CN216684729U - 前后串列式自平衡车 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种前后串列式自平衡车,其车架上设置有前轮、后轮,前后轮支架的车架上的平衡仪腔体内设置有直线运动式平衡仪;直线运动式平衡仪包括长方形的壳体,壳体的上端部通过两个轴承座活动设置有丝杆,还包括与丝杆平行布置的平衡电机,丝杆与平衡电机传动连接;还包括配重块,配重块的上端通过调节螺母与丝杆连接、下端与壳体的底板接触;还包括通过销轴悬挂设置在壳体内的单摆,单摆自由端的两侧壳体上固定有前、后微动开关,单摆的摆动面与丝杆的轴线相平行。作为主动轮的后轮其重心设置于轮轴以下。本实用新型在额定范围内具备自平衡能力,适用范围广,生产成本低。
Description
技术领域
本实用新型涉及轮式车辆,具体涉及一种自平衡车。
背景技术
自平衡车也称为体感车,是现代人用来作为代步工具、休闲娱乐的一种新型的绿色环保的产物。自平衡车种类繁多,市场上主要有独轮和双轮两类,双轮又分为串列式和并列式。从用途角度,自平衡车可作为低强度代步工具、休闲娱乐产品。从体量、荷载角度分类,大型的自平衡车可负荷成人体重,小型化的自平衡车可以用于搭载摄像头等设备作为机器人使用。
自平衡车基于被称为"动态稳定"(Dynamic Stabilization)的基本原理设计,该车利用车体内部的陀螺仪和加速度传感器,来检测车体姿态的变化,并利用伺服控制系统,精确地驱动电机进行相应的调整,以保持系统的平衡。现有技术中,已有自平衡车轮投入应用,其工作原理和工作场景各不相同。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题在于一种前后串列式自平衡车,其在额定范围内具备自平衡能力,适用范围广,生产成本低。
为解决上述技术问题,本实用新型的前后串列式自平衡车,包括车架,所述车架上设置有前叉、后叉,所述前叉上连接有前轮,后叉上设置有后轮;所述前轮之间的车架上设置有平衡仪腔体,所述平衡仪腔体内设置有直线运动式平衡仪;还包括与所述前轮连接的转向装置;
所述直线运动式平衡仪包括长方形的壳体,所述壳体的上端部通过两个轴承座活动设置有丝杆,还包括与所述丝杆平行布置的平衡电机,所述丝杆与所述平衡电机传动连接;还包括配重块,所述配重块的上端通过调节螺母与所述丝杆连接、下端与所述壳体的底板接触;还包括通过销轴悬挂设置在壳体内的单摆,所述单摆自由端的两侧壳体上固定有前、后微动开关,所述单摆的摆动面与所述丝杆的轴线相平行。
所述配重块的下端部设置有若干个球型腔体,所述球型腔体内设置有滚珠,所述滚珠与所述壳体的底板滚动摩擦。
所述后轮包括中空的轮毂,所述轮毂内部设置有截面为半圆形的配重腔,所述配重腔的上端面盖板上设置有轴座,所述轴座内设置有轮轴,所述轮轴的两端分别通过左、右轴承与所述轮毂的两个侧面板活动连接,所述轮轴的两个自由端延伸至所述轮毂以外;所述轴座上还固定有电机座,所述电机座内连接有行走电机,所述行走电机的动力输出轴上固定有电机轴齿轮,所述轮毂的一个侧面板的中心设置有输出齿轮,所述电机轴齿轮与所述输出齿轮传动连接;所述右轴承嵌套在所述输出齿轮的内腔内。
本实用新型中,前后串列式车身上加装有直线运动式平衡仪,其可提供车身左右方向的重心补偿,车身倾斜由单摆与两个微动开关感知,配重块的行走由微动开关信号控制,从而使得车身具备自平衡能力。作为主动轮的后轮进行了优化设计,使得其重心降低,产生不倒翁效果,进一步提高了自平衡能力。本实用新型适用范围广,生产成本低,市场前景广阔。
附图说明
图1 是本实用新型的前后串列式自平衡车的示意图;
图2是图1的剖视图;
图3是实施例一中直线运动式平衡仪的爆炸视图;
图4是实施例一中直线运动式平衡仪沿其长度方向的剖视图;
图5是实施例一中直线运动式平衡仪沿其宽度方向的剖视图;
图6是图4的俯视图。
图7是实施例二中后轮的爆炸视图;
图8是实施例二中后轮的配重腔、轮轴、行走电机的配合示意图;
图9是实施例二中后轮的剖视图。
具体实施方式
如图1、图2可见,本实用新型提供了一种前后串列式自平衡车,其包括车架10,所述车架10上设置有前叉11、后叉12,所述前叉11上连接有前轮2,后叉12上设置有后轮3;所述前轮2、后轮3之间的车架10上设置有平衡仪腔体13,所述平衡仪腔体13内设置有直线运动式平衡仪4。还包括与所述前轮2连接的转向装置14,本实施例中,所述转向装置14设置为与所述前叉11连接的方向盘。
实施例一
在额定范围内,本前后串列式自平衡车的车身发生侧向倾转时,其平衡仪能提供一定的重心补偿,从而使其恢复平衡。
如图3、图4、图5、图6可见,所述直线运动式平衡仪4包括长方形的壳体41,本实施例中,所述壳体41由“冂”字型的上端盒体410和“U” 字型的下端盒体411组合而成,两者之间螺栓连接;壳体41采用分体式结构,便于各部件组装;所述壳体41的上端部通过两个轴承座活动设置有丝杆42,还包括与所述丝杆42平行布置的平衡电机43,所述丝杆42与所述平衡电机43传动连接;还包括配重块44,所述配重块44的上端通过调节螺母440与所述丝杆42连接、下端与所述壳体41的底板接触;还包括通过销轴悬挂设置在壳体41内的单摆45,所述单摆45自由端的两侧壳体41上固定有前、后微动开关46、46’,所述单摆45的摆动面与所述丝杆42的轴线相平行。
作为传动连接的实现方式之一,所述丝杆42的一个自由端固定有从动齿轮420,所述平衡电机43的主轴上固定有主动齿轮430,所述主动齿轮430与所述从动齿轮420互相啮合。
作为优选方案,所述配重块44的下端部设置有若干个球型腔体,所述球型腔体内设置有滚珠441,所述滚珠441与所述壳体41的底板滚动摩擦。本实施例中,所述丝杆42沿壳体41的长度方向布置,沿所述壳体41的宽度方向设置有两个球型腔体,相应设置有两个滚珠441,当丝杆42旋转时,滚珠441与壳体41的底板配合,限制配重块44只能沿壳体41的长度方向行走而不能绕丝杆旋转。
工作原理:
对于两轮前后串列式车辆,其倾斜发生在车身两侧,本直线运动式平衡仪按左右向布置在车身中轴线上,即丝杆42垂直于前轮2、后轮3之间的连线,且丝杆42与前轮2、后轮3的轮轴平行,也就是要求配重块44能沿左右方向相对于车身往复行走。
单摆45通过销轴悬挂设置在壳体上,始终保持铅垂线方向。当车身姿态平衡时,不发生左右倾斜,单摆45与前、后微动开关46、46’不接触。当车身左向或右向倾斜时,壳体41随之倾斜,与单摆45发生相对偏转,此时单摆45与前、后微动开关46、46’之一接触,微动开关经控制电路向平衡电机43发出信号,平衡电机43工作,丝杆42旋转驱动配重块44行走进行补偿,由于丝杆沿车身左右方向布置,配重块44也沿车身左右方向行走,从而在左右侧调节整体重心,实现额定范围内车身的自平衡。配重块44底部设置的滚珠441一方面起到降低摩擦系数作用,另一方面也限制配重块只能行走而不会旋转。平衡过程中,配重块44进给方向与车身倾斜方向相反。
平衡过程中,电机的旋转方向、启动时机、工作时长均由前、后微动开关46、46’所给出的信号确定。由于两个微动开关分别设置在单摆的两侧,车身的倾斜方向易于识别,控制难度也大为降低。
实施例二
如图1、图2、图7、图8、图9可见,在实施例一的基础上,本实施例中,所述后轮上进一步适配了辅助平衡装置,从而进一步增强自平衡能力。
如图7、图8、图9可见,所述后轮3包括中空的轮毂31,所述轮毂31内部设置有截面为半圆形的配重腔32,所述配重腔32的上端面盖板320上设置有轴座33,所述轴座33内设置有轮轴34,所述轮轴34的两端分别通过左、右轴承35、35’ 与所述轮毂31的两个侧面板活动连接,所述轮轴34的两个自由端延伸至所述轮毂31以外;所述轴座33上还固定有电机座36,所述电机座36内连接有行走电机37,所述行走电机37的动力输出轴上固定有电机轴齿轮370,所述轮毂31的一个侧面板的中心设置有输出齿轮310,所述电机轴齿轮370与所述输出齿轮310传动连接;所述右轴承35’ 嵌套在所述输出齿轮310的内腔内。
本实施例中,行走电机37使用减速电机,其动力输出轴与电机中轴线相偏离,电机轴齿轮370设置于电机中轴线下方,从而便于各零部件在狭小空间内的配合。
所述轮毂31上套装有轮胎321。
所述轮轴34的两个自由端都对称的切削有定位面,所述后叉12与所述轮轴34卡接。车辆运动时,配重腔32、轴座33和轮轴34都不转,轮毂31、轮胎321转动。
工作原理:
轮轴34的内腔中空,电线从其中穿过并与行走电机37连接;电线的另一端与电池连接。当电源接通时,行走电机37工作,并经电机轴齿轮370、输出齿轮310驱动轮毂31转动,此时,平衡车实现行走,当方向盘受力时,平衡车转向。
如图9可见,配重腔32内设置有配重,以轮轴34为支点,其下方的配重重量大于其上方的电机座36、行走电机37等负载重量;图3中以虚线示出了本自平衡车专用的车轮的重心分布,当轮胎321着地时,本车轮的重心在轮轴34的下方,轮胎321的接地线的两个远端与本车轮的重心呈等腰三角形分布。此时本车轮重心平衡,并具备一定的复位能力。
任何平衡车或车轮的平衡范围均是有极限范围的,当其重心偏离过大时则会发生倾覆。在本实用新型中,适当扩大轮毂31的幅宽与直径之比可以提高其平衡能力,作为一个推荐值,所述轮毂31的幅宽与直径之比为1:2~1:4。
本实施例中,后轮内部增加了配重,从而使得后轮整体重心在轮轴34下方,产生不倒翁效果,后轮自身抗倾斜能力增强,进一步提高了车辆的自平衡能力。
实施例三
如图2可见,在实施例一的基础上,本实施例中,所述车架10上设置有前轮操纵电机140,所述前轮操纵电机140与所述方向盘传动连接。具体而言,所述前轮操纵电机140与所述前叉平行布置,电机轴与所述方向盘齿轮传动。
本实施例还包括与所述行走电机37、前轮操纵电机140匹配的控制系统,借助于该控制系统,可以控制行走电机37前进、后退、加速、减速;可以控制前轮操纵电机140转动,进而通过前叉带动前轮转动,实现车辆的转向。该控制系统可以通过手机app部署,手机与车载系统之间无线通讯,从而实现基于云端的控制。本实施例中,车辆上自带电池供电,尤其适用于将车辆设计为小型玩具,或应用于小载荷的无人驾驶场景。
本实用新型的具体实施方式包括但不局限于上述实施例,在不背离本实用新型精神及其实质的情况下,熟悉本领域的技术人员可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形,但仍然落入本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1.一种前后串列式自平衡车,包括车架(10),所述车架(10)上设置有前叉(11)、后叉(12),所述前叉(11)上连接有前轮(2),后叉(12)上设置有后轮(3);其特征在于:所述前轮(2)、后轮(3)之间的车架(10)上设置有平衡仪腔体(13),所述平衡仪腔体(13)内设置有直线运动式平衡仪(4);还包括与所述前轮(2)连接的转向装置(14);
所述直线运动式平衡仪(4)包括长方形的壳体(41),所述壳体(41)的上端部通过两个轴承座活动设置有丝杆(42),还包括与所述丝杆(42)平行布置的平衡电机(43),所述丝杆(42)与所述平衡电机(43)传动连接;还包括配重块(44),所述配重块(44)的上端通过调节螺母(440)与所述丝杆(42)连接、下端与所述壳体(41)的底板接触;还包括通过销轴悬挂设置在壳体(41)内的单摆(45),所述单摆(45)自由端的两侧壳体(41)上固定有前、后微动开关(46、46’),所述单摆(45)的摆动面与所述丝杆(42)的轴线相平行。
2.如权利要求1所述的前后串列式自平衡车,其特征在于:所述配重块(44)的下端部设置有若干个球型腔体,所述球型腔体内设置有滚珠(441),所述滚珠(441)与所述壳体(41)的底板滚动摩擦。
3.如权利要求1所述的前后串列式自平衡车,其特征在于:所述后轮(3)包括中空的轮毂(31),所述轮毂(31)内部设置有截面为半圆形的配重腔(32),所述配重腔(32)的上端面盖板(320)上设置有轴座(33),所述轴座(33)内设置有轮轴(34),所述轮轴(34)的两端分别通过左、右轴承(35、35’ )与所述轮毂(31)的两个侧面板活动连接,所述轮轴(34)的两个自由端延伸至所述轮毂(31)以外;所述轴座(33)上还固定有电机座(36),所述电机座(36)内连接有行走电机(37),所述行走电机(37)的动力输出轴上固定有电机轴齿轮(370),所述轮毂(31)的一个侧面板的中心设置有输出齿轮(310),所述电机轴齿轮(370)与所述输出齿轮(310)传动连接;所述右轴承(35’ )嵌套在所述输出齿轮(310)的内腔内。
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