CN109398083A - 一种用于电动出行工具的新型压感踏板控制装置 - Google Patents

一种用于电动出行工具的新型压感踏板控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于电动出行工具的新型压感踏板控制装置，包括盖板和底板，所述盖板和底板在空间上匹配设置，所述盖板下表面的边缘处通过支撑柱与底板之间相连接，所述盖板相对于底板之间为距离可伸缩结构，所述盖板下表面的中间位置固定设置有凸块，所述凸块为圆柱体结构，所述凸块的中间向内凹陷，所述凸块的中间内凹平面上通过耐压胶片连接有水滴状垫片，所述耐压胶片上下表面为平面的薄膜状结构，所述凸块与水滴状垫片的上部分相固定相连。本发明通过在盖板边缘设置有支撑柱、盖板中间设置有特殊结构的凸块以及水滴状垫片，从而能有效的防止高灵敏度的纳米柔性薄膜压力传感器受压过载，具有结构简单、灵敏度高、安全可靠的特点。

Description

一种用于电动出行工具的新型压感踏板控制装置
技术领域
本发明涉及一种用于电动出行工具的新型压感踏板控制装置，具体地说是压感踏板控制装置，属于智能控制技术领域。
背景技术
随着科技的日益发展，人们要求出行工具需更加方便、快捷和环保，基于上述原因，踏板智能控制的电动出行正逐渐成为一种新的交通出行工具。
目前踏板控制的方式主要有两种，一种通过光电开关再配合陀螺仪、加速度传感器等基本部件来实现操作控制，该控制方式随着使用时间的延长，光电开关处的橡胶按钮因疲劳特性会导致其动作不灵敏，可靠性大幅下降，进而影响使用者的安全，且整个光电开关需占用较大的空间；另一种是通过在踏板上设置传统的压力传感器(如压力应变片)来控制运行状态，这种传统的压力传感器输出的信号微弱、抗干扰能力差，并且只能测出应变栅范围内的平均应变，而不能显示应力场中应力梯度的变化，此外，上述两类装置中由于缺少过载保护构件，从而导致传感器在过载受压后精度受损，影响传感器的使用寿命。基于上述缺陷，本发明提出了一种基于柔性薄膜压力传感器的压感踏板控制装置，妥善的解决了上述所提及的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，且设计的结构简单、灵敏度高、安全可靠且节能环保。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
按照本发明提供的技术方案：一种用于电动出行工具的新型压感踏板控制装置，包括盖板和底板，所述盖板和底板在空间上匹配设置，所述盖板下表面的边缘处通过支撑柱与底板之间相连接，所述盖板相对于底板之间为距离可伸缩结构，所述盖板下表面的中间位置固定设置有凸块，所述凸块为圆柱体结构，所述凸块的中间向内凹陷，所述凸块的中间内凹平面上通过耐压胶片连接有水滴状垫片，所述耐压胶片上下表面为平面的薄膜状结构，所述凸块与水滴状垫片的上部分相固定相连，所述底板的上表面设置有凹槽，所述凹槽内固定安装有纳米柔性薄膜压力传感器，所述纳米柔性薄膜压力传感器的上表面与水滴状垫片的下表面活动接触。
作为本发明的进一步改进，所述水滴状垫片的下半部分呈水滴形状，所述水滴状垫片的上半部分为圆柱体结构。
作为本发明的进一步改进，所述底板上表面的边缘处设置有孔槽，所述支撑柱与孔槽在空间上相匹配。
作为本发明的进一步改进，所述盖板的上表面固定安装有防滑胶垫，所述盖板和底板的材质均为镁合金。
作为本发明的进一步改进，所述孔槽共设置至少有四个，所述孔槽内固定设置有橡胶垫片，所述橡胶垫片的数量与孔槽的数量相同。
作为本发明的进一步改进，所述凸块与水滴状垫片之间设置有耐压胶片，所述凸块的中间内凹平面与耐压胶片的上表面在空间上相匹配连接，所述水滴状垫片的上半部分平面与耐压胶片的下表面在空间上相匹配连接，所述水滴状垫片的材质优选橡胶。
作为本发明的进一步改进，所述纳米柔性薄膜压力传感器由第一柔性衬底、柔性电极层、支撑层、第二柔性衬底、压力敏感层以及柔性封装层组合而成，所述第二柔性衬底的下表面安装有压力敏感层，所述第一柔性衬底的上表面安装有柔性电极层，所述压力敏感层与柔性电极层通过两侧的支撑层连接，所述柔性封装层覆盖于第一柔性衬底与第二柔性衬底的边缘处。
作为本发明的进一步改进，所述底板的内部设置有信号处理模块和电源，所述纳米柔性薄膜压力传感器与信号处理模块之间通过电学输出信号电性连接，所述信号处理模块的一端连接有控制器，所述电源与纳米柔性薄膜压力传感器、信号处理模块以及控制器之间均电性连接。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1)、本发明通过在纳米柔性薄膜压力传感器的内部设置有压力敏感层，当压力敏感层受到外界压力刺激时，压力敏感材料的电阻率发生变化，从而导致压力传感器输出电阻值的改变，进而实现对压力大小变化的精确感知，且高灵敏度的纳米柔性薄膜压力传感器的设置能够有效避免光电传感器开关因弹性部件疲劳产生的响应不灵敏、有效性下降等问题。
2)、本发明通过在盖板边缘设置有支撑柱、盖板中间设置有特殊结构的凸块以及水滴状垫片，使得盖板上的压力一部分由边缘设置的支撑柱承担、另一部分由水滴状垫片传递给纳米柔性薄膜压力传感器，从而能有效的防止高灵敏度的纳米柔性薄膜压力传感器受压过载，并能给纳米柔性薄膜压力传感器一定的性能恢复空间，使其长久处于高灵敏性能的区间内工作。
3)、本发明的新型压感踏板控制装置采用了超薄的高灵敏度纳米柔性薄膜压力传感器，使得整个装置体积小，占用空间少，且有利于小型化和便携化设计。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的俯视爆炸示意图。
图3为本发明的仰视爆炸示意图。
图4为本发明的纳米柔性薄膜压力传感器的内部结构示意图。
图5为本发明的电路连接示意图。
图中：1、防滑胶垫；2、盖板；3、支撑柱；4、孔槽；5、水滴状垫片；6、凸块；7、底板；8、耐压胶片；9、凹槽；10、纳米柔性薄膜压力传感器；11、橡胶垫片；12、柔性封装层；13、支撑层；14、第二柔性衬底；15、压力敏感层；16、柔性电极层；17、第一柔性衬底；18、电源；19、控制器；20、信号处理模块。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1-5所示，一种用于电动出行工具的新型压感踏板控制装置，包括盖板2和底板7，所述盖板2和底板7在空间上匹配设置，所述盖板2下表面的边缘处通过支撑柱3与底板7之间相连接，所述盖板2相对于底板7之间为距离可伸缩结构，所述盖板2下表面的中间位置固定设置有凸块6，所述凸块6为圆柱体结构，所述凸块6的中间向内凹陷，所述凸块6的中间内凹平面上通过耐压胶片8连接有水滴状垫片5，所述耐压胶片8上下表面为平面的薄膜状结构，所述凸块6与水滴状垫片5的上部分相固定相连，所述底板7的上表面设置有凹槽9，所述凹槽9内固定安装有纳米柔性薄膜压力传感器10，所述纳米柔性薄膜压力传感器10的上表面与水滴状垫片5的下表面活动接触。
如图2和3所示，其中，所述水滴状垫片5的下半部分呈水滴形状，所述水滴状垫片5的上半部分为圆柱体结构。
如图1、2和3所示，其中，所述底板7上表面的边缘处设置有孔槽4，所述支撑柱3与孔槽4在空间上相匹配，通过在装置上设置有支撑柱3，使得施加盖板2上的压力一部分由边缘设置的支撑柱3进行承担，从而减少纳米柔性薄膜压力传感器10的受力值。
如图1所示，其中，所述盖板2的上表面固定安装有防滑胶垫1，所述盖板2和底板7的材质均为镁合金，防滑胶垫1的设置可以增大鞋底与防滑胶垫1之间的摩擦力，从而使用起来更加舒适、安全，镁合金材质的盖板2和底板7在能够满足使用强度要求的同时，还能减轻装置的重量。
如图1、2和3所示，其中，所述孔槽4共设置至少有四个，所述孔槽4内固定设置有橡胶垫片11，所述橡胶垫片11的数量与孔槽4的数量相同，橡胶垫片11的设置可以在支撑柱3和圆柱孔槽4之间起到一定的缓冲作用。
如图2和3所示，其中，所述凸块6与水滴状垫片5之间设置有耐压胶片8，所述凸块6的中间内凹平面与耐压胶片8的上表面在空间上相匹配连接，所述水滴状垫片5的上半部分平面与耐压胶片8的下表面在空间上相匹配连接，所述水滴状垫片5的材质优选橡胶，凸块6、耐压胶片8以及水滴状垫片5的空间设置可以使盖板2上的压力传递到纳米柔性薄膜压力传感器10的效果更佳。
如图4所示，其中，所述纳米柔性薄膜压力传感器10由第一柔性衬底17、柔性电极层16、支撑层13、第二柔性衬底14、压力敏感层15以及柔性封装层12组合而成，所述第二柔性衬底14的下表面安装有压力敏感层15，所述第一柔性衬底17的上表面安装有柔性电极层16，所述压力敏感层15与柔性电极层16通过两侧的支撑层13连接，所述柔性封装层12覆盖于第一柔性衬底17与第二柔性衬底14的边缘处，从而起到防水的功能，且当纳米柔性薄膜压力传感器10内部的压力敏感层15受到压力刺激时，因压力敏感材料电阻率的变化导致压力传感器输出电阻变化，从而实现对压力大小的精确感知。
如图5所示，其中，所述底板7的内部设置有信号处理模块20和电源18，所述纳米柔性薄膜压力传感器10与信号处理模块20之间通过电学输出信号电性连接，所述信号处理模块20的一端连接有控制器19，所述电源18与纳米柔性薄膜压力传感器10、信号处理模块20以及控制器19之间均电性连接，信号处理模块20以及控制器19分别连接，纳米柔性薄膜压力传感器10可以是多个单点传感器的组合，也可以是一个阵列传感器，且多个纳米柔性薄膜压力传感器10或传感器阵列在感知各点所受的压力大小后，将压力信号转换成响应特征信号传输给信号处理模块20，信号处理模块20将接收的多路响应特征信号进行运算处理，并结合纳米柔性薄膜压力传感器10的个数及不同纳米柔性薄膜压力传感器10之间输出的差值，根据对应的算法输出指令给外围的控制器19，以实现电机输出扭矩、功率、转速等控制以及电动出行工具的前进、后退、转向、停止等控制。
需要说明的是，本发明为一种用于电动出行工具的新型压感踏板控制装置，工作时，操作者脚部的力量作用于盖板2上，并通过盖板2使压力一部分由边缘设置的支撑柱3承担，另一部分经凸块6、耐压胶片8以及水滴状垫片5传递给纳米柔性薄膜压力传感器10，通过在纳米柔性薄膜压力传感器10内设定其压力触发点，当纳米柔性薄膜压力传感器10受到的压力小于等于其触发点时，纳米柔性薄膜压力传感器10不会输出信号，控制器19不会发送控制指令，从而能避免小孩因误触而造成不安全的现象发生，当纳米柔性薄膜压力传感器10受到的压力大于其触发点时，纳米柔性薄膜压力传感器10将电学信号输送给信号处理模块20，并通过控制器19发送相应的控制指令，且还能根据纳米柔性薄膜压力传感器10所感知不同大小的压力来控制电机的输出功率，以达到节约电能和增强续航的目的，当体重较重的人使用该装置时，纳米柔性薄膜压力传感器10感知的压力超过设定的阈值，控制器19控制电机的输出扭矩和转速，以进一步提高使用者的使用安全。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种用于电动出行工具的新型压感踏板控制装置，包括盖板(2)和底板(7)，其特征在于：所述盖板(2)和底板(7)在空间上匹配设置，所述盖板(2)下表面的边缘处通过支撑柱(3)与底板(7)之间相连接，所述盖板(2)相对于底板(7)之间为距离可伸缩结构，所述盖板(2)下表面的中间位置固定设置有凸块(6)，所述凸块(6)为圆柱体结构，所述凸块(6)的中间向内凹陷，所述凸块(6)的中间内凹平面上通过耐压胶片(8)连接有水滴状垫片(5)，所述耐压胶片(8)上下表面为平面的薄膜状结构，所述凸块(6)与水滴状垫片(5)的上部分相固定相连，所述底板(7)的上表面设置有凹槽(9)，所述凹槽(9)内固定安装有纳米柔性薄膜压力传感器(10)，所述纳米柔性薄膜压力传感器(10)的上表面与水滴状垫片(5)的下表面活动接触。
2.根据权利要求1所述的一种用于电动出行工具的新型压感踏板控制装置，其特征在于：所述水滴状垫片(5)的下半部分呈水滴形状，所述水滴状垫片(5)的上半部分为圆柱体结构。
3.根据权利要求1所述的一种用于电动出行工具的新型压感踏板控制装置，其特征在于：所述底板(7)上表面的边缘处设置有孔槽(4)，所述支撑柱(3)与孔槽(4)在空间上相匹配。
4.根据权利要求1所述的一种用于电动出行工具的新型压感踏板控制装置，其特征在于：所述盖板(2)的上表面固定安装有防滑胶垫(1)，所述盖板(2)和底板(7)的材质均为镁合金。
5.根据权利要求1所述的一种用于电动出行工具的新型压感踏板控制装置，其特征在于：所述孔槽(4)共设置至少有四个，所述孔槽(4)内固定设置有橡胶垫片(11)，所述橡胶垫片(11)的数量与孔槽(4)的数量相同。
6.根据权利要求1所述的一种用于电动出行工具的新型压感踏板控制装置，其特征在于：所述凸块(6)与水滴状垫片(5)之间设置有耐压胶片(8)，所述凸块(6)的中间内凹平面与耐压胶片(8)的上表面在空间上相匹配连接，所述水滴状垫片(5)的上半部分平面与耐压胶片(8)的下表面在空间上相匹配连接，所述水滴状垫片(5)的材质优选橡胶。
7.根据权利要求1所述的一种用于电动出行工具的新型压感踏板控制装置，其特征在于：所述纳米柔性薄膜压力传感器(10)由第一柔性衬底(17)、柔性电极层(16)、支撑层(13)、第二柔性衬底(14)、压力敏感层(15)以及柔性封装层(12)组合而成，所述第二柔性衬底(14)的下表面安装有压力敏感层(15)，所述第一柔性衬底(17)的上表面安装有柔性电极层(16)，所述压力敏感层(15)与柔性电极层(16)通过两侧的支撑层(13)连接，所述柔性封装层(12)覆盖于第一柔性衬底(17)与第二柔性衬底(14)的边缘处。
8.根据权利要求1所述的一种用于电动出行工具的新型压感踏板控制装置，其特征在于：所述底板(7)的内部设置有信号处理模块(20)和电源(18)，所述纳米柔性薄膜压力传感器(10)与信号处理模块(20)之间通过电学输出信号电性连接，所述信号处理模块(20)的一端连接有控制器(19)，所述电源(18)与纳米柔性薄膜压力传感器(10)、信号处理模块(20)以及控制器(19)之间均电性连接。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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CB03 Change of inventor or designer information
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Inventor after: Xiong Zuoping

Inventor after: Fan Longfei

Inventor after: Wang Yukang

Inventor after: Zhou Zhen

Inventor before: Xiong Zuoping

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GR01 Patent grant
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