CN104494752A - 动平衡车及其人机交互方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动平衡车及其人机交互方法。由于传感器侦测对车辆的敲击动作，并产生和输出与所述敲击动作匹配的动作数据；之后，控制器对所述动作数据进行分析获得所述敲击动作的类型，根据敲击动作的类型执行对应的人机交互功能。本申请在实现丰富的人机交互功能时，不会增加车辆结构设计的难度，对整车的外在美观也不会产生任何影响。

Description

动平衡车及其人机交互方法

技术领域

本发明属于动平衡车技术领域，具体地说，涉及一种动平衡车及其人机交互方法。

背景技术

现阶段，市面上出现了动平衡车，在该动平衡车中配置有平衡控制系统来实现车辆运行过程中的平衡控制。目前，市面上出现的动平衡车主要包括两轮平衡车和独轮平衡车。对于两轮平衡车来说，由于具有左右两个轮子，与地面有两个接触点，使得左右平衡容易控制，因此平衡控制主要是前后平衡控制。对于单轮平衡车来说，由于只有一个轮子，与地面只有一个接触点，因此，其平衡控制机制较为复杂。比如，在当前的独轮平衡车控制中，通过车体内集成的平衡控制系统和电机驱动系统来实现车体的前后平衡，使用者依靠轮子两侧的脚踏板和车辆外壳上的靠腿板来保持车辆的左右平衡。

在人机交互方面，无论是两轮平衡车还是单轮平衡车，通常只配置有一个开关机按钮。而为了保持车体结构的紧凑，与此同时为了增加人机交互的丰富性，通常配置了一个控制面板。通过在该控制面板上增加多个按钮实现丰富的人机交互。但是，基于整车结构紧凑方面的考虑，控制面板上可设置的按钮也有一个上限。因此，人机交互功能在平衡车上实现受到了一定的局限。这种情况，单轮平衡车相对于两轮平衡车更为突出。

对于两轮平衡车来说，一般都配置有一个手把或者腿控操作杆，可以通过在手把或者腿控操作杆上配置控制面板，或者直接在手把或者腿控操作杆上增加按钮。但是这种方式往往会影响整车的结构，增加结构设计的难度，有可能或影响整车的性能，还会影响整车的外在美观。

对于单轮平衡车来说，不存在两轮平衡车的手把或者腿控操纵杆，人机交互功能的丰富难度实现较大，按钮只有增加轮子的结构件如轮罩上，这也会增加了结构设计的难度，还会影响整车的外在美观。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种动平衡车及其人机交互方法，用以解决或部分缓解现有技术中的上述技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种动平衡车人机交互方法，其包括：

传感器侦测对车辆的敲击动作，并产生和输出与所述敲击动作匹配的动作数据；

控制器对所述动作数据进行分析获得所述敲击动作的类型，根据敲击动作的类型执行对应的人机交互功能。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种动平衡车，其包括传感器和控制器，所述传感器用于侦测对车辆的敲击动作，并产生和输出与所述敲击动作匹配的动作数据；所述控制器用于对所述动作数据进行分析获得所述敲击动作的类型，根据敲击动作的类型执行对应的人机交互功能。

优选地，在本申请一交互方法或者动平衡车的实施例中，传感器侦测对车辆的敲击动作包括：由控制系统中现有的传感器侦测对车辆的敲击动作；或者由独立于控制系统之外增加的传感器侦测对车辆的敲击动作。

优选地，在本申请一交互方法或者动平衡车的实施例中，所述控制系统位于单轮平衡车的轮子上，由控制系统中现有的传感器侦测对车辆的敲击动作包括侦测对所述单轮平衡车轮子的敲击动作；或者，所述控制系统位于两轮平衡车的脚踏板处，由控制系统中现有的传感器侦测对车辆的敲击动作包括侦测对所述两轮平衡车脚踏板的敲击动作。

优选地，在本申请一交互方法或者动平衡车的实施例中，所述独立于控制系统之外增加的传感器位于两轮平衡车的手把上，由独立于控制系统之外增加的传感器侦测对车辆的敲击动作包括：侦测对所述两轮平衡车手把的敲击动作；或者，所述独立于控制系统之外增加的传感器位于单轮平衡车的轮子设定位置处，由独立于控制系统之外增加的传感器侦测对车辆的敲击动作包括侦测对所述单轮平衡车的轮子设定位置处的敲击动作。

优选地，在本申请一交互方法或者动平衡车的实施例中，所述传感器包括陀螺仪和/或加速度传感器；所述控制器对所述动作数据进行分析包括：对所述陀螺仪的角速度和/或所述加速度传感器的加速度进行分析。

优选地，在本申请一交互方法或者动平衡车的实施例中，所述加速度传感器为三轴加速度传感器，对所述加速度传感器的加速进行分析包括：对三个轴向上的加速度进行大小分析，获取值最大的加速度。

优选地，在本申请一交互方法或者动平衡车的实施例中，所述传感器包括微动开关和/或者音频传感器，所述控制器对所述动作数据进行分析包括：对所述微动开关输出的电平信号进行分析和/或对所述音频传感器输出的音频信号进行分析。

优选地，在本申请一交互方法或者动平衡车的实施例中，对所述动作数据进行分析获得所述敲击动作的类型包括：根据在预先设置的时间段内侦测到的敲击动作对应的动作数据，分析获得所述敲击动作的类型。

与现有的方案相比，本发明中，由于传感器侦测对车辆的敲击动作，并产生和输出与所述敲击动作匹配的动作数据；之后，控制器对所述动作数据进行分析获得所述敲击动作的类型，根据敲击动作的类型执行对应的人机交互功能，在实现丰富的人机交互功能时，无需增加车辆结构设计的难度，对整车的外在美观不会产生任何影响。

附图说明

图1为本申请平衡车人机交互方法重要思想的流程示意图；

图2为本申请又一实施例动平衡车人机交互方法的流程示意图；

图3为加速度传感器一轴向上因被敲击一次产生的加速度输出；

图4为本申请实施例预设时间段内侦测到连续两组波形变化趋势的示意图，

图5为本申请实施例侦测到连续两组波形变化趋势之间的时间间隔在预设的时间段范围内

图6为本申请再一实施例动平衡车人机交互方法的流程示意图；

图7为微动开关因被敲击一次产生的电平输出；

图8为本申请实施例预设时间段内侦测到连续两个高电平的示意图，

图9为本申请实施例侦测到连续两个高电平之间的时间间隔在预设的时间段范围内，

图10为微动开关侦测敲击动作的电气原理图；

图11为音频传感器侦测敲击动作的电气原理图。

具体实施方式

以下结合附图和优选实施例对本发明的技术方案进行详细地阐述。应该理解，以下列举的实施例仅用于说明和解释本发明，而不构成对本发明技术方案的限制。

本申请下述实施例中提及的传感器包括但不局限于任意可侦测到对车辆的敲击动作的部件，包括陀螺仪、加速度传感器、音频传感器、振动传感器、光电传感器、微动开关等。

本申请下述实施例中提及的敲击动作包括但不限于直接用手或者手握持其他部件进行的敲击动作，包括单击、双击、多次敲打、滑动手势等。

本申请下述实施例中提及的动作数据包括但不局限于任意与敲击动作匹配的数据，包括角速度、加速度、音频数据、振动数据、光电数据等。

本申请下述实施例中提及的人机交互功能包括但不局限于开关机、炫彩灯开启、炫彩灯切换、启动蓝牙、GPS导航等。

本申请下述实施例中提及的控制系统包括但不局限于平衡控制系统以及实现产品功能配置的其他控制组件。对于东平衡车来说，

图1为本申请平衡车人机交互方法重要思想的流程示意图；如图1所示，其至少包括：

S101、传感器侦测对车辆的敲击动作，并产生和输出与所述敲击动作匹配的动作数据；

本实施例中，可选地，S101中传感器侦测对车辆的敲击动作包括：由控制系统中现有的传感器侦测对车辆的敲击动作；

可选地，对于单轮平衡车来说，所述控制系统位于单轮平衡车的轮子上，由控制系统中现有的传感器侦测对车辆的敲击动作包括：侦测对所述单轮平衡车轮子的敲击动作。

对于单轮平衡车来说，只有一个轮子，由于结构紧凑的考虑，轮子整体上包括轮罩、轮架、两个脚踏板等结构，一般是在轮罩的左右两个侧面设置凹形的仓，在其中一仓中固定包括控制系统的一系列电气控制电路，另外，在通过一舱盖对该仓进行包覆。在敲击时，可以直接敲击该舱盖位置处，即可由舱盖对应仓中控制系统中的传感器侦测到敲击动作并产生对应的动作数据，此时，敲击的力度可能无需太大。在敲击时，也可以敲击轮子的其他位置，但是，如果距离控制系统较远的话，可能需要较大的敲击力度。

如果单轮平衡车中控制系统不是采用上述设置方法，而是固定在其他结构件上，比如轮架或者脚踏板或者轮毂，则敲击的位置优选在离控制系统最近的地方。

可选地，对于两轮平衡车来说，所述控制系统位于两轮平衡车的脚踏板处，由控制系统中现有的传感器侦测对车辆的敲击动作包括侦测对所述两轮平衡车脚踏板的敲击动作。

对于两轮平衡车来说，设置有同轴的两个轮子，在两个轮子之间设置有脚踏板，在脚踏板下方设置有载人模式检测系统和控制系统。因此，在敲击时，可以直接敲击脚踏板处，由脚踏板下方控制系统中的传感器较为直接的侦测敲击动作并产生对应的动作数据。类似地，由于两轮平衡车还包括扭杆机构，该扭杆机构耦接于控制系统，因此，也可以敲打扭杆机构中的手把任意位置，只是可能需要较大的敲击力度。

上述单轮平衡车或者两轮平衡车中现有的传感器包括陀螺仪和加速度，因此，在侦测敲击动作时，可以利用其中的陀螺仪或加速度传感器或者同时使用陀螺仪和加速度传感器。陀螺仪可以侦测因敲击动作产生的角速度，加速度传感器可以侦测因敲击动作产生的加速度。

本实施例中，可选地，S101中传感器侦测对车辆的敲击动作包括：由独立于控制系统之外增加的传感器侦测对车辆的敲击动作。

具体地，对于单轮平衡车来说，所述独立于控制系统之外增加的传感器位于单轮平衡车的轮子设定位置处，由独立于控制系统之外增加的传感器侦测对车辆的敲击动作包括侦测对所述单轮平衡车的轮子设定位置处的敲击动作。单轮平衡车上增加的传感器可以固定在轮子的轮架、轮毂或者脚踏板的特定位置处，如果单轮平衡车还配置有类似手把，增加的传感器也可以设置在手把上，比如内置在手把中。

或者，具体地，对于两轮平衡车来说，所述独立于控制系统之外增加的传感器位于两轮平衡车的手把上，由独立于控制系统之外增加的传感器侦测对车辆的敲击动作包括：侦测对所述两轮平衡车手把的敲击动作。由于两轮平衡车配置有扭杆机构，因此，可以直接在该扭杆机构上增加传感器。比如，或者在扭杆机构上固定的操控面板中内置传感器，敲击时，直接敲击操控面板处；或者，在扭杆机构的手把中内置传感器，敲击时，直接敲击手把。

需要说明的是，上述敲击动作发生时，在不对车辆的行驶形成干扰的前提下，动平衡车可以处于静态也可以处于动态行驶过程中。

S102、控制器对所述动作数据进行分析获得所述敲击动作的类型，根据敲击动作的类型执行对应的人机交互功能。

如前所述，动作数据可以是角速度、加速度、音频数据、振动数据、光电数据等，可以将这些数据之间转换为电压或电流数据，分析其强度波形变化趋势从而得知敲击动作的类型，比如可以通过强度波形变化曲线中幅值的出现次数来判断是单击或双击或多次敲击等等。详细可参见下述实施例记载。

以下分别以传感器为加速度传感器、微动开关、音频传感器为例，对本申请人机交互功能的实现进行示意性说明。

图2为本申请又一实施例动平衡车人机交互方法的流程示意图；如图2所示，其至少包括：

S201、加速度传感器侦测对车辆的敲击动作，并产生和输出与所述敲击动作匹配的加速度；

本实施例中，对于配置了加速度传感器的动平衡车中，可以直接利用其加速度传感器来侦测敲击动作，如单轮平衡车的舱盖处的加速度传感器，或者两轮平衡车的脚踏板处的加速度传感器。

为了敲击动作能被直接的侦测到，直接敲击离加速度传感器最近的位置处，比如单轮平衡车的舱盖处或者两轮平衡车的脚踏板处。

为了敲击动作能被准确的侦测到，现有动平衡车中的三轴加速度传感器正好满足需求。在每一个轴向上会由于敲击动作产生一个加速度，通过对三个轴向上的加速度进行处理，从而输出一个幅值最大的加速度，该幅值最大的加速度作为步骤S202中分析的动作数据。比如：假设垂直坐标系定义为x,y,z，当壳体受到任意一个方向的敲击时，在三个方向上分别检测到三个加速度值为a，b，c。则这三个力在敲击方向上的最大的加速度为

图3为加速度传感器一轴向上因被敲击一次产生的加速度输出；如图3所示，加速度波形变化上，有瞬间增加的正值，然后变成负向增加的负值。每增加一次敲击，一个轴向上重复一次上述波形变化趋势。由于三轴加速度传感器可输出三个轴向上的加速度，因此，单次敲击会并行输出三个上述波形变化趋势，这三个波形变化趋势可形成一组波形变化趋势。每增加一次敲击，重复一次上述一组波形变化趋势。

S202、控制器对所述加速度进行分析获得所述敲击动作的类型，根据敲击动作的类型执行对应的人机交互功能。

本实施例中，为了增加有效敲击动作的判断，可以预设一个时间段，通过侦测在该时间段内发生的上述波形变化趋势来分析获得敲击动作的类型。如果在预设的时间段内，产生一组波形变化趋势，则表明是单击；如果连续产生两组波形变化趋势，则表明是双击；如果连续产生三组波形变化趋势，则表明是三次敲击，以此类推。或者，控制器获取到的最大加速度个数来判断敲击动作的类型。比如，只输出一个最大加速度则是单击，如果是连续两个最大加速度则是双击，如果是连续三个最大加速度则是三次敲击，以此类推。

以双击为例，参见图4为本申请实施例预设时间段内侦测到连续两组波形变化趋势的示意图，A为第一组，B为第二组，T为预设的时间段。

另外，也可以通过分析连续两组、三组....上述波形趋势变化之间的时间间隔来分析获得敲击的类型，比如如果连续两组上述波形趋势变化之间的时间间隔在预设的时间段范围内，则是双击。如果连续三组上述波形趋势变化相邻两者之间的时间间隔均在预设的时间段范围内，则是三次敲击。

以双击为例，参见图5为本申请实施例侦测到连续两组波形变化趋势之间的时间间隔在预设的时间段范围内，A为第一组，B为第二组，t为预设的时间阶段范围，t可以是相邻两个最大角速度之间的时间间隔之差。

分析出敲击动作的类型，控制器即可执行对应的人机交互功能，包括某项功能的启动，某两项功能之间的切换。

图6为本申请再一实施例动平衡车人机交互方法的流程示意图；如图6所示，其至少包括：

S601、微动开关侦测对车辆的敲击动作，并产生和输出与所述敲击动作匹配的电平；

本实施例中，对于在单轮平衡车、两轮平衡车上增加了微动开关，利用该微动开关接收并侦测用户的敲击动作。对于单轮平衡车来说，微动开关可以参考开关机键进行设置，比如直接设置在轮架或者轮毂或者轮罩的某特定位置。对于两轮平衡车来说，如果有扭杆机构的话，考虑到在车辆驾驶过程中会手扶扭杆，因此，微动开关直接设置在驾驶者在手持扭杆时可以直接触及的位置处，比如，在扭杆机构的把手处。

由于微动开关因敲击动作而发生闭合、断开动作，当闭合是输出高电平，断开时输出低电平或者为0。

为了敲击动作能被准确的侦测到，对微动开关直接输出的电平进行滤波处理，滤除高频信号，避免微动开关被操作；或者设定一电平持续时间阈值比如100ms，如果小于该阈值，则滤除，判定为为无效的敲击动作；如果大于该阈值，则认为是有效的敲击动作。

图7为微动开关因被敲击一次产生的电平输出；如图7所示，电平波形变化上，随着卫东开挂闭合瞬间输出高电平，然后随着微动开关复位断开瞬间输出低电平。每增加一次敲击，重复一次上述波形变化趋势。

S602、控制器对所述电平进行分析获得所述敲击动作的类型，根据敲击动作的类型执行对应的人机交互功能。

本实施例中，为了增加有效敲击动作的判断，可以预设一个时间段，通过侦测在该时间段内发生的上述波形变化趋势来分析获得敲击动作的类型。如果在预设的时间段内，产生一个上述波形变化趋势，则表明是单击；如果连续产生两个上述波形变化趋势，则表明是双击；如果连续产生三个波形变化趋势，则表明是三次敲击，以此类推。或者，从控制器获取到的高电平个数来判断敲击动作的类型。比如，只输出一个高电平则是单击，如果是连续两个高电平则是双击，如果是连续三个高电平则是三次敲击，以此类推。

以双击为例，参见图8为本申请实施例预设时间段内侦测到连续两个高电平的示意图，A为第一个，B为第二个，T为预设的时间段。

另外，也可以通过分析连续两个、三个....上述高电平之间的时间间隔来分析获得敲击的类型，比如如果连续两个上述高电平之间的时间间隔在预设的时间段范围内，则是双击。如果连续三个上述高电平相邻两者之间的时间间隔均在预设的时间段范围内，则是三次敲击。

以双击为例，参见图9为本申请实施例侦测到连续两个高电平之间的时间间隔在预设的时间段范围内，A为第一个，B为第二个，t为预设的时间段。

图10为微动开关侦测敲击动作的电气原理图；如图10所示，下图中的R1为上拉电阻，使得在微动开关1001闭合时给控制器IO一个固定的高电平。微动开关就像一个轻触按键，振动严重的情况下也会发生误触发，因此，R2和C1组成低通滤波电路，滤除高频信号，减少微动开关的误触发。控制器1002根据有效的音频信号进行对应功能的实现。

在本申请的再一实施例中，上述实施例中的微动开关也可以由一个音频传感器来代替，产生因敲击动作产生的声音，通过输出并对音频信号的分析获得敲击的类型。因敲击产生的音频信号可以类似上述加速度传感器的波形变化或者微动开关的高低电平变化，详细不再赘述。

为了滤除周围环境的噪声，防止音频传感器误触发的产生，通过傅里叶变换将音频传感器输出的信号从时域转换到频域，通过在频域选定设定的频率以及判断幅值来判定是有效的敲击的声音。

图11为音频传感器侦测敲击动作的电气原理图；如图11所示，用一个麦克风1101来采集用户敲击外壳的声音，然后使用音频放大器1102将声音放大，再通过电阻R1、R2、R3和电容C1、C2组成的带通滤波电路滤除高频信号，防止误触发。之后，依据滤波处理后的音频信号判断用户的有效单击和有效双击动作。控制器1103根据有效的音频信号进行对应功能的实现。

上述实施例中的传感器可以是模拟接口，也可以是数字接口。如果是数字接口的话，则可能进行AD转换后再给处理器，或者处理器直接进行AD转换。如果是数字接口的话，则无需上述AD转换处理。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种动平衡车人机交互方法，其特征在于，包括：

传感器侦测对车辆的敲击动作，并产生和输出与所述敲击动作匹配的动作数据；

控制器对所述动作数据进行分析获得所述敲击动作的类型，根据敲击动作的类型执行对应的人机交互功能。

2.一种动平衡车，其特征在于，包括传感器和控制器，所述传感器用于侦测对车辆的敲击动作，并产生和输出与所述敲击动作匹配的动作数据；所述控制器用于对所述动作数据进行分析获得所述敲击动作的类型，根据敲击动作的类型执行对应的人机交互功能。

3.根据权利要求1所述的方法或权利要求2所述的动平衡车，其特征在于，传感器侦测对车辆的敲击动作包括：由控制系统中现有的传感器侦测对车辆的敲击动作；或者由独立于控制系统之外增加的传感器侦测对车辆的敲击动作。

4.根据权利要求3所述的方法或所述的动平衡车，其特征在于，所述控制系统位于单轮平衡车的轮子上，由控制系统中现有的传感器侦测对车辆的敲击动作包括侦测对所述单轮平衡车轮子的敲击动作；或者，所述控制系统位于两轮平衡车的脚踏板处，由控制系统中现有的传感器侦测对车辆的敲击动作包括侦测对所述两轮平衡车脚踏板的敲击动作。

5.根据权利要求3所述的方法或所述的动平衡车，其特征在于，所述独立于控制系统之外增加的传感器位于两轮平衡车的手把上，由独立于控制系统之外增加的传感器侦测对车辆的敲击动作包括：侦测对所述两轮平衡车手把的敲击动作；或者，所述独立于控制系统之外增加的传感器位于单轮平衡车的轮子设定位置处，由独立于控制系统之外增加的传感器侦测对车辆的敲击动作包括侦测对所述单轮平衡车的轮子设定位置处的敲击动作。

6.根据权利要求1所述的方法或权利要求2所述的动平衡车，其特征在于，所述传感器包括陀螺仪和/或加速度传感器；所述控制器对所述动作数据进行分析包括：对所述陀螺仪的角速度和/或所述加速度传感器的加速度进行分析。

7.根据权利要求6所述的方法或所述的动平衡车，其特征在于，所述加速度传感器为三轴加速度传感器，对所述加速度传感器的加速进行分析包括：对三个轴向上的加速度进行大小分析，获取值最大的加速度。

8.根据权利要求1所述的方法或权利要求2所述的动平衡车，其特征在于，所述传感器包括微动开关和/或者音频传感器，所述控制器对所述动作数据进行分析包括：对所述微动开关输出的电平信号进行分析和/或对所述音频传感器输出的音频信号进行分析。

9.根据权利要求1所述的方法或权利要求2所述的动平衡车，其特征在于，对所述动作数据进行分析获得所述敲击动作的类型包括：根据在预先设置的时间段内侦测到的敲击动作对应的动作数据，分析获得所述敲击动作的类型。