一种脚控电动平衡车的制作方法

本发明涉及平衡车领域，特别涉及一种脚控电动平衡车。

背景技术：

两轮平衡车是一种典型的非均衡，非线性，欠驱动的系统，目前两轮平衡车的转弯控制方式主要有三种：

第一种是通过陀螺仪器件来检测人体姿态的变化，这种方式通过重心转轴，左右转动的结构来实现平衡车的转弯操作，但这种结构有几个缺点：

1、陀螺仪器件受噪声和温度的影响很大，需要比较复杂的算法来保证系统的可靠性，增加了控制模块的成本，还需要定时校准，增加了使用者的操作难度；

2、直行的时候会发生左右摆动，无法提高行驶速度，骑行难度高；

3、此种结构由于转弯灵敏度高，使得上车、重心偏移或单脚时左右两部分相对转动，从而导致上车困难和可能误转弯。

第二种是通过转轴转动来实现转弯控制，此种结构通过控制扭转机构的转动来实现转弯，但此种结构具有结构复杂，操作困难的特点。

第三种是重心转弯，在实际使用过程中，依靠重心原理实现转弯，容易造成转弯判断错误，具有重大安全性隐患。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供一种人为脚控压力变化控制电动平衡车辆转弯的识别方法，有效地解决了在各种实际情况下(如重心随意摆动，单脚离开平衡车等)发生转弯和直行的误判断、转弯幅度的误判断等应用问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种脚控电动平衡车，包括车身、第一车轮、第二车轮、与第一车轮连接的第一驱动电机、与第二车轮连接的第二驱动电机、四个压力检测模块、控制机构、为控制机构供电的供电模块、第一脚踏板、第二脚踏板和盖板；所述第一车轮安装在车身一侧，所述第二车轮安装在车身另一侧，所述四个压力检测模块安装在车身上表面，所述控制机构和供电模块安装在车身下部，所述第一脚踏板和第二脚踏板安装在车身上表面，使得四个压力检测模块位于车身与脚踏板之间，所述盖板安装在车身下表面，使得控制机构和供电模块位于车身与盖板之间；

所述四个压力检测模块包括安装在包括安装在车身一侧区域的第一压力检测模块和第二压力检测模块，分别记为x1和x2、安装在车身另一侧区域的第三压力检测模块和第四压力检测模块，分别记为x3和x4，所述四个压力检测模块构成四象限压力感应系统并用于感应脚踏板上人为脚控产生的压力差信息；所述控制机构与所述压力检测模块连接，所述控制机构根据所述四个压力检测模块感应的信息控制第一车轮和第二车轮运动，具体控制步骤为：

步骤一：利用转弯控制模块采集x1、x2、x3、x4的压力数值，分别记为(xn_out)，n为的自然数；

步骤二：将各个压力检测模块的压力初始值保存至控制模块的寄存器内；

步骤三：将实时记录各个压力检测模块的压力数值，减去对应压力值的初始值，并将压力数值差值保存至控制模块的寄存器内；

步骤四：根据各个压力数值值差值之间关系，计算得到一侧区域压力差值和另一侧区域压力差值的融合值；

步骤五：根据一侧区域压力差值和另一侧区域压力差值的融合值计算是否转弯及转弯幅度值。

进一步的是：所述步骤五中是否转弯判断方法为：还包括一侧触发阈值判断和另一侧触发阈值判断，具体为，

achufa＝(detailx1+detailx2)/(detailx3+detailx4)；

bchufa＝(detailx3+detailx4)/(detailx1+detailx2)；

当四个压力检测模块压力数值之和(detailx1+detailx2+detailx3+detailx4)小于第一预定值或者当一侧触发值(achufa)大于第二预定值或者另一侧触发值(bchufa)大于第二预定值，则认为人没有双腿站在平衡车上，此时控制平衡车不转弯。

进一步的是：上述步骤二中，设压力初始值为(xn_offset)，n为自然数，即：

x1_offset＝x1_out；

x2_offset＝x2_out；

x3_offset＝x3_out；

x4_offset＝x4_out。

进一步的是：上述步骤三中，设压力初始值为(detailxn)，n为1～8的自然数，即：

detailx1＝x1_out-x1_offset；

detailx2＝x2_out-x2_offset；

detailx3＝x3_out-x3_offset；

detailx4＝x4_out-x4_offset。

进一步的是：设左压力差值的融合值为z(x)，右压力差值的融合值为y(x)；所述

z(x)＝detailx1-detailx2；

y(x)＝detailx3-detailx4；

转弯判断参数delta＝(z(x)-y(x))；

条件a:四个压力检测模块值之和(x1_out+x2_out+x3_out+x4_out)大于第一预定值；

条件b:当一侧触发值(achufa)和另一侧触发值(bchufa)同时小于第三预定值；

条件c:delta不等于0；

当同时满足条件a、条件b和条件c时，控制平衡车转弯，当delta大于0时向一侧转弯，当delta小于0时向另一侧转弯，且delta的大小控制转弯的旋转速度；

当delta＝0时控制平衡车不转。

进一步的是：所述每个压力检测模块均包括一个或多个压力传感器。

本发明的有益效果是：本发明针对现有平衡车结构在无法使用陀螺仪的情况，通过采集人为脚控产生的压力差信息，并且对采集值进行算法融合，实现靠人为脚控产生的压力差信息来控制转弯和驱动，有效地解决了在各种实际情况下(如重心随意摆动，单脚离开平衡车等)发生转弯和直行的误判断、转弯幅度的误判断等安全隐患，同时也实现了在单脚上车时，平衡车不会发生摆动，增强了上车时的安全性与稳定性。

附图说明

图1为压力传感器安装布局图。

图2为本发明的电连接示意图。

图3为本发明的结构示意图。

图中标记为：车身1、第一驱动电机2、第二驱动电机3、第一车轮4、第二车轮5、第一脚踏板6、第二脚踏板7、控制机构8、供电模块9、盖板10。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图3所示的一种脚控电动平衡车，包括车身1、第一车轮4、第二车轮5、与第一车轮4连接的第一驱动电机2、与第二车轮5连接的第二驱动电机3、四个压力检测模块、控制机构8、供电模块9、第一脚踏板6、第二脚踏板7和盖板10；所述第一车轮4安装在车身1一侧，所述第二车轮5安装在车身1另一侧，所述四个压力检测模块安装在车身1上表面，所述控制机构9和供电模块8安装在车身1下部，所述第一脚踏板6和第二脚踏板7安装在车身1上表面，使得四个压力检测模块位于车身与脚踏板之间，所述盖板10安装在车身1下表面，使得控制机构8和供电模块9位于车身1与盖板10之间，所述四个压力检测模块包括安装在包括安装在车身1一侧区域的第一压力检测模块和第二压力检测模块，分别记为x1和x2、安装在车身1另一侧区域的第三压力检测模块和第四压力检测模块，分别记为x3和x4，所述四个压力检测模块构成四象限压力感应系统并用于感应脚踏板上人为脚控产生的压力差信息；所述控制机构与所述压力检测模块连接，所述控制机构根据所述四个压力检测模块感应的信息控制车轮运动，本申请中使用的各压力检测模块为电阻应变计，其型号为zyf1000-1.9gb-bl6(23)n6-c，也可使用其它能实现同等压力检测功能的压力检测模块，上述使用的控制机构可为stm32f303rbt6，at32f413rbt6或其他具有同等功能的控制机构；

具体控制步骤为：

步骤一：利用转弯控制模块采集x1、x2、x3、x4的压力数值，分别记为(xn_out)，n为的自然数，即x1_out、x2_out、x3_out和x4_out。

将各个压力检测模块的压力初始值保存至控制模块的寄存器内，所述压力可以是不站人时候压力检测模块检测到的值也可以是人为设定的值；

具体为，设压力初始值为(xn_offset)，n为自然数，即：

x1_offset＝x1_out；

x2_offset＝x2_out；

x3_offset＝x3_out；

x4_offset＝x4_out。

步骤三：实时记录各个压力传感器的压力值，滤除噪声值，减去对应压力值的初始值，并将压力值差值保存至控制机构的寄存器内；

具体为，设压力初始值为(detailxn)，n为自然数，即：

detailx1＝x1_out-x1_offset；

detailx2＝x2_out-x2_offset；

detailx3＝x3_out-x3_offset；

detailx4＝x4_out-x4_offset。

步骤四：根据压力值之间差值，计算得到一侧区域压力差和另一侧区域压力差的融合值；

具体为，设一侧压力差值的融合值为z(x)，另一侧压力差值的融合值为y(x)；所述

z(x)＝detailx1-detailx2；

y(x)＝detailx3-detailx4。

步骤五：根据一侧压力差值和另一侧压力差值得到是否转弯及转弯幅度值；

具体为，转弯判断参数(delta)＝(z(x)-y(x))；

条件a:四个压力检测模块值之和(x1_out+x2_out+x3_out+x4_out)大于第一预定值；

条件b:当一侧触发值(achufa)和另一侧触发值(bchufa)同时小于第三预定值；

条件c:delta不等于0；

当同时满足条件a、条件b和条件c时，控制平衡车转弯，当delta大于0时向一侧转弯，当delta小于0时向另一侧转弯，且delta的大小控制转弯的旋转速度；

当delta＝0时控制平衡车不转。

具体计算时，可将(delta)＝(z(x)-y(x))*转弯速度参数(k)；

转弯速度参数(k)可根据具体情况在万分之1至十万分之一间取值，转弯速度参数(k)将把压力值的变化量进行缩小，使得转弯判断参数(delta)缩小至正负一之间，实现控制量单位转换和使得使得转弯判断参数(delta)标准化。

上述第一预定值和第三预定值可根据实际情况进行设定，如设置为9、10、11等。

所述步骤五中是否转弯判断方法为：还包括一侧触发阈值判断和另一侧触发阈值判断，具体为，

achufa＝(detailx1+detailx2)/(detailx3+detailx4)；

bchufa＝(detailx3+detailx4)/(detailx1+detailx2)；

当四个压力检测模块压力数值之和(detailx1+detailx2+detailx3+detailx4)小于第一预定值或者当一侧触发值(achufa)大于第二预定值或者另一侧触发值(bchufa)大于第二预定值，则认为人没有双腿站在平衡车上，此时控制平衡车不转弯，上述第一预定值和第二预定值可根据实际情况进行设定，如设置为9、10、11等。

上述结构通过采集压力变化，并且对采集值进行算法融合，实现靠人为脚控产生的压力差信息来控制两个驱动电机输出大小不同的驱动力至两个车轮，使得两个车轮均有一定的速度差，从而使平衡车能够转弯，有效地解决了在各种实际情况下(如重心随意摆动，单脚离开平衡车等)发生转弯和直行的误判断、转弯幅度的误判断等安全隐患，同时也实现了在单脚上车时平衡车不会发生摆动，增强了上车时的安全性与稳定性；

上述所述的第一车轮4、第二车轮5、第一脚踏板6、和第二脚踏板7的左右位置关系根据使用者站位而定，当使用者从平衡车一侧上车时，第一车轮4和第一脚踏板6相对使用者而言为左侧，第二车轮5和第二脚踏板7相对使用者而言为右侧，当使用者从平衡车另一侧上车时，第一车轮4和第一脚踏板6相对使用者而言为右侧，第二车轮5和第二脚踏板7相对使用者而言为左侧，因此使得在使用本平衡车时，可以从任意方向上车而无需辨别前后方向。

在上述基础上，所述每个压力检测模块均包括一个或多个压力传感器，当使用多个压力传感器时，可进一步加强转弯识别的精确度。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。