CN106114714B - 踏板控制转向的自平衡车 - Google Patents

Abstract

本发明属于交通工具领域，特别是涉及一种踏板控制转向的自平衡车，包括：车体、驱动轮、联动机构、检测机构和控制机构。在操作者使用本发明提供的自平衡车的过程中，当需要进行转弯操作时(例如左转弯或者右转弯)，操作者身体转向，并带动脚踏板朝向操作者转向的方向旋转。脚踏板的旋转力矩带动联动机构运动，检测机构采集联动机构的角度信号，并将角度信号传递至控制机构，控制机构根据角度信号提取相应的控制指令，该控制指令用于控制驱动轮朝向脚踏板的旋转方向运动，以此实现了自平衡车的转向操作。本发明提供的踏板控制转向的自平衡车一方面通过踏板即可实现转向，控制灵活；另一方面，结构较为小巧紧凑。

Description

踏板控制转向的自平衡车

技术领域

本发明属于交通工具领域，尤其是涉及一种踏板控制转向的自平衡车。

背景技术

自平衡车作为短程代步工具，得到了广泛的应用，自平衡车主要有独轮自平衡车和两轮自平衡车，其中：

两轮自平衡车，随着身体的倾斜，可以随心所欲地控制行驶速度及前进方向。其运作原理是建立在“动态稳定”的基本原理上，以内置的精密固态陀螺仪来判断车身所处的姿态状态，透过精密且高速的中央处理器计算出适当的指令后，驱动马达来达到平衡效果。

但是，为了方便操作者控制方向，通常在自平衡车的中部设置有竖直方向的支架，支架上端设置把手，操作者通过旋转把手带动支架的旋转，支架与自平衡车的控制器连接，控制器根据支架的角度信号对车轮进行转向作业。换言之，操作者必须通过手部的操作控制自平衡车的转向，无法通过脚步动作控制自平衡车转向，操作不够灵活，且把手和支架导致自平衡车的整体机构较为笨重和复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种踏板控制转向的自平衡车，以解决现有技术中的自平衡车的转向必须借助于支架、整体结构较为笨重和复杂以及操作不够灵活的问题。

本发明公开了一种踏板控制转向的自平衡车,包括：车体、设置于所述车体上方的两个脚踏板和设置于所述车体两侧的驱动轮，两个所述脚踏板分别通过轴承与所述车体转动连接；还包括联动机构、检测机构和控制机构，其中：

所述联动机构的两端通过设置于所述脚踏板下方的转轴与所述脚踏板连接，用于保持两个所述脚踏板同步旋转，并将所述脚踏板的角度变化量传递至所述检测机构；

所述检测机构与所述联动机构和所述车体相连接，用于根据所述联动机构的角度变化量得到角度信号,并将所述角度信号传递至所述控制机构；

所述控制机构根据所述角度信号提取相应的控制指令，所述控制指令用于驱动所述车体沿踏板旋转的方向转向。

更进一步地，所述联动机构包括同步拉杆和摇臂，所述同步拉杆的两端通过设置于所述脚踏板下方的转轴与两个所述脚踏板连接，所述摇臂的一端与所述同步拉杆的中部铰接，所述摇臂的另一端与所述检测机构铰接；

同步拉杆在所述脚踏板的驱动作用下沿所述同步拉杆的长度方向摆动，以驱动所述摇臂围绕所述检测机构摆动，所述摇臂的摆动驱动所述检测机构旋转并将所述摇臂的角度变化量传递至所述检测机构。

更进一步地，还包括有防护装置,所述防护装置盖合于所述检测机构上方。

更进一步地，所述联动机构设置为同步拉杆，所述同步拉杆的两端通过设置于所述脚踏板下方的转轴与两个所述脚踏板连接。

更进一步地，至少一个所述检测机构与所述脚踏板连接，所述检测机构根据所述脚踏板的角度变化量得到角度信号。

更进一步地，所述检测机构包括：

角度检测装置，用于检测所述联动机构的角度变化量；

复位件，用于在所述驱动轮的转向作业完成后，驱动所述联动机构朝向与所述脚踏板初始旋转方向相反的方向运动，以使所述联动机构复位。

更进一步地，所述角度检测装置设置为角度传感器；

和/或，

所述复位件设置为弹性元件。

更进一步地，还设置有姿态传感器，所述姿态传感器用于检测操作者的重心信号，并将所述重心信号传递至所述控制机构以使所述自平衡车前进或者后退。

更进一步地，至少一个所述脚踏板下方设置有压力传感器，所述压力传感器用于检测压力信号，并将所述压力信号传递至所述控制机构，以使所述自平衡车进入就绪状态。

更进一步地，还包括有电池组，所述电池组设置于所述车体的下方。

结合以上技术方案，由于本发明提供了一种踏板控制转向的自平衡车，包括：车体、设置于车体上方的脚踏板、设置于车体两侧的驱动轮，两个脚踏板分别通过轴承与车体转动连接。还包括：联动机构、检测机构和控制机构。联动机构设置于车体内部，联动机构的两端通过设置于所述脚踏板下方的转轴与所述脚踏板连接，用于保持两个所述脚踏板同步旋转，并将所述脚踏板的角度变化量传递至所述检测机构。检测机构与联动机构和控制机构连接，用于根据所述联动机构的角度变化量得到角度信号,并将所述角度信号传递至所述控制机构。控制机构根据角度信号提取相应的控制指令，所述控制机构根据所述角度信号提取相应的控制指令，所述控制指令用于驱动所述车体沿踏板旋转的方向转向。

具体而言，在操作者使用本发明提供的自平衡车的过程中，当需要进行转弯操作时(例如左转弯或者右转弯)，操作者身体转向，并带动脚踏板朝向操作者转向的方向旋转。脚踏板的旋转力矩带动联动机构运动，检测机构采集联动机构的角度信号，并将角度信号传递至控制机构，控制机构根据角度信号提取相应的控制指令，该控制指令用于驱动所述车体沿踏板旋转的方向转向，以此实现了自平衡车的转向操作，且可根据实际使用情况灵活操作。

且本发明提供的踏板控制转向的自平衡车省略了支架的设置，联动机构、检测机构和控制机构均可集成于车体内部，脚踏板设置于车体上部，因而，本发明提供的踏板控制转向的自平衡车的整体结构较为小巧和紧凑。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明提供的踏板控制转向的自平衡车的整体机构示意图；

图2为实施例1提供的踏板控制转向的自平衡车的分解示意图；

图3为实施例1提供的踏板控制转向的自平衡车的另一分解示意图；

图4为实施例2提供的脚踏板控制转向的自平衡车的分解示意图；

图5为本发明提供的踏板控制转向的自平衡车在直线状态下的原理图；

图6为本发明提供的踏板控制转向的自平衡车在转向状态下的原理图；

图7为本发明提供的踏板控制转向的自平衡车在直线状态下的俯视图；

图8为本发明提供的踏板控制转向的自平衡车在转向状态下的俯视图。

附图标记：

1-车体； 2-脚踏板； 3-驱动轮；

4-联动机构； 5-检测机构； 6-电池组；

7-轴承； 8-防护装置； 9-压力传感器；

21-第一脚踏板； 22-第二脚踏板 41-同步拉杆；

42-摇臂； 71-第一轴承； 72-第二轴承。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例的目的在于提供一种踏板控制转向的自平衡车，该自平衡车由踏板控制转向，操作者仅需通过自身旋转带动踏板旋转，即可实现自平衡车的转向，操作简单易行。

具体而言，

请一并参照图1、图2和图3，包括：车体1、设置于车体1上方的脚踏板2、设置于车体1两侧的驱动轮3，两个脚踏板2分别通过轴承与车体1转动连接。还包括：联动机构4、检测机构5和控制机构。联动机构4设置于车体1内部，联动机构4的两端通过设置于脚踏板2下方的转轴与脚踏板2连接，用于保持两个脚踏板2同步旋转，并将脚踏板2的角度变化量传递至检测机构5。检测机构5与联动机构4和控制机构连接，用于根据联动机构4的角度变化量得到角度信号,并将角度信号传递至控制机构。控制机构根据角度信号提取相应的控制指令，控制指令用于驱动车体1沿踏板旋转的方向转向。

在操作者使用本发明提供的自平衡车的过程中：当需要进行转弯操作时(例如左转弯或者右转弯)，操作者身体转向，并带动脚踏板2朝向操作者转向的方向旋转。脚踏板2的旋转力矩带动联动机构4运动，检测机构5采集联动机构4的角度变化量，根据角度变化量得到角度信号，并将角度信号传递至控制机构，控制机构根据角度信号提取相应的控制指令，控制指令用于驱动车体1沿踏板旋转的方向转向，以此实现自平衡车的转向操作。

该实施例的可选方案中，脚踏板2包括有第一脚踏板21和第二脚踏板22，第一脚踏板21和第二脚踏板22分别用于操作者左脚和右脚踩踏。第一脚踏板21下方的轴承7设置为第一轴承71，第二脚踏板22下方的轴承7设置为第二轴承727。第一脚踏板21通过第一轴承71与车体1连接，第二脚踏板22通过第二轴承727与车体1连接。

该实施例的可选方案中，联动机构4包括同步拉杆41和摇臂42，同步拉杆41的两端通过设置于脚踏板2下方的转轴与第一脚踏板21和第二脚踏板22连接，摇臂42的一端与同步拉杆41的中部枢接，摇臂42的另一端与检测机构5枢接。摇臂42在同步拉杆41的摆动作用下围绕检测机构5旋转，以使摇臂42的角度变化量传递至检测机构5。

上述可选方案中，摇臂42远离同步拉杆41的一端设置为环状结构，环状结构与检测机构5的轴相连接。

上述可选方案中，脚踏板2朝向轴承7的端面上设置有与轴承7配合的圆环形凸台。轴承7包括有上端盖、下端盖和中间环。脚踏板2下端面的圆环形凸台卡接于上端盖与下端盖之间的圆形空间内并由中间环固定。作为另一种变形形式，脚踏板2与轴承7通过轴连接，轴的上端与脚踏板2的下端面连接，连接方式不限定为卡接、螺纹连接或者枢接等。轴承7套装在轴上。

上述可选方案中，车体1在对应于第一脚踏板21和第二脚踏板22的位置上开设有通孔。第一轴承71、第二轴承72和联动机构4位于车体1的腔体内，且第一脚踏板21的下部穿过通孔与第一轴承71连接，第二脚踏板22的下部穿过通孔与第二轴承72连接。更进一步地，车体1在第一脚踏板21和第二脚踏板22之间还开设有通孔，检测机构5穿过第一脚踏板21和第二脚踏板22之间的通孔与摇臂42连接，此时，检测机构5位于车体1上部的第一脚踏板21和第一脚踏板21之间。

联动机构4的工作过程详述如下：

当需要向左转向时，操作者身体向左旋转，脚踏板2随之向左旋转，具体而言，第一脚踏板21和第二脚踏板22在同步拉杆41的作用下同步向左旋转，同步拉杆41在其长度方向上从第一脚踏板21向第二脚踏板22的方向运动，与此同时，摇臂42与同步拉杆41连接的端部在同步拉杆41的带动下向第二脚踏板22的方向运动，从而带动摇臂42另一端旋转，摇臂42的旋转运动使检测机构5旋转，从而实现了将摇臂42的角度变化量传递至检测机构5的过程。

当需要向右转向时，操作者身体向右旋转，脚踏板2随之向右旋转，具体而言，第一脚踏板21和第二脚踏板22在同步拉杆41的作用下同步向右旋转，同步拉杆41在其长度方向上从第二脚踏板22向第一脚踏板21的方向运动，与此同时，摇臂42与同步拉杆41连接的端部在同步拉杆41的带动下向第一脚踏板21的方向运动，从而带动摇臂42另一端旋转，摇臂42的旋转运动使检测机构5旋转，从而实现了将摇臂42的角度变化量传递至检测机构5的过程，(请参照图6和图8)。

需要说明的是：本发明所称的顺时针和逆时针是参照说明书附图，从自平衡车上方向下方观测的方向。

为了有效防护检测装置，避免检测装置遭受外部的机械损伤，还设置有防护装置8，防护装置8盖合于检测机构5上方。更进一步地，防护装置8设置为拱形的壳体结构，检测机构5位于拱形壳体的容纳腔内，防护装置8与车体1可拆卸连接。

该实施例的可选方案中，检测机构5包括角度检测装置和复位件。角度检测装置用于检测联动机构4的角度变化量；复位件用于在驱动轮3的转向作业完成后，驱动联动机构4朝向与脚踏板2初始旋转方向相反的方向运动以使联动机构4复位。

作为较优的实施方式，角度检测装置设置为角度传感器，角度传感器检测到角度变化量后将角度变化量传递至控制装置。

作为较优的实施方式，复位件设置为弹片，优选地，弹片设置为钢板弹片。更为优选地，钢板弹片包括有主钢板弹片和与主钢板弹片平行设置的若干副钢板弹片，在工作过程中，副钢板弹片可以有效提高主钢板弹片的弹性回复力，提高抗疲劳强度。

设置复位件的原因在于：

由于自平衡车在转向作业完成后，联动机构4无法主动回位。当操作者再次操作自平衡车时，需要手动调整以使联动机构4回位。因而在检测机构5内部还设置有复位件。复位件在受到检测机构5的旋转作用力时累积有反向蓄力，在检测机构5停止旋转时，复位件的蓄力使得检测机构5朝向相反方向旋转，以使检测机构5回复到初始位置，与此同时，联动机构4回复到初始位置。

该实施例的可选方案中，至少一个脚踏板2下方设置有压力传感器9，压力传感器9用于检测压力信号，压力传感器9用于检测压力信号，并将上述压力信号传递至控制机构，以使自平衡车进入就绪状态。

该实施例的可选方案中，自平衡车的车体1内还设置有姿态传感器，姿态传感器用于检测操作者的重心信号，并将上述重心信号传递至控制机构，控制机构接收上述重心信号后提取相应的控制命令，驱动轮3在上述控制命令的作用下前进或者后退(请参照图5和图7)。

该实施例的可选方案中，车体1下部还进一步包括有电池组6，上述电池组6与车体1两侧的驱动轮3、压力传感器9、检测机构5和控制机构电连接。为了进一步提高本发明提供的自平衡车的集成度，可将电池组6集成于车体1内部。电池组6优选设置为蓄电池。

实施例2

该实施例是与实施例1相并列的另一优选方案，在区别技术特征之外的实施例1所公开的技术方案属于本实施例所公开的范围，在区别技术特征之外的实施例1所公开的技术方案不再重复描述，本实施例与实施例1的区别技术特征在于：联动机构4的结构不同，

具体而言，

请一并参照图1和图4，包括：车体1、设置于车体1上方的脚踏板2、设置于车体1两侧的驱动轮3，两个脚踏板2分别通过轴承与车体1转动连接。还包括：联动机构4、检测机构5和控制机构。联动机构4设置于车体1内部，联动机构4的两端通过设置于脚踏板2下方的转轴与脚踏板2连接，用于保持两个脚踏板2同步旋转，并将脚踏板2的角度变化量传递至检测机构5。检测机构5与联动机构4和控制机构连接，用于根据联动机构4的角度变化量得到角度信号,并将角度信号传递至控制机构。控制机构根据角度信号提取相应的控制指令，控制机构根据角度信号提取相应的控制指令，控制指令用于驱动车体1沿踏板旋转的方向转向。

在操作者使用本发明提供的自平衡车的过程中，当需要进行转弯操作时(例如左转弯或者右转弯)，操作者身体转向，并带动脚踏板2朝向操作者转向的方向旋转。脚踏板2的旋转力矩带动联动机构4运动，联动机构4的角度变化量传递至检测机构，检测机构根据上述角度变化量得到角度信号，并将上述角度信号传递至控制机构，控制机构根据角度信号提取相应的控制指令，该控制指令用于驱动车体1沿踏板旋转的方向转向，以此实现了自平衡车的转向操作。

该实施例的可选方案中，联动机构4包括同步拉杆41，同步拉杆41的两端通过设置于脚踏板2下方的转轴与两个脚踏板2连接。至少一个检测机构5与脚踏板2连接，检测机构5根据脚踏板2的角度变化量得到角度信号。

上述可选方案中，优选地，设置有两个检测机构5，两个检测机构5分设于第一脚踏板21和第二脚踏板22下方，更为具体地，两个检测机构5设置于第一脚踏板21和第二脚踏板22下方的车体内部。第一脚踏板21和第二脚踏板22的角度变化量传递至检测机构5，检测机构5根据角度变化量得到角度信号，并将角度信号传递至控制机构。同步拉杆41用于保证第一轴承71和第二轴承72旋转的幅度一致，从而保证两个检测机构5测得的角度数据一致。当然，出于节省成本方面的考量，检测机构5也可以仅设置为一个。

结合实施例1和实施例2，本发明提供的踏板控制转向的自行车，由于包括：车体1、设置于车体1上方的脚踏板2和设置于车体1两侧的驱动轮3，两个脚踏板2分别通过轴承与车体1转动连接。还包括联动机构4、检测机构5和控制机构。联动机构4、检测机构5和控制机构。联动机构4设置于车体1内部，联动机构4的两端通过设置于脚踏板2下方的转轴与脚踏板2连接，用于保持两个脚踏板2同步旋转，并将脚踏板2的角度变化量传递至检测机构5。检测机构5与联动机构4和控制机构连接，用于根据联动机构4的角度变化量得到角度信号,并将角度信号传递至控制机构。控制机构根据角度信号提取相应的控制指令，控制机构根据角度信号提取相应的控制指令，控制指令用于驱动车体1沿踏板旋转的方向转向。

具体而言，

在操作者使用本发明提供的自平衡车的过程中：

当需要进行转弯操作时(例如左转弯或者右转弯)，操作者身体转向，并带动脚踏板2朝向操作者转向的方向旋转。脚踏板2的旋转力矩带动联动机构4运动，检测机构5采集联动机构4的角度信号，并将角度信号传递至控制机构，控制机构根据角度信号提取相应的控制指令，该控制指令用于驱动车体1沿踏板旋转的方向转向，以此实现了自平衡车的转向操作。

当需要进行前进或者后退操作时，操作者身体前倾或者后仰，相应地，操作者身体重心前倾或者后仰。控制机构内部的姿态传感器检测到重心变化并将采集到的信号传递至控制机构，控制机构控制驱动轮3前进或者后退，以此实现了自平衡车的前进或者后退操作。

本发明提供的自平衡车，一方面，通过踏板即可控制转向，操作简单。另一方面，省略了支架的设置，联动机构、检测机构和控制机构均可集成于车体内部，脚踏板设置于车体上部，因而，本发明提供的踏板控制转向的自平衡车的整体结构较为小巧和紧凑。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (10)

1.一种踏板控制转向的自平衡车,包括：车体、设置于所述车体上方的两个脚踏板和设置于所述车体两侧的驱动轮，其特征在于，两个所述脚踏板分别通过轴承与所述车体转动连接；还包括联动机构、检测机构和控制机构，其中：

所述联动机构的两端通过设置于所述脚踏板下方的转轴与所述脚踏板连接，用于保持两个所述脚踏板同步旋转，并将所述脚踏板的角度变化量传递至所述检测机构；

所述检测机构与所述联动机构和所述车体相连接，用于根据所述联动机构的角度变化量得到角度信号,并将所述角度信号传递至所述控制机构；

所述控制机构根据所述角度信号提取相应的控制指令，所述控制指令用于驱动所述车体沿踏板旋转的方向转向。

2.根据权利要求1所述的踏板控制转向的自平衡车，其特征在于，所述联动机构包括同步拉杆和摇臂，所述同步拉杆的两端通过设置于所述脚踏板下方的转轴与两个所述脚踏板连接，所述摇臂的一端与所述同步拉杆的中部铰接，所述摇臂的另一端与所述检测机构铰接；

同步拉杆在所述脚踏板的驱动作用下沿所述同步拉杆的长度方向摆动，以驱动所述摇臂围绕所述检测机构摆动，所述摇臂的摆动驱动所述检测机构旋转并将所述摇臂的角度变化量传递至所述检测机构。

3.根据权利要求2所述的踏板控制转向的自平衡车，其特征在于，还包括有防护装置,所述防护装置盖合于所述检测机构上方。

4.根据权利要求1所述的踏板控制转向的自平衡车，其特征在于，所述联动机构设置为同步拉杆，所述同步拉杆的两端通过设置于所述脚踏板下方的转轴与两个所述脚踏板连接。

5.据权利要求4所述的踏板控制转向的自平衡车，其特征在于，至少一个所述检测机构与所述脚踏板连接，所述检测机构根据所述脚踏板的角度变化量得到角度信号。

6.根据权利要求1所述的踏板控制转向的自平衡车，其特征在于，所述检测机构包括：

角度检测装置，用于检测所述联动机构的角度变化量；

复位件，用于在所述驱动轮的转向作业完成后，驱动所述联动机构朝向与所述脚踏板初始旋转方向相反的方向运动，以使所述联动机构复位。

7.根据权利要求6所述的踏板控制转向的自平衡车，其特征在于，

所述角度检测装置设置为角度传感器；

和/或，

所述复位件设置为弹性元件。

8.根据权利要求1所述的踏板控制转向的自平衡车，其特征在于，还设置有姿态传感器，所述姿态传感器用于检测操作者的重心信号，并将所述重心信号传递至所述控制机构以使所述自平衡车前进或者后退。

9.根据权利要求1所述的踏板控制转向的自平衡车，其特征在于，至少一个所述脚踏板下方设置有压力传感器，所述压力传感器用于检测压力信号，并将所述压力信号传递至所述控制机构，以使所述自平衡车进入就绪状态。

10.根据权利要求1-9任一项所述的踏板控制转向的自平衡车，其特征在于，还包括有电池组，所述电池组设置于所述车体的下方。