CN204423150U - 基于图像的两轮平衡车控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种基于图像的两轮平衡车控制系统，至少包括设置于两轮平衡车的驾驶杆的图像传感器、设置于车体的陀螺仪、设置于车体踏板的两个压力传感器、设置于车体的加速度传感器、设置于车体的控制单元、与控制单元的输出端连接的驱动电机以及与所述控制单元输出端连接的制动单元；能够在行驶过程中有效地保证行车安全，尤其是在具有一定斜坡且需要转弯的时候，能够根据车体以及人体的相关信息准确控制平衡车的动作，从而进一步提高平衡车的安全性能。

Description

基于图像的两轮平衡车控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种控制系统，尤其涉及一种基于图像的两轮平衡车控制系统。

背景技术

平衡车有成为体感车、思维车等，平衡车作为现代新兴的一种代步工具，广受年轻人的青睐，现有的平衡车一般分为独轮平衡车和两轮平衡车，在两轮平衡车中，有电机驱动车辆行进，并通过陀螺仪以及加速度传感器来检测车体姿态的变化，从而控制车辆的平衡、前进与制动，但是现有的平衡车控制系统在行车过程中容易产生误动，严重影响形成安全，尤其在斜坡行驶时误动现象更为严重，而且现有的平衡车控制系统完全根据驾驶者的意愿来控制车辆的动作，但是并没有有效的措施来限制驾驶者的意愿而造成意外。

因此，需要提出一种新的两轮平衡车的控制系统，能够在行驶过程中有效地保证行车安全，尤其是在具有一定斜坡且需要转弯的时候，能够根据车体以及人体的相关信息准确控制平衡车的动作，从而进一步提高平衡车的安全性能。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种基于图像的两轮平衡车控制系统，能够在行驶过程中有效地保证行车安全，尤其是在具有一定斜坡且需要转弯的时候，能够根据车体以及人体的相关信息准确控制平衡车的动作，从而进一步提高平衡车的安全性能。

本实用新型提供的一种基于图像的两轮平衡车控制系统，至少包括设置于两轮平衡车的驾驶杆的图像传感器、设置于车体的陀螺仪、设置于车体踏板的两个压力传感器、设置于车体的加速度传感器、设置于车体的控制单元、与控制单元的输出端连接的驱动电机以及与所述控制单元输出端连接的制动单元；

所述控制单元包括前置处理电路、与所述图像传感器连接的图像处理电路、与所述前置处理电路输出端连接的比较电路、与所述比较电路输出端连接的中央处理电路、与所述中央处理电路连接的报警器以及与所述中央处理电路连接的计时电路，所述图像处理电路的输出端与中央处理电路连接，所述中央处理电路的命令输出端还与驱动电机和制动单元连接；所述前置处理电路的输入端与所述陀螺仪、压力传感器以及速度传感器输出端连接。

进一步，所述控制系统还包括设置于车体用于感知行车前方障碍物与车体距离的距离探测器，所述距离探测器的输出端与前置处理电路连接。

进一步，所述前置处理电路包括放大电路、与放大电路的输出端连接的滤波电路以及与滤波电路的输出端连接的模数转换电路，所述放大电路的输入端作为前置处理电路的输入端，所述模数转换电路的输出端与比较电路的输入端连接。

进一步，所述控制系统还包括设置于车体的用于检测车辆行进速度的速度传感器，所述速度传感器的输出端与前置处理电路的输入端连接。

进一步，所述中央处理电路和图像处理电路均为单片机。

本实用新型的有益效果：本实用新型基于图像的两轮平衡车控制系统，通过图像、压力以及陀螺仪的三重检测，能够准确确定驾驶者的行驶意图以及位姿状态，在具有一定斜坡且需要转弯的时候，能够准确控制平衡车的动作，从而进一步提高平衡车的安全性能；而且还能够对驾驶者的姿态通过报警器报警并校正，防止意外。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型的原理框图。

图2为平衡车在斜坡上行驶的角度示意图。

具体实施方式

图1为本实用新型的原理框图，图2为平衡车在斜坡上行驶的角度示意图，如图所示，本实用新型提供的一种基于图像的两轮平衡车控制系统，至少包括设置于两轮平衡车的驾驶杆的图像传感器、设置于车体的陀螺仪、设置于车体踏板的两个压力传感器、设置于车体的加速度传感器、设置于车体的控制单元、与控制单元的输出端连接的驱动电机以及与所述控制单元输出端连接的制动单元，其中，图像传感器可以采用CCD图像传感器或者CMOS图像传感器，制动单元为现有的平衡车制动单元，在此不加以赘述；

所述控制单元包括前置处理电路、与所述图像传感器连接的图像处理电路、与所述前置处理电路输出端连接的比较电路、与所述比较电路输出端连接的中央处理电路、与所述中央处理电路连接的报警器以及与所述中央处理电路连接的计时电路，所述图像处理电路的输出端与中央处理电路连接，所述中央处理电路的命令输出端还与驱动电机和制动单元连接；所述前置处理电路的输入端与所述陀螺仪、压力传感器以及速度传感器输出端连接；其中，中央处理电路和图像处理电路均为单片机并搭载现有的处理程序，比如AVR单片机等；

当在行驶过程中，如果在平直的路面上行驶时，驾驶杆的应当垂直于路面，人体的站姿同样是垂直与路面，如在此时需要转弯时，人体倾斜，图像传感器采集当前人体的倾斜图像，并将人体的图像传送至图像处理电路，通过图像处理电路获取当前人体左倾或者右倾的角度并将该角度传送至中央处理电路；中央处理电路获取当前压力传感器的压力差值以及陀螺仪感知的车体倾斜角度，，如果当前压力差值达到转弯的设定阈值，并且陀螺仪检测到人体倾斜角度与图像处理电路输出的倾斜角度差值在设定的阈值范围内，则证明此时驾驶者需要进行转弯操作，中央处理电路输出控制命令，并控制驱动电机动作并使两轮产生差速，实现转弯；

当在行驶过程中遇到斜坡时，该斜坡是指路面的倾斜方向垂直于形成方向，如果陀螺仪检测到车体的倾斜角度(左轮和右轮的轴线相对于水平路面)大于设定安全驾驶倾斜角度值，则中央处理电路输出控制命令，通过报警器通知驾驶者，该路段不适合平衡车驾驶，并且中央处理电路锁定驱动电机输出命令，并且中央处理电路控制制动单元一直处于制动状态，在此状态下，无论驾驶者如何改变姿态，平衡车均不动作，只有当车体的倾斜角度小于设定的安全驾驶倾斜角度值，中央处理电路才进行解锁定，如平衡车处于斜坡路段并且斜坡的坡度在安全驾驶倾斜角度值内，在这种状态下行驶时，如图2所示，图像传感器采集当前人体的倾斜图像，并将人体的图像传送至图像处理电路，通过图像处理电路获取当前人体左倾或者右倾的角度α2并将该角度α2传送至中央处理电路(此时人体的倾斜角度是相对于平衡车的驾驶杆)；中央处理电路获取当前压力传感器的压力差值以及陀螺仪感知的车体倾斜角度α4，如果当前压力差值达到转弯的设定阈值，并且陀螺仪检测到人体倾斜角度α2与图像处理电路输出的倾斜角度α4的差值α1大于在设定的阈值，那么中央处理电路仍定当前驾驶者欲进行转弯操作，并执行转弯指令，其中α4等于路面的倾斜角度α3；另外，需要说明的是：在平路状态下和有坡度的路面状态下，各设定的阈值时不同的，在中央处理电路中预存有不同状态的设定阈值；

其中，中央处理电路输出转向控制指令之前，计时电路为中央处理电路收到转向参数后并且各转向参数达到转向条件时开始计时，如果达到设定的时间，中央处理电路输出控制命令，控制平衡车转向，如果达到转向条件但是时间没有达到设定的时间，则中央处理电路认为驾驶者在调整姿态，无需转向，且中央处理电路不输出转向控制命令。

本实施例中，所述控制系统还包括设置于车体用于感知行车前方障碍物与车体距离的距离探测器，所述距离探测器的输出端与前置处理电路连接，其中，距离探测器可以采用红外距离传感器、超声波距离传感器或者其他方式的距离传感器，当障碍物的距离与车体的距离小于设定阈值时，则无论驾驶者采用何种姿态，平衡车均不会予以加速或者以极小的加速度加速，但平衡车不能超过该距离下的安全速度，如果在不加速的状态下驾驶者向前倾的倾角(陀螺仪和加速度传感器均可以捕捉该倾角大小)大于设定的前倾阈值时，中央处理电路输出报警指令，报警器报警，通知驾驶者回复正确的姿态，因为此时平衡车不予以相应加速达到动态平衡，容易发生倾覆的危险，通过距离探测器作用，能够进一步提升平衡车的安全性能。

本实施例中，所述前置处理电路包括放大电路、与放大电路的输出端连接的滤波电路以及与滤波电路的输出端连接的模数转换电路，所述放大电路的输入端作为前置处理电路的输入端，所述模数转换电路的输出端与比较电路的输入端连接，通过这种结构，能够为后续的处理进行准备，提高处理速度。

本实施例中，所述控制系统还包括设置于车体的用于检测车辆行进速度的速度传感器，所述速度传感器的输出端与前置处理电路的输入端连接，通过速度传感器的作用，能够准确测定当前的车速，如果当前车速达到禁止转弯时的车速，那么中央处理电路将不再理会其他的转弯指令，直至车速降到安全车速一下，从而保证形成安全，当然，在斜坡和平路上的安全转弯车速是不一样的，厂家可以根据平衡车的自身特点和性能进行设定。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种基于图像的两轮平衡车控制系统，其特征在于：至少包括设置于两轮平衡车的驾驶杆的图像传感器、设置于车体的陀螺仪、设置于车体踏板的两个压力传感器、设置于车体的加速度传感器、设置于车体的控制单元、与控制单元的输出端连接的驱动电机以及与所述控制单元输出端连接的制动单元；

所述控制单元包括前置处理电路、与所述图像传感器连接的图像处理电路、与所述前置处理电路输出端连接的比较电路、与所述比较电路输出端连接的中央处理电路、与所述中央处理电路连接的报警器以及与所述中央处理电路连接的计时电路，所述图像处理电路的输出端与中央处理电路连接，所述中央处理电路的命令输出端还与驱动电机和制动单元连接；所述前置处理电路的输入端与所述陀螺仪、压力传感器以及速度传感器输出端连接。

2.根据权利要求1所述基于图像的两轮平衡车控制系统，其特征在于：所述控制系统还包括设置于车体用于感知行车前方障碍物与车体距离的距离探测器，所述距离探测器的输出端与前置处理电路连接。

3.根据权利要求2所述基于图像的两轮平衡车控制系统，其特征在于：所述前置处理电路包括放大电路、与放大电路的输出端连接的滤波电路以及与滤波电路的输出端连接的模数转换电路，所述放大电路的输入端作为前置处理电路的输入端，所述模数转换电路的输出端与比较电路的输入端连接。

4.根据权利要求3所述基于图像的两轮平衡车控制系统，其特征在于：所述控制系统还包括设置于车体的用于检测车辆行进速度的速度传感器，所述速度传感器的输出端与前置处理电路的输入端连接。

5.根据权利要求1所述基于图像的两轮平衡车控制系统，其特征在于：所述中央处理电路和图像处理电路均为单片机。