CN107021167A - 两用两轮电动平衡车 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种两用两轮电动平衡车，其可实现正交的两种方向站立并操控行驶；包括单个踏板、两组脚踏开关、两个电机轮、枢转机构和电驱单元；单个踏板提供两个正交方向的脚踏位置；两组脚踏开关固定于踏板上盖，分别感应使用者是否站立于电动平衡车上以开启或关闭；两个电机轮以同轴对称设置于所述踏板中间位置下方；枢转机构为中空壳体，可转动地连接于踏板和两个电机轮之间；电驱单元电连接两组脚踏开关和两个电机轮，检测踏板姿态信号，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、一车两用。

Description

两用两轮电动平衡车

技术领域

本发明涉及两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”的基本上，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。

以上几种电动平衡车均为单一方向站立行驶，要么是正向，要么是侧向，无法做到既可正向又可侧向站立行驶。

发明内容

本发明目的在于提供一种结构紧凑、操控简便、一车两用的“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：

一种两用两轮电动平衡车，其可实现正交的两种方向站立并操控行驶；包括单个踏板、两组脚踏开关、两个电机轮、枢转机构和电驱单元。

所述单个踏板提供两个正交方向的脚踏位置，包括固定连接的踏板上盖和踏板下盖；所述两组脚踏开关，每组至少两个，以所述踏板中心正交、对称固定于所述踏板上盖，对称位置的两个为一组，分别感应使用者是否站立于电动平衡车上以开启或关闭；所述两个电机轮，以同轴对称设置于所述踏板中间位置下方，分别包括轮毂电机和固定套设其外的车轮；所述枢转机构为中空壳体，可转动地连接于所述踏板和两个电机轮之间； 所述电驱单元，固定于所述踏板内，电连接所述两组脚踏开关和两个电机轮，检测所述踏板姿态信号，分别控制驱动所述两个电机轮。

进一步的，该电动平衡车的枢转机构包括第一枢转件和第二枢转件，所述第一枢转件具第一转轴，可转动地同轴固定于所述两个电机轮之间；所述第二枢转件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。

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。

本发明的电动平衡车枢转机构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；

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。

进一步的，该电动平衡车的电驱单元包括：电源组件、姿态仪和控制组件。

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。

姿态仪包括陀螺仪、加速度传感器，固定于所述枢转机构第二枢转件内，第一转轴和第二转轴的交点位置。

控制组件包括报警电路、控制电路、驱动电路，固定于所述踏板内，所述电驱单元各部件之间电连接；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，针对上述枢转机构的第二种实现方式，该电动平衡车的姿态仪还包括转角传感器，感测所述第二枢转件绕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，该电动平衡车的踏板的形状包括圆形。

本发明的有效效果：1）、采用圆形或对称形单个踏板以及电池的均衡分布，车体重心均衡、结构更紧凑；2）、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；3）、用户可选择与行驶方向的正向或侧向站立行驶，一车两用，用户体验更丰富。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的两用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两用两轮电动平衡车的结构剖面示意图；

图3为本发明一实施例提供的两用两轮电动平衡车的枢转机构结构爆炸图；

图4为本发明另一实施例提供的两用两轮电动平衡车的枢转机构结构爆炸图；

图5为本发明一实施例提供的两用两轮电动平衡车的系统功能方块示意图；

图6为本发明一实施例提供的两用两轮电动平衡车的踏板绕X轴转动示意图；

图7为本发明一实施例提供的两用两轮电动平衡车的踏板绕Y轴转动示意图；

图8为本发明一实施例提供的两用两轮电动平衡车的踏板绕Z轴转动示意图；

图9为本发明一实施例提供的两用两轮电动平衡车两种站姿示意图。

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，本发明一实施例提供的一种两用两轮电动平衡车，其可实现正交的两种方向站立并操控行驶；包括单个踏板10、两组脚踏开关20、两个电机轮30、枢转机构40和电驱单元50。

单个踏板10提供两个正交方向的脚踏位置，包括固定连接的踏板上盖11和踏板下盖12；两组脚踏开关20分别为20X、20Y，每组两个，以踏板10中心正交、对称固定于踏板上盖11，对称位置的两个为一组，分别感应使用者是否站立于电动平衡车上以开启或关闭；两个电机轮30同轴对称设置于踏板10中间位置下方，分别包括轮毂电机31和固定套设其外的车轮32；枢转机构40为中空壳体，可转动地连接于踏板10和两个电机轮30之间； 电驱单元50，电连接两组脚踏开关20和两个电机轮30，检测踏板10姿态信号，分别控制驱动两个电机轮30。

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，两组脚踏开关20采用红外光电开关。

参照图3、图4，为本发明的枢转机构结构爆炸图。

该电动平衡车的枢转机构40包括第一枢转件41和第二枢转件42，第一枢转件41，具第一转轴，可转动地同轴固定于两个电机轮30之间；第二枢转件42，由第一枢转件41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41；第一转轴与第二转轴二维正交设置。

该电动平衡车的轮毂电机31包括电机轴311，电机轴311固定连接第一枢转件41；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。

本发明的枢转机构40具下面两种实现方式：

图3所示，一实施例：该电动平衡车的第一转轴为X轴，所述第二转轴包括Y轴；第一枢转件41A具限位开口411A，限位开口411A和第二枢转件42A的伸出部分构成绕Y轴转动角度限位。

图4所示，另一实施例，该电动平衡车的第一转轴为X轴，第二转轴包括Z轴；第二枢转件42B沿径向设置有限位挡块421B，第一枢转件41B设置有与限位挡块421B对应的限位槽411B，限位挡块421B和限位槽411B构成绕Z轴转动角度限位。

参照图5，该电动平衡车的电驱单元50包括电源组件51、姿态仪52和控制组件53，所述电驱单元50各部件之间电连接。

电源组件51，包括充电电池511、电源开关512、充电接口513；充电电池511均衡地固定于踏板10内，电源开关512固定于踏板10侧边，用于开启或关闭电源，充电接口513固定于踏板10侧边，用于电池充电；充电电池511采用高容量锂电池，电源开关512采用金属壳的按键开关。

姿态仪52包括陀螺仪521、加速度传感器522，固定于枢转机构40第二枢转件42内，第一转轴和第二转轴的交点位置。

控制组件53包括报警电路531、控制电路532、驱动电路533，固定于踏板10内；报警电路531用于电量过低报警、电流过大报警、车速过高报警；控制电路532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533，接收控制信号，分别驱动两个电机轮30的转速和转向。

本发明的控制组件53，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。

报警电路531采用蜂鸣器和LED，微处理器采用ARM处理器，驱动电路533采用三相桥电路。

进一步的，针对上述枢转机构的另一实施例（图4所示），该电动平衡车的姿态仪52还包括转角传感器523，感测所述第二枢转件42绕Z轴转动的姿态信号；所述转角传感器523旋转连接于所述第一枢转件41B与姿态仪52之间。

由上，另一实施例中，姿态仪52添加了转角传感器523，两个实施例中，陀螺仪521和加速度传感器522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521和加速度传感器522，转角传感器523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521、加速度传感器522、转角传感器523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52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52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7、图8，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512；

2）站板：双脚站上踏板10，脚踏开关20的其中一组被踩下，电动平衡车处于开启待机状态；

3）初始：踏板10处于水平状态，无倾斜、无旋转，姿态仪52输出为设定初始值，此时，电机轮30不转，电动平衡车处于初始状态；

4）进退：图6所示，身体前倾或后倾，踏板10绕X轴旋转，姿态仪52输出绕X轴倾角的姿态信号，控制组件53分别控制驱动两个电机轮30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：图7所示，一实施例，身体左右倾斜，踏板10带动第二枢转件42A绕Y轴旋转，姿态仪52输出绕X轴、Y轴加权倾角姿态信号，控制组件53分别控制驱动两个电机轮30 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。

图8所示，另一实施例，扭动身体，踏板10带动第二枢转件42B绕Z轴旋转，姿态仪52输出绕X轴倾角、Z轴转角的加权信号，控制组件53分别控制驱动两个电机轮30 产生转速差，电动平衡车转弯。

参照图9，为本发明两种站姿示意图，用户可选择与行驶方向正向（X轴方向）或侧向（Y轴方向）站立行驶，一台电动平衡车具有两台平衡车的用户体验，这是本发明的明显特征之一。

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 (8)

1.一种两用两轮电动平衡车，其特征在于，其可实现正交的两种方向站立并操控行驶；包括：单个踏板、两组脚踏开关、两个电机轮、枢转机构和电驱单元；

所述单个踏板提供两个正交方向的脚踏位置，包括固定连接的踏板上盖和踏板下盖；

所述两组脚踏开关，每组至少两个，以所述踏板中心正交、对称固定于所述踏板上盖，对称位置的两个为一组，分别感应使用者是否站立于电动平衡车上以开启或关闭；

所述两个电机轮，以同轴对称设置于所述踏板中间位置下方，分别包括轮毂电机和固定套设其外的车轮；

所述枢转机构为中空壳体，可转动地连接于所述踏板和两个电机轮之间；

所述电驱单元，电连接所述两组脚踏开关和两个电机轮，检测所述踏板姿态信号，分别控制驱动所述两个电机轮。

2.如权利要求1所述的两用两轮电动平衡车，其特征在于，所述枢转机构包括第一枢转件和第二枢转件，所述第一枢转件具第一转轴，可转动地同轴固定于所述两个电机轮之间；所述第二枢转件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；所述第一转轴与第二转轴二维正交设置。

3.如权利要求1或2所述的两用两轮电动平衡车，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2所述的两用两轮电动平衡车，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2所述的两用两轮电动平衡车，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。

6.如权利要求1所述的两用两轮电动平衡车，其特征在于，所述电驱单元包括：

电源组件，包括充电电池、电源开关、充电接口，固定于所述踏板；

姿态仪：包括陀螺仪、加速度传感器，固定于所述枢转机构内；

控制组件，包括报警电路、控制电路、驱动电路，固定于所述踏板内；

所述电驱单元各部件之间电连接。

7.如权利要求5或6所述的两用两轮电动平衡车，其特征在于，所述姿态仪还包括转角传感器，感测所述第二枢转件绕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所述的两用两轮电动平衡车，其特征在于，所述踏板的形状包括圆形。