CN103112509A - 自平衡电动双履带车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机电领域，公开了一种自平衡电动双履带车，包括与车体连接的摇杆，及与摇杆连接的把手，及设于车体左右两侧的脚踏板，及设于脚踏板下面与车体相连接的左、右电机，及设于所述脚踏板下面的感测装置，及设于车体内的控制装置和供电装置；所述感测装置与供电装置分别与控制装置连接；所述左、右电机分别轴接传动轮，所述传动轮上装有履带。采用本发明，对电动车的操控更加灵活，不但可实现人体感应前进、后退、悬停、通过摇杆控制原地转向等功能，而且具有良好的越野通过性，可以在冰雪、湿滑路面行驶；既具有良好的稳定性和安全性，又具有体积小、携带方便、新奇等优点。

Description

自平衡电动双履带车

技术领域

本发明涉及机电领域，特别涉及一种自平衡电动双履带车。

背景技术

现有技术中，电动车分为单轮和双轮两种。单轮车是根据倒立摆的原理，由车厢、摇杆、电机组成，利用陀螺仪与加速度传感器来检测车辆的倾斜角度，以此控制两电机的力距大小。其优点主要是操控灵活，通过驾驶者倾斜角度可实现前进、后退、悬停、通过摇杆控制原地转向。但其安全性能差，驾驶者很容易摔倒，尤其是在高速驾驶和断电的情况下。

双轮车由踏板、2个轮子、2个电机组成。车辆通过脚下的踏板来检测驾驶者身体是向前倾斜或直立，当驾驶者身体向前倾斜时，车辆会快速向前移动状态；当驾驶者身体处于直立状态时，车辆处于慢速移动状态；以产生保持驾驶者身体左右平衡的力矩。但其只适合平坦的路面，越野性能差，且电池容量不高，不适合长时间的行驶。

发明内容

本发明目的在于：提供一种自平衡电动双履带车，使驾驶者对电动车的操控更加灵活，不但可实现人体感应前进、后退、悬停、通过摇杆控制原地转向等功能，而且具有良好的越野通过性，可以在冰雪、湿滑路面行驶；既具有良好的稳定性和安全性，又具有体积小、携带方便、新奇等优点。

本发明提供的一种自平衡电动双履带车，包括车体，还包括：与车体连接的摇杆，及与摇杆连接的把手，及设于车体左右两侧的脚踏板，及设于脚踏板下面与车体相连接的左、右电机，及与分别与左、右电机相连接的减速箱，及设于所述脚踏板下面的感测装置，及设于车体内的控制装置和供电装置；所述感测装置与供电装置分别与控制装置连接；所述左、右电机分别轴接传动轮，所述传动轮上装有履带。

进一步，所述感测装置包括：电动脚架、加速度传感器、角速率传感器、蜂鸣器、设于摇杆底部的摇杆电位器以及设于电机转轴上的左、右电机增量式编码器；所述控制装置包括：CPU，分别与CPU电联的左、右电机全桥驱动单元，左、右电机保护单元，转向检测单元，脚踏检测单元，加速度检测单元，角速率检测单元，电量检测及蜂鸣提醒单元，以及遥控锁车单元；所述左电机全桥驱动单元与左电机保护单元相连；所述右电机全桥驱动单元与右电机保护单元相连；所述左电机全桥驱动单元与所述左电机相连；所述右电机全桥驱动单元与所述右电机相连；所述转向检测单元与所述摇杆电位器相连；所述脚踏检测单元与所述电动脚架相连；所述加速度检测单元与所述加速度传感器相连；所述角速率检测单元与角速度传感器相连；所述电量检测及蜂鸣提醒单元与电源电路和蜂鸣器相连；所述左、右电机增量式编码器与所述CPU相连。

进一步，所述左、右电机全桥驱动单元均包括调速控制单元和方向控制单元，所述调速控制单元和方向控制单元分别与CPU电联。

进一步，所述摇杆顶部还设有显示面板，所述控制装置还包括电量显示单元，所述显示面板与所述电量显示单元相连。

进一步，所述角速率传感器为陀螺仪。

进一步，所述加速度传感器为三轴加速度传感器。

进一步，还包括5个辅助轮；所述传动轮上设有支撑架，所述支撑架与辅助轮轴接。

进一步，所述电机为大功率电机。

进一步，所述履带上方设有挡板。

进一步，所述供电装置包括电源和电池；所述电源与电池互联；所述电源和电池均分别与所述左、右电机连接；所述电源与控制装置连接。

由上可见，应用本发明的技术方案，具有以下突出的实质性特点和显著的技术进步性：

1、本发明采用两个履带分布在车身两侧，由陀螺仪与加速度传感器检测车辆的倾斜角度，通过感应车辆倾斜角度大小控制两电机的力距大小，可实现前进、后退、悬停、通过摇杆控制原地转向等各种车辆状态的改变，操控更加灵活。

2、本发明由两套履带驱动，通过脚下的踏板来检测驾驶者身体是向前倾斜或直立，可以使车辆根据前后倾斜幅度控制前进或后退速度，水平状态下原地悬停等移动状态，以产生保持身休的左右平衡的力矩，实现车辆移动的方向和快慢。

3、本发明设有左、右电机保护电路，通过检测两路电机上驱动电路的输出电流，比较程序的控制状态，判断电机是否处于与控制相符合的状态，否则将关闭电机输出，以防止车辆处于不受控制状态，保证驾驶安全。

4、本发明还设有超速保护装置，通过光电编码器(左、右电机增量式编码器)检测车辆行驶速度，当速度大于设定的保护速度时，蜂鸣器长响提示驾驶者减速，且摇杆将向驾驶者身体方向倾斜，使驾驶者继续加速变得困难，如驾驶者继续加速，摇杆将向驾驶者身体方向更大的角度倾斜，强迫驾驶者减速，保证驾驶安全。

5、本发明车体设计结构合理，整体感觉体积小，携带方便，且由于采用履带，造型新奇；本发明的控制系统考虑周全，有全面的安全保护措施，既保证车辆具有良好的越野通过性，可以在冰雪、湿滑路面行驶又具有非常高的稳定性和安全性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1为本发明实施例提供的自平衡电动双履带车的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的自平衡电动双履带车的控制系统连接示意图；

图3为本发明实施例提供的自平衡电动双履带车遥控锁车工作状态转换示意图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

图1为本发明实施例提供的自平衡电动双履带车的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的自平衡电动双履带车的控制系统连接示意图；

图3为本发明实施例提供的自平衡电动双履带车遥控锁车工作状态转换示意图。

参见图1所示，本实施例提供的自平衡电动双履带车，包括车体1，还包括：与车体1连接的摇杆2，及与摇杆2连接的把手3，及设于车体1左右两侧的脚踏板4，及设于脚踏板4下面与车体1相连接的左电机和右电机6，及与分别与左电机和右电机6相连接的减速箱，及设于脚踏板4下面的感测装置，及设于车体1内的控制装置和供电装置；感测装置与供电装置分别与控制装置连接；左、右电机分别轴接传动轮，传动轮上装有履带，如图1所示，右电机6通过轴7连接传动轮8，传动轮8上装有履带9。

作为进一步的改进，本实施例中，履带上方设有挡板11。

作为更进一步的改进，本实施例中，每个传动轮上均设有支撑架10，每个支撑架10上轴接有5个辅助轮12。

感测装置包括：电动脚架、加速度传感器、角速率传感器、蜂鸣器、设于摇杆底部的摇杆电位器以及设于电机转轴上的左、右电机增量式编码器。

控制装置包括：CPU，分别与CPU电联的左、右电机全桥驱动单元，左、右电机保护单元，转向检测单元，脚踏检测单元，加速度检测单元，角速率检测单元，电量检测及蜂鸣提醒单元，以及遥控锁车单元；左电机全桥驱动单元与左电机保护单元相连；右电机全桥驱动单元与右电机保护单元相连。

如图2所示，左电机全桥驱动单元与左电机相连；右电机全桥驱动单元与右电机相连；转向检测单元与摇杆电位器相连；脚踏检测单元与电动脚架相连；加速度检测单元与加速度传感器相连；角速率检测单元与角速度传感器相连；电量检测及蜂鸣提醒单元与电源电路和蜂鸣器相连；左、右电机增量式编码器与CPU相连。

左、右电机全桥驱动单元均包括调速控制单元和方向控制单元，调速控制单元和方向控制单元分别与CPU电联。

本实施例中，角速率传感器为陀螺仪传感器，加速度传感器为三轴加速度传感器，电机为大功率电机。

另外，作为本实施例的一种优选，如图1所示，摇杆2顶部还设有显示面板5；如图2所示，控制装置还包括电量显示单元；显示面板5与电量显示单元相连。

作为本实施例的另一种优选，本发明电机采用双供电系统，供电装置包括电源和电池；电源与电池互联；电源和电池均分别与左电机和右电机连接；电源与控制装置连接。

本实施例提供的自平衡电动双履带车，其工作原理为：主要由高速CPU对左右两个电机进行PID(比例、积分、微分)运算并根据运算结果主要对车辆进行以下几个方面的控制：

1)角度采集

a.CPU的模数转换口采集加速度传感器与角速率传感器的变化电压，转换为内部数值；

b.根据传感器的参数，进行系数转换；

c.使用卡尔曼滤波算法对两传感器的数据进行融合计算出车辆的在静止状态及在高速运动状态下的角度数值。

2)电机控制

a.由CPU产生脉冲宽度调制信号控制电机的快慢；

b.由一个输出号产生电机正反转信号，当车辆需向前行驶时需输出向前信号，电机向正方向转，车辆向前行，当车辆需向后行驶时输出向后行驶信号，电机向反方向转，车辆向后行。当车辆需要转向时，分别向左右两个电机输出向前及向后信号，电机一个向前转一个向后，实现原地转向。

3)转向

a.摇杆电位器的处于中点电压在1.5V，当通过摇杆电位器左右摆动时，摇杆电位器的输出电压在0-3V之间变化；

b.CPU通过模数转换口采信摇杆电位器的电压，转换成为数值；

c.通过数值的变化CPU就能知道驾驶人员需要车辆向左转还是向转。

4)人体检测

两边踏板下各有一组检测装置，当人踏上时，CPU检测信号就由高电位向低电位转变，CPU就可知道车辆需由解锁状态转变为驾驶状态，当人离开时CPU检测信号就由低电位转变为高电位，CPU将车辆由驾驶状态转变为解锁状态。

5)超速保护

通过光电编码器检测到行驶速度大于设定的保护速度，蜂鸣器长响，车辆将会使摇杆向驾驶都向体方面倾斜，使驾驶者向继续加速变得困难，如驾驶者继续加速，摇杆将会向驾驶者更加大的角度倾斜，强迫驾驶者减速。

6)电动脚架控制

车辆处于待机状态或解锁状态时电动脚架自动落下，车辆转变为驾驶状态时电动脚架自动升起。

7)遥控锁车功能

如图3所示，当车辆处于解锁状态下，按下遥控器的关车按键，车辆装转变到待机状态。当车辆处于待机状态下时按下遥控的开车按键，车辆转变为解锁状态。当车辆处于驾驶状态时，为驾驶者的安全，此时按遥控不会做出反应。

8)电池电量显示及保护

通过手柄上的电量显示板显示电池电量，当电池电量小于设定保护电压时，蜂鸣器发出“嘀嘀”声响，车辆处于锁闭状态驾驶都不能开动车辆。

9)电机保护电路

通过检测两路电机上驱动电路的输出电流，比较程序的控制状态，判断电机是否处于与控制相符合的状态，否则将关闭电机输出，以防止车辆处于不受控制状态。

需要说明的是，实施本发明的技术方案，可实现如下功能，驾驶更加灵活，且具有非常高的稳定性和安全性：

1)可以使车辆根据前后倾斜幅度控制前进或后退速度，水平状态下原地悬停。

2)通过摇杆作用可以原地360度转向，转弯半径为0米。

3)高速转向下车辆自动减速后转向。

4)速度保护，当车辆速度超出设定的车速情况下，摇杆向身体方向倾斜并且蜂鸣器长响提示驾驶者减速。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自平衡电动双履带车包括车体，其特征在于，还包括：与车体连接的摇杆，及与摇杆连接的把手，及设于车体左右两侧的脚踏板，及设于脚踏板下面与车体相连接的左、右电机，及与分别与左、右电机相连接的减速箱，及设于所述脚踏板下面的感测装置，及设于车体内的控制装置和供电装置；

所述感测装置与供电装置分别与控制装置连接；

所述左、右电机均轴接传动轮，所述传动轮上装有履带。

2.根据权利要求1所述的自平衡电动双履带车，其特征在于，所述感测装置包括：电动脚架、加速度传感器、角速率传感器、蜂鸣器、设于摇杆底部的摇杆电位器以及设于电机转轴上的左、右电机增量式编码器；

所述控制装置包括：CPU，分别与CPU电联的左、右电机全桥驱动单元，左、右电机保护单元，转向检测单元，脚踏检测单元，加速度检测单元，角速率检测单元，电量检测及蜂鸣提醒单元，以及遥控锁车单元；所述左电机全桥驱动单元与左电机保护单元相连；所述右电机全桥驱动单元与右电机保护单元相连；

所述左电机全桥驱动单元与所述左电机相连；所述右电机全桥驱动单元与所述右电机相连；所述转向检测单元与所述摇杆电位器相连；所述脚踏检测单元与所述电动脚架相连；所述加速度检测单元与所述加速度传感器相连；所述角速率检测单元与角速度传感器相连；所述电量检测及蜂鸣提醒单元与电源电路和蜂鸣器相连；所述左、右电机增量式编码器与所述CPU相连。

3.根据权利要求2所述的自平衡电动双履带车，其特征在于，所述左、右电机全桥驱动单元均包括调速控制单元和方向控制单元，所述调速控制单元和方向控制单元分别与CPU电联。

4.根据权利要求2所述的自平衡电动双履带车，其特征在于，所述摇杆顶部还设有显示面板，所述控制装置还包括电量显示单元，所述显示面板与所述电量显示单元相连。

5.根据权利要求2所述的自平衡电动双履带车，其特征在于，所述角速率传感器为陀螺仪。

6.根据权利要求2所述的自平衡电动双履带车，其特征在于，所述加速度传感器为三轴加速度传感器。

7.根据权利要求1所述的自平衡电动双履带车，其特征在于，还包括

辅助轮；所述传动轮上设有支撑架，所述支撑架与辅助轮轴接。

8.根据权利要求1所述的自平衡电动双履带车，其特征在于，所述电机为大功率电机。

9.根据权利要求1所述的自平衡电动双履带车，其特征在于，所述履带上方设有挡板。

10.根据权利要求1所述的自平衡电动双履带车，其特征在于，所述供电装置包括电源和电池；所述电源与电池互联；所述电源和电池均分别与所述左、右电机连接；所述电源与控制装置连接。

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