一種雙輪自平衡車及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙輪自平衡車，包括操縱桿和底盤，底盤上設有轉(zhuǎn)向機構(gòu)、控制單元和兩塊驅(qū)動板及電池，所述底盤兩側(cè)對稱固定連接有輪轂電機；所述轉(zhuǎn)向機構(gòu)的一端連接所述操縱桿的末端將其固定在所述底盤上，另一端連接所述控制單元的電位器；所述控制單元連接控制所述兩塊驅(qū)動板，所述兩塊驅(qū)動板分別各自連接驅(qū)動所述輪轂電機?？刂茊卧腟TM32微處理器采集MPU6050傳感器和電位器輸入的信號，經(jīng)過內(nèi)部算法處理，將指令傳給左右兩塊驅(qū)動板，進而控制左右輪轂電機。其優(yōu)點是控制方便準確、反應靈敏、拆裝方便、精簡美觀、成本低廉。
【專利說明】
一種雙輪自平衡車及其方法
技術(shù)領域
[0001]本發(fā)明屬于電動車技術(shù)領域，具體涉及一種雙輪自平衡車及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]機器人在當今社會的應用越來越廣泛，早在上個世紀六十年代，就已經(jīng)開始了對機器人的研究。移動機器人是一個集環(huán)境感知、動態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)。雙輪自平衡車作為一種特殊的輪式移動機器人，其概念是在二十世紀八十年代提出。
[0003]自平衡小車的原理是倒立擺系統(tǒng)。通過采集平衡傳感器以及速度、加速度傳感器的數(shù)據(jù)，建立的系統(tǒng)數(shù)學模型和控制算法，實現(xiàn)自動控制電機的轉(zhuǎn)矩，使車體保持平衡并能夠根據(jù)人體重心的偏移而自動調(diào)整。
[0004]現(xiàn)有的自平衡車大多采用一體化安裝，拆裝不便，不易維修。同時，將大部分零部件安置于底盤上表面，既不方便使用者站立，又增加了自平衡車的不穩(wěn)定。復雜的懸架系統(tǒng)導致造價太高。這些問題與缺陷都亟待解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種雙輪自平衡車及其方法，控制準確、精簡美觀、拆裝方便、成本低廉。
[0006]技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0007]—種雙輪自平衡車，包括操縱桿和底盤，所述底盤上設有轉(zhuǎn)向機構(gòu)、控制單元和兩塊驅(qū)動板及電池，所述底盤兩側(cè)對稱固定連接有輪轂電機；
[0008]所述控制單元包括相互連接的微處理器、傳感器和電位器；
[0009]所述操縱桿通過所述轉(zhuǎn)向機構(gòu)連接固定在所述底盤上，所述操縱桿的末端連接所述電位器；
[0010]所述控制單元連接控制所述兩塊驅(qū)動板，所述兩塊驅(qū)動板分別各自連接驅(qū)動所述輪轂電機。
[0011]進一步的，所述電控板上集成了微處理器、傳感器，固定在所述底盤上。
[0012]進一步的，所述電控板和底盤保持平行且固定，并隨著所述底板的俯仰變化而變化。
[0013]進一步的，所述電位器通過電位器固定塊固定在所述底盤上，與所述轉(zhuǎn)向機構(gòu)連接；
[0014]所述電位器固定塊為由水平底座與垂直支撐組合形成的L型結(jié)構(gòu)，所述水平底座與所述底盤固連，所述垂直支撐上開一圓孔，所述圓孔與所述電位器匹配，所述電位器的一端卡扣固定在所述圓孔中。
[0015]進一步的，所述微處理器為STM32微處理器;所述傳感器為MPU6050傳感器，包括陀螺儀和加速度計。
[0016]進一步的，所述兩個輪轂電機車輪通過兩個輪轂電機軸固定塊對稱固定在所述底盤兩側(cè);所述底盤及輪轂電機軸固定塊的中心線與所述輪轂電機的軸線處于同一垂直平面上；
[0017]所述輪轂電機軸固定塊為一方塊結(jié)構(gòu)，底部與底盤固定，分為頭部與尾部，所述頭部與尾部中間設有凹槽空隙；所述尾部為一塊狀結(jié)構(gòu)，與所述頭部的內(nèi)部中間沿同一軸線設有一貫穿的圓形通孔，與所述輪轂電機的軸配合;所述輪轂電機的軸貫穿所述圓形通孔，與所述塊狀結(jié)構(gòu)固連；
[0018]所述頭部的圓形通孔的一側(cè)至所述輪轂電機軸固定塊的外側(cè)為中空結(jié)構(gòu)形成槽
□ O
[0019]進一步的，所述轉(zhuǎn)向機構(gòu)、控制單元和兩塊驅(qū)動板及電池均固定于所述底盤的下方。
[0020]進一步的，所述底盤的中心線與所述輪轂電機的軸線處于同一垂直平面上，所述電控板、電池及輪轂電機軸固定塊沿著所述軸線對稱設置。
[0021 ] 一種雙輪自平衡車的方法，包括以下步驟:
[0022]D操控轉(zhuǎn)動操縱桿；
[0023]2)所述電位器隨所述轉(zhuǎn)動操縱桿轉(zhuǎn)動，并且采集其轉(zhuǎn)向信號；
[0024]3)所述傳感器采集動力信號，包括速度、加速度、角速度、角加速度信號；
[0025]4)所述電控板上的微處理器接收所述傳感器和電位器輸入的信號，經(jīng)過內(nèi)部算法處理，再將指令傳給兩塊驅(qū)動板，進而控制兩個輪轂電機。
[0026]進一步的，所述傳感器的正方向與行駛方向一致。
[0027]有益效果:本發(fā)明提供的雙輪自平衡車及其方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)勢:控制準確、精簡美觀、拆裝方便、成本低廉，且結(jié)構(gòu)簡單，模塊化設計拆裝方便。另外，還采用STM32芯片和MPU6050傳感器以及電位器控制迅速準確。
【附圖說明】
[0028]圖1為雙輪自平衡車整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2為雙輪自平衡車底部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3為電位器固定塊的三視圖及平面展開圖；
[0031]圖4為輪轂電機軸固定塊的三視圖；
[0032]圖5為固定塊將車輪軸固定在底盤上示意圖；
[0033]圖6為電位器固定塊將電位器固定在底盤上示意圖。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0035]如圖1、2所示為一種雙輪自平衡車，包括操縱桿2和底盤6，所述底盤6上設有轉(zhuǎn)向機構(gòu)3、控制單元和兩塊驅(qū)動板11、12及電池13，所述底盤6兩側(cè)對稱固定連接有輪轂電機7、8作為車輪；
[0036]其中，控制單元包括相互連接的STM32微處理器、MPU6050傳感器和電位器4，STM32微處理器、MPU6050傳感器集成在一塊電控板14上，通過銅螺柱固定在所述底盤6上。電控板14和底盤6保持平行且固定，并隨著所述底板6的俯仰變化而變化。
[0037]轉(zhuǎn)向機構(gòu)3的一端連接所述操縱桿2的末端將其固定在所述底盤6上，另一端連接電位器4;電位器4連接控制所述兩塊驅(qū)動板11、12，所述兩塊驅(qū)動板11、12分別各自連接驅(qū)動所述輪轂電機7、8。電池13懸掛于底盤6下方的盒子中，兩塊驅(qū)動板11、12通過銅螺柱固定于所述底盤6的下方，同樣的，轉(zhuǎn)向機構(gòu)3、控制單元和均固定于所述底盤6的下方，降低重心。操縱桿2與手柄I相連，由使用者控制。
[0038]電位器4通過電位器固定塊5固定在所述底盤6上，保證電位器4正常工作，與轉(zhuǎn)向機構(gòu)3連接，電位器4與轉(zhuǎn)向機構(gòu)3的末端保持固定，并隨著轉(zhuǎn)向機構(gòu)3的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。如圖3所示，電位器固定塊5為由水平底座與垂直支撐組合形成的L型結(jié)構(gòu)，其中水平底座與底盤6固連，水平底座上開一 U型槽是為了裝配調(diào)整；垂直支撐為頂角經(jīng)過圓角處理的三角形狀，其上開一圓孔，此圓孔與所述電位器4匹配，電位器4的一端卡扣固定在所述圓孔中，圓孔的目的是將電位器4固定，將電位器4卡在圓孔中。
[0039]操縱桿2呈L型，其末端軸與轉(zhuǎn)向機構(gòu)3的孔間隙配合固定在所述底盤6上。電位器4的另一端與操縱桿2的末端相連，采集操縱桿左右轉(zhuǎn)彎角度；同時一部分卡在電位器固定塊5的圓孔中。
[0040]兩個輪轂電機車輪通過兩個輪轂電機軸固定塊9、10對稱固定在所述底盤6兩側(cè)。如圖5所示，底盤6及輪轂電機軸固定塊9、10的中心線與所述輪轂電機7、8的軸線處于同一垂直平面上；
[0041 ]其中，所述輪轂電機軸固定塊9、10為一方塊結(jié)構(gòu)，底部與底盤6固定，6個螺釘穿過6個螺紋孔將輪轂電機軸固定塊9、10與底盤6固定；
[0042]如圖4所示，輪轂電機軸固定塊9、10分為頭部與尾部，所述頭部與尾部中間設有凹槽空隙;所述尾部為一塊狀結(jié)構(gòu)，所述尾部和所述頭部的內(nèi)部中間沿同一軸線設有一貫穿的圓形通孔，與所述輪轂電機7、8的軸過盈配合;所述輪轂電機7、8的軸貫穿此圓形通孔，與所述塊狀結(jié)構(gòu)固連;輪轂電機7、8的軸穿過輪轂電機軸固定塊9、10的圓形通孔。輪轂電機軸的末端本身就有螺紋，所以要用一個螺母在塊狀結(jié)構(gòu)與輪轂電機軸固定塊9、10的頭部的中間的凹槽空隙對軸進行軸向定位。
[0043]所述頭部的圓形通孔的一側(cè)至所述輪轂電機軸固定塊9、10的外側(cè)為中空結(jié)構(gòu)形成槽口。在槽口的上方有兩個螺紋孔，這兩個螺紋孔一方面是將輪轂電機軸固定塊9、10與底盤6固定，另一方面也是控制槽口的開口大小，將螺紋擰緊一些，可以讓槽口產(chǎn)生微小形變，從而對軸進行軸向和徑向固定。這只是出于保險起見，防止圓形通孔的加工精度不夠，與所述輪轂電機7、8的軸配合，確保在孔的加工精度不高的情況下能順利與輪轂的軸配合。
[0044]如圖5所示，通過輪轂電機軸固定塊9、10，可以將輪轂電機7、8的軸牢固地固定在底盤6上。
[0045]實施例
[0046]—種雙輪自平衡車的方法，包括以下步驟:
[0047]I)通過轉(zhuǎn)動手柄I操控轉(zhuǎn)動與之連接的操縱桿2;
[0048]2)所述電位器隨所述轉(zhuǎn)動操縱桿2轉(zhuǎn)動，并且采集其轉(zhuǎn)向信號；
[0049]3)所述傳感器采集動力信號，包括速度、加速度、角速度、角加速度信號；
[0050]4)所述電控板14上的微處理器接收所述傳感器和電位器輸入的信號，經(jīng)過內(nèi)部算法處理，再將指令傳給兩塊驅(qū)動板11、12，進而控制兩個輪轂電機7、8。
[0051 ]在安裝過程中，要保證傳感器的正方向與行駛方向一致。
[0052]安裝過程中，可仿照圖5、6所示的安裝方法，也可采用其他安裝方法。安裝過程中，應保證零件對稱分布，如圖2所示，底盤6的中心線與輪轂電機7、8的軸線處于同一垂直平面上，電控板14、電池13及輪轂電機軸固定塊9、10沿著此軸線對稱設置，以保證平衡;驅(qū)動板
11、12質(zhì)量很小，可以不按對稱布置。
[0053]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出:對于本技術(shù)領域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種雙輪自平衡車，其特征在于:包括操縱桿(2)和底盤(6)，所述底盤(6)上設有轉(zhuǎn)向機構(gòu)(3)、控制單元和兩塊驅(qū)動板(11、12)及電池(13)，所述底盤(6)兩側(cè)對稱固定連接有輪轂電機(7、8)； 所述控制單元包括相互連接的電控板(14)和電位器(4); 所述操縱桿(2)通過所述轉(zhuǎn)向機構(gòu)(3)連接固定在所述底盤(6)上，所述操縱桿(2)的末端連接所述電位器(4); 所述電控板(14)連接控制所述兩塊驅(qū)動板(11、12)，所述兩塊驅(qū)動板(11、12)分別各自連接驅(qū)動所述輪轂電機(7、8)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙輪自平衡車，其特征在于:所述電控板(14)固定在所述底盤(6)上，所述電控板(14)上集成了微處理器、傳感器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙輪自平衡車，其特征在于:所述電控板(14)和底盤(6)保持平行且固定，并隨著所述底板(6)的俯仰變化而變化。4.根據(jù)權(quán)利要求1任一所述的雙輪自平衡車，其特征在于:所述電位器(4)通過電位器固定塊(5)固定在所述底盤(6)上，與所述轉(zhuǎn)向機構(gòu)(3)連接； 所述電位器固定塊(5)為由水平底座與垂直支撐組合形成的L型結(jié)構(gòu)，所述水平底座與所述底盤(6)固連，所述垂直支撐上開一圓孔，所述圓孔與所述電位器(4)匹配，所述電位器(4)的一端卡扣固定在所述圓孔中。5.根據(jù)權(quán)利要求2任一所述的雙輪自平衡車，其特征在于:所述微處理器為STM32微處理器;所述傳感器為MPU6050傳感器，包括陀螺儀和加速度計。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙輪自平衡車，其特征在于:所述兩個輪轂電機(7、8)通過兩個輪轂電機軸固定塊(9、10)對稱固定在所述底盤(6)兩側(cè);所述底盤(6)及輪轂電機軸固定塊(9、10)的中心線與所述輪轂電機(7、8)的軸線處于同一垂直平面上； 所述輪轂電機軸固定塊(9、10)為一方塊結(jié)構(gòu)，底部與底盤(6)固定，分為頭部與尾部，所述頭部與尾部中間設有凹槽空隙；所述尾部為一塊狀結(jié)構(gòu)，與所述頭部的內(nèi)部中間沿同一軸線設有一貫穿的圓形通孔，與所述輪轂電機(7、8)的軸配合;所述輪轂電機(7、8)的軸貫穿所述圓形通孔，與所述塊狀結(jié)構(gòu)固連； 所述頭部的圓形通孔的一側(cè)至所述輪轂電機軸固定塊(9、10)的外側(cè)為中空結(jié)構(gòu)形成槽口。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙輪自平衡車，其特征在于:所述底盤(6)的中心線與所述輪轂電機(7、8)的軸線處于同一垂直平面上，所述電控板(14)、電池(13)及輪轂電機軸固定塊(9、10)沿著所述軸線對稱設置。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙輪自平衡車，其特征在于:所述轉(zhuǎn)向機構(gòu)(3)、控制單元和兩塊驅(qū)動板(11、12)及電池(13)均固定于所述底盤(6)的下方。9.一種雙輪自平衡車的方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)操控轉(zhuǎn)動操縱桿(2); 2)所述電位器隨所述轉(zhuǎn)動操縱桿(2)轉(zhuǎn)動，并且采集其轉(zhuǎn)向信號； 3)所述傳感器采集動力信號，包括速度、加速度、角速度、角加速度信號； 4)所述電控板(14)上的微處理器接收所述傳感器和電位器輸入的信號，經(jīng)過內(nèi)部算法處理，再將指令傳給兩塊驅(qū)動板(11、12)，進而控制兩個輪轂電機(7、8)。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的雙輪自平衡車的方法，其特征在于:所述傳感器的正方向與行駛方向一致。
【文檔編號】B62K3/00GK105947041SQ201610319988
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月13日
【發(fā)明人】孫承棟, 許國樹, 閔劍, 蔡道清
【申請人】東南大學