CN105691505A - 单踏板可转向的两轮电动平衡车 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单踏板可转向的两轮电动平衡车，通过单个踏板姿态的改变实现两轮电动平衡车的行驶或转向，包括单个踏板、两个电机轮、第一枢转件、第二枢转件、姿态仪和电驱单元；第一枢转件具第一转轴，可转动地固定于两个电机轮之间；第二枢转件具第二转轴，固定于踏板，以限位角度转动连接第一枢转件，第一转轴与第二转轴二维正交设置；姿态仪设置于第一转轴和第二转轴交点位置，固定于第二枢转件内，感测踏板姿态信号；电驱单元固定于踏板，电连接姿态仪和两个电机轮，响应姿态信号，分别控制驱动两个电机轮。该电动平衡车结构紧凑、操控简便、体感轻松。

Description

单踏板可转向的两轮电动平衡车

技术领域

本发明涉及双轮电动平衡车技术领域。

背景技术

电动平衡车，又叫“体感车”、其工作原理主要是建立在“动态稳定”的基础上，利用车体内部的陀螺仪和加速度传感器，来检测车体姿态的变化，并利用伺服控制系统，精确地驱动电机进行相应的调整，以保持车体的平衡。

随着智能化时代的到来以及可充电电池技术的发展，智能化电动平衡车的应用日益广泛，如环保代步、运动娱乐以及智能服务机器人。

本发明人目前所了解到的现有的电动平衡车存在进一步改进的空间：

1）、单轮电动平衡车，单轮驱动，不易控制转向，不易驾驶；

2）、带操纵杆的双轮电动平衡车，单个踏板，借助操纵杆控制转向，称之“手控”，其特点：车体较大、结构复杂；

3）、双踏板电动平衡车，双踏板车体，利用脚部控制转向，称之“脚控”，其特点：车体较大、结构复杂，且用户双腿长时间保持直立状态，易产生疲劳。

发明内容

本发明目的在于提供一种结构紧凑、操控简便、体感轻松的“体控”两轮电动平衡车。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种单踏板可转向的两轮电动平衡车，通过单个踏板姿态的改变实现两轮电动平衡车的行驶或转向，包括单个踏板、两个电机轮、第一枢转件、第二枢转件、姿态仪和电驱单元。

所述单个踏板包括固定连接的踏板上盖和踏板下盖；所述两个电机轮同轴对称设置；所述第一枢转件为中空壳体，具第一转轴，可转动地固定于所述两个电机轮之间；所述第二枢转件为中空壳体，由所述第一枢转件内伸出，固定于所述踏板，且具第二转轴，以限位角度转动连接所述第一枢转件；所述第一转轴与所述第二转轴二维正交设置；所述姿态仪设置于所述第一转轴和第二转轴交点位置，固定于所述第二枢转件内，感测所述踏板姿态信号；所述电驱单元固定于所述踏板，电连接所述姿态仪和两个电机轮，响应所述姿态信号，分别控制驱动所述两个电机轮。

进一步的，该电动平衡车的两个电机轮分别包括轮毂电机和固定套设其外的车轮，所述两个电机轮设置于所述踏板中间位置的下方或两侧。

进一步的，该电动平衡车的轮毂电机包括电机轴，所述电机轴固定连接所述第一枢转件。

本发明的枢转件及转动轴具下面两种实现方式：

第一种：该电动平衡车的第一转轴为X轴，所述第二转轴包括Y轴；所述第一枢转件具限位开口，所述限位开口和所述第二枢转件的伸出部分构成绕Y轴转动角度限位；该电动平衡车的姿态仪包括陀螺仪和加速度传感器，感测所述踏板绕X轴或Y轴转动的姿态信号。

第二种，该电动平衡车的第一转轴为X轴，所述第二转轴包括Z轴；所述第二枢转件沿径向设置有限位挡块，所述第一枢转件设置有与所述限位挡块对应的限位槽，所述限位挡块和限位槽构成绕Z轴转动角度限位；该电动平衡车的姿态仪包括陀螺仪、加速度传感器和转角传感器，感测所述踏板绕X轴或Z轴转动的姿态信号；所述转角传感器旋转连接于所述第一枢转件与姿态仪之间。

进一步的，该电动平衡车的电驱单元包括：脚踏开关组件、电源组件和控制组件。

脚踏开关组件包括一组或两组，每组两个脚踏开关，固定于所述踏板上端面，感应使用者是否站立于电动平衡车上以开启或关闭。

电源组件包括充电电池、电源开关、充电接口；充电电池均衡地固定于所述踏板内，电源开关固定于所述踏板侧边，用于开启或关闭电源，充电接口固定于所述踏板侧边，用于电池充电。

控制组件包括报警电路、控制电路、驱动电路；报警电路，用于电量过低报警、电流过大报警、车速过高报警；控制电路包括微处理器，对姿态信号进行运算、处理，产生控制信号；驱动电路接收所述控制信号，分别驱动所述两个电机轮的转速和转向。

进一步的，该电动平衡车的踏板的形状包括圆形。

本发明的有效效果：1）、采用单个圆形或对称形踏板以及电池的均衡分布，车体重心均衡、结构更紧凑；2）、姿态仪设置于踏板的转动轴中心位置，感测姿态信号更准确；3）、采用踏板绕X轴、Y轴或Z轴的二维转动，用户可方便地通过身体的前后倾斜、左右倾斜或扭动来操控进退或转向，称之“体控”，操控更简便、轻松。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的单踏板可转向的两轮电动平衡车的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的单踏板可转向的两轮电动平衡车结构剖面示意图；

图3为本发明另一实施例提供的单踏板可转向的两轮电动平衡车的结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的单踏板可转向的两轮电动平衡车枢转件局部结构爆炸图；

图5为本发明另一实施例提供的单踏板可转向的两轮电动平衡车枢转件局部结构爆炸图；

图6为本发明一实施例提供的单踏板可转向的两轮电动平衡车系统功能方块示意图；

图7为本发明一实施例提供的单踏板可转向的两轮电动平衡车的踏板绕X轴转动示意图；

图8为本发明一实施例提供的单踏板可转向的两轮电动平衡车的踏板绕Y轴转动示意图；

图9为本发明一实施例提供的单踏板可转向的两轮电动平衡车踏板绕Z轴转动示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

参照图1、图2、图3，本发明提供的一种单踏板可转向的两轮电动平衡车，通过单个踏板姿态的改变实现两轮电动平衡车的行驶或转向；包括：单个踏板10、两个电机轮20、第一枢转件30、第二枢转件40、姿态仪50、电驱单元60。

单个踏板10包括固定连接的踏板上盖11和踏板下盖12；两个电机轮20同轴对称设置；第一枢转件30为中空壳体，具第一转轴，可转动地固定于两个电机轮20之间；第二枢转件40为中空壳体，由第一枢转件30内伸出，固定于踏板10，且具第二转轴，以限位角度转动连接第一枢转件30；第一转轴与第二转轴二维正交设置；姿态仪50设置于第一转轴和第二转轴交点位置，固定于第二枢转件40内，感测踏板姿态信号；电驱单元60固定于踏板10内，电连接姿态仪50和两个电机轮20，响应姿态信号，分别控制驱动两个电机轮20。

该电动平衡车的两个电机轮20分别包括轮毂电机21和固定套设其外的车轮22，两个电机轮20设置于踏板10中间位置的下方或两侧。

本发明一实施例中，两个电机轮20设置于踏板10的下方（图1所示），在另一实施例中，两个电机轮20设置于踏板10的两侧（图3所示）。

上述实施例中，踏板10采用圆形，踏板上盖11和踏板下盖12均采用铝合金材质制造，保证其整体的强度更好、重量更轻。

参照图4，为本发明一实施例的枢转件局部结构爆炸图。

该电动平衡车的轮毂电机21包括电机轴211，电机轴211固定连接第一枢转件30A。

轮毂电机21，采用外转子无刷直流电机，该电机可被精确地控制转速以及转向，响应速度快。

该电动平衡车的第一转轴为X轴，第二转轴为Y轴；第一枢转件30A具限位开口31A，限位开口31A和第二枢转件40A的伸出部分构成绕Y轴转动角度限位；该电动平衡车的姿态仪50包括陀螺仪51和加速度传感器52，感测踏板10绕X轴或Y轴转动的姿态信号。

参照图5，为本发明另一实施例的枢转件局部结构爆炸图。

该电动平衡车的第一转轴为X轴，第二转轴为Z轴；第二枢转件40B沿径向设置有限位挡块41B，第一枢转件30B设置有与限位挡块41B对应的限位槽31B，限位挡块41B和限位槽31B构成绕Z轴转动角度限位；该电动平衡车的姿态仪包括陀螺仪51、加速度传感器52和转角传感器53，感测所述踏板10绕X轴或Z轴转动的姿态信号；转角传感器53旋转连接于第一枢转件30B与姿态仪50之间。

由上，另一实施例中，姿态仪添加了转角传感器53，两个实施例中，陀螺仪51和加速度传感器52可采用相同的型号规格。

上述实施例采用至少两轴的MEMS陀螺仪51和加速度传感器52，转角传感器53采用霍尔非接触传感器，可精确检测踏板10的倾角、角速度信号、转角信号；鉴于陀螺仪、加速度传感器、转角传感器的功能是公知技术，在此不再作进一步的说明。

本发明的姿态仪50位于踏板10的旋转中心位置，当踏板10旋转角度均为零时，即姿态仪50处于初始位置，因此，可方便地获取精确的姿态信号初始值。

参照图6、图2，该电动平衡车的电驱单元60包括：脚踏开关组件61、电源组件62、控制组件63。

脚踏开关组件61，由两组脚踏开关61X、61Y组成，以踏板10中心对称排列，固定于踏板10上端面，感应使用者是否站立于电动平衡车上以开启或关闭。

电源组件62，包括充电电池621、电源开关622、充电接口623；充电电池621均衡地固定于踏板10内，电源开关622固定于踏板10侧边，用于开启或关闭电源，充电接口623固定于踏板10侧边，用于电池充电。

控制组件63，包括报警电路631、控制电路632、驱动电路633；报警电路631用于电量过低报警、电流过大报警、车速过高报警；控制电路632包括微处理器，对姿态信号进行运算、处理，产生控制信号；驱动电路633接收控制信号，分别驱动两个电机轮20的转速和转向。

本发明一实施例中，脚踏开关组件61采用红外光电开关，充电电池621采用高容量锂电池，电源开关622采用金属壳的按键开关，报警电路采用蜂鸣器和LED，微处理器采用ARM处理器，驱动电路633采用三相桥电路。

本发明的控制组件63，属于现有技术，如中国专利申请号201310516158.X的专利以及其它专利已有相关描述。在此不再展开赘述。

参照图7、图8、图9，下面对本发明的两用电动平衡车的工作状态作进一步说明：

1）通电：开启电源开关622；

2）站板：双脚站上踏板10，脚踏开关组件61被踩下，电动平衡车处于开启待机状态；

3）初始：车体10处于水平状态，无倾斜、无旋转，姿态仪50输出为设定初始值，此时，电机轮20不转，电动平衡车处于初始状态；

4）进退：身体前倾或后倾，踏板10绕X轴旋转，姿态仪50输出绕X轴倾角的姿态信号，电驱单元60分别控制驱动两个电机轮20正转或反转，电动平衡车前进或后退，转速与倾角大小对应，倾角越大，转速越快；

5）转向：一实施例，身体左右倾斜，踏板10带动第二枢转件40A绕Y轴转动，姿态仪50输出绕X轴、Y轴加权倾角姿态信号，电驱单元60分别控制驱动两个电机轮20产生转速差，电动平衡车转弯，转向弧度与踏板10的转角大小对应，倾角越大，转向弧度越小。

另一实施例，扭动身体，踏板10带动第二枢转件40B绕Z轴旋转，姿态仪50输出绕X轴倾角、Z轴转角的加权信号，电驱单元60分别控制驱动两个电机轮20产生转速差，电动平衡车转弯。

上述实施例仅为说明本发明，不构成对本发明的任何限制，受本发明的启发而作等效或近似的技术方案均在本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种单踏板可转向的两轮电动平衡车，其特征在于，通过单个踏板姿态的改变实现两轮电动平衡车的行驶或转向，包括：

单个踏板，包括固定连接的踏板上盖和踏板下盖；

两个电机轮，同轴对称设置；

第一枢转件，中空壳体，具第一转轴，可转动地固定于所述两个电机轮之间；

第二枢转件，中空壳体，由所述第一枢转件内伸出，固定于所述踏板；且具第二转轴，以限位角度转动连接所述第一枢转件；所述第一转轴与所述第二转轴二维正交设置；

姿态仪，设置于所述第一转轴和第二转轴交点位置，固定于所述第二枢转件内，感测所述踏板姿态信号；

电驱单元，固定于所述踏板，电连接所述姿态仪和两个电机轮，响应所述姿态信号，分别控制驱动所述两个电机轮。

2.如权利要求1所述的单踏板可转向的两轮电动平衡车，其特征在于，所述两个电机轮分别包括轮毂电机和固定套设其外的车轮，所述两个电机轮设置于所述踏板中间位置的下方或两侧。

3.如权利要求1或2所述的单踏板可转向的两轮电动平衡车，其特征在于，所述轮毂电机包括电机轴，所述电机轴固定连接所述第一枢转件。

4.如权利要求1所述的单踏板可转向的两轮电动平衡车，其特征在于，所述第一转轴为X轴，所述第二转轴包括Y轴；所述第一枢转件具限位开口，所述限位开口和所述第二枢转件的伸出部分构成绕Y轴转动角度限位。

5.如权利要求1或4所述的单踏板可转向的两轮电动平衡车，其特征在于，所述姿态仪包括陀螺仪和加速度传感器，感测所述踏板绕X轴或Y轴转动的姿态信号。

6.如权利要求1所述的单踏板可转向的两轮电动平衡车，其特征在于，所述第一转轴为X轴，所述第二转轴包括Z轴；所述第二枢转件沿径向设置有限位挡块，所述第一枢转件设置有与所述限位挡块对应的限位槽，所述限位挡块和限位槽构成绕Z轴转动角度限位。

7.如权利要求1或6所述的单踏板可转向的两轮电动平衡车，其特征在于，所述姿态仪包括陀螺仪、加速度传感器和转角传感器，感测所述踏板绕X轴或Z轴转动的姿态信号；所述转角传感器旋转连接于所述第一枢转件与姿态仪之间。

8.如权利要求1所述的单踏板可转向的两轮电动平衡车，其特征在于，所述电驱单元包括：

脚踏开关组件，包括一组或两组，每组两个脚踏开关，固定于所述踏板上端面，感应使用者是否站立于电动平衡车上以开启或关闭；

电源组件，包括充电电池、电源开关、充电接口；

控制组件，包括报警电路、控制电路、驱动电路。

9.如权利要求1所述的单踏板可转向的两轮电动平衡车，其特征在于，所述踏板的形状包括圆形。