一种基于姿态控制的轮滑式代步机器人的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电动代步装置技术领域，更具体地，设及一种基于姿态控制的轮滑式 代步机器人。
【背景技术】
[0002] 现代交通工具非常发达，对于远程交通可W通过汽车、飞机实现，对于短程交通则 有自行车电动车供广大群众使用。现今交通出行提倡绿色出行，因此电动交通工具因其低 碳环保、非人力驱动从而得到快速发展，现在市面上新出现的各种电动代步车就是运类交 通工具发展的成果。
[0003] 电动轮滑鞋是一种集合电动代步车和轮滑运动的交叉产物，其作为一种代步出行 的交通工具的同时也为使用者提供轮滑运动的娱乐体验。
[0004] 在中国发明专利申请公开说明书CN103263767 A中公开了一种代步电动轮滑鞋， 电池装载于鞋体底部。鞋体为=轮结构，前端两轮为驱动轮，后端为伏地轮，通过脚对踏板 上的力作用调整前进后退速度，同时通过左右摆动赋予伏地轮径向力使轮滑鞋运动方向转 动。
[0005] 上述轮滑鞋代表着普遍的设计与控制方式，但是通过力传感器感应脚部作用力控 制轮滑鞋运动的方式仍有不足之处，避开传感器精度不谈，首先人在轮滑上运动的时候脚 部对鞋的作用力会随运动改变，如此便不能保证轮滑鞋的稳定运动；其次是该类电动轮滑 需要通过脚部作用提供后轮径向力从而改变轮滑运动方向，该转向方式难W精确控制。因 此，运类基于力控的电动轮滑控制方式并没有达到完全的代步功能，同时也需要使用者具 有一定的普通轮滑操作经验。
[0006] 在中国实用新型专利说明书CN202219076 U中公开了一种电动轮滑装置，该轮滑 装置的一点改进之处在于将电动轮滑的驱动电源、控制单元与轮滑车体分离，从而提供了 一种系统结构W实现除了力控W外的控制方式，同时简化了轮滑鞋的结构。但是专利中各 单元的连接采用有线方式，因此在实际使用中会因为线的复杂导致运动受到束缚。
[0007] 因此设计一款结构简单、安全便捷的电动轮滑鞋将是此类产品的发展趋势，其势 必为短途旅行提供较大的便利和娱乐性。
【发明内容】
[0008] 本发明主要为了解决脚部作用力控制电动轮滑鞋运动的控制方式所带来的操作 复杂性问题，提出一种基于姿态控制的轮滑式代步机器人，从而能代替电动轮滑鞋并使之 更为便捷安全、操作方便，结构更为简单，同时也为电动轮滑鞋的发展提供一种新型策略。
[0009] 本发明提出的轮滑式代步机器人包括：
[0010] 轮滑鞋体，共有两个轮滑鞋体供使用者左右脚操作，其实质为四轮移动平台，左右 两侧各有一个直径为96mm的包胶驱动轮，前后部各安装一个小脚万向轮，鞋体内部为控制 电路板与驱动电路板，通过电路控制带有数字编码器的两个石墨电刷直流电机驱动左右两 侧驱动轮转动，根据不同的速度组合可w实现移动平台的前后左右移动。轮滑鞋由钢材制 成，整体质量为5. 8kg，在达到载重要求的同时也能使鞋体更为牢靠，便于拆卸维修。
[0011] 便携电源，为可充电电源，能为左右两个轮滑鞋体提供24V电压驱动，其外形为长 方体铁质容器，通过两根可收缩弹黃电源线与轮滑鞋体电源线相连，容器上带有开关及能 够显示当前电压示数的数码管，能提醒使用者及时充电。
[0012] 控制单元，控制单元由ARM开发板组成，可W对轮滑鞋体的内部控制电路板发送 命令控制轮滑鞋体的启动/关闭和驱动轮转动。
[0013] 进一步的，通过无线运动捕捉传感器（Wireless Standalone Sensing System, WSS巧可W实现代步轮滑机器人的姿态控制，该传感器集成S轴加速度传感器、巧 螺仪和磁场强度传感器于一身，可W实时测得传感器自身坐标系相对与大地坐标系的转动 欧拉角。将WSSS传感器放置于操作者身上便可W判断操作者上身前倾/后仰、转身姿态W 及两腿之间的距离，从而相对应改变轮滑式代步机器人的运动状态W实现姿态控制。
[0014] 进一步的，WSSS通过2. 4G无线技术将欧拉角信息传递至控制单元，通过控制单元 对相关信息的计算得到轮滑鞋体运动控制命令，使用无线蓝牙串口将控制命令传送至轮滑 鞋体内部控制电路。
[0015] 进一步的，在轮滑鞋体踏板下四角放置四个线性压力传感器可实时监测踏板上的 压力分布变化，轮滑鞋体内部放置对应信号调理电路板将压力模拟信号调理输入至控制电 路板转化为数字信号，通过对相关数字信息的处理获得压力分布信息，从而可W判断使用 者双脚站位并实现系统启动/关闭和紧急制动的功能。
[0016] 本轮滑式代步机器人优点在于能够实现电源与轮滑鞋体的分离，不同于附在电动 鞋上的电源，此举能够简化轮滑鞋体结构。无线技术的加入则进一步简化了轮滑系统的结 构。同时使用姿态控制的方法代替常用的脚步作用力控制，从而实现完全的代步功能，令轮 滑式代步机器人的控制更为精确，操作更为简单，适用于普遍大众的娱乐与短程出行使用。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明轮滑式代步机器人体正面示意图（除去顶层安装板）；
[0018] 图2为本发明轮滑式代步机器人体侧面示意图；
[0019] 图3为本发明轮滑式代步机器人轮滑鞋体背面示意图（除去底部安装板）；
[0020] 图4为本发明轮滑式代步机器人轮滑鞋体顶层安装板和底部安装板示意图；
[0021] 图5为本发明轮滑式代步机器人便携电源示意图；
[0022] 图6为本发明轮滑式代步机器人通信控制装置示意图，其中（a)为内部电路结构 化）为外壳结构；
[0023] 图7为本发明轮滑式代步机器人所使用的WSSS传感器示意图；
[0024] 图8为本发明轮滑式代步机器人的控制系统结构图；
[00巧]图9为本发明轮滑式代步机器人所使用的WSSS姿态检测系统示意图；
[0026] 图10为本发明轮滑式代步机器人（a)操作者前倾/后仰示意图化）操作者转身 示意图（C)轮滑鞋体转弯数学模型示意图；
[0027] 图11为本发明轮滑式代步机器人轮滑鞋体前进/后退运动示意图（a)正常状态 化）反常状态；
[0028] 图12为本发明轮滑式代步机器人通信控制中屯、板程序流程图；
[0029] 图13为本发明轮滑式代步机器人轮滑鞋体控制板程序流程图。
【具体实施方式】
[0030] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所设及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可W相互组合。
[0031]本轮滑式代步机器人轮滑鞋体结构如图1、图2、图3、图4所示，轮滑鞋的主体骨架 由顶层安装板1、中间安装板2和底部安装板3构成。中间安装板2正面四角处安装有四个 滑柱4,通过六角螺丝可将顶层安装板1固定于滑柱4上。中间安装板2正面四角处亦安装 了四个传感器安装座5,可将四路压力传感器固定于传感器安装座5上，本设计中令滑柱4 的高度略低于压力传感器6安装在传感器安装座5上的高度，如此可令操作者对顶层安装 板的作用力完全分布于四路压力传感器6上。
[0032] 中间安装板2背面前后两端安装有轴承座7,将小脚轮8安装于轴承座7上作为 承重万向轮。在承重万向轮附近安装有直流无刷电机9,与减速箱、齿轮箱构成一套电机驱 动系统。电机一端安装数字编码器10,另一端在电机轴上安装有电机联轴器11，电机联轴 器11为齿轮型结构。直流无刷电机9通过电机安装座12固定于中间安装板背面。中间安 装板2背面左右两侧安装着驱动轮16,并分别通过两个驱动轮安装座13固定于安装板上。 驱动轮轴上安装有驱动轮联轴器14并固定在两个驱动轮安装座13之间，该驱动联轴器14 亦为齿轮型结构。因此通过将齿轮型履带15套在电机联轴器11和驱动轮联轴器14之上 可W实现电机9和驱动轮16的联动，通过控制电机转动速度便能控制驱动轮16的转动速 度。驱动轮