CN103600799A - 基于压力传感器的转向控制系统及其自平衡两轮车 - Google Patents

基于压力传感器的转向控制系统及其自平衡两轮车 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于压力传感器的转向控制系统，包括压力测量组件和转向分析系统，所述压力测量组件与转向分析系统相连接；同时还提供了一种基于压力传感器转向控制系统的自平衡两轮车，包括车体以及设置于车体上的转向控制系统和中央控制组件，还包括前后倾角测量组件。本发明通过分析压力测量组件采集到的压力数据，从而判断使用者的车体转向信息。本发明提供的基于压力传感器的转向控制系统及自平衡两轮车，占用空间小，有效减小车体的体积，同时能够释放操作者的双手，提升自平衡两轮车的操作体验和驾驶乐趣，并且使两轮车的转向更加自然。

Description

基于压力传感器的转向控制系统及其自平衡两轮车
技术领域
本发明涉及自平衡两轮车转技术领域，具体是一种基于压力传感器的转向控制系统及其自平衡两轮车。
背景技术
自平衡两轮车是在倒立摆原理的基础上实现的一种左右两个独立驱动轮的新型车体。自平衡两轮车通过内置的精密陀螺仪和加速度计来自动感应操作者的重心的微小的变化，从而驱动电机，实现两轮车的自平衡。目前，自平衡两轮车在大型运动会、广场、景区等场所已经取得了广泛的应用。同时，随着自平衡两轮车的认可度和应用范围的增加，对自平衡两轮车的娱乐性和轻便型也提出了更多的要求。
目前多数自平衡两轮车转向指令装置的设计上采用可以左右摆动的把手实现。其把手连杆的底部相对车身底盘产生相对转动，通过采集转动的角度得到转向指令。
授权公告号为CN201597703U的实用新型专利公开了一种用于自动平衡两轮车上的转向机构。包括底板以及通过支撑架与其固定连接的水平转轴，水平转轴的一端固定链接有操作杆，水平转轴的另一端设有电位器，在水平转轴上固定有沿轴线对称的、与操纵杆锤子的承力支架，在承力支架两侧的下方或上方安装有弹性体。操作时，操作者通过转动操作杆，控制水平转轴的转动，转动的方向和大小通过电位器变成指令，实现小车的方向转动。
申请公布号为CN102849156A的发明专利公布了一种自平衡两轮车转向指令装置。包括：液压管道组件，其设置于车体内，包括水平管道以及分别位于该水平管道两侧、并且与该水平管道相连通的两个竖直管道，两个竖直管道端部有上下活动的活塞，使液体处于密闭状态，两个活塞置于踏板下；唯一传感器组件，包括运动元件和运动信号接收信号；转向控制系统，用于接收位置信号并控制自平衡两轮车的转向。
目前，自平衡两轮车的转向指令装置主要是通过手操控手把来实现。可以适应不同操作者的连接杆设计比较复杂，同时也大大增加了两轮车的体积，降低了两轮车的轻便性，同时，在驾驶的过程中双手要不断地操作把手，降低了娱乐性。现有的无把的自平衡两轮车的转向机构相对复杂，两轮车维修保养不方便。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种基于压力传感器的转向控制系统及其自平衡两轮车。
本发明是通过以下技术方案实现的。
根据本发明的一个方面，提供了一种基于压力传感器的转向控制系统，包括压力测量组件和转向分析系统，其中：
-压力测量组件，包括压力传感器组，所述压力传感器组用于采集踏板受力分布信息；
-转向分析系统，与压力测量组件的压力传感器组相连接，用于分析压力传感器采集到的受力分布数据值，并根据受力分布数据值获得转向控制指令。
优选地，所述压力传感器组包括四个平均分布的S型压力传感器。
根据本发明的另一个方面，提供了一种基于压力传感器转向控制系统的自平衡两轮车，包括车体以及设置于车体上的转向控制系统和中央控制组件，其中：
-车体，包括相互连接的踏板和车底板，左车轮和右车轮分别设置于车底板的左右两侧；
-转向控制系统，包括压力测量组件和转向分析系统，所述压力测量组件包括压力传感器组，所述压力传感器组支撑于踏板和车底板之间，所述压力传感器组的压力接触面设置于踏板的上表面，所述转向分析系统与压力传感器组相连接；
-中央控制组件，包括左控制和右控制电机，所述左控制电机和右控制电机分别与左车轮和右车轮相连接，并与转向分析系统相连接。
优选地，所述自平衡两轮车还包括前后倾角测量组件，所述前后倾角测量组件包括陀螺仪组，所述陀螺仪组水平固定于踏板的上表面，并随车体转动，从而得到车体的中心在前后方向上的倾斜角度，进而得到前进后退信号，并将前进后退信号传送至中央处理单元。
优选地，所述踏板和车底板之间采用活页结构连接。
优选地，所述压力传感器组包括四个S型压力传感器，四个S型压力传感器在踏板下方平均分布。
优选地，所述陀螺仪组包括两个单轴陀螺仪，两个单轴陀螺仪左右对称设置于踏板的上表面。
优选地，所述转向分析系统获得转向控制指令的方法具体为：
-当操作者没有站在车体上时，踏板通过压力传感器组保持在平衡位置上；
-当有操作者站立在车体上时，设踏板左边的压力为F1，踏板右边的压力为F2，此时，压力传感器组中设置于左边的压力传感器对应的均值为T1，压力传感器组中设置于右边的压力传感器对应的均值为T2；设一个阈值K，当|(T1-T2)／(T1+T2)|≥K时，则认为操作者向车体发出了转向的命令；当(T1-T2)／(T1+T2)≥K时，操作者对车体发出向左转的命令；当(T2-T1)／(T1+T2)≥K时，操作者向车体发出向右转的命令。
优选地，所述|(T1-T2)／(T1+T2)|的大小与车体的转向速度为正相关关系。
本发明提供的基于压力传感器的转向控制系统及自平衡两轮车，占用空间小，有效减小车体的体积，同时能够释放操作者的双手，提升自平衡两轮车的操作体验和驾驶乐趣，并且使两轮车的转向更加自然。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明自平衡两轮车结构侧视图；
图2为本发明自平衡两轮车结构俯视图；
图3为本发明自平衡两轮车整体结构示意图；
图中：1为踏板，2为车底板，3为控制电机，4为车轮，5为压力测量组件，6为活页结构。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供了一种基于压力传感器的转向控制系统，包括压力测量组件和转向分析系统，其中：
-压力测量组件，包括压力传感器组，所述压力传感器组用于采集踏板受力分布信息；
-转向分析系统，与压力测量组件的压力传感器组相连接，用于分析压力传感器采集到的受力分布数据值，并根据受力分布数据值获得转向控制指令。
进一步地，所述压力传感器组包括四个平均分布的S型压力传感器。
实施例2
请同时参阅图1至图3。
本实施例提供了一种基于压力传感器转向控制系统的自平衡两轮车，包括车体以及设置于车体上的中央控制组件和实施例1提供的转向控制系统，其中：
-车体，包括相互连接的踏板和车底板，左车轮和右车轮分别设置于车底板的左右两侧；
-转向控制系统，包括压力测量组件和转向分析系统，所述压力测量组件包括压力传感器组，所述压力传感器组支撑于踏板和车底板之间，所述压力传感器组的压力接触面设置于踏板的上表面，用于采集受力分布信息，所述转向分析系统与压力传感器组相连接，用于分析压力传感器采集到的受力分布数据值，并根据受力分布数据值获得转向控制指令；
-中央控制组件，包括电源部分、左控制电机、右控制电机以及中央处理单元，所述电源部分设置于踏板和车底板之间，用于提供电力，所述左控制电机和右控制电机分别与左车轮和右车轮连接，所述中央处理单元用于接收转向分析系统的转向控制指令，并将控制信号发送至左控制电机和右控制电机，从而控制左车轮和右车轮的运动。
另外，本实施例还可以包括：前后倾角测量组件，所述前后倾角测量组件包括陀螺仪组，所述陀螺仪组水平固定于踏板的上表面，并随车体转动，从而得到车体的中心在前后方向上的倾斜角度，进而得到前进后退信号，并将前进后退信号传送至中央处理单元。
进一步地，所述踏板和车底板之间采用活页结构连接。
进一步地，所述压力传感器组包括四个S型压力传感器，四个S型压力传感器在踏板下方平均分布。
进一步地，所述陀螺仪组包括两个单轴陀螺仪，两个单轴陀螺仪左右对称设置于踏板的上表面。
进一步地，所述转向分析系统获得转向控制指令的方法具体为：
-当操作者没有站在车体上时，踏板通过压力传感器组保持在平衡位置上；
-当有操作者站立在车体上时，设踏板左边的压力为F1，踏板右边的压力为F2，此时，压力传感器组中设置于左边的压力传感器对应的均值为T1，压力传感器组中设置于右边的压力传感器对应的均值为T2；设一个阈值K，当|(T1-T2)／(T1+T2)|≥K时，则认为操作者向车体发出了转向的命令；当(T1-T2)／(T1+T2)≥K时，操作者对车体发出向左转的命令；当(T2-T1)／(T1+T2)≥K时，操作者向车体发出向右转的命令。
进一步地，所述|(T1-T2)／(T1+T2)|的大小与车体的转向速度为正相关关系。
本实施例具体为：
当操作者对踏板的左右两边施加不同的驱动力时，通过本发明设计的自平衡两轮车的转向指令装置，可以实现两轮车转向指令的获取。
车体底板通过活页结构与踏板连接，并通过S型压力传感器支撑。操作者在踏板的左右两端施加不同的驱动力，则左右车轮受到不同的作用力，从而左右两组压力传感器承受不同的压力。转向分析系统根据压力传感器的采样值得到各个传感器的受力大小，从而分析踏板左右两边受力情况，得到转向信号。
当操作者没有站在两轮车上时，车体踏板通过四个角的压力传感器保持在平衡位置上。当有操作者站立在两轮车上时，设踏板左边的压力F1，踏板右边的压力F2，此时左边两个压力传感器对应的均值为T1，右边两个压力传感器对应的均值为T2，通过对比T1与T2的大小信息可得到小车的转向信号。设一个阈值K，在本发明中，当|(T1-T2)／(T1+T2)|≥K时，则认为操作者向小车发出了转向的命令。具体的，在本发明的转向指令装置中，当(T1-T2)／(T1+T2)≥K时，操作者对小车发出的是向左转的命令；(T2-T1)／(T1+T2)≥K时，操作者向小车发出向右转的命令。在发明专利中，|(T1-T2)／(T1+T2)|的大小与两轮车的转向速度为正相关关系。
本实施例中：
踏板与车底板之间采用活页连接；
踏板通过压力传感器支撑；
支撑力通过压力传感器获得；
通过分析四个压力传感器采样值的变化获得转向指令。
本实施例提供的自平衡两轮车，可以省去自平衡两轮车的车把组件，从而缩小自平衡两轮车的整体的体积，减少存储空间，而且搬运更加方便；同时，本发明的自平衡两轮车的机械结构较为紧凑、简单，降低了维护保养和零件更换的难度；四个压力传感器的支撑结构，让操作者在车上时较为容易的掌握自己的平衡，能够更顺利的操作自平衡两轮车的直行和转向；四个压力传感器值的融合用来控制车体的转向，也能使得车的转向能够获得比较高的精度；因此，本发明可以使得自平衡两轮车的转向操作更加方便、快捷、自然，给操作者带来更愉快的操作体验。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种基于压力传感器的转向控制系统，其特征在于，包括压力测量组件和转向分析系统，其中：
-压力测量组件，包括压力传感器组，所述压力传感器组用于采集受力分布信息；
-转向分析系统，与压力测量组件的压力传感器组相连接，用于分析压力传感器采集到的受力分布数据值，并根据受力分布数据值获得转向控制指令。
2.根据权利要求1所述的基于压力传感器的转向控制系统，其特征在于，所述压力传感器组包括四个平均分布的S型压力传感器。
3.一种基于压力传感器转向控制系统的自平衡两轮车，其特征在于，包括车体以及设置于车体上的中央控制组件和转向控制系统，其中：
-车体，包括相互连接的踏板和车底板，左车轮和右车轮分别设置于车底板的左右两侧；
-转向控制系统，包括压力测量组件和转向分析系统，所述压力测量组件包括压力传感器组，所述压力传感器组支撑于踏板和车底板之间，所述压力传感器组的压力接触面设置于踏板的上表面，用于采集受力分布信息，所述转向分析系统与压力传感器组相连接，用于分析压力传感器采集到的受力分布数据值，并根据受力分布数据值获得转向控制指令；
-中央控制组件，包括电源部分、左控制电机、右控制电机以及中央处理单元，所述电源部分设置于踏板和车底板之间，用于提供电力，所述左控制电机和右控制电机分别与左车轮和右车轮连接，所述中央处理单元用于接收转向分析系统的转向控制指令，并将控制信号发送至左控制电机和右控制电机，从而控制左车轮和右车轮的运动。
4.根据权利要求3所述的基于压力传感器转向控制系统的自平衡两轮车，其特征在于，还包括前后倾角测量组件，所述前后倾角测量组件包括陀螺仪组，所述陀螺仪组水平固定于踏板的上表面，并随车体转动，从而得到车体的中心在前后方向上的倾斜角度，进而得到前进后退信号，并将前进后退信号传送至中央处理单元。
5.根据权利要求3或4所述的自平衡两轮车，其特征在于，所述踏板和车底板之间采用活页结构连接。
6.根据权利要求3或4所述的自平衡两轮车，其特征在于，所述压力传感器组包括四个S型压力传感器，四个S型压力传感器在踏板下方平均分布。
7.根据权利要求4所述的自平衡两轮车，其特征在于，所述陀螺仪组包括两个单轴陀螺仪，两个单轴陀螺仪左右对称设置于踏板的上表面。
8.根据权利要求3或4所述的自平衡两轮车，其特征在于，所述转向分析系统获得转向控制指令的方法具体为：
-当操作者没有站在车体上时，踏板通过压力传感器组保持在平衡位置上；
-当有操作者站立在车体上时，设踏板左边的压力为F1，踏板右边的压力为F2，此时，压力传感器组中设置于左边的压力传感器对应的均值为T1，压力传感器组中设置于右边的压力传感器对应的均值为T2；设一个阈值K，当|(T1-T2)／(T1+T2)|≥K时，则认为操作者向车体发出了转向的命令；当(T1-T2)／(T1+T2)≥K时，认为操作者对车体发出向左转的命令；当(T2-T1)／(T1+T2)≥K时，认为操作者向车体发出向右转的命令。
9.根据权利要求8所述的自平衡两轮车，其特征在于，所述|(T1-T2)／(T1+T2)|的大小与车体的转向速度为正相关关系。
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