CN104898110A - 一种超声波发射装置及自动跟随的平衡车系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及平衡车领域，具体涉及一种超声波发射装置及自动跟随的平衡车系统。它包括外壳和设于外壳内的超声波发射结构，超声波发射结构包括用于发射超声波的超声波发射头和驱动超声波发射头的驱动组件，相对超声波发射头的发射端还设有扩散器，扩散器的顶点与发射端相对设置。本发明实施例使得原本定向传播的超声波变为环形方向扩散传播，即将定向传播的超声波变为全向传播的超声波，使得超声波接收装置能在环形的任意角度均能接收到超声波信号，从而提高超声波的接收范围，进而提高平和车自动跟随的准确性，提平衡车的使用体验。

Description

一种超声波发射装置及自动跟随的平衡车系统
技术领域
本发明涉及平衡车领域，具体涉及一种超声波发射装置及自动跟随的平衡车系统。
背景技术
平衡车作为一种新型的交通工具，其运作原理主要是建立在一种被称为“动态稳定”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来判断车身所处的姿势状态，通过精密且高速的中央微处理器计算出适当的指令后，驱动马达以实现平衡的效果。
平衡车的自动跟随需要采用定位技术来确定平衡车状态，现有技术一般采用超声波技术进行定位，且超声波收发技术采用的是定方向的收发方式。
然而，这种超声波收发方式存在当收发不在同一方向，及相互成一定角度时，接收端便接收不到发送过来的超声波信号的问题，从而使得平衡车自动跟随的准确性较低，影响平衡车的使用体验。
发明内容
本发明实施例提供了一种超声波发射装置，能够使得超声波接收装置能在环形的任意角度均能接收到超声波信号，从而提高超声波的接收范围。
有鉴于此，本发明实施例第一方面提供，可包括：外壳和设于外壳内的超声波发射结构，超声波发射结构包括用于发射超声波的超声波发射头和驱动超声波发射头的驱动组件，相对超声波发射头的发射端还设有扩散器，扩散器的顶点与发射端相对设置。
结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述扩散器为圆锥型扩散器或棱锥型扩散器。
结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，发射端的中心位于圆锥型扩散器或棱锥型扩散器的轴线上。
结合第一方面，在第一方面的第三种可能的实现方式中，扩散器上连接有支架，支架固定于外壳上。
结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，支架为环绕外壳的环形结构支架，支架与扩散器的连接处位于扩散器的侧壁底部。
结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第五方面的第一种可能的实现方式中，环形结构支架与外壳相贴合，环形结构支架内侧设有用于与外壳连接的卡扣。
结合第一方面、第一方面的第一种可能的实现方式、第一方面的第二种可能的实现方式、第一方面的第三种可能的实现方式、第一方面的第四种可能的实现方式和第一方面的第五种可能的实现方式之中任一种，在第一方面的第六种可能的实现方式中，驱动组件包括电路板，驱动组件还包括用于驱动超声波发射头的驱动模块，驱动模块设于电路板上，电路板上还设有电池。
结合第一方面的第六种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，电路板上还设有控制超声波发射头的控制开关、用于发出提示的蜂鸣器和用于数据通讯和充电的连接器。
结合第一方面的第七种可能的实现方式，在第一方面的第八种可能的实现方式中，外壳包括前壳和后壳，前壳上对应控制开关处设有控制控制开关的控制按钮，后壳上对应连接器处设有通孔，后壳上还设有背夹。
本发明实施例第二方面还提供一种自动跟随的平衡车系统，可包括平衡车本体及定位器，平衡车本体上设有超声波接收装置，定位器上设有前述超声波发射装置。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：本发明实施例采用在超声波发射头的发射端处设置一个扩散器，并且扩散器的顶点与发射端相对设置，以及扩散器的侧壁厚度大于超声波的波长，从而能够使得从发射端发出的超声波在扩散器的表面发生反射，使得原本定向传播的超声波变为环形方向扩散传播，即将定向传播的超声波变为全向传播的超声波，使得超声波接收装置能在环形的任意角度均能接收到超声波信号，从而提高超声波的接收范围，进而提高平和车自动跟随的准确性，提平衡车的使用体验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中的超声波发射装置的一个实施例图；
图2是本发明实施例中的超声波发射装置的另一个实施例图；
图3是本发明实施例中超声波发射装置的另一个实施例的分解图；
图4是本发明实施例中超声波发射装置的另一个实施例图；
图5是图4中A-A面的剖视图。
附图中各部件如下：
1、外壳，11、前壳，111、控制按钮，12、后壳，121、通孔，122、背夹，2、超声波发射头，3、驱动组件，31、电路板，32、驱动模块，33、电池，34、控制开关，35、蜂鸣器，36、连接器，4、扩散器，5、支架，51、卡扣。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种超声波发射装置，用于使超声波接收装置能在环形的任意角度均能接收到超声波信号，从而提高超声波的接收范围。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
以下分别进行详细说明。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或模块，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。
请参阅图1，图1为本发明实施例的超声波发射装置的一个实施例图，如图1所示，本发明的一个实施例提供一种超声波发射装置，可包括：外壳1和设于外壳1内的超声波发射结构，超声波发射结构包括用于发射超声波的超声波发射头2和驱动超声波发射头2的驱动组件3，相对超声波发射头2的发射端还设有扩散器4，扩散器4的顶点与发射端相对设置。
本发明实施例采用在超声波发射头2的发射端处设置一个扩散器4，并且扩散器4的顶点与发射端相对设置。优选地，扩散器4的侧壁厚度大于超声波的波长，从而能够使得从发射端发出的超声波在扩散器4的表面发生较好的反射效果，使得原本定向传播的超声波变为环形方向扩散传播，即将定向传播的超声波变为全向传播的超声波，使得超声波接收装置能在环形的任意角度均能接收到超声波信号，从而提高超声波的接收范围，进而提高平和车自动跟随的准确性，提平衡车的使用体验。
需要说明的是，除上述方案外，本发明实施例还可采用其他进一步方案，请参阅图2，图2为本发明实施例的超声波发射装置的另一个实施例图，如图2所示，本发明的一个实施例提供一种超声波发射装置，在图1所示结构的基础上，扩散器4为圆锥型或棱锥型。
其中，扩散器4设计为圆锥型或是棱锥型均可，只需要保证定向发射的超声波在圆锥型或是棱锥型的侧面进行反射，从而形成多边形或是圆环呈环状向四周发射即可。
作为可选的，发射端的中心位于圆锥型扩散器或棱锥型扩散器的轴线上。
可以看出，发射端的中心设置在圆锥型扩散器或棱锥型扩散器的轴线上时，发射端发出的定向超声波在进行反射并向环状四周发射时，各方向上的超声波发射方向与轴线的夹角均是相同的，即其发生方向与扩散器4的轴截面形状相同，各方向上的超声波的强度也是相同的，更易于准确测量。
作为可选的，扩散器4上连接有支架5，支架5固定于外壳1上。
可以理解的是，在本发明实施例中，扩散器4的顶端与发射端相对设置，为了固定扩散器4，可通过在扩散器4上连接一个支架5，该支架5的两端分别与外壳1和扩散器4相连接，从而将扩散器4固定于外壳1上。
作为可选的，支架5为环绕外壳1的环形结构支架，支架5与扩散器4的连接处位于扩散器4的侧壁底部。
可以理解的是，支架5设计为环绕外壳1的环形结构支架，并固定于外壳1上，由于支架5与外壳1的接触面积大，且支架5为一体成型，其结构更加牢固，并且该支架5与扩散器4的连接处位于扩散器4的侧壁底部，由于锥型的特性，越靠近底部的部分，在相同高度的情况下，侧面积越大，将连接处设置在扩散器4的侧壁底部，其一是为了不干扰扩散器4进行反射超声波，其二是连接处的连接面积能够尽可能的大，从而保证扩散器4固定的更为牢固，即便在极端的抖动晃动等情形下，与发射端的相对位置也不会发生改变。
另外，更进一步的，环形结构支架与外壳1相贴合，环形结构支架内侧设有用于与外壳1连接的卡扣51。
由此可见，环形结构支架与外壳1相贴合，从而最大限度增加接触面积，环形结构支架内侧设有用于与外壳1连接的卡扣51，通过卡扣51使得环形结构支架与外壳1更为紧密的接触在一起，进一步增加扩散器4的牢固性。
请参阅图3，图3为本发明实施例的超声波发射装置的另一个实施例的分解图，如图3所示，本发明实施例提供一种超声波发射装置，该装置在图1或图2所示的结构基础上，驱动组件3包括电路板31，驱动组件3还包括用于驱动超声波发射头2的驱动模块32，驱动模块32设于电路板31上，电路板31上还设有电池33；电路板31上还设有控制超声波发射头2的控制开关34、用于发出提示的蜂鸣器35和用于数据通讯和充电的连接器36；外壳1包括前壳11和后壳12，前壳11上对应控制开关34处设有控制控制开关34的控制按钮111，后壳12上对应连接器36处设有通孔121，后壳12上还设有背夹122。
其中，图4为本发明实施例的超声波发射装置的另一个实施例图，如图4所示，结合图1和图3，图4提供的一种超声波发射装置包括外壳1，设于外壳1上的控制按钮111，包围外壳1的环形支架以及固定于支架5上的扩散器4。
图5是图4中A-A面的剖视图，图5结合图3所示结构，电路板31位于中间层，电池33和控制开关34位于电路板31的同一面上，即与前壳11相对的一面上，蜂鸣器35位于电路板31的侧边上，连接器36位于电路板31上与后壳12相对的一面上，该连接器36伸出后壳12。
可以理解的是，本发明实施例的超声波发射装置内部具有供电的电池33，承载超声波发射头2的电路板31以及驱动超声波发射头2的驱动模块32，该驱动模块32还通过电路板31与连接器36相连接以用于进行数据传输，还设有控制开关34和设在控制开关34上的控制按钮111，使得用户可通过控制按钮111手动开启或停止超声波发射装置，蜂鸣器35用于提示超声波发射装置是否处于异常状态，另外外壳1上的背夹122便于超声波发射装置的固定。
超声波发生装置在工作时，首先由驱动模块32产生驱动信号，通过电路板31将该驱动信号发送至超声波发射头2，超声波发射头2接收该驱动信号并产生超声波，该超声波由发射端定向发射至扩散器4上，由于发射端的中点位于扩散器4的轴线上，并且扩散器4的侧壁厚度可大于该超声波的波长，该超声波会被扩散器4侧面的材料进行反射，从而生成扩散器4轴向截面形状相同的环形扩散的超声波。
本发明实施例的自动跟随的平衡车系统采用了前述的超声波发射装置，该平衡车包括平衡车本体及定位器，平衡车车本体上设有超声波接收装置，超声波发射装置则设置于定位器上，由于超声波发射装置产生的环形的超声波沿360度方向发射，该超声波在遇到物体反射并由定位器上的超声波接收装置进行接收，从而可计算出平衡车当前是否平衡。
需要说明的是，由于超声波发射装置上的连接器36的存在，超声波发射装置上的驱动模块32除自定义驱动方式外，还可根据连接器36输入的指令及参数对应产生驱动超声波发射装置的驱动信号，如发射功率、连续发射时间等，使得本发明实施例中的超声波发射装置能更好的适应各种类型的平衡车。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种超声波发射装置，包括外壳和设于所述外壳内的超声波发射结构，其特征在于：
所述超声波发射结构包括用于发射超声波的超声波发射头和驱动所述超声波发射头的驱动组件，相对所述超声波发射头的发射端还设有扩散器，所述扩散器的顶点与所述发射端相对设置。
2.根据权利要求1所述的超声波发射装置，其特征在于：所述扩散器为圆锥型扩散器或棱锥型扩散器。
3.根据权利要求2所述的超声波发射装置，其特征在于：所述发射端的中心位于圆锥型扩散器或棱锥型扩散器的轴线上。
4.根据权利要求1所述的超声波发射装置，其特征在于：所述扩散器上连接有支架，所述支架固定于所述外壳上。
5.根据权利要求4所述的超声波发射装置，其特征在于：所述支架为环绕外壳的环形结构支架，所述支架与所述扩散器的连接处位于所述扩散器的侧壁底部。
6.根据权利要求5所述的超声波发射装置，其特征在于：所述环形结构支架与所述外壳相贴合，所述环形结构支架内侧设有用于与外壳连接的卡扣。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的超声波发射装置，其特征在于：所述驱动组件包括电路板，所述驱动组件还包括用于驱动所述超声波发射头的驱动模块，所述驱动模块设于所述电路板上，所述电路板上还设有电池。
8.根据权利要求7所述的超声波发射装置，其特征在于：所述电路板上还设有控制所述超声波发射头的控制开关、用于发出提示的蜂鸣器和用于数据通讯和充电的连接器。
9.根据权利要求8所述的超声波发射装置，其特征在于：所述外壳包括前壳和后壳，所述前壳上对应所述控制开关处设有控制所述控制开关的控制按钮，所述后壳上对应连接器处设有通孔，所述后壳上还设有背夹。
10.一种自动跟随的平衡车系统，包括平衡车本体及定位器，所述平衡车本体上设有超声波接收装置，其特征在于：
所述定位器上设有权利要求1至9中任一项所述的超声波发射装置。
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