CN113911255A - 一种智能自行车助力装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种智能自行车助力装置，本发明公开了一种自行车助力系统的主控控制器实时检测解算当前自行车姿态，当自行车爬坡时，主控控制器输出相应的信号给到无刷电调，再由无刷电调控制无刷电机给自行车提供动力，且当自行车在偏僻位置骑行过程中出现翻车，摔车等情况时，主控控制检测到姿态异常，通过4G数传向地面终端发送摔车报警，利用助力模块可以有效及时的进行援救，保证骑行安全。

Description

一种智能自行车助力装置
技术领域
本发明涉及自行车的技术领域，尤其涉及一种智能自行车助力装置。
背景技术
现有自行车助力方式大致分为两种，一种为后轴勾爪传感器，通过脚踏、曲柄、牙盘、链条、飞轮、后花鼓、车架的一系列传动环节后，力量有很大的延迟，力量在传输过程中产生损耗，产生动力滞后效应。另一种为力矩传感器，易受使用现场的电磁波干扰，且价格高昂。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有智能自行车助力装置存在的问题，提出了本发明。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种智能自行车助力装置，包括，主控组件，包括设置在自行车上的主控控制器、接收主控控制器信号的地面调控模块以及设置在主控控制器上的传输模块；精度定位组件，包括与地面调控模块电连接的RTK模块以及导航模块，所述导航模块设置在自行车上，主控控制器将数据进行收据和处理，并且进行信号的发送；以及，助力组件，所述助力组件设置在自行车上。
作为本发明所述智能自行车助力装置的一种优选方案，其中：所述主控控制器包括主控处理器、与主控处理器电连接的姿态传感器以及设置在主控处理器上的辅助传感器，所述辅助传感器包括速度传感器以及输出信号模块，所述自行车车轮上设置有无刷电机，所述无刷电机后端设置有控制无刷电机的无刷电调模块，所述无刷电调模块与输出信号模块电连接。
作为本发明所述智能自行车助力装置的一种优选方案，其中：所述姿态传感器包括三轴陀螺仪、设置在主控处理器上的三轴加速度计以及与三轴加速度计并联设置的电子罗盘，其中，所述输出信号模块与主控处理器电连接，所述主控处理器上设置有信号对比模块。
作为本发明所述智能自行车助力装置的一种优选方案，其中：所述传输模块包括4G无线数传模块以及与4G无线数传模块电连接的通信处理器，所述通信处理器上连接有串口模块，所述串口模块用于信号转4G传输，所述4G无线数传模块与地面调控模块相连。
作为本发明所述智能自行车助力装置的一种优选方案，其中：所述RTK模块包括移动端RTK实时定位模块和RTK固定基站，所述移动端RTK实时定位模块与导航模块相连，所述移动端RTK实时定位模块内设置有信号发射单元。
作为本发明所述智能自行车助力装置的一种优选方案，其中：所述助力模块包括设置在自行车后端的卡块、转动连接在卡块上的助力杆以及转动连接在助力杆下端的助力轮，两个所述助力杆分别设置在自行车两侧，所述卡块与自行车转动连接，所述卡块的转动平面为竖直面，
其中，所述自行车脚蹬上设置有连动轮，所述连动轮与卡块之间设有驱动部件。
作为本发明所述智能自行车助力装置的一种优选方案，其中：所述驱动部件包括设置在卡块上的转盘、设置在转盘上的双向螺纹杆以及设置在每个助力杆上的螺纹筒，所述助力杆上开设有开口，所述螺纹筒与开口铰接，所述转盘与连动轮之间皮带连接，所述连动轮上设置有连接件。
作为本发明所述智能自行车助力装置的一种优选方案，其中：所述连接件包括设置在连动轮上的支柱杆，所述支柱杆后端同轴设置有锁止轮，所述锁止轮与支柱杆转动连接，
其中，所述锁止轮外设置有若干卡齿，所述支柱杆上套设有锁块，所述锁块与锁止轮之间设有弹性件。
作为本发明所述智能自行车助力装置的一种优选方案，其中：所述连动轮上同轴设置有转动盘，所述转动盘上开设有与锁止轮配合的圆槽，所述圆槽侧壁上开设有若干与卡齿配合的齿槽，所述转动盘后端与自行车脚蹬相连，
所述自行车上设置有固定件，所述固定件包括铰接在锁块上的摆动环以及设置在摆动环后端的摆动杆，所述摆动杆后端铰接有电动气缸。
本发明的有益效果：自行车助力系统的主控控制器实时检测解算当前自行车姿态，当自行车爬坡时，主控控制器输出相应的信号给到无刷电调，再由无刷电调控制无刷电机给自行车提供动力，且当自行车在偏僻位置骑行过程中出现翻车，摔车等情况时，主控控制检测到姿态异常，通过4G数传向地面终端发送摔车报警，利用助力模块可以有效及时的进行援救，保证骑行安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明智能自行车助力装置的系统结构示意图。
图2为本发明智能自行车助力装置的自行车上助力结构示意图。
图3为本发明智能自行车助力装置的驱动部件结构示意图。
图4为本发明智能自行车助力装置的连接件结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
实施例1
参照图1，为本发明第一个实施例，提供了参照图1-4，为本发明第一个实施例，提供了一种船体稳定装置，包括，主控组件，包括设置在船体内的主控控制器100，主控控制器100作为整个装置系统的主要中控部分，在本实施例中，主控控制器100包括主控处理器103、与主控处理器103电连接的姿态传感器104以及设置在主控处理器103上的辅助传感器105，将各项传感器采集解算的数据通过主控处理器103处理后，生成姿态、速度等信息。
进一步的，主控组件还包括接收主控控制器100信号的地面调控模块102，地面调控模块102主要为设置在地面上的地面站，通过4G无线数传模块102a连接，实时查看船体姿态、速度、方向等数据，并且可以实现数据的收发和存储，在地面站的显示段可以实时的收发船体姿态数据和进行数据日志的存储。
进一步的，还包括精度定位组件200，包括与地面调控模块102电连接的RTK模块201以及导航模块202，所述导航模块202设置在自行车上，RTK模块201包括移动端RTK实时定位模块201a和RTK固定基站201b，移动端RTK实时定位模块201a与导航模块202相连，在移动端RTK实时定位模块201a内设置有信号发射单元201c，RTK模块201分为移动站和基站，即移动端RTK实时定位模块201a和RTK固定基站201bRTK，采用载波相位动态实时差分技术，即RTK技术(Real-time kinematic)，实时提供观测点的三维坐标，将基准站采集的载波相位发送给用户站进行求差解算坐标，即用户站接收GPS卫星的载波相位与来自基准站的载波相位组成相位差分观测值进行实时处理，通过融合姿态、RTK定位数据，实现厘米级定位精度。
进一步的，在自行车的车轮上设置有无刷电机106以及与无刷电机106相连的无刷电调模块107，电调的信号线从飞控接收pwm控制信号，用来驱动无刷电机106运转，控制信号是一组方波信号，控制电调在单位时间内开关的次数，电调输出三相脉动直流，直接与无刷电机106的三相输入端相连，以调整无刷电机106转速、启动、停止、制动，当自行车爬坡时，主控控制器100输出相应的信号给到无刷电调，再由无刷电调控制无刷电机106给自行车提供动力。
进一步的，辅助传感器105包括速度传感器以及输出信号模块，而姿态传感器104包括三轴陀螺仪301、设置在主控处理器103上的三轴加速度计302、与三轴加速度计302并联设置的电子罗盘303以及气压计，气压计设置在船体外侧，且与主控处理器103电连接，通过主处理器输出校准过的角速度，加速度等数据，通过基于四元数的传感器数据算法进行运动姿态测量，实时输出以四元数、欧拉角等表示的零漂移三维运动姿态数据，三轴加速度计302的型号为MPU9250，气压计的型号为MS5611，其中，原姿态四元数乘以旋转后的四元数得到更新的姿态四元数。
进一步的，主控组件还包括输出信号模块，输出信号模块与主控处理器103电连接，主控处理器103上设置有信号对比模块304，传输模块102包括4G无线数传模块102a以及与4G无线数传模块102a电连接的通信处理器102b，通信处理器102b上连接有串口模块，串口模块用于信号转4G传输，4G无线数传模块102a与地面调控模块102相连，4G数传是一种物联网(LOT)无线数据终端，使用4G网络进行无线长距离数据传输功能。内置端到端数据安全保护，采用高性能通信处理器102b和无线模块，以实时操作系统为软件支撑平台，可直接连接串口设备，通过串口转4G传输，实现数据无线长距离传输，将船载控制器串口数据经DTU打包成TCP或者UDP数据进行远程传输至地面站。
操作过程：自行车助力系统的主控控制器100实时检测解算当前自行车姿态，当自行车爬坡时，主控控制器100输出相应的信号给到无刷电调，再由无刷电调控制无刷电机106给自行车提供动力，且当自行车在偏僻位置骑行过程中出现翻车，摔车等情况时，主控控制检测到姿态异常，通过4G数传向地面终端发送摔车报警，利用助力模块400可以有效及时的进行援救，保证骑行安全。
实施例2
参照图1-4，为本发明的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是：在本实施例中，助力模块400包括设置在自行车后端的卡块401，卡块401两端从自行车的两端向外伸出，在卡块401上连接有助力杆402，助力杆402弯折设置，并且向外伸出，在助力杆402的下端转动连接有助力轮403，助力轮403的转动平面与自行车车轮的转动平面平行设置，两个助力杆402分别设置在自行车两侧，且卡块401与自行车转动连接，卡块401的转动平面为竖直面，而助力杆402则会随着卡块401的转动转动，当需要助力时，卡块401转动，将助力杆402旋下，此时助力轮403也接触地面，维持自行车的平衡并且辅助给自行车加动力。
进一步，在自行车脚蹬后端设置有连动轮404，在连动轮404与卡块401之间设有驱动部件500，在本实施例中，驱动部件500包括设置在卡块401上的转盘501，转盘501的转动平面与自行车车轮的转动平面一致，在转盘501上还设置有双向螺纹杆502，双向螺纹杆502向转盘501两侧伸出，在每个助力杆402的中段位置开设有开口504，在开口504内转动连接有螺纹筒503，为了实现铰接，在螺纹筒503上端设置有耳板，在开口504内设置有与耳板转动连接的转轴，使得螺纹筒503的转动平面为自行车车轮的转动平面。
进一步，在转盘501与连动轮404之间皮带连接，在连动轮404上设置有连接件600，在连接件600包括设置在连动轮404上的支柱杆601，在支柱杆601后端同轴设置有锁止轮602，在锁止轮602与支柱杆601转动连接，其中，在锁止轮602外设置有若干卡齿603，在支柱杆601上套设有锁块604，在锁块604与锁止轮602之间设有弹性件605，连动轮404上同轴设置有转动盘606，在转动盘606上开设有与锁止轮602配合的圆槽607，在圆槽607侧壁上开设有若干与卡齿603配合的齿槽608，在转动盘606后端与自行车脚蹬相连。
进一步的，在自行车上设置有固定件700，固定件700包括铰接在锁块604上的摆动环701以及设置在摆动环701后端的摆动杆702，在摆动杆702后端铰接有电动气缸703。
其余结构与实施例1的结构相同。
操作过程：当需要进行助力时，操作者通过驱动卡块401的转动，然后电动气缸703推动锁定盘，使得锁定板滑移后卡接连动轮404，操作者此时脚蹬带动连动轮404的转动通过皮带传送至转盘501，此时转盘501的转动会带动双向螺纹杆502的转动，进而带动两个助力杆402旋出，旋出后助力轮403抵接地面，此时助力轮403上的电机会带动助力轮403转动，此时给自行车进行助力。
重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。
此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征)。
应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种智能自行车助力装置，其特征在于：包括，
主控组件，包括设置在自行车上的主控控制器(100)、接收主控控制器(100)信号的地面调控模块(101)以及设置在主控控制器(100)上的传输模块(102)，主控控制器(100)将数据进行收据和处理，并且进行信号的发送；
精度定位组件(200)，包括与地面调控模块(101)电连接的RTK模块(201)以及导航模块(202)，所述导航模块(202)设置在自行车上；以及，
助力组件，所述助力组件设置在自行车上。
2.如权利要求1所述的智能自行车助力装置，其特征在于：所述主控控制器(100)包括主控处理器(103)、与主控处理器(103)电连接的姿态传感器(104)以及设置在主控处理器(103)上的辅助传感器(105)，所述姿态传感器(104)将姿态信号转换成不同电信号进行存储和发送，
所述辅助传感器(105)包括速度传感器以及输出信号模块，所述自行车车轮上设置有无刷电机(106)，所述无刷电机(106)后端设置有控制无刷电机(106)的无刷电调模块(107)，所述无刷电调模块(107)与输出信号模块电连接，
所述无刷电调模块(107)控制无刷电机(106)的启动和关闭，且将主控控制器(100)上的信号进行模拟存储。
3.如权利要求2所述的智能自行车助力装置，其特征在于：所述姿态传感器(104)包括三轴陀螺仪(301)、设置在主控处理器(103)上的三轴加速度计(302)以及与三轴加速度计(302)并联设置的电子罗盘(303)，
其中，所述输出信号模块与主控处理器(103)电连接，所述主控处理器(103)上设置有信号对比模块(304)。
4.如权利要求3所述的智能自行车助力装置，其特征在于：所述传输模块(102)包括4G无线数传模块(102a)以及与4G无线数传模块(102a)电连接的通信处理器(102b)，所述通信处理器(102b)上连接有串口模块，所述串口模块用于信号转4G传输，所述4G无线数传模块(102a)与地面调控模块(101)相连。
5.如权利要求1所述的智能自行车助力装置，其特征在于：所述RTK模块(201)包括移动端RTK实时定位模块(201a)和RTK固定基站(201b)，所述移动端RTK实时定位模块(201a)与导航模块(202)相连，所述移动端RTK实时定位模块(201a)内设置有信号发射单元(201c)。
6.如权利要求1所述的智能自行车助力装置，其特征在于：所述助力模块(400)包括设置在自行车后端的卡块(401)、转动连接在卡块(401)上的助力杆(402)以及转动连接在助力杆(402)下端的助力轮(403)，两个所述助力杆(402)分别设置在自行车两侧，所述卡块(401)与自行车转动连接，所述卡块(401)的转动平面为竖直面，
其中，所述自行车脚蹬上设置有连动轮(404)，所述连动轮(404)与卡块(401)之间设有驱动部件(500)。
7.如权利要求6所述的智能自行车助力装置，其特征在于：所述驱动部件(500)包括设置在卡块(401)上的转盘(501)、设置在转盘(501)上的双向螺纹杆(502)以及设置在每个助力杆(402)上的螺纹筒(503)，所述助力杆(402)上开设有开口(504)，所述螺纹筒(503)与开口(504)铰接，所述转盘(501)与连动轮(404)之间皮带连接，所述连动轮(404)上设置有连接件(600)。
8.如权利要求7所述的智能自行车助力装置，其特征在于：所述连接件(600)包括设置在连动轮(404)上的支柱杆(601)，所述支柱杆(601)后端同轴设置有锁止轮(602)，所述锁止轮(602)与支柱杆(601)转动连接，
其中，所述锁止轮(602)外设置有若干卡齿(603)，所述支柱杆(601)上套设有锁块(604)，所述锁块(604)与锁止轮(602)之间设有弹性件(605)。
9.如权利要求8所述的智能自行车助力装置，其特征在于：所述连动轮(404)上同轴设置有转动盘(606)，所述转动盘(606)上开设有与锁止轮(602)配合的圆槽(607)，所述圆槽(607)侧壁上开设有若干与卡齿(603)配合的齿槽(608)，所述转动盘(606)后端与自行车脚蹬相连，
所述自行车上设置有固定件(700)，所述固定件(700)包括铰接在锁块(604)上的摆动环(701)以及设置在摆动环(701)后端的摆动杆(702)，所述摆动杆(702)后端铰接有电动气缸(703)。
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