一种改良电动平衡车的制作方法与工艺

本发明涉及一种改良电动平衡车，其承载人的两个平台可以相互扭动进而驱动行走。

背景技术：
电动平衡车，又叫体感车、思维车，其运作原理主要是建立在一种被称为“动态稳定”的基本原理上，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。目前的电动平衡车一般都具有一个操作杆；使用者站在平衡车的脚踏平台上对操作杆进行操作，从而前进、后退及停止，这样的控制也称“手控”。目前平衡车的脚踏平台一般是一块板状的平板，其在使用过程中始终是保持水平状态，无法相对转动，所以无法让使用者仅仅通过利用脚部即可对平衡车进行控制。

技术实现要素：
本发明为了克服现有技术的至少一个不足，提供一种改良电动平衡车。为了实现上述目的，本发明提供一种改良电动平衡车包括顶盖、底盖、内盖、转动机构、两个车轮、两个轮毂电机、多个传感器、电源和控制器。顶盖包括成对称设置且可相互转动的第一顶盖和第二顶盖。底盖和顶盖相固定，底盖包括成对称设置且可相互转动的第一底盖和第二底盖。内盖固定于顶盖及底盖之间，内盖包括成对称设置且可相互转动的第一内盖和第二内盖。转动机构固定于第一内盖和第二内盖的中间。两个车轮分别可转动地固定于内盖的两侧。两个轮毂电机分别固定于两个车轮内。多个传感器分别设置于底盖和内盖之间。电源固定于第一底盖和第一内盖之间。控制器固定于第二底盖和第二内盖之间，控制器电性连接多个传感器、电源和轮毂电机，控制器根据传感器传输的感测信号控制相应的轮毂电机驱动相应的车轮转动。所述传感器包括陀螺仪与加速度传感器，所述控制器接收加速度传感器和陀螺仪的感测信号以控制轮毂电机是否改变状态。根据本发明的一实施例，改良电动平衡车还包括两个踏板，踏板固定于顶盖和内盖。根据本发明的一实施例，踏板的上表面具有彼此间隔的摩擦条。根据本发明的一实施例，第一顶盖和第二顶盖分别具有缺口，第一内盖和第二内盖在与缺口相对应的位置分别具有凹陷，缺口和凹陷结合形成踏板空腔以容置踏板。根据本发明的一实施例，顶盖还具有二个提示板，两个提示板与控制器电性连接，其中一个提示板显示电源的剩余电量，另一个提示板显示改良电动平衡车的工作状态。根据本发明的一实施例，传感器还包括感应开关，感应开关感应使用者是否站立于改良电动平衡车上以开启或关闭，控制器接收感应开关的感测信号以控制轮毂电机是否工作。根据本发明的一实施例，感应开关为红外光电传感器。根据本发明的一实施例，改良电动平衡车还包括充电接口，充电接口设置于底盖。根据本发明的一实施例，改良电动平衡车还包括接口盖，接口盖遮盖充电接口。根据本发明的一实施例，改良电动平衡车还包括限位轴，设置于第一内盖和第二内盖的中间，限位轴处于第二内盖内的长度要长于处于第一内盖内的长度。根据本发明的一实施例，顶盖具有两个弧形凸起，两个弧形凸起分别位于两个车轮的上方且覆盖车轮的一部分，弧形凸起的宽度大于车轮的宽度。根据本发明的一实施例，进一步包括安装在第一内盖和第二内盖之间的限位轴，其中，限位轴的一端固定第一内盖，另一端伸入到第二内盖，第二内盖设置有与所述限位轴对应的限位槽，藉由所述限位轴与限位槽的配合，可限制第一内盖和第二内盖之间的最大转动角度。根据本发明的一实施例，转动机构进一步包括两个轴承和两个卡簧，所述轴承和轴套从外至内通过卡簧安装在该筒体内，所述两个轴承分别固定在所述第一内盖与第二内盖的筒体内，所述轴套转动固定在两个轴承内。轴承和轴套通过卡簧安装在筒体内。根据本发明的一实施例，车轮包括轮毂电机、轮体及轮胎，所述轮毂电机密封固定在轮体中，所述轮胎环绕所述轮体设置；改良电动平衡车进一步包括一连接件连接所述内盖与车轮，所述连接件固定在内盖，所述车轮进一步包括一固定轴自所述车轮中央位置延伸而出，与所述连接件固定连接。根据本发明的一实施例，固定轴为中空轴；改良电动平衡车还具有装饰灯，设置于底盖。根据本发明的一实施例，顶盖和底盖为塑料，内盖为铝合金。根据本发明的一实施例，改良电动平衡车还包括遥控器，控制器接收遥控器发出的控制信号。根据本发明的一实施例，控制器具有存储单元和校正单元，存储单元存储改良电动平衡车的初始平衡状态，校正单元对改良电动平衡车的当下平衡状态进行校正。综上所述，本发明独特地在改良电动平衡车的顶盖和底盖之间设置有内盖，使得改良电动平衡车的整个结构更加牢固，同时也对车体内部的电子元件提供保护作用。另外，内盖和底盖之间形成固定电子元件的空间，使得电子元件的安装更加紧凑。通过将电源和控制器分别设置在车体的两个部分内，使得一个电源和一个控制器就可同时控制两个轮毂电机，装配更简单，布线更方便，也更加节省空间，同时也使得车体两侧的重量更加均衡，增加车体的自平衡性。本发明的车轮位于车体的左右两侧边缘位置，这样可使用较大尺寸的车轮，相对车轮安装在底盖底部的现有平衡车，其运动行程及速度优势明显。另外，本发明采用轮毂电机，将电机直接安装在车轮内，使得改良电动平衡车的结构更加紧凑，相比单独安装电机的平衡车，更加节省空间，整个装置更加小巧。为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。附图说明图1所示为根据本发明第一实施例提供的改良电动平衡车的剖视图；图2所示为根据本发明第一实施例提供的改良电动平衡车的爆炸示意图；图3所示为根据本发明第一实施例提供的改良电动平衡车的示意图；图4所示为根据本发明第一实施例提供的改良电动平衡车的另一角度的示意图；图5所示为根据本发明第一实施例提供的改良电动平衡车的部分功能方块图；图6所示为根据本发明第一实施例提供的横向截面剖视示意图。图7所示为根据本发明第一实施例提供的部分结构示意图。图8所示为根据本发明第一实施例提供的感应开关示意图。图9所示为根据本发明第二实施例提供的改良电动平衡车的示意图。具体实施方式请一并参考图1-8，本实施例中的改良电动平衡车100包括顶盖1、内盖2、底盖3、两个轮毂电机4、两个车轮50、转动机构60、多个传感器80、电源81和控制器82，控制器具有存储单元821和校正单元822，存储单元存储改良电动平衡车的初始平衡状态，校正单元对改良电动平衡车的当下平衡状态进行校正。所述轮毂电机4分别设置于两个车轮50内。顶盖1及底盖3可相互固定，所述内盖2固定在所述顶盖1与底盖3之间，所述顶盖1包括成对称设置且可相互转动的第一顶盖11与第二顶盖12，所述底盖3包括成对称设置且可相互转动的第一底盖31与第二底盖32。顶盖，包括成对称设置且可相互转动的第一顶盖和第二顶盖；底盖，和顶盖相固定，所述底盖包括成对称设置且可相互转动的第一底盖和第二底盖；内盖，固定于顶盖及底盖之间，所述内盖包括成对称设置且可相互转动的第一内盖和第二内盖；转动机构，固定于所述第一内盖和第二内盖的中间；两个车轮，分别可转动地固定于内盖的两侧；两个轮毂电机，分别固定于两个车轮内；多个传感器，设置于所述底盖和内盖之间；电源，固定于第一底盖和第一内盖之间。所述顶盖1包括成对称设置且可相互转动的第一顶盖11和第二顶盖12。当改良电动平衡车100位于使用状态时，顶盖1处于最顶部。第一顶盖11可为左顶盖，第二顶盖12可为右顶盖。然而，本发明对此不作任何限定。当改良电动平衡车100被水平调转180度时，第一顶盖11即变成右顶盖，第二顶盖12即变成左顶盖。所述第一顶盖11和第二顶盖12的形状基本相同，且所述第一顶盖11和第二顶盖12在转动机构60的作用下能发生相对转动。所述第一顶盖11和第二顶盖12朝外的部分分别延伸出两个弧形凸起15，两个弧形凸起15分别位于两个车轮50的上方且覆盖部分车轮50。于第一实施例中，弧形凸起15的宽度W1大于车轮50的宽度W2，从而使弧形凸起15能完全遮住车轮50的顶部。通过这种设置，弧形凸起15能有效阻挡车轮50在行走时溅起的泥水。同时，也避免了垂吊物(例如使用者身上衣服过长的腰带)在行进过程中被意外卷入车轮中导致使用者受伤的可能，提高了平衡车100的安全性。然而，本发明对此不作任何限定。譬如，于其它实施例中，弧形凸起15还可采用两头窄中间宽的设计。所述第一顶盖11和第二顶盖12朝内的部分相连形成“X”形，且在最内端的位置具有二个提示板13。所述提示板13与控制器82电性连接，其中一个提示板13显示电源81的剩余电量，另一个提示板13显示改良电动平衡车100的工作状态，另外，在电源81上设有充电接口87。于实际应用中，在每个提示板13上均具有一个透明外罩14以保护提示板13并且方便使用者阅读。显示工作状态的提示板13可以根据改良电动平衡车100的不同模式，譬如低速模式、高速模式、正常系统状态、锁机状态等，从而显示不同的图标(譬如电池的图标等)以让使用者直观、清楚地了解平衡车100的工作状态。所述底盖3和顶盖1相对应，相互配合固定。所述底盖3和顶盖1的固定方式不限，于实际应用中，顶盖1和底盖3可通过卡扣、螺丝、滑槽等固定方式固定在一起。所述底盖3包括成对称设置且可相互转动的第一底盖31和第二底盖32。第一底盖31和第二底盖32的形状基本相同，第一底盖31和第二底盖32在转动机构60的作用下能发生相对转动。第一底盖31和第二底盖32朝内的部分相连形成“X”形。同样地，第一底盖31可为左底盖，第二底盖32可为右底盖。当改良电动平衡车100被水平调转180度时，第一底盖31即变成右底盖，第二底盖32即变成左底盖。于本实施例中，底盖3设置有两个装饰灯33，在增加美观的同时也可起到照明作用。装饰灯33的外壳可设置为透明以透过光亮。于实际应用中，装饰灯33与连接控制器82电性连接，从而在控制器82的控制下通过不同的显示状态反映改良电动平衡车100的行驶状态以对周围的人产生提醒，提高了使用的安全性。譬如，当平衡车100前进时，装饰灯33可常亮；当平衡车100后退时，装饰灯33可闪烁；当平衡车100向左转时，位于左边的装饰灯33可闪烁或常亮，位于右边的装饰灯33可不亮；当平衡车100向右转时，位于右边的装饰灯33可闪烁或常亮，位于左边的装饰灯33可不亮。本发明对装饰灯33的点亮状态不作任何限定。所述内盖2设置于顶盖1及底盖3之间，与顶盖1、底盖3共同形成本发明的改良电动平衡车100的框架，当顶盖1和底盖3固定在一起后，内盖2将被包覆在车体的内部而不外露。当改良电动平衡车100位于使用状态时，底盖3处于最底部。所述内盖2左右两侧边缘位置则固定纵向安装的轮毂电机4，所述内盖2的中间位置安装有转动机构60并可绕转动结构60转动。即，所述内盖2相对的两端与所述轮毂电机4固定连接，而所述内盖2通过转动结构60实现转动。当使用者站立在站立在内盖2时，所述轮毂电机4通过传感器80感测到内盖2的转动信息，即使用者身体的倾斜信息，从而进行转动。进一步地，所述内盖2包括成对称设置的第一内盖21和第二内盖22。第一内盖21和第二内盖22的形状基本相同，第一内盖21和第二内盖22在转动机构60的作用下能发生相对转动。于其它实施例中，第一内盖21和第二内盖22可为相互分离且独立的部件。同样地，第一内盖21可为左内盖，第二内盖22可为右内盖。当改良电动平衡车100被水平调转180度时，第一内盖21即变成右内盖，第二内盖22即变成左内盖。于本实施例中，改良电动平衡车100还包括两个踏板5，所述两个踏板5分别固定于顶盖1和内盖2。为了使得使用者在行进过程中站立更稳，本实施例中的平衡车100的踏板5的上表面具有彼此间隔的摩擦条51以增加摩擦力。为了固定踏板5及减少平衡车100整体的体积，第一顶盖11和第二顶盖12分别具有缺口16，第一内盖21和第二内盖22在与缺口16相对应的位置分别具有凹陷23，缺口16和凹陷23相互结合形成踏板空腔(图2中未画出)以容置踏板5。于实际应用中，缺口16在顶盖1为通孔，凹陷23在内盖2上为盲孔，缺口16和凹陷23的形状和踏板5相互匹配。踏板空腔为缺口16和凹陷23结合在一起形成的具有底面和侧壁的容置空间。所述踏板5向外延伸出一弹性U型外缘，该弹性U型外缘的开口面向顶盖1，而所述地顶盖1的缺口16则向面向内盖2延伸出一凸缘，所述凸缘与所述弹性U型外缘对应。当所述顶盖1与内盖2安装在一起时，所述凸缘嵌入到U型外缘，从而使得所述踏板5限定在顶盖1与内盖2之间，不容易脱离平衡车100，且藉由该弹性U型外缘对所述顶盖1进行密封，从而使得外界的杂质或水滴渗入到平衡车100内部。可以理解，为加强平衡车100的密封性能，所述凸缘可固定在U型外缘中，固定方式不限，可包括胶水粘结，热压熔化后粘接。进一步地，所述踏板5沿靠近内盖2的方向延伸出多个触发柱5a，而所述内盖2上设置有多个与所述触发柱对应的阻挡件86，当使用者未站立在该踏板5时，所述触发柱与所述阻挡件86处于断开状态，所述轮毂电机4处于工作停止状态，而当所述使用者站立在该踏板5时，所述触发柱与所述阻挡件86处于结合状态，从而使所述轮毂电机4处于工作开启状态，并接收使用者的身体倾斜信息。在使用时，踏板5直接承载使用者。内盖2作为整个平衡车100内部的骨架，间接承受踏板5传递的使用者的重量，避免了内盖2和底盖3之间的电子元件受到使用者重量的挤压。因此，整个改良电动平衡车100将更加牢固和结实，并且也保护了其中的电子元件，使得改良电动平衡车100的运行更加稳定且使用寿命更长。优选地，内盖2为铝合金，因此强度更高，结构更加稳固。顶盖1和底盖3为塑料，在减轻整个车体重量的同时，也方便对车体的外观进行喷涂着色等工艺，并起到防污、防水的作用。现有技术中的改良电动平衡车，因为没有内盖2，内部的电子元件直接承受使用者的重量，并且因为平衡车行进时产生的晃动，很容易出现自动断电的情况，使用者在使用时就容易发生摔倒。本发明的改良电动平衡车100恰恰解决了该技术问题。所述转动机构60固定于第一内盖21和第二内盖22的中间。于第一实施例中，转动机构60包括一个轴套62、两个轴承61和两个卡簧63，轴套62两端分别固定在第一内盖21和第二内盖22的内端，轴承61固定在轴套62上并通过卡簧63固定在内盖2上，这样内盖2的左右两个内盖就可在转动机构60的配合下转动。通过设置这种转动机构60，改良电动平衡车100的两部分车体都能够自由实现相对转动。为了安装上述转动机构60，可在第一内盖21和第二内盖22朝内的端头设计圆柱形的筒体24，轴套62和轴承61从外至内通过卡簧63安装在该筒体24内。换而言之，所述第一内盖21与第二内盖22相对的两端设置有筒体24，所述轴承61设置在所述筒体24内并可与所述筒体24内壁相对转动，即通过轴承61使第一内盖21与第二内盖22转动连接。所述轴套62可设置在所述轴承61之间，以使轴承61转动时摩擦更小。为限制轴承61沿轴套62轴向移动，使所述轴承61相对的两端均伸出所述筒体24，并通过卡簧63固定。为了限制第一内盖21和第二内盖22之间的相对转动角度过大，改良电动平衡车100还包括进一步包括安装在第一内盖和第二内盖之间的限位轴7，其中，限位轴的一端固定第一内盖，另一端伸入到第二内盖，第二内盖设置有与所述限位轴对应的限位槽221，藉由所述限位轴与限位槽的配合，可限制第一内盖和第二内盖之间的最大转动角度。还有，车轮包括轮毂电机、轮体及轮胎，所述轮毂电机密封固定在轮体中，所述轮胎环绕所述轮体设置；改良电动平衡车进一步包括一连接件41连接所述内盖与车轮，所述连接件固定在内盖，所述车轮进一步包括一固定轴自所述车轮中央位置延伸而出，与所述连接件固定连接。所述固定轴为中空轴。当所述第一内盖21与第二内盖22相对转动时，藉由所述限位轴7与限位槽的配合，限位槽可限制第一内盖21和第二内盖22之间的最大转动角度。限位槽为弧形限位槽。两个车轮50分别可转动地固定于内盖2的两侧，两个轮毂电机4分别固定于两个车轮50内。轮毂电机4又称车轮内装电机，是将动力整合到轮毂内的，因此省略了大量的传动部件，让平衡车的结构更简单，获得更好的空间利用率，同时传动效率得到提高。由于轮毂电机4具备单个车轮独立驱动的特性，可以通过左右车轮50的不同转速甚至反转实现类似履带式车辆的差动转向，大大减小车辆的转弯半径，在特殊情况下几乎可以实现原地转向。所述多个传感器80设置于底盖3和内盖2之间，且固定在内盖2上。具体而言，一半的传感器80设置于第一底盖31和第一内盖21之间，另一半的传感器80设置于第二底盖32和第二内盖22之间。电源81固定于第一底盖31和第一内盖21之间。控制器82固定于第二底盖32和第二内盖22之间。本发明只需一个电源81和一个控制器82就可同时控制两个轮毂电机4，装配更加简单，布线更加方便，也便于改良电动平衡车100售出后的返厂维修。并且电源81和控制器82分别设置在车体的两半部分内，更加节省空间，也使得整个车体的结构更加紧凑。连接件41包括与内盖连接的连接架和与车轮连接的连接轴，连接架与连接轴周向固定，连接轴能相对车轮转动。连接架与连接轴之间设有周向定位结构。该周向定位结构包括设置在连接轴上的定位平面，在连接架上设有与定位平面相吻合的定位面。于本实施例中，传感器80包括陀螺仪83、感应开关84和加速度传感器85。由于实际应用中，为使得整个装置内部元件模组化，因此加速度传感器85和陀螺仪83设置于同一块电路板上，且该电路板固定在内盖2上。图2由于视角原因只能看到电路板的正面，加速度传感器85和陀螺仪83(图2中以虚线表示)于实际使用中设置于电路板的背面。控制器82电性连接多个传感器80、电源81和轮毂电机4，控制器82根据传感器80传输的感测信号控制相应的轮毂电机4驱动相应的车轮50转动。感应开关84感应使用者是否站立于改良电动平衡车100上以开启或关闭，控制器82接收感应开关84的感测信号(即开启或关闭信号)以控制轮毂电机4是否工作，控制器82接收加速度传感器85和陀螺仪83的感测信号以控制轮毂电机4是否改变状态。于第一实施例中，感应开关84为红外光电传感器。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，感应开关84可为微波感应开关、超声波感应开关或其它任何能实现相同功能的感应开关。于本实施例中所述感应开关84面向阻挡件86具有开口，所述开口相对的侧壁分别为红外感应发射区域和接收区域，当使用者踩踏上踏板5后，所述阻挡件86伸入到所述感应开关84的开口中，所述阻挡件86会阻挡红外光电传感器的红外感应区，红外光电传感器因此开启。控制器82接收到感应开关84发出的开启信号，因此驱动轮毂电机4进行工作。现有技术的平衡车均是一开机车轮就开始自转，使用者无法轻松地站立在平衡车上。当使用者从平衡车上下来后，车轮也没有停止转动，必须要按下电源开关整个车轮才会停止转动，具有非常大的潜在危险，使用也非常不方便。本实施例的改良电动平衡车100并不是一开机轮毂电机4就工作，而是通过感测使用者是否站立于踏板5上从而驱动车轮50，避免了现有技术中平衡车盲目转动的情况，大大提高了使用的安全性。另一方面，本实施例的改良电动平衡车100是通过感测踩踏后才实现自动平衡而不是打开电源就平衡，能保证车体安全，车体的转动小，避免现有技术中开启电源后立即自平衡会发生车体平衡点不对，车体旋转导致使用者无法平衡的问题。加速度传感器85和陀螺仪83共同检测平衡车100的运动状态，譬如检测平衡车100的加速度和角速度等。控制器82根据加速度传感器85和陀螺仪83传递的感测信号驱动轮毂电机4，从而决定平衡车100是否要改变方向或速度。加速度传感器85和陀螺仪83的检测技术为现有技术，在此不再赘述。于本实施例中，改良电动平衡车100还包括U形固定件9。传感器80和阻挡件86均固定于U形固定件9。为使整个装置的电子元件的安装都实现模块化，便于装配、布线和后期的维修，所述U形固定件9通过其侧壁固定在内盖2上，而设置有传感器80和阻挡件86的电路板则设置在U形固定件9的底部，所述传感器80的感应开关84分别设置在U形固定件9电路板靠近U形固定件9侧壁的两端，从而使得感应开关84可与踏板5的触发柱对应。同时，所述U形固定件9的底部具有一开口，用于供所述电路板的外接电线通过。于使用中，使用者利用脚部的力驱动车体的一部分或者两部分一起扭转，进而使传感器80发出感测信号给控制器82，控制器82依据内部的控制程序驱动轮毂电机4运转，进而让使用者转弯、朝前或者朝后运动，因此实现“脚控”，使用更加方便，控制更加灵活。本发明的控制器82如何控制平衡车达到自平衡状态并且控制车轮50前进、后退或者转弯属于现有技术，在此不展开赘述。具体可参考目前已经公开的平衡车控制方法及各家平衡车生产企业采用到的控制技术。如中国专利申请号201320050547.3，专利名称为智能平衡车平衡控制装置及智能平衡车，这个控制装置即可为本实施例中的控制器82。或者如中国专利申请号201220367045.9，专利名称为使用CPLD控制平衡车电机的电路控制装置中描述的。当然，在实际应用中，还可选用其它控制装置及控制方法，如中国专利申请号201310516158.X，专利名称为两轮自平衡车控制方法中描述的控制方法。请参考图9。第二实施例中的改良电动平衡车200和第一实施例中的改良电动平衡车100的唯一区别在于改良电动平衡车200还包括遥控器210，控制器接收遥控器210发出的控制信号。通过设置遥控器210，可以实现对改良电动平衡车200的远程控制。遥控器210上可设置开机按钮和校正按钮等，本发明对此不作任何限定。改良电动平衡车200还包括接口盖220，接口盖220遮盖充电接口。接口盖220可防止改良电动平衡车300运行时溅起来的泥水污染充电接口甚至进入车体内部。综上所述，本发明独特地在改良电动平衡车的顶盖和底盖之间设置有内盖，使得改良电动平衡车的整个结构更加牢固，同时也对车体内部的电子元件提供保护作用。另外，内盖和底盖之间形成固定电力驱动系统的空间，使得电子元件的安装更加紧凑。通过将电源和控制器分别设置在车体的两个部分内，使得一个电源和一个控制器就可同时控制两个轮毂电机，装配更简单，布线更方便，也更加节省空间，同时也使得车体两侧的重量更加均衡，增加车体的自平衡性。本发明的车轮位于车体的左右两侧边缘位置，这样可使用较大尺寸的车轮，相对车轮安装在底盖底部的现有平衡车，其运动行程及速度优势明显。另外，本发明采用轮毂电机，将电机直接安装在车轮内，使得改良电动平衡车的结构更加紧凑，相比单独安装电机的平衡车，更加节省空间，整个装置更加小巧。虽然本发明已由较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟知此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所要求保护的范围为准。