一种脚控平衡车控制转弯的方法与流程

本发明涉及两轮自平衡车的转弯计算领域，特别涉及一种脚控平衡车控制转弯的方法。

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脚控平衡车控制转弯的方法，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：一种脚控平衡车控制转弯的方法，包括，检测并输出平衡车脚踏位置不同部分所承受的压力数据，包括安装在平衡车脚踏板位置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、安装在平衡车脚踏板位置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，还包括控制模块，所述x1、x2、x3和x4分别与控制模块连接，所述四个压力传感器x1、x2、x3和x4分别对应使用者双脚的前后部，具体识别步骤为：

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：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。

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

进一步的是：所述步骤五中转弯及幅度控制具体为：

所述步骤五中转弯及幅度控制具体为：

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。

进一步的是：所述第一压力检测模块包括一个或多个压力传感器，所述第二压力检测模块包括一个或多个压力传感器，所述第三压力检测模块包括一个或多个压力传感器，所述第四压力检测模块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。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。

附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

如图1和图2所示的一种脚控平衡车控制转弯的方法，包括：检测并输出平衡车脚踏位置不同部分所承受的压力数据，包括安装在平衡车脚踏板位置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、安装在平衡车脚踏板位置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，还包括控制模块，所述x1、x2、x3和x4分别与控制模块连接，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，也可使用其他能实现同等压力检测功能的压力检测模块，上述使用的mcu模块可为stm32f303rbt6，at32f413rbt6或其他具有同等功能的mcu模块，具体识别步骤为：

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。

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，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：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；

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；

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；

具体为：

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。

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；所述第一预定值和第二预定值可以根据实际情况自行设定。

在上述基础上，所述第一压力检测模块包括一个或多个压力传感器，所述第二压力检测模块包括一个或多个压力传感器，所述第三压力检测模块包括一个或多个压力传感器，所述第四压力检测模块包括一个或多个压力传感器，若使用多个压力传感器，具体计算时，计算第一压力时，取第一压力检测模块处的多个压力传感器的平均值，计算第二压力时，取第二压力检测模块处的多个压力传感器的平均值，计算第三压力时，取第三压力检测模块处的多个压力传感器的平均值，计算第四压力时，取第四压力检测模块处的多个压力传感器的平均值，此种多个压力传感器的设计，可进一步加强转弯识别的精确度。

上述所述的一侧和另一侧并不规定具体方向，即上述所述的一侧相对使用者而言为左侧时，上述所述的另一侧相对使用者而言为右侧，又或者上述所述的一侧相对使用者而言为右侧时，上述所述的另一侧相对使用者而言为左侧，因此本方法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。

本方法针对现有平衡车结构在无法使用陀螺仪的情况，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，有效的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因素，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，且本方法通过平衡车的静态实验，模拟平台以及实际动态实验，验证了该方法完全适合实际使用并且可以产品化。

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。