CN113977534A - 一种用于两轮自平衡车的辅助支撑装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种用于两轮自平衡车的辅助支撑装置，其包括：主体框架、顶部减震机构、中部转动机构、底部弹簧减震构件和底部固定底座，其中，所述主体框架包括左侧两个主支撑杆、右侧两个主支撑杆、左右侧主立杆和上、下横梁；所述左侧两个主支撑杆通过左侧中部传动机构可转动地固定在下横梁上；所述圆形杆部与底部弹簧减震构件固定连接，转动环可转动地连接在下横梁上，延长部的顶部形成有弯折部，所述弯折部与所述延长部成一定的弯折角度。

Description

一种用于两轮自平衡车的辅助支撑装置
技术领域
本发明涉及自动控制系统的辅助设备，具体而言，涉及一种用于两轮自平衡车的辅助支撑装置。
背景技术
随着社会进步和科技发展，平衡车的应用越来越广泛。平衡车既可以作为载人交通工具，也可用于运输货物。目前现有技术中不仅存在一些商业产品，在一些大、中学生的课外科技作品中，也诞生了不少基于平衡车的有趣作品。在教育教学环境中引入平衡车，既可以作为低年级学生激发科学兴趣的工具，也利于高年级学生更深入学习电子技术基础、自动控制原理、人工智能等课程知识，便于理论与实践相结合，提升学习效果。
平衡车能自主控制平衡有一个前提，就是对平衡控制算法中涉及的参数进行调试。但是，理论模型与实物模型的差异决定了控制参数无法一次确定，需要经过多次尝试、试验。在控制参数不合适的时候，平衡车是无法做到“平衡站立”的，在对控制参数反复试错和调试过程中，平衡车会出现车体抖动、碰撞和倒地等情况，很容易因此损坏平衡车上精密的传感器和电路，也容易造成框架结构的损坏。
而为了避免平衡车碰撞和倒地等情况的发生，通常为了在开发调试过程中对平衡车进行保护。现有技术中常常采用的方法是在车身覆盖缓冲材料或安装悬挂式安全绳的方式。缓冲材料虽然造价较低，但耐用性不佳，大面积覆盖时不仅影响美观，还会因为遮挡部分结构而影响维护维修。若采用悬挂式安全绳的方式，则还需要另外安装固定安全绳的支撑悬挂机构。现有的固定式悬挂机构无法随平衡车的运动而跟随移动，但可移动式悬挂机构的设计更加复杂，造价更高昂、体型也更庞大，闲置时还占据大量室内空间，并不适合于在小型平衡车上使用。因此，迫切需要设计一种结构相对简单、移动方便，能防止平衡车碰撞或倒地的辅助装置，实现对两轮平衡车的保护。
发明内容
为了解决上述现有技术所存在的问题，本发明旨在提供一种用于两轮自平衡车开发调试过程中的辅助支撑结构，实现对平衡车调试过程中的保护。为此，本发明的用于两轮自平衡车的辅助支撑装置包括：主体框架、顶部减震机构、中部转动机构、底部弹簧减震构件和底部固定底座，其中，所述主体框架包括左侧两个主支撑杆(12、13)、右侧两个主支撑杆(14、15)、左侧主立杆(6)、右侧主立杆(7)、上横梁(10)和下横梁(11)；所述上横梁(10)和下横梁(11)之间通过刚性小立杆(8、9)刚性连接在一起，构成整体刚性结构；所述左侧两个主支撑杆(12、13)通过左侧中部传动机构可转动地固定在下横梁(11)上；所述主支撑杆(12)包括圆形杆部(12C)、延长部(12A)、转动环(12B)和弯折部(12D)；所述圆形杆部与底部弹簧减震构件固定连接，所述转动环(12B)可转动地连接在所述下横梁(11)上，所述延长部(12A)的顶部形成有所述弯折部(12D)，所述弯折部(12D)与所述延长部(12A)成一定的弯折角度，大体上使主支撑杆12在正常安装使用时，所述弯折部在竖直方向上。
优选地是，所述顶部减震机构包括第一减震单元和第二减震单元；所述第一减震单元包括：弹簧导轨(18A)、垫圈(18C)、弹簧(18D)和垫圈(18E)，其置于所述内侧支撑杆(12)的弯折部(12D)和上横梁(10)之间；所述第二减震单元包括弹簧导轨(18A)、垫圈(18F)、弹簧(18G)和垫圈(18H)组成，其置于所述外侧支撑杆(13)的弯折部(13D)和所述上横梁(10)之间。
优选地是，所述弹簧导轨(18A)在其长度方向上在左右两端具有均匀间隔设置的多个铆钉安装孔(18K、18L)，铆钉(18B)通过所述铆钉安装孔的选择和固定，以使所述支撑杆(12、13)与所述顶部减震机构形成支撑杆夹角可调的固定连接；或者所述弹簧导轨(18A)在左右两端具有调节螺母(18M、18Q)，调节螺母通过拧入长度的选择，以将所述支撑杆(12、13)与所述顶部减震机构形成支撑杆夹角可调的固定连接。
优选地是，所述内支撑杆(12)的弯折部(12D)具有穿孔(12E)，所述穿孔(12E)的直径略大于弹簧导轨(18A)的外径，并在竖直方向上具有扩展的长度，以用来穿过所述弹簧导轨(18A)，并利于所述支撑杆(12或13)夹角的调整，以在所述支撑杆(12或13)受外力作用时，其顶端的位移通过弹簧减轻冲击力。
优选地是，所述主支撑杆(12、13)绕所述下横梁(11)形成“X”形交叉布置，在所述下横梁(11)的下方形成倒立“V”形支撑结构，在所述下横梁上方形成正“V”形调整结构。
优选地是，所述正“V”形调整结构通过所述减震机构与所述上横梁(10)连接，并通过所述减震机构的调整，调节正“V”形调整结构的夹角，从而调整倒立“V”形支撑结构的角度，进而调整两轮平衡车与地面的支撑角度和高度。
优选地是，所述中部转动机构包括：所述内侧支撑杆(12)的转动环(12B)、所述外侧支撑杆(13)的转动环(12B)、垫圈(16A)、铆钉(16B)、垫圈(16C)、垫圈(16D)；所述垫圈(16C)可以一个或多个，其具有减震和调节间隙的作用，其置于所述转动环(12B)和所述转动环(13B)之间。
优选地是，所述垫圈(16D)置于沿所述下横梁(11)长度方向上的最内侧，抵靠在所述主立杆(6)上，或者抵靠在设置在所述下横梁(11)的止挡环上；所述垫圈(16A)设置在沿所述下横梁(11)长度方向上的最外侧，其外侧设有铆钉(16B)，以固定所述中部转动机构。
优选地是，所述底部弹簧减震构件为4个，任一个所述底部弹簧减震构件包括：与所述支撑杆的圆形杆刚性连接的圆盘、弹簧以及末端圆盘；所述弹簧13D为螺旋弹簧，其刚度系数可根据实际需要进行调节，所述末端圆盘可在底部具有弹性垫，以缓冲所述辅助支撑装置着地时的振动。
优选地是，所述底部固定底座为两个；所述固定底座包括法兰盘(4A)和形成在所述法兰盘(4A)上的凸台(4P)；所述法兰盘通过多个颗螺丝固定到平衡车底盘上；所述主立杆(6)插入所述法兰盘的凸台(4P)上的中心圆孔内并通过锁紧螺丝固定锁紧。
采用本发明的辅助支撑装置，可以得到如下有益技术效果：该装置的使用，解决了平衡车调试过程中的辅助支撑问题，有效减少了车体抖动、碰撞和倒地等情况带来的结构破坏，使用寿命长，可反复使用，安装拆卸方便。
附图说明
本公开的各种实施例或样例(“示例”)在以下的具体实施方式和附图中得以公开。没必要将附图按比例绘制。一般而言，除非在权利要求中另有规定，否则可以任意顺序执行本发明所公开方法的操作。附图中：
图1示出了根据本发明的用于两轮自平衡车的辅助支撑装置总体结构图；
图2A示出了图1所示的采用铆钉调节支撑杆夹角的辅助支撑装置的左侧透视图；
图2B示出了图1所示的采用铆钉调节支撑杆夹角的辅助支撑装置的正视图；
图3A示出了图1所示的采用螺母调节支撑杆夹角的辅助支撑装置的左侧透视图；
图3B示出了图1所示的采用螺母调节支撑杆夹角的辅助支撑装置的正视图；
图4示出了图1所示的辅助支撑装置的中部转动机构的整体透视图；
图5示出了图1所示的辅助支撑装置的底部弹簧减震机构的整体透视图；
图6示出了图1所示的辅助支撑装置的底部固定底座的整体透视图。
具体实施方式
在详细解释本公开的一个或多个实施例之前，应当理解，实施例不限于它们具体应用中的构造细节，以及下文实施方式或附图所提出步骤或方法。下面将结合附图详细描述本发明的系统和方法。
图1示出了根据本发明的用于两轮自平衡车的辅助支撑装置总体结构图。如图1所示，平衡车由车轮1、车轮2和底盘2共同组成。本发明的辅助支撑装置包括：主体框架、顶部减震机构、中部转动机构、底部弹簧减震构件和底部固定底座。主体框架包括左侧两个主支撑杆12、13、右侧两个主支撑杆14、15、左侧主立杆6、右侧主立杆7、上横梁10和下横梁11。上横梁10和下横梁11之间通过刚性小立杆8和9刚性连接在一起，构成整体刚性结构。如图2所示，左侧两个主支撑杆12、13通过左侧中部传动机构可转动地固定在下横梁11上。左侧两个主支撑杆12、13分别定义为左侧内侧主支撑杆12和左侧外侧主支撑杆13，其结构大体相同，除了延伸部延伸的方向不同。进一步如图2和图3所示，以左侧内侧主支撑杆12为示例进行说明，右侧的两个主支撑杆14和15结构类似于主支撑杆12。内侧主支撑杆12包括圆形杆部12C、延长部12A、转动环12B和弯折部12D。圆形杆部与底部弹簧减震构件固定连接，转动环12B可转动地连接在下横梁11上，延长部12A的顶部形成有弯折部12D，该弯折部12D与延长部12A成一定的弯折角度，大体上使主支撑杆12在正常安装使用时，主弯折部在竖直方向上。在实际使用中，弯折角度可根据主支撑杆12的长度和两个主支撑杆12、13的交叉角度进行设计，可选在120°～150°之间。两个主支撑杆12、13绕下横梁11形成“X”形交叉布置，在下横梁11的下方形成倒立“V”形支撑结构，在下横梁上方形成正“V”形调整结构。正“V”形调整结构通过减震机构18与上横梁10连接，并通过减震机构18的调整，调节正“V”形调整结构的夹角，从而调整倒立“V”形支撑结构的角度，进而调整两轮平衡车与地面的支撑角度和高度。主体框架通过底部固定底座4和5固定在平衡车底盘2上。左侧两个主支撑杆12和13、右侧两个主支撑杆14和15、主立杆6和7、上横梁10和下横梁11，以及小立杆8和9均为刚性构件。主支撑杆通过中部转动机构安装于下横梁11的两端。主支撑杆的顶部延长部分通过减震机构与上横梁10进行连接。每个主支撑杆的底部均通过弹簧减震构件与地面接触，以保证平衡车的稳定，实现对平衡车倒地时的保护作用。
下面将结合附图，详细描述本发明的辅助支撑装置的详细结构和功能实现。图2A示出了图1所示的采用铆钉调节支撑杆夹角的辅助支撑装置的左侧透视图；图2B示出了图1所示的采用铆钉调节支撑杆夹角的辅助支撑装置的正视图；图3A示出了图1所示的采用螺母调节支撑杆夹角的辅助支撑装置的左侧透视图；图3B示出了图1所示的采用螺母调节支撑杆夹角的辅助支撑装置的正视图；如图2A-B所示，顶部减震机构为左右结构相同的两个，分别左侧第一减震机构18和右侧第二减震机构19。第一减震机构18包括第一减震单元和第二减震单元。第一减震单元由弹簧导轨18A、垫圈18C、弹簧18D和垫圈18E组成，其置于内侧支撑杆12的延长部12A的弯折部和上横梁10之间。第二减震单元由弹簧导轨18A、垫圈18F、弹簧18G和垫圈18H组成，其置于外侧支撑杆13的延长部13A的弯折部和上横梁10之间。弹簧导轨18A在其长度方向上在左右两端具有均匀间隔设置的多个铆钉安装孔18A1，其在内侧为18K，在右侧为18L，铆钉(18B)通过铆钉安装孔的选择和固定，以将支撑杆(12、13)与顶部减震机构形成支撑杆夹角可调的固定连接。铆钉18B通过此多个铆钉安装孔将支撑杆12和13与第一减震机构18固定连接。选择不同的贯通孔18A1，可以调整正“V”形调整支撑杆夹角的大小和减震性能，以满足两轮平衡车的支撑需要。支撑杆12的顶部延长部的弯折部具有穿孔12E，穿孔(12E)为长条形状，其中间具有矩形形状，两端为椭圆或半圆形形状，其矩形部分的直径略大于弹簧导轨(18A)的外径，以用来穿过所述弹簧导轨(18A)，并利于所述支撑杆(12或13)夹角的调整。当支撑杆12或13受外力作用时，其顶端的位移均能通过弹簧减轻冲击力。弹簧导轨(18A)在其长度方向上在左右两端具有调节螺母(18M、18Q)，在调节螺母和弯折部之间具有调整垫片(18P、18Q)，调节螺母通过拧入长度和调整垫片厚度的选择，以将所述支撑杆(12、13)与所述顶部减震机构形成支撑杆夹角可调的固定连接。
图4示出了图1所示的辅助支撑装置的中部转动机构的整体透视图。如图4所示，中部转动机构主要由内侧支撑杆12的转动环12B、外侧支撑杆13的转动环12B、垫圈16A、铆钉16B、垫圈16C、垫圈16D等组成。垫圈16C可以一个或多个，其具有减震和调节间隙的作用，其置于转动环12B和转动环13B之间。垫圈16D置于沿下横梁11长度方向上的最内侧，抵靠在主立杆6上，或者抵靠在设置在下横梁11的止挡环(未示出)。垫圈16A设置在沿下横梁11长度方向上的最外侧，其外侧设有铆钉16B，以固定中部转动机构。支撑杆12及其延长部12A、转动环12B为一整体刚性组件，支撑杆13及其延长部分13A、转动环13B为一整体刚性组件。当任一支撑杆受力作用时，可令支撑杆整体以横梁11为轴转动。
图5示出了图1所示的辅助支撑装置的底部弹簧减震机构的整体透视图。如图5所示，底部弹簧减震构件为4个，分别数字20、21、22、23表示。每一个底部弹簧减震构件包括与支撑杆13的圆形杆刚性连接的圆盘13C、弹簧13D以及末端圆盘13E。弹簧13D为螺旋弹簧，其刚度系数可根据实际需要进行调节，末端圆盘13E可在底部具有弹性垫，以缓冲辅助支撑装置着地时的振动。
图6示出了图1所示的辅助支撑装置的底部固定底座的整体透视图。如图6所示，底部固定底座为两个，分别为固定底座4、5。固定底座4包括法兰盘4A和形成在法兰盘4A上的凸台4P。法兰盘通过多颗螺丝，例如是4颗螺丝(4B、4C、4D、4E)固定到平衡车底盘上。主立杆6插入法兰盘的凸台4P上的中心圆孔内并通过锁紧螺丝4F固定锁紧。
尽管已经参考附图所示的实施例描述了本发明，但是可在不脱离权利要求范围的情况下使用等同或替代手段。本发明所描述和图示的组件仅仅是可以用于实现本公开的实施例的系统/设备和方法的示例，并且可以在不脱离权利要求范围的情况下用其他设备和组件进行替换。

Claims (10)

1.一种用于两轮自平衡车的辅助支撑装置，所述辅助支撑装置包括：主体框架、顶部减震机构、中部转动机构、底部弹簧减震构件和底部固定底座，其特征在于：
所述主体框架包括左侧两个主支撑杆(12、13)、右侧两个主支撑杆(14、15)、左侧主立杆(6)、右侧主立杆(7)、上横梁(10)和下横梁(11)；所述上横梁(10)和下横梁(11)之间通过刚性小立杆(8、9)刚性连接在一起，构成整体刚性结构；
所述左侧两个主支撑杆(12、13)通过左侧中部传动机构可转动地固定在下横梁(11)上；
所述主支撑杆(12)包括圆形杆部(12C)、延长部(12A)、转动环(12B)和弯折部(12D)；所述圆形杆部与底部弹簧减震构件固定连接，所述转动环(12B)可转动地连接在所述下横梁(11)上，所述延长部(12A)的顶部形成有所述弯折部(12D)，所述弯折部(12D)与所述延长部(12A)成一定的弯折角度，大体上使主支撑杆(12)在正常安装使用时，所述弯折部在竖直方向上。
2.根据权利要求1所述的用于两轮自平衡车的辅助支撑装置，其特征在于，所述顶部减震机构包括第一减震单元和第二减震单元；所述第一减震单元包括：弹簧导轨(18A)、垫圈(18C)、弹簧(18D)和垫圈(18E)，其置于所述内侧支撑杆(12)的弯折部(12D)和上横梁(10)之间；所述第二减震单元包括弹簧导轨(18A)、垫圈(18F)、弹簧(18G)和垫圈(18H)组成，其置于所述外侧支撑杆(13)的弯折部(13D)和所述上横梁(10)之间。
3.根据权利要求2所述的用于两轮自平衡车的辅助支撑装置，其特征在于，所述弹簧导轨(18A)在其长度方向上在左右两端具有均匀间隔设置的多个铆钉安装孔(18K、18L)，铆钉(18B)通过所述铆钉安装孔的选择和固定，以将所述支撑杆(12、13)与所述顶部减震机构形成支撑杆夹角可调的固定连接；或者所述弹簧导轨(18A)在其长度方向上在左右两端具有调节螺母(18M、18Q)，调节螺母通过拧入长度和调整垫片厚度的选择，以将所述支撑杆(12、13)与所述顶部减震机构形成支撑杆夹角可调的固定连接。
4.根据权利要求2所述的用于两轮自平衡车的辅助支撑装置，其特征在于，所述内支撑杆(12)的弯折部(12D)具有穿孔(12E)，所述穿孔(12E)的直径略大于弹簧导轨(18A)的外径，并在竖直方向上具有扩展的长度，以用来穿过所述弹簧导轨(18A)，并利于所述支撑杆(12或13)夹角的调整，以在所述支撑杆(12或13)受外力作用时，其顶端的位移通过弹簧减轻冲击力。
5.根据权利要求1所述的用于两轮自平衡车的辅助支撑装置，其特征在于，所述主支撑杆(12、13)绕所述下横梁(11)形成“X”形交叉布置，在所述下横梁(11)的下方形成倒立“V”形支撑结构，在所述下横梁上方形成正“V”形调整结构。
6.根据权利要求1所述的用于两轮自平衡车的辅助支撑装置，其特征在于，所述正“V”形调整结构通过所述减震机构与所述上横梁(10)连接，并通过所述减震机构的调整，调节正“V”形调整结构的夹角，从而调整倒立“V”形支撑结构的角度，进而调整两轮平衡车与地面的支撑角度和高度。
7.根据权利要求1所述的用于两轮自平衡车的辅助支撑装置，其特征在于，所述中部转动机构包括：所述内侧支撑杆(12)的转动环(12B)、所述外侧支撑杆(13)的转动环(12B)、垫圈(16A)、铆钉(16B)、垫圈(16C)、垫圈(16D)；所述垫圈(16C)可以一个或多个，其具有减震和调节间隙的作用，其置于所述转动环(12B)和所述转动环(13B)之间。
8.根据权利要求7所述的用于两轮自平衡车的辅助支撑装置，其特征在于，所述垫圈(16D)置于沿所述下横梁(11)长度方向上的最内侧，抵靠在所述主立杆(6)上，或者抵靠在设置在所述下横梁(11)的止挡环上；所述垫圈(16A)设置在沿所述下横梁(11)长度方向上的最外侧，其外侧设有铆钉(16B)，以固定所述中部转动机构。
9.根据权利要求1所述的用于两轮自平衡车的辅助支撑装置，其特征在于，所述底部弹簧减震构件为4个，任一个所述底部弹簧减震构件包括：与所述支撑杆的圆形杆刚性连接的圆盘、弹簧以及末端圆盘；所述弹簧13D为螺旋弹簧，其刚度系数可根据实际需要进行调节，所述末端圆盘可在底部具有弹性垫，以缓冲所述辅助支撑装置着地时的振动。
10.根据权利要求1所述的用于两轮自平衡车的辅助支撑装置，其特征在于，所述底部固定底座为两个；所述固定底座包括法兰盘(4A)和形成在所述法兰盘(4A)上的凸台(4P)；所述法兰盘通过多个颗螺丝固定到平衡车底盘上；所述主立杆(6)插入所述法兰盘的凸台(4P)上的中心圆孔内并通过锁紧螺丝固定锁紧。
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