CN209167900U - 一种姿态自调整的移动平衡装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种姿态自调整的移动平衡装置，其包括检测单元、控制单元、以及角度调整单元。本申请利用检测单元采集装置姿态数据和/或路况数据，并当所述移动平衡装置在移动过程中处于加/减速状态或者路面有障碍物时，利用控制单元向外发送用于控制该装置的角度调整单元按预设角度转动的控制指令，以将所述导航探测模块的探测视角调回至所述初始角度，从而有效解决了智能车辆的失衡会影响到车载器件的功能实现的技术问题，大大提升了车载器件的功能稳定性。

Description

一种姿态自调整的移动平衡装置

技术领域

本实用新型涉及平衡控制技术领域，特别是涉及一种姿态自调整的移动平衡装置。

背景技术

现如今，新型的智能车辆越来越多，例如平衡车、AGV无人小车、三轮/四轮智能电动车等等。

但是，现有的新型智能车辆，通常仅用作代步或简单运输，功能较为局限，无法将其应用拓展到休闲娱乐之外的其他领域，需要在智能车辆的基础上开发更多的功能，并解决由此带来的不平衡问题，特别是考虑到车体失衡会影响到车载器件的功能实现问题，因此，本领域亟需解决智能车辆在车体失衡的情况下所载器件的性能无法保持稳定的问题。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种姿态自调整的移动平衡装置，用于解决现有技术中智能车辆的车体失衡会影响到车载器件的功能实现的技术问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种姿态自调整的移动平衡装置，所述装置包括导航探测模块，所述导航探测模块的探测视角在该装置处于稳定姿态时与装置当前行驶的路面之间呈一初始角度；所述装置包括：检测单元，用于采集装置姿态数据和/或路况数据；控制单元，其通信连接所述检测单元以接收所述装置姿态数据和/或路况数据；角度调整单元，其电性连接并受控于所述控制单元；其中，所述角度调整单元设于装置本体且装载所述导航探测模块，以带动所述导航探测模块相对于所述装置本体活动；其中，所述控制单元根据所述装置姿态数据和/或路况数据判断该装置在移动过程中是否处于加/减速状态或者路面是否有障碍物；若是，则向外发送用于控制该装置的角度调整单元按预设角度转动的控制指令，以将所述导航探测模块的探测视角调回至所述初始角度。

于本实用新型的一些实施方式中，所述检测单元包括：姿态传感器，用于采集所述装置姿态数据；和/或，障碍物传感器，用于采集所述路况数据。

于本实用新型的一些实施方式中，所述障碍物传感器包括激光雷达探测器和/或图像摄取设备。

于本实用新型的一些实施方式中，所述角度调整单元包括：角度调整执行机构驱动器，其电性连接并受控于所述控制单元；角度调整执行机构，其电性连接并受驱于所述角度调整执行机构驱动器；其中，所述角度调整执行机构驱动器接收来自所述控制单元的控制指令，并根据所述控制指令发送相应的驱动指令至角度调整执行机构，以控制角度调整执行机构带动导航探测模块转动预设角度。

于本实用新型的一些实施方式中，所述预设角度由所述控制单元计算得到，其计算方式包括：获取所述装置偏离稳定姿态后的角度变化数据；根据所述角度变化数据，计算获得角度调整执行机构朝着抵消角度变化的方向所转动的角度。

于本实用新型的一些实施方式中，所述角度调整单元的类型包括云台结构；所述角度调整执行机构包括云台舵机；所述角度调整执行机构驱动器包括云台舵机驱动器。

于本实用新型的一些实施方式中，所述导航探测模块包括激光雷达探测器；所述激光雷达探测器的探测视角落于激光束的传播方向。

如上所述，本实用新型的一种姿态自调整的移动平衡装置，具有以下有益效果：本申请利用检测单元采集装置姿态数据和/或路况数据，并当所述移动平衡装置在移动过程中处于加/减速状态或者路面有障碍物时，利用控制单元向外发送用于控制该装置的角度调整单元按预设角度转动的控制指令，以将所述导航探测模块的探测视角调回至所述初始角度，从而有效解决了智能车辆的失衡会影响到车载器件的功能实现的技术问题，大大提升了车载器件的功能稳定性。

附图说明

图1a显示为本实用新型一实施例中姿态自调整的移动平衡装置的示意图。

图1b显示为本实用新型一实施例中姿态自调整的移动平衡装置的示意图。

图2显示为本实用新型一实施例中姿态自调整的移动平衡装置的基于侧视视角的结构示意图。

图3显示为本实用新型一实施例中姿态自调整的移动平衡装置的基于主视视角的结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本申请的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“固持”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

新型的智能车辆，例如平衡车、AGV无人小车、三轮/四轮智能电动车等等，已被越来越多的用作代步或简单运输的工具。但是，新型智能车辆的功能还较为局限，无法将其应用拓展到休闲娱乐之外的其他领域，需要在智能车辆的基础上开发更多的功能，并解决由此带来的不平衡问题，特别是考虑到车体失衡会影响到车载器件的功能实现问题。

以车载激光雷达探测器为例：在车体保持稳定姿态时，激光雷达探测器的激光束与地面平行，能够准确探测障碍物与车体之间的距离。然而，在车辆处于加速或减速状态，或者车辆行驶于不平整路面等情况下，车辆的车体无法保持稳定姿态，也就导致装载于车体上的激光雷达探测器的激光束不再保持与地面之间的平行，从而无法准确探测障碍物与车体之间的距离，存有很大的安全隐患。

鉴于上述存在于现有技术中的种种问题，本申请提供一种姿态自调整的移动平衡装置，其在判断装置移动过程中处于姿态不稳时，通过控制角度调整单元的方式，来保证导航探测装置的探测视角始终保持与地面平行，从而有效解决了智能车辆的失衡会影响到车载器件的功能实现，大大提升了车载器件的功能稳定性。

为了能够清楚描述本申请的姿态自调整的移动平衡装置，现结合装置的结构图进行详细说明。请参阅图1a，图1a显示为本申请一实施例中的姿态自调整的移动平衡装置的结构示意图。所述装置包括：检测单元11、控制单元12、角度调整单元13。其中，所述检测单元11用于采集装置姿态数据和/或路况数据，所述控制单元12通信连接所述检测单元11以接收所述装置姿态数据和/或路况数据，所述角度调整单元13电性连接并受控于所述控制单元12，且所述角度调整单元13设于装置本体且装载所述导航探测模块，以带动所述导航探测模块相对于所述装置本体活动。

当所述移动平衡装置在移动过程中处于加/减速状态或者路面有障碍物时，所述控制单元12向外发送用于控制该装置的角度调整单元按预设角度转动的控制指令，以将所述导航探测模块的探测视角调回至所述初始角度。

需要说明的是，导致车载器件不平衡而无法正常工作的原因可能是装置处于加/减速状态，也可能是装置遇到路面障碍物导致。因此，本申请可只检测装置姿态数据，也可只检测路况数据，或者既检测装置姿态数据也检测路况数据，来获悉装置的状态信息。

于本实施例中，所述导航探测模块包括激光雷达探测器，是一种以发射激光探测目标的位置、速度等特征量的雷达装置，用于在平衡装置行进过程中探测障碍物，避免车体碰撞。本实施例中所述激光雷达探测器的探测视角落于激光束的传播方向，也即激光发射方向为探测器的探测视角方向。本实施例中的初始角度是指激光雷达探测器的激光束与路面之间平行的角度。需要说明的是，所述初始角度并不限于平行角度，可在实际应用场景中做适应性调整，本申请对此不作限定。

如图1b所示，展示本申请一实施例中的姿态自调整的移动平衡装置的结构示意图。所述检测单元11包括姿态传感器111和/或障碍物传感器112，姿态传感器111用于采集所述装置姿态数据，障碍物传感器112用于采集所述路况数据。

所述姿态传感器111包括陀螺仪、加速度计、磁传感器中的任一种或多种组合。具体而言，加速度计和磁传感器较易受外部干扰，但其测量值随时间的变化相对较小；陀螺仪动态性能好，不易受外部干扰，但其测量值随时间变化比较大。因此，本申请中所述检测单元既可单独使用陀螺仪、加速度计、或者磁传感器，以降低产品成本，也可使用陀螺仪、加速度计、以及磁传感器的结合，三者互补形成一不易受外部干扰且测量值随时间变化较小的检测单元。需要说明的是，所述姿态传感器111包括但不限于本实施例中所列举的检测部件，任何其它能够实现姿态检测功能的部件均可应用于本申请的技术方案中。

所述障碍物传感器112可采用激光雷达探测器，或者也可采用景深摄像头或者鱼眼摄像头等图像摄取设备。所述路况数据用于表示路面的情况，例如路面平坦，出现斜坡，或者路面有障碍物等等。

于本实施例中，所述角度调整单元13如图1b所示，包括角度调整执行机构驱动器131和角度调整执行机构132。所述角度调整执行机构驱动器131电性连接并受控于所述控制单元12，所述角度调整执行机构132电性连接并受控于所述角度调整执行机构驱动器131。本实施例中的角度调整执行机构132装载激光雷达探测器，其受驱于角度调整执行机构驱动器，带动激光雷达探测器转动，从而调节激光雷达探测器与地面之间所呈的角度，保证激光雷达探测器的激光束始终保持与地面平行。

所述角度调整单元12可采用云台结构，角度调整执行机构驱动器131为云台舵机驱动器，角度调整执行机构132为云台舵机。需要说明的是，云台结构只是本申请中用于实现角度调整的其中一种实现方式，现有技术中任何能够用于带动导航探测模块转动的设备或工具均可应用于本申请的技术方案。

所述控制单元12用于向外发送用于控制该装置的角度调整单元按预设角度转动的控制指令，以将所述导航探测模块的探测视角调回至所述初始角度。需说明的是，本申请中的控制单元12包括控制器，所述控制器可采用MCU控制器、ARM控制器、FPGA控制器、SoC控制器、以及DSP控制器中的任一种或多种组合。

需要说明的是，本申请提供的姿态自调整的平衡装置是一套硬件设备，其可单独使用，也可与相应的软件或程序结合使用，以实现下述功能：控制单元12根据装置加/减速数据和/或路况数据，计算所述装置偏离稳定姿态后的角度变化数据，并根据所述角度变化数据计算获得角度调整执行机构朝着抵消角度变化的方向所转动的角度。

举例而言，控制单元通过检测单元检测到，平衡装置前倾X角度，导航探测模块和云台结构跟随平衡装置前倾X角度。因此，控制单元根据该前倾角度，控制角度调整单元带动导航探测模块朝着相反方向(后倾)X角度，从而使导航探测模块的探测视角又回到初始视角。基于同样的原理，控制单元通过检测单元检测到，平衡装置后倾Y角度，导航探测模块和云台结构跟随平衡装置后倾Y角度。因此，控制单元根据该后倾角度，控制角度调整单元带动导航探测模块朝着相反方向(前倾)Y角度，从而使导航探测模块的探测视角又回到初始视角。

为便于本领域技术人员更好地理解本申请的技术方案，现结合图2和图3进行详细解释说明。图2展示的是移动平衡装置基于侧视视角的结构示意图，图3展示的是移动平衡装置基于正视视角的结构示意图。

于本实施例中，采用平衡车作为姿态自调整的移动平衡装置，如图2和3所示，平衡车21设有滚动车轮以及踏板；踏板上设有用于调整导航探测模块探测视角的云台结构22，所述云台结构22包括未图示的云台舵机和云台舵机驱动器；所述云台结构22装载连接导航探测模块23。

具体的，以图2中虚线A所在方向作为基准线，当装置姿态稳定时，导航探测模块23的探测视角与虚线A所在方向平行。当装置因加速、减速、或路面不平整等原因而导致探测视角变化时，云台舵机带动导航探测模块绕着两者的连接点沿着图2中箭头B或者C所指的方向转动。例如，当探测视角向下偏移时，角度调整执行机构驱动导航探测模块绕着两者的连接点沿着图2中箭头B的方向向上转动；当探测视角向上偏移时，角度调整执行机构驱动导航探测模块绕着两者的连接点沿着图2中箭头C的方向向下转动。

综上所述，本实用新型提供一种姿态自调整的移动平衡装置，本申请采集装置姿态数据和/或路况数据，并在判断装置失衡时，通过控制角度调整单元的方式，来保证导航探测装置的探测视角始终保持与地面平行，从而有效解决了智能车辆的失衡会影响到车载器件的功能实现，大大提升了车载器件的功能稳定性。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种姿态自调整的移动平衡装置，其特征在于，所述装置包括导航探测模块，所述导航探测模块的探测视角在该装置处于稳定姿态时与装置当前行驶的路面之间呈一初始角度；所述装置包括：

检测单元，用于采集装置姿态数据和/或路况数据；

控制单元，其通信连接所述检测单元以接收所述装置姿态数据和/或路况数据；

角度调整单元，其电性连接并受控于所述控制单元；所述角度调整单元设于装置本体且装载所述导航探测模块，以带动所述导航探测模块相对于所述装置本体活动；

其中，当所述移动平衡装置在移动过程中处于加/减速状态或者路面有障碍物时，所述控制单元向外发送用于控制该装置的角度调整单元按预设角度转动的控制指令，以将所述导航探测模块的探测视角调回至所述初始角度。

2.根据权利要求1所述的姿态自调整的移动平衡装置，其特征在于，所述检测单元包括：

姿态传感器，用于采集装置姿态数据；和/或

障碍物传感器，用于采集路况数据。

3.根据权利要求2所述的姿态自调整的移动平衡装置，其特征在于，所述障碍物传感器包括激光雷达探测器和/或图像摄取设备。

4.根据权利要求1所述的姿态自调整的移动平衡装置，其特征在于，所述角度调整单元包括：

角度调整执行机构驱动器，其电性连接并受控于所述控制单元；

角度调整执行机构，其电性连接并受驱于所述角度调整执行机构驱动器；

其中，所述角度调整执行机构驱动器接收来自所述控制单元的控制指令，并根据所述控制指令发送相应的驱动指令至角度调整执行机构，以控制角度调整执行机构带动导航探测模块转动预设角度。

5.根据权利要求4所述的姿态自调整的移动平衡装置，其特征在于，所述预设角度由所述控制单元计算得到，其计算方式包括：

获取所述装置偏离稳定姿态后的角度变化数据；

根据所述角度变化数据，计算获得角度调整执行机构朝着抵消角度变化的方向所转动的角度。

6.根据权利要求4所述的姿态自调整的移动平衡装置，其特征在于，所述角度调整单元的类型包括云台结构；所述角度调整执行机构包括云台舵机；所述角度调整执行机构驱动器包括云台舵机驱动器。

7.根据权利要求1所述的姿态自调整的移动平衡装置，其特征在于，所述导航探测模块包括激光雷达探测器；所述激光雷达探测器的探测视角落于激光束的传播方向。