CN203268242U - 智能平衡车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能平衡车，包括车体、转向调节机构、电驱动控制装置；车体包括扶杆、支撑台、车轮；转向调节机构包括转向轴、转向轴平衡机构；电驱动控制装置包括均设置在车体重心位置的方向控制器、内部控制传感器、控制电路及驱动电路；转向轴一端设置在扶杆底端并与之固定连接，另一端则与方向控制器固定在一起；转向轴平衡机构设置在转向轴上并同时又固定在支撑台内部，内部控制传感器包括角速度传感器、加速度传感器；上述两个传感器连同方向控制器均分别通过驱动电路与控制电路连接在一起。本实用新型科解决如何平衡车的自动平衡能力的技术问题。

Description

智能平衡车

技术领域

本实用新型涉及一种车辆，尤其涉及一种单轮或者双轮的智能平衡车。

背景技术

对于广场、步行街、商场、高尔夫球场、花园、别墅周围等场所，汽车无法通行，步行又令人产生疲倦。需要一种可以为人代步的体积小、重量轻、运行灵活、控制方便的新一代车辆。传统的人力车或两轮电动车虽然是广大用户的代步工具，但是由于它们的两轮前后分布，存在着以下缺点：⑴车身长，车辆的转弯半径大，无法在小空间范围内灵活运动；⑵非智能化，无法靠车身来维持平衡，只能靠人工控制，骑行者还得有个漫长的学习过程，并且骑行过程中的稳定性还受到骑行者的熟练程度影响。⑶前后轮分布车体不适合电动倒车操作。1988年，日本专利说明书JP63-305082公开了一种只有左右两轮、能自动保持动态平衡的小车，该申请只是一种能演示一级倒立摆的实验方案，离使用者的骑行在技术上尚有一段遥远的距离。在日本专利申请的基础上，美国专利说明书US5.701.965实现了骑行者的站立骑行功能，但存在主要缺点是技术方案烦琐、复杂，可靠性差，制造成本高。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种智能平衡车，解决如何提高平衡车的自动平衡能力的技术问题。

一种智能平衡车，包括车体、转向调节机构、电驱动控制装置；车体包括扶杆、支撑台、车轮；转向调节机构包括转向轴、转向轴平衡机构；电驱动控制装置包括均设置在车体重心位置的方向控制器、内部控制传感器、控制电路及驱动电路；转向轴一端设置在扶杆底端并与之固定连接，另一端则与方向控制器固定在一起；转向轴平衡机构设置在转向轴上并同时又固定在支撑台内部，内部控制传感器包括角速度传感器、加速度传感器；上述两个传感器连同方向控制器均分别通过驱动电路与控制电路连接在一起。

所述扶杆整体为“T”形杆；包括上扶杆和下扶杆，上扶杆与下扶杆铰接连接。

所述上扶杆与下扶杆之间设置有角度调节机构，该机构包括连接在一起的角度旋转按钮及弹簧；上扶杆与下扶杆相互卡接，套有弹簧的角度旋转按钮固定在上扶杆侧面上。

所述下扶杆为高度可调节的下扶杆，其包括外杆及内杆，内杆套在外杆内部，外杆与内杆之间连接有高度调节按钮。

所述支撑台上设有踏板，在该踏板内部设有检测是否有人在踏板上的脚踏传感器。

所述脚踏传感器为红外光电开关。

所述转向轴平衡机构包括分布在转向轴两侧的矩形弹簧，该弹簧另一侧固定在支撑台内部的框架上。

所述方向控制器为电位器。

所述支撑台内部设有蓄电池。

所述蓄电池为铅酸电池或镍氢电池或锂电电池。

本实用新型的有益效果是：由于在车体重心位置设有电驱动控制装置；电驱动控制装置内设有方向控制器、内部控制传感器、控制电路及驱动电路，这样使车体具有自平衡功能，驾驶者只需稍使车体向前倾斜即可前行，车体没有任何机械结构的刹车，驾驶者只需使车体稍向后倾斜就能实现减速，刹车及后退；双轮平衡车车轮左右分布在车体两侧，且可以通过电控制系统实现正反转，因此转弯半径小几乎为零，驾驶者左右摇摆把手，通过传感器的信号处理，即可实现转弯或原地转弯，能在狭小空间内灵活运行；扶杆下端有一个作为高度调节按钮的松紧螺栓，即可根据驾驶者需要调节至最舒适的高度；扶杆上端与下端有一个角度旋转按钮，驾驶者可以调整上扶杆到合适的倾斜角度；车体的支撑台上还安装有红外光电开光，可辨别驾驶者是否处于车体上。

附图说明

图1为本实用新型的爆炸图；

图2是图1中A处局部放大图；

图3为本实用新型系统供电回路原理框图；

图4为系统组成总体框图；

具体实施方式

请参考图1至图4，一种智能平衡车包括一个支撑其它部件的车体30、一个转向调节机构、一个电驱动控制装置。

车体30包括一个扶杆、一个起支撑人体作用的支撑台、包括二个车轮6的行走装置。

扶杆整体为“T”形杆；包括把手1、上扶杆2、下扶杆8，两者之间安装有一个角度调节机构，该机构包括连接在一起的角度旋转按钮26、弹簧7、六角螺栓；上扶杆2与下扶杆8相互卡接，上扶杆2与下扶杆8通过六角螺栓与弹簧7以及角度旋转按钮26相连接，转动角度旋转按钮26就可以调整上扶杆2的倾斜角度，该机构主要是使上扶杆可在下扶杆上旋转，其结构为常见的结构。下扶杆8为高度可调节的下扶杆，其包括外杆及内杆，内杆套在外杆内部，外杆与内杆之间连接有高度调节按钮9。松紧高度调整按钮9就可以调整把手1至合适的高度。为了节省运输空间，松紧高度调节按钮9可以将上扶杆2拆下。

支撑台上设有踏板，在该踏板内部设有检测是否有人在踏板上的脚踏传感器。脚踏传感器可以是金属抗冲击开关、红外光电开关29以及其它可以用来检测人上下车的装置。作为优选，本实施例采用红外光电开关29。作为脚踏传感器，当人上车时，红外光检测到红外光电开关29导通，微处理器工作在自动平衡状态。该支撑台内部设有蓄电池，具体可根据需要选择铅酸电池或镍氢电池或锂电电池，对应的，在车体30后部的车体后灯15的中间位置加工有用于为蓄电池33充电的充电接口16。

转向调节机构包括一个转向轴18、一个转向轴平衡机构；转向轴18一端固定在扶杆底端并与之固定连接，另一端则与方向控制器固定在一起；转向轴平衡机构固定在转向轴24上并同时又固定在支撑台内部。转向轴平衡机构包括轴承座、保护转向装置内部器件的转向外壳10、矩形弹簧22、与矩形弹簧22相连的弹簧挡片20及六角法兰螺栓19、横穿过轴承座的转向轴18、六角法兰螺母21、平键17、电位器连接头23。

电驱动控制装置包括均设置在车体30中心位置的方向控制器如电位器24、内部控制传感器、控制电路及驱动电路；内部控制传感器包括角速度传感器如陀螺仪传感器、加速度传感器；上述两个传感器连同方向控制器均分别通过驱动电路与控制电路连接在一起。上述车轮6也可根据需要设定单个轮体或多个轮体，分布方式可以为平行或相对设置等。控制电路包括陀螺仪电路板31、自动控制及驱动电路板32、控制红外光电开关的红外光电开关电路13以及指示灯电路板11。

下扶杆8的下端设有转向联轴器并通过平键17连接转向装置内的转向轴18，转向轴18通过轴承与轴承座固定在转向外壳10的前后两端，转向轴18后端通过一电位器连接头23连接电位器24的旋转轴，从而改变其输出电阻。左右摇摆把手1，带动转向轴18旋转，通过左右两边矩形弹簧22以及弹簧挡片20限制了把手1左右摇摆的角度，并使其回复到中间位置，通过调整电位器24电阻值，改变行走装置的转速与方向，从而实现转弯或原地转弯。

行走装置还包括有防护支撑管3、挡泥板4、泥板装饰盖5、泥板固定座28以及电机固定座14。车轮6内安装有电机，通过电机固定座14连接在车体30两侧，挡泥板4与防护支撑管3固定于泥板固定座28后一起连接在车体30上，加强驾驶者的安全。电机在本实施例中采用轮毂电机，该轮毂电机的转轴固定在所述车体30内。为了方便晚上出行，还可以在车体30的前端安装车体前大灯27、车体前灯12以及在车体30后端安装车体后灯15。当然为了方便携带物品还可以在上扶杆2上设置安装挂包25的装置。挂包25的大小及形状可以根据具体情况而定。电机由驱动电路即驱动控制器驱动运转。

上述一种自动平衡车的具体工作原理为：

由把手1、上扶杆2、下扶杆8组成的扶杆为T型杆，下端与转向轴18相连，可以作偏离中心法线左右三十二度摆动，同时带动电位器连接头23转动。当扶杆左右摆动时，电位器24内的旋转轴也会跟着转动，此时电位器24内的输出电压大小就会发生变化，从而检测到扶杆的运动位置，内部微处理器就会相应控制左右转弯操作。

系统供电回路原理框图如图3所示，电源选用安全耐用、适合于大电流放电的铅酸蓄电池，供电电压为48V，电池正极通过电源开关给系统供电，由于无刷电机为感性负载，工作时电机线圈自感和互感引起的感应电压可引起系统干扰，为避免电机驱动控制器的供电部分通过电源回路干扰到自动控制系统,自动控制系统即控制电路的供电回路宜采用独立电源，通过多级线性稳压装置，把48V直流电压稳定到5V，给自动控制微处理器、加速度传感器、角速度传感器和电位器24供电。电机驱动控制器电源通过线性稳压器，从48V稳压到5V，给前端驱动器供电。左右分布的两轮电动车有两个电机驱动控制器，分别采用独立的两路稳压电源供电；单轮车只有一个电机驱动控制器，相应地内部电路也仅有一路电机驱动控制器电源为其供电。

电机驱动控制器采用六个大功率开关型CMOS管作为后级驱动，所连接的电机为三相星形六状态驱动方式，每两个大功率CMOS管桥联作为电机的一相输出，连接直流母线正极的CMOS管为上桥臂管，连接电流采样电阻到直流母线负极的CMOS管为下桥臂管。驱动控制器的三个PWM输出通过缓冲驱动电路后，分别驱动三个上桥CMOS管，三个选通信号通过缓冲驱动电路后，分别驱动三个下桥CMOS管。驱动控制微处理器通过并口通信接口与自动控制微处理芯片相连，受自动控制微处理器的灵活控制，而驱动微处理器可以对电机转速即时测量，通过上行数据把转速信号传递给自动控制微处理器，微处理器对比左右两边电机驱动控制器上传的测量数据，经过补偿算法后，使得两边车轮6的转速不至于受到参数不一致的影响而偏离行走方向。电机驱动电路下桥CMOS管连接有康铜电阻，可对流过电机的电流进行采样测量，一旦遇到电机过流的情况，微处理器及时地关断PWM输出和选通信号，防止电机过流或意外短路引发的电路故障，确保电机运行安全。

如图4所示本实用新型通过加速度传感器和角速度传感器，可以即时测量车体30的平衡状况及运行状况、包括车体30的倾角和车轮6的转角信息，反馈给自动控制微处理器，计算出两个车轮6和车体30的角速度及角加速度，从而计算出车轮6所需的电机转矩，实现对车体30的平衡控制。采集电机的转速可以使用磁编码传感器，也可以用光编码或者线霍尔传感器取代。

当车体30不运动也不倾斜时，加速度传感器得到车体30倾角信号，此时为中心电压2.5V，并送入控制微处理器，微处理器根据此信号并综合左、右车轮6的转速信号，此时转速几乎为零，算出两轮所需的电机力矩控制量，将该控制量送入驱动控制器即驱动微处理器，从而驱动电机相应输出动力，保持车体30原地平衡。当需要车体30前进时，骑行者控制重心向前偏移，使车体30稍微向前倾斜，加速度传感器得到倾角信号，此时电压增大，并送入控制微处理器，控制微处理器根据此信号并综合左、右车轮6转速信号，算出两轮所需的电机力矩控制量，将该控制量送入驱动控制器，电机驱动电路就驱动电机向前转动并始终保持车体平衡。倾角越大，传感器输出的电压信号偏离中心电压值越大，加速就越快。当需要减速、刹车或后退时，骑行者控制重心向后移动，使车体30稍微向后倾斜，控制微处理器同样可以根据传感器信号，算出所需反向力矩，从而控制电机向后转动，并始终保持车体平衡。向后倾角越大，反向加速越快。需要转弯时，骑行者通过摆动扶手，使安装在扶手下面的电位器得到不同电压值，控制微处理器通过计算得出左、右轮的不同力矩大小，从而控制两边车轮6分别以不同的速度或方向转动并始终保持车体30平衡，由此可以控制车体30转动到所需方向。

实际应用中，该自动平衡车并不限制于两轮，当为单轮电动车时，只有一个轮毂电机，安装于两个踏板之间，骑行者两脚放与两个踏板上。单轮车或两轮车的轮毂电机轮轴均固定在车体30上，内部控制传感器是角速度传感器和加速度传感器，均安装于车体30的重心位置，控制电路固化有智能控制的程序软件。

Claims (10)

1.一种智能平衡车，包括车体，其特征在于：还包括转向调节机构、电驱动控制装置；车体包括扶杆、支撑台、车轮；转向调节机构包括转向轴、转向轴平衡机构；电驱动控制装置包括均设置在车体重心位置的方向控制器、内部控制传感器、控制电路及驱动电路；转向轴一端设置在扶杆底端并与之固定连接，另一端则与方向控制器固定在一起；转向轴平衡机构设置在转向轴上并同时又固定在支撑台内部，内部控制传感器包括角速度传感器、加速度传感器；上述两个传感器连同方向控制器均分别通过驱动电路与控制电路连接在一起。

2.依据权利要求1中所述的一种智能平衡车，其特征在于：所述扶杆整体为“T”形杆；包括上扶杆和下扶杆，上扶杆与下扶杆铰接连接。

3.依据权利要求2中所述的一种智能平衡车，其特征在于：所述上扶杆与下扶杆之间设置有角度调节机构，该机构包括连接在一起的角度旋转按钮及弹簧；上扶杆与下扶杆相互卡接，套有弹簧的角度旋转按钮固定在上扶杆侧面上。

4.依据权利要求2中所述的一种智能平衡车，其特征在于：所述下扶杆为高度可调节的下扶杆，其包括外杆及内杆，内杆套在外杆内部，外杆与内杆之间连接有高度调节按钮。

5.依据权利要求1中所述的一种智能平衡车，其特征在于：所述支撑台上设有踏板，在该踏板内部设有检测是否有人在踏板上的脚踏传感器。

6.依据权利要求5中所述的一种智能平衡车，其特征在于：所述脚踏传感器为红外光电开关。

7.依据权利要求1中所述的一种智能平衡车，其特征在于：所述转向轴平衡机构包括分布在转向轴两侧的矩形弹簧，该弹簧另一侧固定在支撑台内部的框架上。

8.依据权利要求1中所述的一种智能平衡车，其特征在于：所述方向控制器为电位器。

9.依据权利要求1中所述的一种智能平衡车，其特征在于：所述支撑台内部设有蓄电池。

10.依据权利要求9中所述的一种智能平衡车，其特征在于：所述蓄电池为铅酸电池或镍氢电池或锂电电池。

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