2=0.5V，车辆直线前进。

如果人体左倾，假设G11=G，G12=G21=G22。则，V1=0，V2=V， 车辆左转。

依次类推。

驱动电机因电流不同而转速不同。压力感应器的数据通过微型处理器计算后，由微处理器计算驱动电机的电流，控制驱动电机的转向与转速。

本发明由于一方面采用至少四轮结构，行驶过程平衡性能更好，有效避免出现倾斜造成突然加速或减速，造成使用者跌落，从而有效杜绝了安全隐患；第二方面由于采用了压力传感器感应人体姿势，底板可以设置在较低的位置，从而提高安全性；最后本发明占用空间小，而且结构简单，具有良好的经济和社会效益。

本发明可广泛应用于各种体感车。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.基于人体重力感应控制行车速度和方向的体感车，其特征在于：其包括微处理器、至少1个驱动电机、至少4个车轮和至少4个压力传感器，所述至少4个压力传感器的输出端均与微处理器的输入端连接，所述微处理器的输出端与驱动电机的输入端连接，所述驱动电机的输出端与至少一个车轮连接；所述体感车包括2个驱动电机、4个车轮和4个压力传感器，所述4个压力传感器设置在体感车脚踏位置用于感应脚踏的压力，所述4个车轮分别为左前轮、右前轮、左后轮和右后轮，所述2个驱动电机用于根据4个压力传感器采集的数据驱动至少2个车轮；所述2个驱动电机用于根据4个压力传感器采集的数据分别驱动左前轮和右前轮。

2.根据权利要求1所述的基于人体重力感应控制行车速度和方向的体感车，其特征在于：所述体感车脚踏位置具体为：左前脚掌位置、左后脚跟位置、右前脚掌位置和右后脚跟位置。

3.根据权利要求2所述的基于人体重力感应控制行车速度和方向的体感车，其特征在于：所述左后轮和右后轮均为万向从动轮。

4.根据权利要求1至3任一项所述的基于人体重力感应控制行车速度和方向的体感车，所述体感车还包括电源，所述电源为体感车内部提供工作电源。

5.基于人体重力感应控制行车速度和方向的体感车驱动方法，其特征在于，其包括步骤：S1，利用至少4个压力传感器采集的不同压力数据决定车行的方向和/或速度；

所述步骤S1具体包括子步骤：

S11，在体感车脚踏的4个位置：左前脚掌位置、左后脚跟位置、右前脚掌位置和右后脚跟位置分别设置压力传感器；

S12，采集4个压力传感器的数据，并根据压力传感器的数据关系控制驱动电机的转速，从而控制车行的方向和速度；

所述体感车包括2个驱动电机，所述2个驱动电机用于根据4个压力传感器采集的数据分别驱动左前轮和右前轮。

6.根据权利要求5所述的基于人体重力感应控制行车速度和方向的体感车驱动方法，其特征在于，所述步骤S12具体为：采集4个压力传感器的数据，并根据压力传感器的数据、人体重量和参考最高速度的关系控制驱动电机的转速，从而控制车行的方向和速度。

7.根据权利要求6所述的基于人体重力感应控制行车速度和方向的体感车驱动方法，其特征在于，步骤S11所述左前脚掌位置、左后脚跟位置、右前脚掌位置和右后脚跟位置的压力传感器采集的数据分别为G11、G12、G21、G22，人体重量为G，最高速度为V，步骤S12所述驱动电机为左驱动电机和右驱动电机，左驱动电机的转速为V1，右驱动电机的转速为V2；

所述步骤S12具体为：

左驱动电机的转速满足关系式：V1＝(G21-G22)/G*V或V1＝(G21-G22)/G*2V；

右驱动电机的转速满足关系式：V2＝(G11-G12)/G*V或V2＝(G11-G12)/G*2V。