CN103754301A - 自平衡两轮行走车 - Google Patents

Abstract

本发明是一种自平衡两轮行走车，它涉及电池驱动的自平衡车领域，包括车体、车轮及与车体连接的控制系统，车体下方装有底盘，底盘上固定有控制电路板、无线通信模块和电机，控制电路板上集成有传感器模块、中央处理器和电机驱动单元，中央处理器不断读取来自角度传感器、角速度传感器关于车体倾斜信息的数据，并根据中央处理器内部的控制算法做出相应控制决策。在运行过程中自动保持车体平衡，灵活性强且结构简单、操作容易，可作为大型广场或娱乐场所、纺织车间、高尔夫球场等工作人员的代步工具；也可作为电动交通工具。

Description

自平衡两轮行走车

技术领域

本发明涉及电池驱动的自平衡两轮行走车，特别是同轴驱动的自平衡两轮行走车。

背景技术

对于步行街、广场、游乐场、和大型会场等场合，汽车无法通行，步行又令人疲劳。需要一种可以为人代步、运行灵活、控制方便的特殊车辆。

传统的人力自行车或电动自行车虽然可以为人代步，但是由于两轮前后分布，它存在以下的缺点：

①车辆的转弯半径大，无法在小空间范围灵活运动；

②完全依靠驾驶者的身体来人工控制车体的平衡，操作复杂，易失去重心，人摔下造成摔伤。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自平衡两轮行走车，在运动过程中通过传感模块对控制系统数据的采集，自动保持车体平衡、操作简单、能完成360度原地转弯，车轮左右分布，以减小车辆的转弯半径，灵活性强。

为达到以上目的，本发明包括车体、两车轮及与车体连接的控制系统，所述车体下方设有一底盘，所述两车轮分别固定于底盘两侧，底盘上设有脚踏板，底盘内固定有控制电路板、无线通信模块和两个电机，所述控制系统包括一L型的外接控制摆杆，其底部与底盘电信连接，顶部连接一个方向控制手柄。

在上述技术方案的基础上，所述底盘通过一连接器分别与每一车轮连接，所述车轮通过螺母与连接器连接，且所述连接器还分别连接两个电机。

在上述技术方案的基础上，所述控制电路板上设置有两块相同的电池，其分别由螺丝固定于底盘下。

在上述技术方案的基础上，所述方向控制手柄中部还设有一控制手表。

在上述技术方案的基础上，所述控制电路板上集成有传感器模块、中央处理器和电机驱动单元。

在上述技术方案的基础上，所述传感器模块由角度传感器、角速度传感器、光电传感器、拐角检测装置构成，角度传感器、角速度传感器固定在控制电路板上，光电传感器固定在脚踏板上，拐角检测装置设于外接控制摆杆与底盘的铰接处。

本发明的有益效果在于：①由于两轮左右分布，使车辆的转弯半径最小化，可以在小空间范围内灵活运动；②车体控制系统利用传感器模块采集到的实时车体数据，进而经过中央处理器做出相应控制决策，经由电机以带动车轮输出相应控制力矩，以使车体保持前进、后退，结合外接控制摆杆的使用，还可实现360度转弯，时刻使人车系统处于动态平衡状态而不加摔倒；③用途广泛，可作为大型广场或娱乐场所等步行人员、大范围的维持秩序有关人员、纺织车间操作人员、高尔夫球场工作人员等的代步工具，也可应用在人口密集的城市及地区的电动交通工具。

附图说明

图1是本发明的自平衡两轮行走车结构示意图；

图2是图1中的车轮结构示意图；

图3是本发明的控制电路板结构简图；

图4是本发明的电路控制连接图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

如图1、图2和图3所示，本发明由车体2、两车轮6以及与车体2连接的控制系统三部分组成，车体2下方设有底盘1，底盘1内固定有控制电路板13、无线通信模块16和两个电机8，所述底盘1两侧通过一连接器10分别与每一车轮6连接，所述车轮6通过螺母9与连接器10连接，且所每一连接器10还分别连接一个电机8。所述控制系统包括一L型的外接控制摆杆3，其底部与底盘1电信连接，顶部连接一个方向控制手柄19。所述方向控制手柄19中部设有一块控制手表18，其可发送控制命令给底盘1上的无线通信模块16，做出开启、关闭电动车的指令；同时，当电动车开启时，控制手表18也可接收来自无线通信模块16传回的车体速度、里程等信息并在控制手表18所带有的显示屏上作出相应显示。

如图3所示，本发明所述的自平衡两轮行走车采用两块可多次充电的电池4作为自平衡两轮行走车的动力源，两块电池4通过螺丝固定在底盘1的下侧，底盘1内对称的固定有两块控制电路板13，控制电路板13上集成了传感器模块、中央处理器12、电机驱动单元17；两块控制电路板13均可独立驱动两个电机8，相互之间不受彼此影响，设置两块控制电路板的目的就在于以防某块电路板因不可预知的原因突然不工作，另一块能继续工作以保持车体处于平衡状态。控制电路板13的作用就是借助传感器模块检测车体的各种实时状态，通过中央处理器12的运算得到控制决策，输出电流驱动电机8运转，进而带动车轮6产生向前、向后运动，以使车体处于动态平衡之中。所述传感器模块由角度传感器14、角速度传感器15、光电传感器11、拐角检测装置7构成。其中角度传感器14、角速度传感器15固定在控制电路板13上，其作用是检测车体的实时倾斜信息；光电传感器11固定在脚踏板5上，其目的在于检测车体上是否有人驾驶，有人驾驶时，脚踏板5上光线被阻断，致使光电传感器11将相应电信号传给中央处理器12，使其做好控制平衡准备；若无人驾驶时，则继续处于检测状态。拐角检测装置7位于外接控制摆杆3与车体1的铰接处，其作用在于检测由方向控制手柄19带动外接控制摆杆3相对底盘1的摆动角度及摆动的角速度，以供中央处理器12作出相应拐弯控制决策。本实施例中中央处理器可选用可烧录程序的DSP处理器20(见图4)，电池可选用多次充电的锂电池，但不作为对本发明的限定。

图4为本发明的电路控制连接图。本发明的工作过程如下：使用时，借助控制手表18，发送开启电动车的开机指令，无线通信模块16接收到该控制指令后，开启控制电路板13的电源，在控制电路板13上电完成后系统启动。若系统启动正常，无线通信模块16回传相应指令给控制手表18，控制手表18所带有的显示屏上显示正常启动；若启动异常，则控制手表18所带有的显示屏上显示异常启动。在系统正常启动后，控制电路板13通过位于脚踏板5下的光电传感器11来检测车体上是否站人，若无人驾驶，则继续处于检测状态；若有人驾驶，则电路板13上的中央处理器12不断读取来自角度传感器14、角速度传感器15关于车体2倾斜信息的数据，并根据中央处理器12内部的控制算法做出相应控制决策，具体而言即为中央处理器12根据倾斜情况产生控制电流至电机驱动单元17，以驱动电机8工作，进而带动车轮6做出前进、后退运动，以此平衡车体2倾倒趋势，使人车系统时刻处于动态平衡状态。人站立在车体2上往前倾斜即可带动车体往前运动，往后倾斜即可往后运动，人体站直即可使车体2停止运动，不设置任何刹车装置，能实现原地拐弯。

若车体2需要拐弯，驾驶者只需手握操纵方向控制手柄19，使其往拐弯方向偏置，则此时位于外接控制摆杆3与底盘1连接处的拐角检测装置7将检测到此时外接控制摆杆3的摆动情况，并把摆动数据传送至中央处理器12，中央处理器12根据内部算法做出拐弯决策，产生控制电流至控制电机8，以使左右两个车轮6产生差速，最终实现拐弯动作。

本发明不仅局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本发明相同或相近似的技术方案，均在其保护范围之内。

Claims (6)

1.一种自平衡两轮行走车，包括车体(2)、两车轮(6)及与车体(2)连接的控制系统，其特征在于：所述车体(2)下方设有一底盘(1)，所述两车轮(6)分别固定于底盘(1)两侧，底盘(1)上设有脚踏板(5)，底盘(1)内固定有控制电路板(13)、无线通信模块(16)和两个电机(8)，所述控制系统包括一L型的外接控制摆杆(3)，其底部与底盘(1)电信连接，顶部连接一个方向控制手柄(19)。

2.如权利要求1所述的自平衡两轮行走车，其特征在于：所述底盘(1)通过一连接器(10)分别与每一车轮(6)连接，所述车轮(6)通过螺母(9)与连接器(10)连接，且所述连接器(10)还分别连接电机(8)。

3.如权利要求1所述的自平衡两轮行走车，其特征在于：所述控制电路板(13)上设置有两块相同的电池(4)，其分别由螺丝固定于底盘(1)下。

4.如权利要求1所述的自平衡两轮行走车，其特征在于：所述方向控制手柄(19)中部还设有一控制手表18。

5.如权利要求1所述的自平衡两轮行走车，其特征在于：所述控制电路板(13)上集成有传感器模块、中央处理器(12)和电机驱动单元(17)。

6.如权利要求5所述的自平衡两轮行走车，其特征在于：所述传感器模块由角度传感器(14)、角速度传感器(15)、光电传感器(11)、拐角检测装置(7)构成，角度传感器(14)、角速度传感器(15)固定在控制电路板(13)上，光电传感器(11)固定在脚踏板(5)上，拐角检测装置(7)设于外接控制摆杆(3)与底盘(1)的铰接处。

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