CN109383696A - 人机互动体感车及其转向方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种人机互动体感车，包括车体及设于车体上的两个车轮，车轮在径向方向上可绕车体转动，车体内设有驱动车轮转动的驱动装置以及控制驱动装置驱动车轮的控制装置，车体上进一步设有转向杆及用于感测转向杆的姿态信息且与控制装置连接的姿态传感装置，控制装置根据姿态传感装置感测到的转向杆的姿态信息，控制驱动装置输出的驱动力控制车轮的转动速度带动车体转向。本发明的人机互动体感车通过在车体上设置转向杆及用于感应转向杆的姿态信息的姿态传感装置，控制装置根据姿态传感装置感应到的转向杆的姿态信息来控制驱动装置驱动车轮带动车体转向，结构简单，操作方便且安全。本发明还涉及一种人机互动体感车的转向方法。

Description

人机互动体感车及其转向方法

技术领域

本发明涉及一种体感车技术领域，具体涉及一种人机互动体感车及其转向方法。

背景技术

体感车、思维车，其运作原理主要是建立在一种被称为“动态稳定”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，精确地控制装置进行相应的调整，以保持系统的平衡。

现有的体感车一般分为有转向杆和无转向杆这两类，其中带转向杆的体感车，其车体的前进、后退及转向均由转向杆来进行具体操作控制，这类带转向杆的电动平衡车的结构复杂，例如中国专利CN203127051U公开的一种具有龙骨骨架的双轮自平衡巡逻车，包括龙骨骨架，轮毂电机，法兰车轮，转向主轴，转向转向杆，电池盒，控制盒，上外壳和下外壳，所述龙骨骨架由主龙骨、后支骨架和前支骨架组成，前支骨架和后支骨架对称固定在主龙骨的前后面，主龙骨的左右面对称设有电机安装孔，轮毂电机安装在该电机安装孔中，法兰车轮与轮毂电机连接固定，主龙骨前面设有转向系统安装孔，转向主轴安装在该转向系统安装孔上，转向转向杆与转向主轴装配连接，电池盒和控制盒对应转向主轴安装在主龙骨后面，上外壳与前、后支骨架可拆卸连接，下外壳与上外壳可拆卸连接。显然，上述专利中转向杆需要通过转向轴等实现对车辆的转向控制，结构复杂。

而不带转向杆的体感车，其前进、后退是由整个车体的倾斜来控制，转向则由使用者脚踏在脚踏平台上，并通过两个脚踏平台之间相对旋转角度差来进行控制实现，该类体感车的可玩性强，但是平衡性差安全性能低。

发明内容

本发明为了克服现有技术而提出的一种人机互动体感车。

为了实现上述目的，本发明所提供一种人机互动体感车，包括车体及设于所述车体上的两个车轮，所述车轮在径向方向上可绕所述车体转动，所述车体内设有驱动所述车轮转动的驱动装置以及控制驱动装置驱动所述车轮的控制装置，所述车体上进一步设有转向杆及用于感测所述转向杆的姿态信息且与所述控制装置连接的姿态传感装置，所述控制装置根据所述姿态传感装置感测到的转向杆的姿态信息，控制所述驱动装置输出的驱动力控制车轮的转动速度带动车体转向。

进一步地，所述车体的前端与后端对应朝向所述车体的前进方向与后退方向，所述姿态传感装置用于采集转向杆向左偏转的姿态信息与向右偏转的姿态信息，所述控制装置根据姿态传感装置采集到的转向杆的向左偏转的姿态信息，控制所述驱动装置驱动所述车轮带动所述车体向左转向；所述控制装置根据姿态传感装置采集到的转向杆的向右偏转的姿态信息，控制所述驱动装置驱动所述车轮带动所述车体向右转向。

进一步地，所述姿态传感装置为压力传感器，所述转向杆与所述姿态传感装置套接，所述姿态传感装置通过感应压力信息感应出所述转向杆的姿态信息。

进一步地，所述姿态传感装置的左右两侧之一设有应变片，所述转向杆向左偏转与向右偏转带动所述应变片向左弯折与向右弯折。

进一步地，所述姿态传感装置包括安装在所述车体顶部的底座、设置在所述底座的顶面上的安装块以及设置在所述安装块的顶面上的套接块，所述套接块与所述转向杆套接，所述应变片贴在所述安装块上。

进一步地，所述转向杆套在所述套接块上，所述安装块与所述套接块之间形成限制所述转向杆下移的限位台阶。

进一步地，所述安装块上设有贯穿所述安装块前端面与后端面的通槽。

进一步地，所述转向杆包括连接杆及与所述连接杆连接的把手。

进一步地，所述转向杆供手操作，所述连接杆与所述把手的中部连接，所述把手的长度方向延伸与所述车体的前进方向垂直。

进一步地，所述转向杆供脚操作，所述把手的一端与所述连接杆连接，所述把手的另一端朝向所述车体的后退方向。

本发明涉及一种人机互动体感车的转向方法，包括以下步骤：

采集转向杆的姿态信息；

判断采集到的转向杆的姿态信息；

当转向杆的姿态信息为转向杆向左偏转时，控制车轮带动车体向左转向；以及

当转向杆的姿态信息为转向杆向右偏转时，控制车轮带动车体向右转向。

由于上述技术方案的运用，本发明具备以下优点：

本发明的人机互动体感车及其转向方法通过在车体上设置转向杆及用于感应转向杆的姿态信息的姿态传感装置，控制装置根据姿态传感装置感应到的转向杆的姿态信息来控制驱动装置驱动车轮带动车体转向，结构简单，操作方便且安全。

附图说明

图1为本发明第一实施例的人机互动体感车的立体结构示意图。

图2是图1的分解图。

图3为本发明第二实施例的人机互动体感车的立体结构示意图。

图4为图3的分解图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1-2，本发明第一实施例提供的一种人机互动体感车，包括车体1及设于车体1上的两个车轮2，车轮2在径向方向上可绕车体1转动。车体1内设有驱动车轮2转动的驱动装置(图未示出)以及控制驱动装置驱动车轮2的控制装置(图未示出)。车体1上进一步设有转向杆3及用于感测转向杆3的姿态信息且与控制装置连接的姿态传感装置4，控制装置根据姿态传感装置4感测到的转向杆3的姿态信息，控制驱动装置输出的驱动力控制车轮2的转动速度带动车体1转向。也就是说，本发明的人机互动体感车可以通过控制转向杆3的姿态来控制车体1转向。需要说明的是，车体1转向指的是，驱动装置输出两个不同的驱动力给车轮2，使两个车轮2的转速不同，从而使车体1在前进时转向或者后退时转向。

在本实施例中，定义车体1的前端为朝向车体1的前进方向，车体1的后端为朝向车体1的后退方向，两个车轮2在车体1上的安装位置即为车体1的左右两侧。姿态传感装置4用于采集转向杆3向左偏转的姿态信息与向右偏转的姿态信息，控制装置根据姿态传感装置4采集到的转向杆3的向左偏转的姿态信息，控制驱动装置驱动车轮2带动车体1向左转向；控制装置根据姿态传感装置4采集到的转向杆3的向右偏转的姿态信息，控制驱动装置驱动车轮2带动车体1向右转向。需要说明的是，转向杆3的向左偏转与向右偏转指的是，转向杆3向左弯折与向右弯折，姿态传感装置4采集转向杆3向左偏转的姿态信息与向右偏转的姿态信息，实际上采集的是集转向杆3向左弯折与向右弯折的微小形变信息。

具体地，在车体1移动的过程中(车体1移动指的是，驱动装置驱动输出相同的输出给两个车轮2，使得车轮2具有相同的转速带着车体前进或者后退)，当使用者需要转向时，可以通过操作转向杆3使转向杆3相对初始位置发生摆动，姿态传感装置4能够采集到转向杆3相对初始位置的姿态信息，具体为当使用者需要向左偏转时，使用者通过操作转向杆3向左摆动，此时，姿态传感装置4采集到的转向杆3的姿态信息为转向杆3的向左偏转的信息，控制装置根据姿态传感装置4感测到的转向杆3向左偏转的信息，控制驱动装置驱动两个车轮2产生转速差，具体为位于右侧的车轮2的转速大于位于左侧的车轮2的转速，这样车轮2向左转向，从而使得车体1向左转向，相应地，实现车体1向右转向的原理与控制车体1向左转向的原理类似，其不同之处仅在于，需操作转向杆3使转向杆3向右摆动，控制装置控制驱动装置驱动两个车轮2产生转速差，且位于左侧的车轮2的转速大于位于右侧的车轮2的转速。

在本实施例中，姿态传感装置4为压力传感器，转向杆3与姿态传感装置4套接，姿态传感装置4通过感应压力信息感应出转向杆3的姿态信息。具体地，转向杆3向左偏转带动姿态传感装置4向左偏转，由于姿态传感装置4为压力传感器，压力传感器上的应变片403(详见下述)即可向左弯折，将应变片403向左弯折感应出的压力记为正压力，应变片403向右弯折感应出的压力为负压力，此时压力传感器感应到正压力，这样控制装置即可根据压力传感器感应到的正压力信息判断出转向杆3向左偏转，控制装置相应控制驱动装置驱动车轮2带动车体1向左转，实现车体1向右转的原理与控制车体1向左转的原理相同，在此不再赘述。为了便于精确采集转向杆3向左偏转还是向右偏转，姿态传感装置4的左右两侧之一贴有应变片403。

以上所述仅为一种根据转向杆的姿态信息控制车体转向的控制方案，具体现实可根据实际应用情况设定控制方案，在此不一一列举。

在本实施例中，姿态传感装置4包括安装在车体1顶部的底座401、设置在底座401的顶面上的安装块402以及设置在安装块402的顶面上的套接块404，套接块404与转向杆3套接，应变片403贴在安装块402上且位于安装块402的左侧。姿态传感装置4采用上述结构可以方便通过转向杆3带动安装块402偏转进而带动应变片403弯折。

在本实施例中，转向杆3套在套接块404上，安装块402与套接块404之间形成限制转向杆3下移的限位台阶405。为了防止转向杆3与套接块404脱离，转向杆3与套接块404之间通过螺钉等固定件锁固。在其他实施例中，套接块404中空，套接块404套在转向杆3，为了防止转向杆3与套接块404脱离，转向杆3与套接块404之间同样通过螺钉等固定件锁固。

安装块402上设有贯穿安装块402的前端面与后端面的通槽406，这样安装块402的局部中空，以便于安装转向杆3带动安装块402弯折，进而方便应变片403形变。

在本实施例中，转向杆3包括连接杆301及与连接杆301连接的把手302，连接杆301与把手302的中部连接，连接杆301的长度方向延伸与车体1的前进方向垂直，以方便手动操作。转向杆3的连接杆301与套接块404套接且通过螺钉等固定件锁固。

在其他实施例中(图未示出)，姿态传感装置4例如为角度传感器，转向杆3的连接杆301直接安装在车体1的顶部，角度传感器位于连接杆301内且固定在连接杆301的内壁上，角度传感器通过感应连接杆301相对连接杆301在车体1安装位置的角度变化感应出转向杆3的姿态信息。例如，将转向杆3向左摆动时，角度传感器感应到的偏转角度值记为正角度，将转向杆3向右摆动时，角度传感器感应到的偏转角度值记为负角度，当转向杆3向左摆动，角度传感器感应到正角度值，控制装置相应控制驱动装置驱动车轮2带动车体1向左转，实现车体1向右转的原理与控制车体1向左转的原理相同，在此不再赘述。

在本实施例中，转向杆3设置车体1前端的中部位置且与车体1垂直连接，以便于操作。车体1还在转向杆3的两侧设置脚踏装置5以方便踩踏。

需要说明的是，本发明人机互动体感车中的转向杆3及姿态传感装置4仅用于控制车体1在移动中转向，车体1的移动还需要接触其他传感装置控制。

具体地，人机互动体感车进一步包括位置传感装置(图未示出)，用以感测车体1相对车轮2的倾斜信息。如此设置，当使用者站立在车体1，当使用者向前倾斜时会带动车体1整体往前倾，所述位置传感装置感测到车体1向前倾斜的信息后，发出车体1向前倾斜的信号至控制装置，所述控制装置控制驱动装置使车轮2具有相同的转速进而驱动车体1向前运动，使得整体具有向后倾斜的力，起到平衡的作用。另外，位置传感器感应到的倾斜角度越大，驱动力越大。具体的，位置传感装置包括陀螺仪、加速度传感器和/或光电传感器。需要说明的，使用者向后倾斜时，车体1向后运动，其原理与上述向前运动的原理相同，在此不再赘述。

请参阅图3与图4，图3与图4为本发明第二实施例的人机互动体感车的立体结构示意图与分解图，本发明第二实施例的人机互动体感车的结构与本发明第一实施例的人机互动体感车结构及工作原理相同基本相同，其不同之处仅在于转向杆3不同，该实施例的转向杆3长度的长度短于第一实施例中的转向杆3的长度，第二实施例中的转向杆3的把手302的一端与连接杆301连接，把手302的另一端朝向车体1的后退方向延伸，以方便通过脚来控制车体1转向。

本发明还涉及一种人机互动体感车的转向方法，包括以下步骤：

采集转向杆3的姿态信息，具体通过姿态传感装置4采集转向杆3的姿态。

判断采集到的转向杆3的姿态信息，具体通过姿态传感装置4与控制装置连接将采集到的转向杆3的姿态信息发送给控制装置，并且姿态传感装置4采集为压力传感器，通过采集压力获取转向杆3的姿态信息，具体为，姿态传感装置采集到正压力表示转向杆3向左偏转，姿态传感装置4采集到负压力表示转向杆3向右偏转，控制装置判断姿态传感装置4采集到的压力是正压力还是负压力。

当转向杆3的姿态信息为转向杆3向左偏转时，控制车轮2带动车体1向左转向，具体控制装置判断出姿态传感装置4判断出压力信息为正压力时，控制驱动装置输出不同的驱动力给两个车轮2使两个车轮2产生速度差，并且左侧车轮2的转速小于右侧车轮2的转速，以带动车体1向左转向。

当转向杆的姿态信息为转向杆向右偏转时，控制车轮带动车体向右转向，体控制装置判断出姿态传感装置4判断出压力信息为负压力时，控制驱动装置输出不同的驱动力给两个车轮2使两个车轮2产生速度差，并且左侧车轮2的转速大于右侧车轮2的转速，以带动车体1向右转向。

本发明的人机互动体感车及其转向方法通过在车体1上设置转向杆3及用于感应转向杆3的姿态信息的姿态传感装置4，控制装置根据姿态传感装置4感应到的转向杆3的姿态信息来控制驱动装置驱动车轮2带动车体1转向，结构简单，操作方便且安全。

虽然本发明已由较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟知此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所要求保护的范围为准。

Claims (11)

1.一种人机互动体感车，包括车体(1)及设于所述车体(1)上的两个车轮(2)，所述车轮(2)在径向方向上可绕所述车体(1)转动，所述车体(1)内设有驱动所述车轮(2)转动的驱动装置以及控制驱动装置驱动所述车轮(2)的控制装置，其特征在于，所述车体(1)上进一步设有转向杆(3)及用于感测所述转向杆(3)的姿态信息且与所述控制装置连接的姿态传感装置(4)，所述控制装置根据所述姿态传感装置(4)感测到的转向杆(3)的姿态信息，控制所述驱动装置输出的驱动力控制车轮(2)的转动速度带动车体(1)转向。

2.根据权利要求1所述的人机互动体感车，其特征在于：所述车体(1)的前端与后端对应朝向所述车体(1)的前进方向与后退方向，所述姿态传感装置(4)用于采集转向杆(3)向左偏转的姿态信息与向右偏转的姿态信息，所述控制装置根据姿态传感装置(4)采集到的转向杆(3)的向左偏转的姿态信息，控制所述驱动装置驱动所述车轮(2)带动所述车体(1)向左转向；所述控制装置根据姿态传感装置(4)采集到的转向杆(3)的向右偏转的姿态信息，控制所述驱动装置驱动所述车轮(2)带动所述车体(1)向右转向。

3.根据权利要求2所述的人机互动体感车，其特征在于：所述姿态传感装置(4)为压力传感器，所述转向杆(3)与所述姿态传感装置(4)套接，所述姿态传感装置(4)通过感应压力信息感应出所述转向杆(3)的姿态信息。

4.根据权利要求3所述的人机互动体感车，其特征在于：所述姿态传感装置(4)的左右两侧之一设有应变片(403)，所述转向杆(3)向左偏转与向右偏转带动所述应变片(403)向左弯折与向右弯折。

5.根据权利要求4所述的人机互动体感车，其特征在于：所述姿态传感装置(4)包括安装在所述车体(1)顶部的底座(401)、设置在所述底座(401)的顶面上的安装块(402)以及设置在所述安装块(402)的顶面上的套接块(404)，所述套接块(404)与所述转向杆(3)套接，所述应变片(403)贴在所述安装块(402)上。

6.根据权利要求5所述的人机互动体感车，其特征在于：所述转向杆(3)套在所述套接块(404)上，所述安装块(402)与所述套接块(404)之间形成限制所述转向杆(3)下移的限位台阶(405)。

7.根据权利要求5所述的人机互动体感车，其特征在于：所述安装块(402)上设有贯穿所述安装块(402)前端面与后端面的通槽(406)。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的人机互动体感车，其特征在于：所述转向杆(3)包括连接杆(301)及与所述连接杆(301)连接的把手(302)。

9.根据权利要求8所述的人机互动体感车，其特征在于：所述转向杆(3)供手操作，所述连接杆(301)与所述把手(302)的中部连接，所述把手(302)的长度方向延伸与所述车体(1)的前进方向垂直。

10.根据权利要求8所述的人机互动体感车，其特征在于：所述转向杆(3)供脚操作，所述把手(302)的一端与所述连接杆(301)连接，所述把手(302)的另一端朝向所述车体(1)的后退方向。

11.一种如权利要求1-10任一项所述的人机互动体感车的转向方法，其特征在于，包括以下步骤：

采集转向杆的姿态信息；

判断采集到的转向杆的姿态信息；

当转向杆的姿态信息为转向杆向左偏转时，控制车轮带动车体向左转向；以及

当转向杆的姿态信息为转向杆向右偏转时，控制车轮带动车体向右转向。