CN107074308A - 一种行驶机构以及包含这种机构的平衡车 - Google Patents

Abstract

一种行驶机构及包含这种行驶机构的平衡车，其中，行使机构包括：主体(5)；第一动力源；第一转动部件(1)，所述第一转动部件(1)安装在所述主体(5)上，并由所述第一动力源驱动转动，从而带动所述主体(5)移动，并以动态稳定的方式保持平衡；第二转动部件(3)，所述第二转动部件(3)转动地安装在一载体(4)上，所述载体(4)能够绕所述第一转动部件(1)转动的中心轴旋转；传动机构(2)，所述第一转动部件(1)通过所述传动机构(2)带动所述第二转动部件(3)转动；所述第二动力源启动时，驱动所述载体(4)相对于水平面的夹角改变。包含这种行驶机构的平衡车安全性能更高，对环境的适应性更高。

Description

一种行驶机构以及包含这种机构的平衡车

技术领域

本发明涉及平衡车姿态转换结构领域，特别涉及一种行驶机构，以及公开了包含这种行驶机构的平衡车。

背景技术

电动平衡车，又叫体感车、思维车、摄位车等；

市场上主要有独轮和双轮两类，其运作原理主要是建立在一种被称为“动态稳定”(Dynamic Stabilization)的基本原理上，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，以保持系统的平衡；是现代人用来作为代步工具、休闲娱乐的一种新型的绿色环保的产物；

而其驾驶方法如下：

类似人体自身的平衡系统，当身体重心前倾时，为了保证平衡，需要往前走，重心后倾时同理，转向时，如果平衡车有类似把手的结构，则控制把手即可，类似汽车的方向盘，如果只是独轮的电动平衡车，则根据需求像两侧不同程度地倾斜身体即可；

如此优秀的产品，如今为何普及率不高，除了学习成本太高以外，还有就是电动平衡车的安全性很差，实际使用中很可能会摔伤甚至有生命危险；

比如，驾驶者驾驶平衡车途中，遇到一个小坑，轮子在行驶过程中瞬间被卡入了坑中，按照原理来说，驱动轮子转动的电机还在工作的情况下，轮子相对于平衡车主体车架(和支撑驾驶者的部分一体的，比如脚踏板)还是会相对转动，理论上是可以把车架往后旋转带动驾驶后反弹回正常位置的，但是实际上没有这么大驱动力的电机，现在的工业水平这种产品还做不出来，其次，这个反向旋转的“反应时间”也是一个很现实的问题，这两个原因决定了现在的电动平衡车驾驶实际上是非常危险的；

其次，由上述可以看出，现在的独轮车对行驶环境的要求非常高，一般是在城市的柏油道路行驶，要求路况非常好，而如果突然出现了一段路况差的道路，比如城市中某一段路正在翻修，这个时候驾驶者只有改为步行，把平衡车搬离到路况好的路上才能继续使用；

所以，目前来说，急需一种安全性能更高，同时对行驶环境的适应性更高的平衡车。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种使平衡车安全性能更高，且对行驶环境的适应性更高的行驶机构。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种行驶机构，其包括：

主体；

第一动力源；

第一转动部件，所述第一转动部件安装在所述主体上，并由所述第一动力源驱动转动，从而带动所述主体移动，并以动态稳定的方式保持平衡；

第二转动部件，所述第二转动部件转动地安装在所述主体上一载体上，所述载体能够绕所述第一转动部件转动的中心轴旋转；

传动机构，所述第一转动部件通过所述传动机构带动所述第二转动部件转动；

第二动力源，所述第二动力源也能够驱动所述第二转动部件绕自身轴线转动；

所述第二动力源启动时，驱动所述主体相对于水平面的夹角改变。

把本方案中的行驶机构设置于平衡车(也不仅仅限定于平衡车，这种机构放在其他装置中也会有不同的效果，均在本申请保护范围内)中时，通过所述第二动力源和第一动力源的同时驱动，行驶机构包括不同的状态，载体相对于水平面的夹角会不同，第二转动部件会绕所述第一转动部件转动，从而，在路况比较好的情况下，平衡车单独依靠第一转动部件进行移动(第二转动部件此时离地)，遇到路况比较差或者需要减速或停止的时候，则启动第二动力源，使“所述载体相对于水平面的夹角改变”，第二转动部件相对第一转动部件转动，从而使第二转动部件接触地面，使整个平衡车至少形成两处支撑，这样可以使平衡车适应路况差的情况，比如经过不平的障碍多的道路时；同时在需要减速或停止或突然遇到障碍时，第二转动部件也可接触地面，安全性能更高，保护驾驶者；

甚至，在载体相对于水平面的夹角变换速度非常快的时候(即第二转动部件相对于第一转动部件的位置移动很快)，还可以使行驶机构完成跳跃动作，通过第二转动部件接触地面后产生给予行驶机构向上的反力，使行驶机构跳起来，越过障碍或满足其他需求，同时，设置多个第一转动部件，对应多个第二转动部件，可以使不同的第二转动部件位置的移动不同，比如一个向前一个向后，可以使行驶机构更稳定，同时配合完成一些特殊障碍的跨越(包括上下楼梯等)，相比跳跃来说，更稳定一些；

而具体的实现“驱动所述载体相对于水平面的夹角改变”的过程如下：

在第二动力源未启动时，第二转动部件被第一转动部件通过传动机构带动在主体上转动，然后第一转动部件通过传动机构带动第二转动部件转动，此时是一个平衡状态，当第二动力源启动时，给予一个使第二转动部件转动的力，而第二转动部件安装的载体又是和第一转动部件转动中心轴同轴转动的(理想状态下这个转动就是一个铰接的状态，基本不受摩擦力影响，这个摩擦力称为X)，而因为之前是一个平衡状态，且行驶过程中第一转动部件是接触地面的，传动机构和第一转动部件是一体地同步地进行运转的，而地面给予第一转动部件的摩擦力一定是大于所述X的，所以，一旦第二动力源启动时，驱动第二转动部件的转动一定会使所述平衡状态被打破，第二转动部件和传动机构接触处，以及第一转动部件和传动机构的接触处，两处的线速度会不一样(之前是一样的)，则形成一个速度差，这个速度差，则会使第二转动部件在传动机构上移动，则“载体相对于水平面的夹角改变”，达到上述效果；

其中，比如平衡车制动时，第一转动部件停止转动或减速，而第二转动部件还在转动，则会在传动机构上继续移动，可以实现第二转动部件接触地面，同时第二转动部件和载体本身也会存在一个惯性，也可以使第二转动部件接触地面。

作为本发明的优选方案，所述第一转动部件为轮，本申请行驶机构的平衡方式是自平衡，这种情况下，选用轮，比选用其他转动部件(比如圆筒的形式)效果更好。

作为本发明的优选方案，所述轮的数量为两个以上，可为双轮，或者多于双轮的数量做排列，提供更多方案的选择。

作为本发明的优选方案，所述主体上安装有平衡控制机构，所述平衡控制机构辅助所述行驶机构以动态稳定的方式保持行驶中的平衡，降低驾驶者的学习成本以及驾驶成本。

作为本发明的优选方案，所述传动机构为履带，能够更好地同步第一转动部件和第二转动部件上分别和履带连接处的线速度，也可以防止第二动力源启动时出现打滑的现象(比如传动机构采用传送带时可能出现的现象)。

作为本发明的优选方案，所述主体和第一转动部件之间设置有第一离合机构，和第二转动部件相对第一转动部件转动的功能相配合，可以共同对行驶机构进行制动，制动效果更好；所述载体分别和第一转动部件以及第二转动部件之间设置有第二离合机构，相互配合可实现多种状态的转换。

作为本发明的优选方案，所述载体上安装有配重装置，所述配重装置位于载体上和所述第二转动部件相对的一侧。

作为本发明的优选方案，所述第一转动部件安装在所述主体外，所述主体位于所述第一转动部件中部，在满足第一转动部件和第二转动部件所实现的一系列动作要求下，降低整体装置的重心，使其行驶时更稳定，同时，这种结构下，第一动力源可以采用轮毂电机，其直接设置在主体上，第一转动部件配合在轮毂电机外。

作为本发明的优选方案，所述载体为支撑杆，所述第二转动部件安装在所述支撑杆的外端，通过支撑杆实现第二转动部件和第一转动部件之间间距同时不产生干涉，结构更优，更节约材料。

作为本发明的优选方案，所述第二动力源启动时，驱动所述支撑杆相对于水平面的夹角改变，从而使所述第二转动部件绕第一转动部件转动。

本申请还公开了一种平衡车，其包括：

所述行驶机构；

支撑装置，所述支撑装置转动地连接在所述主体上，用于支撑驾驶者。

比如对于单轮平衡车而言，在所述行驶机构上加上支撑装置(比如最简单的踏板)即可，相比背景技术中所述的现有技术，通过所述第二动力源和第一动力源的同时驱动，行驶机构包括不同的状态，载体相对于水平面的夹角会不同，第二转动部件会绕所述第一转动部件转动，从而，在路况比较好的情况下，平衡车单独依靠第一转动部件进行移动(第二转动部件此时离地)，遇到路况比较差或者需要减速或停止的时候，则启动第二动力源，使“所述载体相对于水平面的夹角改变”，第二转动部件相对第一转动部件转动，从而使第二转动部件接触地面，使整个平衡车至少形成两处支撑，这样可以使平衡车适应路况差的情况，比如经过不平的障碍多的道路时；同时在需要减速或停止或突然遇到障碍时，第二转动部件也可接触地面，安全性能更高，保护驾驶者。

作为本发明的优选方案，所述支撑装置上安装有陀螺仪，陀螺仪可以通过旋转，利用陀螺仪的进动性和定轴性，使平衡车在行驶过程中更稳定，同时在平衡车置空状态下，可以调整平衡车的姿态。

作为本发明的优选方案，所述支撑装置包括可升降的支架，可以使平衡车在不使用时占用空间更小，也可以使支撑装置能够适应更多不同体型、身高的驾驶者。

作为本发明的优选方案，所述支架上设置有安全装置，用于防止驾驶者在平衡车减速或急停状态下由于惯性摔出平衡车，安全装置可以挡在驾驶者前方，具体的，其高度可以设置为可调。

作为本发明的优选方案，所述支撑装置包括脚踏板，位于所述主体旁，对于单轮的平衡车(两轮也可以，这里的两轮紧邻设置在一起)，所述脚踏板设置在主体两侧，驾驶者踩上去以后，第一转动部件(一般为轮)位于两腿之间；对于分开设置的两轮。

作为本发明的优选方案，所述支撑装置相对于主体的转动轴线和所述第一转动部件的转动轴线平行或重合，使平衡车行驶过程中驾驶者的正前方为行驶方向，以此为基础再进行一系列的动作调整，使驾驶体验更好。

作为本发明的优选方案，所述第二转动部件的转速能够根据所述平衡车前进或后退的状态进行调整，以改变所述载体和水平面的角度，控制平衡车自平衡行驶时的重力分布，减少驾驶者的驾驶难度以及驾驶体力的消耗。

作为本发明的优选方案，所述第二转动部件的转速能够根据所述平衡车的重心位置的改变进行调整，以改变所述载体和水平面的角度，使重心位置改变后的平衡车能够达到新的平衡状态，减少驾驶者的驾驶难度以及驾驶体力的消耗。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

使平衡车安全性能更高，且对行驶环境的适应性更高。

附图说明：

图1为本申请实施例1的平衡车的整体结构正视图；

图2为本申请实施例1的平衡车的整体结构侧视图；

图3为本申请实施例1中平衡车的不同行驶状态示意图；

图4为本申请实施例1中平衡车的姿态转换示意图；

图5为本申请实施例1中平衡车阶梯障碍行驶示意图；

图6为本申请实施例2的平衡车的整体结构侧视图；

图7为本申请实施例2的平衡车过坑示意图；

图8为本申请实施例2的平衡车跨越障碍示意图；

图9为本申请实施例3的平衡车的整体结构侧视图

图10为本申请实施例1-3的平衡车的跳跃示意图；

图中标记：1-第一转动部件，2-传动机构，3-第二转动部件，4-支撑杆，5-主体，6-支架，7-陀螺仪，8-第一离合机构，81-碟刹片，82-碟刹钳，9-配重装置，10-支撑装置，11-踏板，12-安全装置。

具体实施方式

下面结合实施例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

如图1、2，一种行驶机构(图中为该行驶机构设置于平衡车中时的状态)，其包括：

主体5，所述主体5上安装有平衡控制机构，所述平衡控制机构辅助所述行驶机构以动态稳定的方式保持行驶中的平衡(包括供电电源、控制器、驱动电路、加速度传感器、红外光电传感器；供电电源与控制器连接，控制器分别与驱动电路、第一动力源、第二动力源、加速度传感器、红外光电传感器连接)，所述的主体5在行驶机构进行自平衡前行时，所有的支撑重量通过第一转动部件1承担；

第一动力源，本实施例中为轮毂电机；

第一转动部件1，所述第一转动部件1安装在所述主体5上，并由所述第一动力源驱动转动，从而带动所述主体5移动，所述第一转动部件1安装在所述主体5外，所述主体5位于所述第一转动部件1中部，所述主体5和第一转动部件1之间设置有第一离合机构8(本实施例中，为碟刹机构，具体包括碟刹片81和碟刹钳82)，本实施例中所述第一转动部件1为轮；

第二转动部件3，所述主体5中心轴(也是第一转动部件1的转动中心轴)转动地设置有向外支出的支撑杆4(即所述载体)，所述第二转动部件3安装在所述支撑杆4的外端，所述支撑杆4上安装有配重装置9(配重装置9为重量固定或有不同规格的多种重量的配重块，或者可以调整自身重量的其他机构，本实施例中为配重块，所述配重块安装在支撑杆4上以后，配重块到第一转动部件1旋转中心轴的距离小于第一转动部件1的半径)，所述配重装置9位于支撑杆4上和所述第二转动部件3相对的一侧，所述第二转动部件3也为轮，所述支撑杆4分别和第一转动部件1以及第二转动部件3之间设置有第二离合机构；

传动机构2，所述第一转动部件1通过所述传动机构2带动所述第二转动部件3转动，所述传动机构2为履带，履带可配合在第一转动部件1和第二转动部件3半径最大的圆周面上，也可以配合在它们的中部的圆周结构上，能够实现履带传动即可；

第二动力源(可为轮毂电机)，所述第二动力源也能够驱动所述第二转动部件3绕自身轴线转动；

所述第二动力源启动时，驱动所述支撑杆4相对于水平面的夹角改变，从而使所述第二转动部件3绕第一转动部件1转动。

具体的，所述第二转动部件的转速能够根据所述平衡车前进或后退的状态进行调整，以改变所述载体和水平面的角度，控制平衡车自平衡行驶时的重力分布，减少驾驶者的驾驶难度以及驾驶体力的消耗，使重心位置改变后的平衡车能够达到新的平衡状态，减少驾驶者的驾驶难度以及驾驶体力的消耗，以上均通过所述平衡控制机构控制实现。

本实施例中，公开了一种平衡车(即图1、2的整体结构)，其包括：

所述行驶机构；

支撑装置10，所述支撑装置10转动地连接在所述主体5上，用于支撑驾驶者；

所述支撑装置10上安装有陀螺仪7(由所述平衡控制机构中的控制器连接控制)，所述支撑装置10包括可升降的支架6，所述支撑装置10包括脚踏板11，位于所述主体5旁，所述支撑装置10相对于主体5的转动轴线和所述第一转动部件1的转动轴线平行或重合；

所述轮的数量为1个，所述支架6为门型结构，门型结构下方的两端转动地安装于所述主体5上(此处安装的中心轴和支撑杆4的转动中心轴重合)，门型结构上端设置有两个分别向所述轮的前方、后方支出的安装部，安装部上设置所述陀螺仪7，陀螺仪7数量为两个以上，这种结构的设置方式使至少两个陀螺仪7的间距尽可能的大，能够最大程度地起到调整平衡车姿态的作用；

具体的状态如图3，图3左边是平衡车在路况较好的道路上形式的装置，整体支撑靠所述第一转动部件1，当路况较差时，通过启动第二动力源，转换为图3右边的状态，第一转动部件1和第二转动部件3一起配合支撑平衡车，并且履带也可也起到支撑的作用，并帮助经过一些障碍，除图3的转换状态外，如图4，整体的行驶机构还可以进行翻转，可升降的支架6调节使第二转动部件3能够经过支架6而不产生干涉即可；

同时，如图5，这种翻转的方式还可以用到爬楼梯这种特殊的场景当中，帮助实现上、下楼梯。

实施例2

如图6，本实施例中除和实施例1相同的技术方案外，不同的是，所述第一转动部件1的数量为两个，且相邻设置，且两个第一转动部件1的中心轴重合，对应的有2个支撑杆4和2个第二转动部件3，配套的有2个第一动力源和2个第二动力源；

如图7，本实施例这样的设置方案可以通过2个第二转动部件3进行不同的动作使平衡车实现不同路况的行驶以及不同障碍的跨越，比如图7中的过坑，过坑前平衡车可以先停到坑前或减速，在坑前其中一个第二转动部件3先绕第一转动部件1转动经过坑，然后平衡车再继续前进；

至于图8，是平衡车跨越凸起的障碍时的过程，同样是两个第二转动部件3调整不同状态进行配合，使平衡车进行跨越障碍。

实施例3

如图9，本实施例中除和实施例1相同的技术方案外，不同的是，所述第一转动部件1的数量为两个，两个第一转动部件1间设置所述支撑装置10，所述支架6上设置有安全装置12(用于防止驾驶者在平衡车减速或急停状态下由于惯性摔出平衡车，安全装置12可以挡在驾驶者前方，使驾驶者最终和所述支架6连接，具体的，其高度可以设置为可调)，且两个第一转动部件1的中心轴重合，对应的有2个支撑杆4和2个第二转动部件3，配套的有2个第一动力源和2个第二动力源，和实施例2可实现的功能一样，不过由于两个第一转动部件1的间距更大，所以更稳定，对平衡车整体姿态的平衡要求也没有实施例1或2那样高；

对于实施例1-3的跳跃过程，如图10，当需要跳跃时，通过本申请行驶机构中第二动力源启动，使第二转动部件3绕第一转动部件1向下转动，通过反力使平衡车跳起，满足不同的使用需求。

Claims (16)

1.一种行驶机构，其包括：

主体；

第一动力源；

第一转动部件，所述第一转动部件安装在所述主体上，并由所述第一动力源驱动转动，从而带动所述主体移动，并以动态稳定的方式保持平衡；

其特征在于，还包括：

第二转动部件，所述第二转动部件转动地安装在一载体上，所述载体能够绕所述第一转动部件转动的中心轴旋转；

传动机构，所述第一转动部件通过所述传动机构带动所述第二转动部件转动；

第二动力源，所述第二动力源也能够驱动所述第二转动部件绕自身轴线转动；

所述第二动力源启动时，驱动所述载体相对于水平面的夹角改变。

2.根据权利要求1所述的一种行驶机构，其特征在于，所述第一转动部件为轮。

3.根据权利要求2所述的一种行驶机构，其特征在于，所述轮的数量为两个以上。

4.根据权利要求1所述的一种行驶机构，其特征在于，所述主体上安装有平衡控制机构，所述平衡控制机构辅助所述行驶机构以动态稳定的方式保持行驶中的平衡。

5.根据权利要求1所述的一种行驶机构，其特征在于，所述传动机构为履带。

6.根据权利要求1任意一项所述的一种行驶机构，其特征在于，所述主体和第一转动部件之间设置有第一离合机构，所述载体分别和第一转动部件以及第二转动部件之间设置有第二离合机构。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种行驶机构，其特征在于，所述载体上安装有配重装置，所述配重装置位于载体上和所述第二转动部件相对的一侧。

8.根据权利要求7任意一项所述的一种行驶机构，其特征在于，所述第一转动部件安装在所述主体外，所述主体位于所述第一转动部件中部。

9.根据权利要求8任意一项所述的一种行驶机构，其特征在于，所述载体为支撑杆，所述第二转动部件安装在所述支撑杆的外端，所述支撑杆转动地安装在所述主体中部。

10.根据权利要求9任意一项所述的一种行驶机构，其特征在于，所述第二动力源启动时，驱动所述支撑杆相对于水平面的夹角改变，从而使所述第二转动部件绕第一转动部件转动。

11.一种包括权利要求1-10任意一项所述的行驶机构的平衡车，其特征在于，包括：

所述行驶机构；

支撑装置，所述支撑装置转动地连接在所述主体上，用于支撑驾驶者。

12.根据权利要求11所述的平衡车，其特征在于，所述支撑装置上安装有陀螺仪。

13.根据权利要求11所述的平衡车，其特征在于，所述支撑装置包括可升降的支架。

14.根据权利要求13所述的平衡车，其特征在于，所述支架上设置有安全装置。

15.根据权利要求11所述的平衡车，其特征在于，所述支撑装置包括脚踏板，位于所述主体旁。

16.根据权利要求11-15任意一项所述的平衡车，其特征在于，所述支撑装置相对于主体的转动轴线和所述第一转动部件的转动轴线平行或重合。