CN110481689A - 电动平衡车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动平衡车，它包括两个带轮轴的内置电机的车轮、可前后倾斜的两个踏板部件、限定两个车轮间距的横向联接部件和可感知踏板部件倾斜度的传感器，各自对应的车轮的轮轴与踏板部件固定连接，横向联接部与车轮的轮轴为可转动式联接；传感器接收到踏板部件倾斜度信息，控制器根据该倾斜度信息驱动对应的车轮转动。本发明优点是安装有传感器的踏板部件与车轮的轮轴固定连接，横向联接部与车轮的轮轴为可转动式联接；可提高车体的控制灵敏度和可靠性。活动的横向联接部使每个踏板部件均可各自控制，如两个踏板部件共同向前/后倾斜，那么车体就向前/后转动；若其中一踏板部件向前，另一踏板部件不动，两个车轮产生速度差实现转向控制。

Description

电动平衡车

技术领域

本发明涉及一种电动车，尤其涉及一种由伺服电机驱动的电动平衡车。

背景技术

电动平衡车，是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，以保持车体和系统的平衡。电动平衡车是现代人用来作为代步工具和休闲娱乐器械。

申请公布号为CN104029769A的电动平衡扭扭车，包括左右两套可扭动的脚踏模块，脚踏模块之间通过转轴联接；此种结构的平衡扭扭车，灵活性和操控性相对较好，但是由于分体式转动联接，中部结构强度不够，意外碰撞容易导致失灵，甚至发生断裂之风险。

授权公告号为CN205469471U的平衡车，两个车轮分别独立且可旋转地设置于连接轴上，两个脚踏机构分别可旋转地设置于连接轴上，各自的脚踏机构与各自车轮对接，角运动检测机构分别设置于各自的脚踏机构上，其为一体式结构的平衡车。

申请公布号为CN106560384A的人机互动体感车，其包括一整体支撑骨架、车轮上的轮轴与支撑骨架固定连接，踏板装置可转动式地连接在支撑骨架上，脚踏装置上设有缓冲弹性装置，踏板装置转动时，位置传感器感测到踏板装置相对于支撑骨架的倾斜度信息，然后通过控制装置驱动车轮移动或转动。一体式的支撑骨架在整机的强度上改善了。

该人体互动体感车的车轮的轮轴直接与支撑骨架固定连接，踏板装置轴接在支撑骨架上，且依靠设于踏板装置下方的弹簧来复位至平衡状态，控制器是通过判断脚踏装置相对于与支撑骨架的倾斜度来驱动车轮。其存在可改良之处；一方面，踏板装置与车轮的轮轴间接连接，弹簧容易形变或失效，影响踏板装置的复位至最初设定的平衡位置。上述原因均会影响到车体控制系统的灵敏度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种改善灵敏度的电动平衡车，通过踏板部件直接与车轮的轮轴固定连接，横向联接部件与车轮轮轴活动联接的方式，来提高电动平衡车的灵敏度。

本发明的技术方案为：电动平衡车，其特征在于包括两个带轮轴的内置电机的车轮、可前后倾斜的两个踏板部件、限定两个车轮间距的横向联接部件和可感知踏板部件倾斜度的传感器，各自对应的车轮的轮轴与踏板部件固定连接，所述的横向联接部与车轮的轮轴为可转动式联接；所述的传感器接收到踏板部件倾斜度信息，控制器根据该倾斜度信息驱动对应的车轮转动。

本发明进一步的优选方案为：所述的踏板部件套接与固定于所述的车轮的轮轴，或所述的踏板部件以插接或卡接方式固定于所述的车轮的轮轴。

本发明进一步的优选方案为：所述的横向联接部的至少一端与对应的那个车轮的轮轴可转动式连接。

本发明进一步的优选方案为：所述的横向联接部的一端与其中一个轮轴转动式连接，所述的横向联接部的另一端与另一个车轮的轮轴固定式连接。

本发明进一步的优选方案为：所述的车轮的轮轴贯穿踏板部件的整个宽度；或所述的车轮的轮轴固定在踏板部件的一端，踏板部件的另一端与横向联接部件轴接。

本发明进一步的优选方案为：所述的传感器与控制器集成在电路板上，所述的电路板布置在所述的踏板部件上。

本发明进一步的优选方案为：踏板部件包括联接于轮轴的踏板座和踏板盖，所述的电路板布置在所述的踏板座与踏板盖内形成的空腔内。

本发明进一步的优选方案为：所述的传感器为角度传感器、加速度传感器或陀螺仪。

本发明进一步的优选方案为：横向联接部件为板状结构，板状结构的横向联接部件中部设有凹腔，充电电池位于所述的凹腔内；或者所述的横向联接部件为轴状或柱状结构，充电电池被布置于横向联接部件的外侧部。

本发明进一步的优选方案为：所述的电机为伺服电机，接收控制器处理后的倾斜度信息并驱动车轮转动

现有技术相比，本发明的优点是安装有传感器的踏板部件与车轮的轮轴固定连接，横向联接部与车轮的轮轴为可转动式联接；车轮内的电机伺服系统直接控制踏板部件的状态，踏板部件的倾斜度直接反馈给电机伺服系统来驱动车轮，可提高车体的控制灵敏度和可靠性。横向联接部与车轮的轮轴转动联接，进而使踏板部件与横向联接部转动联接；即每个踏板部件均可各自控制，如两个踏板部件共同向前/后倾斜，那么车体就向前/后转动；若其中一踏板部件向前，另一踏板部件不动，两个车轮产生速度差实现转向控制。

附图说明

以下将结合附图和优选实施例来对本发明进行进一步详细描述，但是本领域技术人员将领会的是，这些附图仅是出于说明背景技术和解释优选实施例的目的而绘制的，并且因此不应当作为对本发明范围的限制。此外，除非特别指出，附图仅示意在概念性地表示所描述对象的组成或构造并可能包含夸张性显示，并且附图也并非一定按比例绘制。

图1为第一状态整体外形结构以及踏板部件的分布图；

图2为两个踏板部件、横向联接部件的平衡状态示意图；

图3为两个踏板部件转向控制效果及横向联接部件的随动示意图；

图4为两个踏板部件转向控制效果及横向联接部件的随动侧面示意图；

图5为踏板部件、横向联接部件、轮轴三者的连接结构示意图；

图6为踏板部件与轮轴结合示意图；

图7为踏板部件与轮轴结合内部关系示意图；

图8为踏板部件与轮轴分解示意图；

图9为横向联接部件与轮轴结合示意图；

图10为电路板、电池安装位置示意图；

图11为第二状态踏板部件、横向联接部件、轮轴三者的连接结构示意图；

图12为第二状态轮轴插接示意图；

图13为第三状态踏板部件、横向联接部件、轮轴三者的连接结构示意图；

图14为第三状态轮轴插接示意图；

图15为第四状态踏板部件、横向联接部件、轮轴三者的连接结构示意图。

图中，1左车轮；1-1左边轮轴；1-2中间段；2左踏板部件；2-1踏板座；2-2踏板盖；3横向联接部件；4右踏板部件；5右车轮；5-1右边轮轴；6抱箍二；7抱箍一；8贯穿槽；9电路板；10充电电池；11铰链；12加强轴；13连接轴；14连接梁；15下壳体。

具体实施方式

以下将参考附图来详细描述本发明的优选实施例。本领域中的技术人员将领会的是，这些描述仅为描述性的、示例性的，并且不应被解释为限定了本发明的保护范围。

应注意到：相似的标号在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中可能不再对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，电动平衡车包括两个带轮轴的内置电机的左车轮1和右车轮5、可前后倾斜的左踏板部件2、右踏板部件4、限定两个车轮间距的横向联接部件3和可感知踏板部件倾斜度的传感器。

具体地，左车轮1和右车轮5外圈设有胶体轮圈，轮圈内有电机，该电机可以是外转子电机。电机的外壳可以作为轮毂使用，也可以设置独立的轮毂。车轮的轮轴可以是外转子电机的电机轴。

优选地，电机采用现有的伺服电机，接收控制器处理后的倾斜度信息并驱动车轮转动，以及设有与电机同轴旋转的码盘和编码器。

左车轮1上具有左边轮轴1-1，右车轮5上具有右边轮轴5-1，左边轮轴1-1与左踏板部件2固定连接，右边轮轴5-1与右踏板部件4固定连接。横向联接部3与轮轴为可转动式联接。具体地，横向联接部3至少一端与对应的那个车轮的轮轴可转动式连接，可以是横向联接部3的一端与其中一个轮轴转动式连接，横向联接部的另一端与另一个车轮的轮轴固定式连接。这样也能实现左踏板部件2和右踏板部件4能相对倾斜转动。

优选地，横向联接部3与左边轮轴1-1转动连接，横向联接部3也与5-1转动连接。左传感器接收到左踏板部件2，右传感器接收到右踏板部件4倾斜度信息，控制器根据该倾斜度信息驱动对应的车轮转动。

具体地，左踏板部件2 内设有左传感器，左控制器与左传感器电连接。右踏板部件4上设有右传感器，右控制器与右传感器连接。

更具体地，图2-图4所示，当通电初始状态下左边轮轴1-1带着左踏板部件2保持水平，右边轮轴5-1带着右踏板部件4保持水平。正常情况下始终有个调节力使轮轴可以保持在一定角度不动。当左踏板部件2和右踏板部件4同时踩踏前倾和后仰时，控制器得到传感器的反馈控制两个轮圈同时前、后滚动；当左踏板部件2保持平衡，右踏板部件4踩踏前倾和后仰时，会有速度差产生，控制器得到传感器的反馈控制右边的轮圈旋转实现单边转向功能。

横向联接部件3处在两个车轮中间用于确定间距，也是作为梁架同时连接两个车轮。但是由于左踏板部件2固定连接左边轮轴1-1、右踏板部件4固定连接右边轮轴5-1，并且左踏板部件2和右踏板部件4又必须独立的旋转，那么横向联接部件3与左边轮轴1-1、右边轮轴5-1至少有一边是活动连接的。如图4所示，横向联接部件3也会跟着旋转角度a°。

如果横向联接部件3与左边轮轴1-1、右边轮轴5-1均固连，那么左踏板部件2和右踏板部件4只能同时前倾和后仰，不能实现单边控制转向的目的。

左踏板部件2套接与固定于左边轮轴1-1上，右踏板部件4套接与固定于右边轮轴5-1上。

具体地，如图5-图7所示，左边轮轴1-1横向穿入左踏板部件2的踏板座2-1内，设有两片抱箍一7压在左边轮轴1-1上，抱箍一7夹紧左边轮轴1-1后用螺栓与踏板座2-1固定。为了限制旋转，左边轮轴1-1上设有一道平边，抱箍一7也是平面，抱箍一7的平面刚好压在平边上。左踏板部件2利用轮轴始终平衡的原理，解决了踏板部件平衡复位的问题，使其连接关系最简单，实现目的最精准，也实现了控制的高灵敏度性。右踏板部件4与左踏板部件2的连接方式相同。

当然，左踏板部件2可以插接与固定于左边轮轴1-1上，右踏板部件4可以插与固定于右边轮轴5-1上。左踏板部件2也可以卡接与固定于左边轮轴1-1上，右踏板部件4也可以卡接与固定于右边轮轴5-1上。

又例如采用插接固定时，可以在左踏板部件2上开设多边形的插孔，左边轮轴1-1可设多面平边，使左边轮轴1-1插入左踏板部件2中旋转限位。右踏板部件4同上设置。

又例如采用卡接固定时，在左踏板部件2上设置卡槽，左边轮轴1-1卡入卡槽中限制旋转。右踏板部件4同上设置。

或所述的车轮的轮轴固定在踏板部件的一端，踏板部件的另一端与横向联接部件轴接。

优选地，左边轮轴1-1贯穿左踏板部件2的整个宽度，右边轮轴5-1贯穿右踏板部件4的整个宽度，左边轮轴1-1和右边轮轴5-1定义为长轴。

具体地，横向联接部3与左边轮轴1-1转动连接关系如图5、图8所示，左边轮轴1-1为长轴，设有两片抱箍二6压在左边轮轴1-1上，抱箍二6内圈为圆弧，左边轮轴1-1可以在抱箍二6内转动。踏板座2-1底部设有贯穿槽8，其中一个抱箍二6穿过贯穿槽8，贯穿槽8宽度与抱箍二6宽度基本一致，这是为了限位抱箍二6和左边轮轴1-1而设计的。左边轮轴1-1穿入顺序为抱箍二6→抱箍一7→抱箍二6→抱箍一7。长轴的表述为具有连续的中间段1-2，可以增加连接刚性。左边轮轴1-1从踏板部件踏板座2-1的一侧插入但是又不贯穿踏板座2-1的另一侧，加踏板盖2-2后既美观又可以减少雨水从侧面进入。横向联接部3与右边轮轴5-1转动连接关系同上连接。

又例如，左边轮轴1-1固定在左踏板部件2的一端，左踏板部件2的另一端与横向联接部件3轴接。具体地，左边轮轴1-1为短轴。横向联接部3与右边轮轴5-1转动连接关系同上连接。

具体地，如图13-图14所示，左边轮轴1-1横向穿入左踏板部件2的踏板座2-1内，设有一片抱箍一7压在轮轴上，抱箍一7夹紧轮轴后用螺栓与踏板座2-1固定。为了限制旋转，左踏板部件2上设有一道平边，抱箍一7也是平面，抱箍一7的平面刚好压在左踏板部件2平边上。设有一片抱箍二6压在左踏板部件2上，抱箍二6内圈为圆弧，左踏板部件2可以在抱箍二6内转动。踏板座2-1内设有加强轴12，踏板座2-1上设有另一片抱箍一7压与加强轴12夹紧连接。踏板座2-1底部设有贯穿槽8，设有另一个抱箍二6穿过贯穿槽8，贯穿槽8宽度与抱箍二6宽度基本一致，抱箍二6与横向联接部件3连接，同时抱箍二6也夹紧加强轴12。短轴的表述为没有第一状态中的中间段1-2。

又例如，如图11-图12所示，左边轮轴1-1固定在左踏板部件2的一端，左踏板部件2的另一端与横向联接部件3通过铰链连接。横向联接部3与右边轮轴5-1转动连接关系同上连接。

再例如，如图15所示，左边轮轴1-1固定在左踏板部件2的一端，右边轮轴5-1固定在右踏板部件4的一端，横向联接部件3包括连接梁14和下壳体15。横向联接部件3处于中间分别转动连接在左踏板部件2和右踏板部件4另外一端，下壳体15连接在连接梁14上。

关于传感器与控制系统：如图10所示，左踏板部件2或右踏板部件4包括联接于轮轴的踏板座2-1，也包括联接于轮轴的踏板盖2-2，踏板座2-1与踏板盖2-2内形成空腔。传感器与控制器集成在电路板9上电路板9布置在空腔内。电机的三组接线从车轴的中心伸出连接在控制器上。

传感器与控制器以现有结构作为案例进行说明：传感器为角度传感器、加速度传感器或电子陀螺仪。加速度传感器可以测量由地球引力作用或者物体运动所产生的加速度。只需要测量其中一个方向上的加速度值，就可以计算出车倾角。比如使用X轴向上的加速度信号，车直立时，固定加速度器在X轴水平方向，此时输出信号为零偏电压信号。当车发生倾斜时，重力加速度g便会在X轴方向形成加速度分量，从而引起该轴输出信号的变化。陀螺仪可以用来测量物体的旋转角速度，可以测量车倾斜的角速度，将角速度信号进行积分处理便可以得到车的倾角。两种传感器都单独获得动态情况下的准确，稳定的姿态，但是这两种传感器具有互补性，即：加速度传感器在静态情况下使用效果会好一些，陀螺仪在动态情况下使用，效果会好一些。此时，就需要一种算法：带补偿的可变模糊卡尔曼滤波算法，来实现姿态数据的融合，从而获得在高动态环境下的稳定准确的姿态信息。

控制器可以是光电编码器，例如采用现有的增量式编码器，其主要工作原理也是光电转换，但其输出的是A、B、Z三组方波脉冲，其中A、B两脉冲相位差相差90度以判断电动机的旋转方向，Z脉冲为每转一个脉冲以便于基准点的定位。

横向联接部件3为板状结构，板状结构的横向联接部件3中部设有凹腔，充电电池10位于所述的凹腔内，横向联接部件3外设有充电孔。横向联接部件3有上盖壳体，上盖壳体可以打开。

又例如，所述的横向联接部件3为轴状或柱状结构，充电电池10被布置于横向联接部件3的外侧部。

以上对本发明所提供的电动平衡车进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.电动平衡车，其特征在于包括两个带轮轴的内置电机的车轮、可前后倾斜的两个踏板部件、限定两个车轮间距的横向联接部件和可感知踏板部件倾斜度的传感器，各自对应的车轮的轮轴与踏板部件固定连接，所述的横向联接部与车轮的轮轴为可转动式联接；所述的传感器接收到踏板部件倾斜度信息，控制器根据该倾斜度信息驱动对应的车轮转动。

2.根据权利要求1所述的电动平衡车，其特征在于所述的踏板部件套接与固定于所述的车轮的轮轴，或所述的踏板部件以插接或卡接方式固定于所述的车轮的轮轴。

3.根据权利要求1所述的电动平衡车，其特征在于所述的横向联接部的至少一端与对应的那个车轮的轮轴可转动式连接。

4.根据权利要求3所述的电动平衡车，其特征在于所述的横向联接部的一端与其中一个轮轴转动式连接，所述的横向联接部的另一端与另一个车轮的轮轴固定式连接。

5.根据权利要求1所述的电动平衡车，其特征在于所述的车轮的轮轴贯穿踏板部件的整个宽度；或所述的车轮的轮轴固定在踏板部件的一端，踏板部件的另一端与横向联接部件轴接。

6.根据权利要求1所述的电动平衡车，其特征在于所述的传感器与控制器集成在电路板上，所述的电路板布置在所述的踏板部件上。

7.根据权利要求6所述的电动平衡车，其特征在于踏板部件包括联接于轮轴的踏板座和踏板盖，所述的电路板布置在所述的踏板座与踏板盖内形成的空腔内。

8.根据权利要求1所述的电动平衡车，其特征在于所述的传感器为角度传感器、加速度传感器或陀螺仪。

9.根据权利要求1所述的电动平衡车，其特征在于横向联接部件为板状结构，板状结构的横向联接部件中部设有凹腔，充电电池位于所述的凹腔内；或者所述的横向联接部件为轴状或柱状结构，充电电池被布置于横向联接部件的外侧部。

10.根据权利要求1所述的电动平衡车，其特征在于所述的电机为伺服电机，接收控制器处理后的倾斜度信息并驱动车轮转动。