CN108583738A - 一种可使自行车保持平衡的装置 - Google Patents

Abstract

一种可使自行车保持平衡的装置，包括两个防倾倒辅助轮装置和控制系统，防倾倒辅助轮装置包括主弹簧、凸轮、第三步进电机、弹簧、支撑杆、辅助轮、弹簧按钮、金属壳体、左立板、右立板、长方体金属架和用于推动弹簧按钮的步进电机装置。控制系统包括倾角传感器模块、微处理器和步进电机驱动器模块。在自行车后轮两侧对称安装一个防倾倒辅助轮装置，防倾倒辅助轮装置的金属壳体通过支撑架与自行车的后衣架采用螺栓连接，倾角传感器安装在自行车座底面，启动装置，平稳骑行一定时间后，蜂鸣器鸣叫，辅助轮向上收起，提示用户进入练车模式。当检测到自行车倾角大于阈值时，辅助轮迅速向下弹出，保证车子平衡。

Description

一种可使自行车保持平衡的装置

技术领域

本发明涉及自行车领域，具体为一种可使自行车保持平衡的装置。

背景技术

我国是自行车大国，素有“自行车王国”之称。自行车简单方便，价格低廉，且低碳环保，深受大家喜爱。在现代交通拥挤、停车不便的大城市，自行车是绝大多数人出行的良好选择。

大部分儿童的学车过程都是在家长的指导及辅助下完成的，第一次接触自行车的儿童一般需要人在后面跟跑并扶住车身才能避免摔倒，通过练习掌握车身平衡能力，学会骑自行车。但是目前市面上并没有一种可以教儿童学骑自行车的装置、可以模拟家长的辅助行为，以减少家长体力上的劳累。

发明内容

本发明所要解决的问题是在没有人力参与的情况下仍然可以实现辅助儿童独立学骑自行车。

为解决上述技术问题，本发明提供一种可使儿童自行车自平衡的装置，包括两个防倾倒辅助轮装置和控制系统。

所述的防倾倒辅助轮装置主要包括两个防倾倒辅助轮装置和控制系统，所述的防倾倒辅助轮装置主要包括主弹簧，凸轮，第三步进电机，弹簧，支撑杆，辅助轮，弹簧按钮，金属壳体，左立板，右立板，长方体金属架和用于推动弹簧按钮的步进电机装置组成。

所述的金属壳体下方开有长方形开口，沿长方形开口的两条边在金属壳体内平行设置左立板和右立板，左立板、右立板与金属壳体形成下方开口的长方体空间结构，长方体金属架插入所述的长方体空间结构中，与左立板、右立板和金属壳体相契合，长方体金属架的顶部通过主弹簧与金属壳体的顶部连接，长方体金属架下方设置有辅助轮，辅助轮的轮轴固定在长方体金属架相对的两侧面上，辅助轮从长方体金属架的下开口处伸出，辅助轮所在的面与水平面垂直，长方体金属架相对应的两侧面上分别设置有一个弹簧按钮，长方体金属架内水平设置有弹簧，弹簧的两端分别与两个弹簧按钮连接，在左立板和右立板上分别开有弹簧按钮弹出孔，当主弹簧处于自然状态时弹簧按钮位于与弹出孔对应的位置，并从弹出孔弹出，右立板在沿竖直方向上开有长条形通孔，支撑杆的一端为活动端，支撑杆的活动端穿过长条形通孔与长方体金属架转动连接，支撑杆的另一端为固定端，支撑杆的固定端与金属壳体转动连接，第三步进电机固定在金属壳体内，第三步进电机的转轴与凸轮连接，凸轮位于支撑杆的下方，与支撑杆接触；用于推动弹簧按钮的步进电机装置推动弹簧按钮，与弹簧按钮相连接的弹簧被压缩，弹簧按钮被压入左立板和右立板之间后，随着凸轮的转动，支撑杆的活动端带动长方体金属架升高、降低；第三步进电机的转轴带动凸轮转动，当弹簧按钮被推入到左立板和右立板形成的空间内，随着凸轮的转动带动支撑杆绕固定端转动，活动端带着长方体金属架向上或向下运动，需要收起辅助轮的时候，支撑杆向远离凸轮轴心的方向运动，活动端带着长方体金属架向上运动；需要弹出辅助轮的时候，支撑杆向接近凸轮轴心的方向运动，并在主弹簧的作用下，活动端带着长方体金属架迅速向下运动，直到弹簧按钮到达弹出孔，弹簧按钮从弹出孔弹出。

所述的控制系统包括倾角传感器模块、微处理器和步进电机驱动器模块。倾角传感器模块与微处理器相连，微处理器与步进电机驱动模块相连。倾角传感器模块检测自行车后轮所在平面与坚直方向所成的角度信息，并发送信号发送到微处理器，微处理器对角度值进行判断，当角度值大于所设定的角度范围内时，微处理器发出控制信号给步进电机驱动模块，使步进电机动作。

做为进一步的技术改进，用于推动弹簧按钮的步进电机装置包括第一步进电机，第二步进电机，左滑槽，左滑槽，右滑槽，左螺母，右螺母，左滑动杆，右滑动杆，左紧固螺丝，右紧固螺丝，左螺纹杆和右螺纹杆；第一步进电机的转轴通过左紧固螺丝连接有左螺纹杆，左螺纹杆的自由端套接有左螺母，左螺母的外缘垂直设置有左滑动杆，左滑动杆的另一端位于左滑槽中，第一步进电机转动时左滑动杆在左滑槽中滑动；第二步进电机的转轴通过右紧固螺丝连接有右螺纹杆，右螺纹杆的自由端套接有右螺母，右螺母的外缘垂直设置有右滑动杆，右滑动杆的另一端位于右滑槽中，第二步进电机转动时右滑动杆在右滑槽中滑动；左滑槽和右滑槽固定在金属壳体内的底面，左滑槽的方向与左螺纹杆的方向相同，右滑槽的方向与右螺纹杆的方向相同，第一步进电机、第二步进电机处于初始状态时，左螺母、右螺母分别与对应的弹簧按钮贴近。第一步进电机、第二步进电机与步进电机驱动模块连接。微处理器发送信号给第一步进电机和第二步进电机，两个步进电机转动，第一步进电机带动左螺母右运动，挤压左边的弹簧按钮，同时，第二步进电机带动右螺母左运动，挤压右弹簧按钮，弹簧被压缩，弹簧按钮被压力入左立板和右立板形成的空间内，弹簧按钮不再被卡在弹出孔中，长方体金属架可以在支撑杆的带动下，上下移动。

做为进一步的技术改进，支撑杆上与凸轮接触的部分设置有定滑轮，减少支撑杆与凸轮之间的摩擦。

做为进一步的技术改进，所述的金属壳体内设置有底座，支撑杆的固定端转动连接在底座上。可以使支撑杆的转动连接更加紧固。

做为进一步的技术改进，所述的控制系统还包括蜂鸣器模块，蜂鸣器模块与微处理器相连接。当辅助轮准备收起的时候，微处理器发出控制信号给蜂鸣器，蜂鸣器响起，给骑行者以警示作用，提示骑行者辅助轮即将收起。

本装置可避免儿童学车时摔倒，简单方便，省去了家长的体力劳动，同时可多次使用，成本低廉，是儿童学车的好帮手。

附图说明：

图1是本发明的电路控制模块结构图。

图2是本发明的防倾倒辅助轮装置主视图。

图3是本发明的电路控制模块电路图。

图4是本发明的防倾倒辅助轮装置安装示意图。

1、主弹簧，2、凸轮，3、第一步进电机，4、第二步进电机，5、第三步进电机，6、左滑槽，7、右滑槽，8、弹簧，9A、左螺母，9B、右螺母，10A、左滑动杆，10B、右滑动杆，11、支撑杆，12、长方体金属架，13、底座，14、定滑轮，15、辅助轮，16A、左紧固螺丝，16B、右紧固螺丝，17A、左螺纹杆，17B、右螺纹杆，18、弹簧按钮，19、金属壳体，20、左立板，21、右立板，22、支撑架，23、长条形通孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明。

本发明提供的一种可使儿童自行车自平衡的装置，包括防倾倒辅助轮装置和控制系统。

如图1所示，图1是本发明的电路控制模块结构图，本发明的控制系统包括倾角传感器模块、蜂鸣器模块、微处理器和步进电机驱动器模块。所述倾角传感器采用ADXL345，所述微处理器采用单片机STC89C52，所述步进电机驱动器模块采用ULN2003A；倾角传感器模块与微处理器相连，微处理器与蜂鸣器模块及步进电机驱动模块相连。图3是本发明的电路控制模块电路图，倾角传感器采用ADXL345装在自行车座底面，倾角传感器模块检测自行车后轮所在平面与竖直方向所成的角度信息，通过P1.1、P1.2口将车子的倾斜角度实时传输给微处理器，微处理器对角度值进行判断，当角度值大于所设定的角度阈值范围时，微处理器发出控制信号给步进电机驱动模块，使步进电机动作，辅助轮弹出。

如图2所示为本发明的防倾倒辅助轮装置主视图，所述的防倾倒辅助轮装置主要包括主弹簧1，凸轮2，第一步进电机3，第二步进电机4，第三步进电机5，左滑槽6，右滑槽7，弹簧8，左螺母9A，右螺母9B，左滑动杆10A，右滑动杆10B，支撑杆11，长方体金属架12，底座13，定滑轮14，辅助轮15，左紧固螺丝16A，右紧固螺丝16B，左螺纹杆17A，右螺纹杆17B，弹簧按钮18，金属壳体19，左立板20和右立板21组成。

金属壳体19下方开有长方形开口，沿长方形开口的两条边在金属壳体19内平行设置左立板20和右立板21，左立板20、右立板21与金属壳体19形成下方开口的长方体空间结构，长方体金属架12插入所述的长方体空间结构中，与左立板20、右立板21和金属壳体19相契合，所述的长方体金属架12为无底的长方体金属腔体结构，长方体金属架12的顶部通过主弹簧1与金属壳体19的顶部连接，长方体金属架12下方设置有辅助轮15，辅助轮15的轮轴水平固定在长方体金属架12相对的两侧面上，辅助轮15从长方体金属架12中伸出，长方体金属架12相对应的两侧面上分别设置有一个弹簧按钮18，长方体金属架12内水平设置有弹簧8，弹簧8的两端分别与两个弹簧按钮18连接，左立板20和右立板21在两个弹簧按钮18对应的位置分别开有与弹簧按钮18大小相适应的弹出孔，两个弹簧按钮18从弹出孔中弹出时，弹簧8处于正常伸长状态，弹簧按钮18被卡在弹出孔中。

在金属壳体19内，还设置有用于推动弹簧按钮18的步进电机装置，用于推动弹簧按钮18的步进电机装置包括第一步进电机3、第二步进电机4、左滑槽6、右滑槽7、左螺母9A、右螺母9B、左滑动杆10A、右滑动杆10B、左紧固螺丝16A、右紧固螺丝16B、左螺纹杆17A和右螺纹杆17B。

第一步进电机3的转轴通过左紧固螺丝16A连接左螺纹杆17A，左螺纹杆17A的自由端套接有左螺母9A，左螺母9A的外缘垂直设置有左滑动杆10A，左滑动杆10A的另一端位于左滑槽6中，第一步进电机3转轴转动时，带动左螺纹杆17A转动，左螺母9A直线动运动，左滑动杆10A在左滑槽6中滑动；第二步进电机4的转轴通过右紧固螺丝16B连接右螺纹杆17B，右螺纹杆17B的自由端套接右螺母9B，右螺母9B的外缘垂直设置有右滑动杆10B，右滑动杆10B的另一端位于右滑槽7中，第二步进电机4转动时右滑动杆10B在右滑槽7中滑动；左滑槽6和右滑槽7固定在金属壳体19内的底面，左滑槽6的方向与左螺纹杆17A的方向相同，右滑槽7的方向与右螺纹杆17B的方向相同，第一步进电机3、第二步进电机4处于初始状态时，左螺母9A、右螺母9B与对应的弹簧按钮18贴近；第一步进电机3、第二步进电机4与步进电机驱动模块连接。

右立板21在沿竖直方向上开有长条形通孔23，支撑杆11的一端为活动端，支撑杆11穿过长条形通孔23，支撑杆11的活动端与长方体金属架12转动连接，支撑杆11的另一端为固定端，金属壳体19内设置有固定底座13，支撑杆11的固定端与固定底座13转动连接，第三步进电机5固定在金属壳体19内，第三步进电机5的转轴与凸轮2连接，带动凸轮2转动，凸轮2位于支撑杆11的下方，在支撑杆11上在与凸轮2接触的位置设置有定滑轮14，用于减少凸轮2与支撑杆11之间的摩擦。当弹簧按钮18被推入到左立板20和右立板21所形成的空间内时，随着第三步进电机5的转动，凸轮2带动支撑杆11绕固定端上下摆动，支撑杆11活动端带着长方体金属架12向上或向下动运。

自行车后轮两侧分别安装一个防倾倒辅助轮装置，两个防倾倒辅助轮装置对称设置，防倾倒辅助轮装置的金属壳体19通过支撑架22与自行车的后衣架连接，支撑架22与后衣架之间螺栓连接，金属壳体19与支撑架22之间螺栓连接，辅助轮15所在的平面与自行车后轮所在的平面保持平行，辅助轮15从防倾倒辅助轮装置内弹出时与地面接触，当自行车被骑动时辅助轮15可与后轮同时滚动。

把倾角传感器安装在自行车座垫底面，当自行车后轮所在的平面与地面垂直时，调整倾角传感器的零位调整按钮，将当前的角度置零。微处理器中设置倾角阈值W和辅助轮15辅助时间T，本实施例设置倾角阈值W为左右15度，辅助时间T为20秒。

防倾倒辅助轮装置和控制系统安装好后，当所述控制系统没有被开启的时候，自行车相当于带有两个普通辅助轮的自动车。当需要进行练习骑行的时候，开启装置，防倾倒辅助轮装置和控制系统开始工作，防倾倒辅助轮装置的初始状态为主弹簧8处于自然伸长状态，弹簧按钮18从弹出孔中弹出，辅助轮15完全弹出的状态，左螺母9A，右螺母9B分别贴近两个弹簧按钮18，且弹簧按钮18对无压力，凸轮2的转轴与支撑杆11的距离最近，此时第一步进电机3、第二步进电机4、第三步进电机5所处的状态为也为初始状态。

骑行者开始骑行，经过20秒的辅助时间后，微处理器发出信号给第一步进电机3和第二步进电机4，第一步进电机3转轴旋转，带动左螺母9A向右移动，按压弹簧按钮18，同时，第二步进电机4转轴旋转，带动右螺母9B向左移动，按压弹簧按钮18，弹簧8被压缩，弹簧按钮18被压入左立板20和右立板21之间，微处理器发出信号给第三步进电机5，第三步进电机5的转轴带动凸轮2逆时针旋转，支撑杆11带动长方体金属框架12向上运动，辅助轮15跟随长方体金属框架12向上运动，随着凸轮2的转动，凸轮2的转轴到支撑杆11的距离达到最大时，主弹簧1处于强烈压缩状态，第三步进电机5停止转动，微处理器发出控制信号到第一步进电机3和第二步进电机4，第一步进电机3和第二步进电机4反转将左螺母9A和右螺母9B复位，第一步进电机3和第二步进电机4回到初始位置。此时，辅助轮15被收起，离开地面，微处理器发出控制信号使蜂鸣器鸣叫，提示用户已进入无辅助轮15状态。

无辅助轮状态情况下，当骑行者不能很好的掌握自行车平横，自行车后轮所在平面与竖直方向的夹角大于15度时，传感器检测到倾角大于15度，微控制器发出控制信号给第三步进电机5，第三步进电机5带动凸轮2逆时针转动，凸轮2的转轴到支撑杆11的距离迅速变小，支撑杆11带动长方体金属架12向下运动，同时处于压缩状态的主弹簧1也加速长方体金属架12向下运动，凸轮2的转轴到支撑杆11的距离达到最小值时，长方体金属架12上的弹簧按钮18移动到弹出孔的位置，并从弹出孔中弹出，左立板20和右立板21卡住两个弹簧按钮18，辅助轮15从长方体金属架12中弹出，自行车行到两个辅助轮15的支撑后恢复平衡状态。

辅助轮15弹出的情况下，骑行者继续骑行，经过20秒后，微处理器通过控制第一步进电机3、第二步进电机4和第三步进电机5，使防倾倒辅助轮装置完成辅助轮15收起的动作，蜂鸣器鸣叫，再次进入无辅助轮15状态下的骑行，如此重复的进行辅助骑行练习。当需要停止练习时、倾斜自行车使辅助轮15弹出，关闭防倾倒辅助轮装置。

Claims (5)

1.一种可使自行车保持平衡的装置，其特征在于：包括两个防倾倒辅助轮装置和控制系统，所述的防倾倒辅助轮装置包括主弹簧（1）、凸轮（2）、第三步进电机（5）、弹簧（8）、支撑杆（11）、辅助轮（15）、弹簧按钮（18）、金属壳体（19）、左立板（20）、右立板（21）、长方体金属架（12）和用于推动弹簧按钮（18）的步进电机装置；

所述的金属壳体（19）下方开有长方形开口，沿长方形开口的两条边在金属壳体（19）内平行设置左立板（20）和右立板（21），左立板（20）和右立板（21）的边缘分别与金属壳体的内壁连接，左立板（20）、右立板（21）与金属壳体（19）形成下方开口的长方体空间结构，所述的长方体金属架（12）为无底的长方体金属结构，长方体金属架（12）插入所述的长方体空间结构中，与左立板（20）、右立板（21）和金属壳体（19）相契合，长方体金属架（12）的顶部通过主弹簧（1）与金属壳体（19）的顶部连接，长方体金属架（12）下方设置有辅助轮（15），辅助轮（15）的轮轴固定在长方体金属架（12）相对的两侧面上，辅助轮从长方体金属架的下开口处伸出，辅助轮（15）所在的面与水平面垂直，长方体金属架（12）相对应的两侧面上分别设置有一个弹簧按钮（18），长方体金属架（12）内水平设置有弹簧（8），弹簧（8）的两端分别与两个弹簧按钮（18）连接，在左立板（20）和右立板（21）上分别开有弹簧按钮（18）弹出孔，当主弹簧（1）处于自然伸长状态时弹簧按钮（18）从弹出孔弹出，右立板（21）在沿竖直方向上开有长条形通孔（23），支撑杆（11）的一端为活动端，支撑杆（11）穿过长条形通孔（23）（23），支撑杆（11）的活动端与长方体金属架（12）转动连接，支撑杆（11）的另一端为固定端，支撑杆（11）的固定端与金属壳体（19）转动连接，第三步进电机（5）固定在金属壳体（19）内，第三步进电机（5）的转轴与凸轮（2）连接，凸轮（2）位于支撑杆（11）的下方，与支撑杆接触，用于推动弹簧按钮（18）的步进电机装置按压弹簧按钮（18），弹簧按钮（18）被压入左立板（20）和右立板（21）之间后，随着凸轮（2）的转动，支撑杆的活动端带动长方体金属架升高、降低；

所述的控制系统包括倾角传感器模块、微处理器和步进电机驱动器模块，倾角传感器模块与微处理器相连，微处理器与步进电机驱动模块相连，所述的倾角传感器模块设置于自行车座垫底面，用于检测自行车后轮所在平面与竖直方向所成的角度信息，并发送信号发送到微处理器，步进电机驱动器模块包括第三步进电机驱动模块和用于推动弹簧按钮（18）的步进电机的驱动模块。

2.根据权利要求1或2所述的一种可使自行车保持平衡的装置，其特征在于：用于推动弹簧按钮（18）的步进电机装置包括第一步进电机（3）、第二步进电机（4）、左滑槽（6）、右滑槽（7）、左螺母（9A）、右螺母（9B）、左滑动杆（10A）、右滑动杆（10B）、左紧固螺丝（16A）、右紧固螺丝（16B）、左螺纹杆（17A）和右螺纹杆(17B)；

第一步进电机（3）的转轴通过左紧固螺丝(16A)连接左螺纹杆(17A)，左螺纹杆（17A）的自由端套接有左螺母（9A），左螺母（9A）的外缘垂直设置有左滑动杆（10A），左滑动杆（10A）的另一端位于左滑槽（6）中，第一步进电机（3）转动时左滑动杆（10A）在左滑槽（6）中滑动；

第二步进电机（4）的转轴通过右紧固螺丝（16B）连接有右螺纹杆（17B），右螺纹杆（17B）的自由端套接有右螺母（9B），右螺母（9B）的外缘垂直设置有右滑动杆（10B），右滑动杆（10B）的另一端位于右滑槽（7）中，第二步进电机（4）转动时右滑动杆（4B）在右滑槽（7）中滑动；

左滑槽(6)和右滑槽（7)固定在金属壳体（19）内的底面，左滑槽(6)的方向与左螺纹杆(17A)的方向相同，右滑槽(7)的方向与右螺纹杆(17B)的方向相同，第一步进电机（3）、第二步进电机（4）处于初始状态时，左螺母(9A)、右螺母（9B)分别与对应的弹簧按钮(18)贴近；

第一步进电机（3）、第二步进电机（4）与步进电机驱动模块连接。

3.根据权利要求1所述的一种可使自行车保持平衡的装置，其特征在于：支撑杆（11）上与凸轮（2）接触的部分设置有定滑轮（14）。

4.根据权利要求1所述的一种可使自行车保持平衡的装置，其特征在于：所述的金属壳体（19）内设置有底座（13），支撑杆（11）的固定端转动连接在底座（13）上。

5.根据权利要求1所述的一种可使自行车保持平衡的装置，其特征在于：所述的控制系统还包括蜂鸣器模块，蜂鸣器模块与微处理器相连接。