专利名称：自行车骑行学习自动辅助平衡装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种自行车骑行学习自动辅助平衡装置。
背景技术：
自行车骑行学习过程中，一般采用他人人工辅助平衡。辅助人需要随车跟跑，在自行车失去平衡时，通过扶持自行车确保学习人的安全，该过程辅助人相当消耗体力，且一般无法全程跟随。自行车辅助平衡也有采用辅助杆的方式，辅助杆连接自行车，辅助人通过把持辅助杆尽量避免自行车倾倒，该方式减轻辅助人的体力消耗有限，其实质与人工辅助相同。因此传统的自行车骑行学习保持平衡困难，存在一定的安全隐患。本发明采用3D重力加速度传感器探测自行车具体的状态，以机电方式升降两侧辅助轮，实现自行车骑行辅助平衡的功能。随着3D重力加速度传感器越来越广泛的应用，成本大幅下降。蓄电池的小型化与低成本化，使该装置能实现应用在普通自行车上。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种自行车骑行学习自动辅助平衡装置，利用本装置可实现自行车骑行学习过程的自动平衡，可无需它人跟随辅助平衡，避免了骑行学习过程中的安全隐患，方便了自行车的骑行学习。为解决上述技术问题，本实用新型自行车骑行学习自动辅助平衡装置包括自行车、重力加速度传感器、控制器、升降机构、左辅助轮和右辅助轮，所述重力加速度传感器设于所述自行车车架，所述控制器和升降机构设于所述自行车后轮上方或两侧，所述左辅助轮和右辅助轮中心设有轮轴并位于所述自行车后轮两侧，所述升降机构连接所述左辅助轮和右辅助轮中心轮轴一端并驱动左辅助轮和右辅助轮升降，所述重力加速度传感器信号输出端连接所述控制器信号输入端，所述控制器信号输出端连接所述升降机构信号输入端。进一步,上述升降机构包括电动推杆、连接杆、左连杆和右连杆,所述电动推杆设于所述自行车后轮上方，所述左连杆和右连杆中部分别铰接于所述自行车后轮转轴两端，所述左辅助轮和右辅助轮中心轮轴一端分别连接所述左连杆和右连杆底端，所述连接杆两端分别连接所述左连杆和右连杆顶端，所述电动推杆顶端连接所述连接杆中部并推拉连接杆，所述连接杆驱动所述左连杆和右连杆绕所述自行车后轮转轴转动并带动所述左辅助轮和右辅助轮同步上升或下降。进一步，上述升降机构包括两个安装支架和两个电动推杆，所述两个安装支架位于所述自行车后轮两侧并通过螺栓安装于后轮转轴两端，所述两个电动推杆分别通过压板固定于所述两个安装支架上，所述两个电动推杆顶端分别通过接套连接所述左辅助轮和右辅助轮中心轮轴一端并驱动左辅助轮和右辅助轮升降。进一步，上述升降机构包括两个安装支架、两个直流电机、两个蜗轮蜗杆减速箱和两根摆动接杆，所述两个安装支架位于所述自行车后轮两侧并通过螺栓安装于后轮转轴两端，所述两个蜗轮蜗杆减速箱分别设于所述两个安装支架上，所述两个直流电机分别连接所述两个蜗轮蜗杆减速箱，所述两个蜗轮蜗杆减速箱输出轴分别通过两根摆动接杆连接所述左辅助轮和右辅助轮中心轮轴一端并驱动左辅助轮和右辅助轮升降。进一步，上述升降机构还包括两个定位盘和四个行程开关，所述两个定位盘分别设于所述两个蜗轮蜗杆减速箱外侧并沿圆周方向开有一段弧形槽，所述四个行程开关分别设于所述两个定位盘上和弧形凹槽内，所述每个定位盘上的两个行程开关分别位于所述摆动接杆的两侧，其中安装于弧形凹槽内的行程开关可在弧形凹槽内移动到相应位置并定位，从而可控制辅助轮升起的极限位置，起到行程保护作用，所述四个行程开关的信号输出端连接所述控制器的信号输入端。进一步，上述控制器包括微处理器、电机驱动电路、存储 芯片和串行接口，所述重力加速度传感器信号输出端连接所述微处理器信号输入端，所述微处理器与存储芯片和串行接口双向连接，所述微处理器信号输出端连接所述电机驱动电路信号输入端，所述电机驱动电路连接所述升降机构。由于本实用新型自行车骑行学习自动辅助平衡装置采用了上述技术方案，即本装置包括自行车、重力加速度传感器、控制器、升降机构、左辅助轮和右辅助轮，重力加速度传感器设于自行车车架，控制器和升降机构设于自行车后轮上方或两侧，左辅助轮和右辅助轮中心设有轮轴并位于自行车后轮两侧，升降机构连接左辅助轮和右辅助轮中心轮轴一端并驱动左辅助轮和右辅助轮升降，重力加速度传感器信号输出端连接控制器信号输入端，控制器信号输出端连接升降机构信号输入端。本装置可实现自行车骑行学习过程的自动平衡，无需它人跟随辅助平衡，避免了骑行学习过程中的安全隐患，方便了自行车的骑行学习。
以下结合附图
和实施方式对本实用新型作进一步的详细说明图I为本实用新型自行车骑行学习自动辅助平衡装置的结构示意图；图2为本平衡装置中一种升降机构的示意图；图3为图2的侧视图(省略车架部分)；图4为本平衡装置中另一种升降机构的示意图；图5为图4的侧视图(省略车架部分)；图6为本平衡装置中控制器的原理框图。
具体实施方式
如图I所示，本实用新型自行车骑行学习自动辅助平衡装置包括自行车I、重力加速度传感器2、控制器3、升降机构、左辅助轮和右辅助轮7，所述重力加速度传感器设于2所述自行车I车架，所述控制器3和升降机构设于所述自行车后轮11上方或两侧，所述左辅助轮和右辅助轮7中心设有轮轴71并位于所述自行车后轮11两侧，所述升降机构连接所述左辅助轮和右辅助轮7中心轮轴71 一端并驱动左辅助轮和右辅助轮7升降，所述重力加速度传感器2信号输出端连接所述控制器3信号输入端，所述控制器3信号输出端连接所述升降机构信号输入端。进一步,上述升降机构包括电动推杆4、连接杆5、左连杆和右连杆6,所述电动推杆4设于所述自行车后轮11上方，所述左连杆和右连杆6中部分别铰接于所述自行车后轮11转轴两端，所述左辅助轮和右辅助轮7中心轮轴71 一端分别连接所述左连杆和右连杆6底端，所述连接杆5两端分别连接所述左连杆和右连杆6顶端，所述电动推杆4顶端连接所述连接杆5中部并推拉连接杆5，所述连接杆5驱动所述左连杆和右连杆6绕所述自行车后轮11转轴转动并带动所述左辅助轮和右辅助轮7同步上升或下降。如图2和图3所示，进一步，上述升降机构包括两个安装支架81和两个电动推杆82，所述两个安装支架81位于所述自行车后轮11两侧并通过螺栓83固定于后轮11转轴两端，所述两个电动推杆82分别通过压板84固定于所述两个安装支架81上，所述两个电动推杆82顶端分别通过接套85连接所述左辅助轮和右辅助轮7中心轮轴71 一端并驱动左辅助轮和右辅助轮7升降。·[0022]如图4和图5所示，进一步，上述升降机构包括两个安装支架81、两个直流电机91、两个蜗轮蜗杆减速箱92和两根摆动接杆93，所述两个安装支架81位于所述自行车后轮11两侧并通过螺母83设于后轮11转轴两端，所述两个蜗轮蜗杆减速箱92分别设于所述两个安装支架81上，所述两个直流电机91分别连接所述两个蜗轮蜗杆减速箱92，所述两个蜗轮蜗杆减速箱92输出轴分别通过两根摆动接杆93连接所述左辅助轮和右辅助轮7中心轮轴71 一端并驱动左辅助轮和右辅助轮7升降。如图4和图5所示，上述升降机构还包括两个定位盘94和四个行程开关96、97，所述两个定位盘94分别设于所述两个蜗轮蜗杆减速箱92外侧并沿圆周方向开有一段弧形槽95，所述四个行程开关96、97分别设于所述两个定位盘94上和弧形凹槽95内，所述每个定位盘上的两个行程开关分别位于所述摆动接杆93的两侧，所述四个行程开关96、97的信号输出端连接所述控制器2的信号输入端。每个定位盘上的两个行程开关用于限定辅助轮的升降位置，其中一个行程开关用于限定辅助轮最低下降位置，另一个行程开关用于限定辅助轮最高提升位置，且该行程开关可通过定位盘上的一段弧形凹槽滑动后紧固，以调整辅助轮最高提升位置的限定，行程开关信号输出至控制器，由控制器控制直流电机的相应动作，实现辅助轮最低和最高位置的限定。如图6所示，进一步，上述控制器3包括微处理器31、电机驱动电路33、存储芯片32和串行接口 34，所述重力加速度传感器2信号输出端连接所述微处理器31信号输入端，所述微处理器31与存储芯片32和串行接口 34双向连接，所述微处理器31信号输出端连接所述电机驱动电路33信号输入端，所述电机驱动电路33连接所述升降机构。本装置可以小型化的24V锂电池作为电力供应，锂电池和控制器可一并安装于自行车后轮上方的车架上，通过控制器控制升降机构双向运动，升降机构带动设于自行车后轮两侧的辅助轮升降，以保证自行车骑行中的平衡，避免自行车的倾倒。本装置的升降机构可以有多种形式，如一个电动推杆带动铰接于所述自行车后轮转轴两端的左连杆和右连杆转动，从而使设于左连杆和右连杆底端的左辅助轮和右辅助轮同步升降；如二个电动推杆通过安装支架设于自行车后轮两侧，二个电动推杆的顶端分别通过接套连接左辅助轮和右辅助轮中心转轴的一端并直接带动左辅助轮和右辅助轮实现升降；再有两个直流电机和蜗轮蜗杆减速箱通过两个安装支架分别设于自行车后轮两侧，两个蜗轮蜗杆减速箱的输出轴通过摆动接杆连接左辅助轮和右辅助轮中心转轴的一端并带动左辅助轮和右辅助轮实现升降。[0026]本装置中控制器的微处理器连续采集安装于自行车的重力加速度传感器数据，根据自行车倾斜角度及运动趋势判断，控制升降机构动作实现辅助轮的升降。在自行车出现倾倒趋势时，重力加速度传感器发出信号给控制器，控制器通过升降机构驱动两个辅助轮同步下降或自行车倾倒侧的辅助轮下降，以使自行车回复平衡，当自行车恢复平衡后，重力加速度传感器信号使控制器驱动两个辅助轮同步提升或自行车倾倒侧的辅助轮提升，回复到自行车的正常骑行状态，从而起到自行车骑行学习的自动辅助平衡作用。在升降机构为电动推杆或直流电机时，本装置的控制器可实现对电动推杆或直流电机转速无级调速，实现辅助轮升降速度控制，也可实现对辅助轮升降高度的控制。根据重力加速度传感器数据通过控制器、升降机构实现对自行车状态的自动智能调整。应用本装置后自行车学骑过程中可无需他人跟随辅助平衡，可保证自行车的平衡，避免学骑过程的安全隐患；同时控制器的微处理器和存储芯片可将一定时间学骑过程中的状态数据存储，通过串行接口上传到计 算机中，供学骑自行车的仿真、分析；微处理器也可根据采集到的数据判断学骑人的熟练程度，控制辅助轮的升降行程及速度，智能地辅助自行车学骑；以提高自行车学骑的效率。
权利要求1.一种自行车骑行学习自动辅助平衡装置，包括自行车，其特征在于还包括重力加速度传感器、控制器、升降机构、左辅助轮和右辅助轮，所述重力加速度传感器设于所述自行车车架，所述控制器和升降机构设于所述自行车后轮上方或两侧，所述左辅助轮和右辅助轮中心设有轮轴并位于所述自行车后轮两侧，所述升降机构连接所述左辅助轮和右辅助轮中心轮轴一端并驱动左辅助轮和右辅助轮升降，所述重力加速度传感器信号输出端连接所述控制器信号输入端，所述控制器信号输出端连接所述升降机构信号输入端。
2.根据权利要求I所述的自行车骑行学习自动辅助平衡 装置，其特征在于所述升降机构包括电动推杆、连接杆、左连杆和右连杆，所述电动推杆设于所述自行车后轮上方，所述左连杆和右连杆中部分别铰接于所述自行车后轮转轴两端，所述左辅助轮和右辅助轮中心轮轴一端分别连接所述左连杆和右连杆底端，所述连接杆两端分别连接所述左连杆和右连杆顶端，所述电动推杆顶端连接所述连接杆中部并推拉连接杆，所述连接杆驱动所述左连杆和右连杆绕所述自行车后轮转轴转动并带动所述左辅助轮和右辅助轮同步上升或下降。
3.根据权利要求I所述的自行车骑行学习自动辅助平衡装置，其特征在于所述升降机构包括两个安装支架和两个电动推杆，所述两个安装支架位于所述自行车后轮两侧并通过螺栓安装于后轮转轴两端，所述两个电动推杆分别通过压板固定于所述两个安装支架上，所述两个电动推杆顶端分别通过接套连接所述左辅助轮和右辅助轮中心轮轴一端并驱动左辅助轮和右辅助轮升降。
4.根据权利要求I所述的自行车骑行学习自动辅助平衡装置，其特征在于所述升降机构包括两个安装支架、两个直流电机、两个蜗轮蜗杆减速箱和两根摆动接杆，所述两个安装支架位于所述自行车后轮两侧并通过螺栓安装于后轮转轴两端，所述两个蜗轮蜗杆减速箱分别安装于所述两个安装支架上，所述两个直流电机分别连接所述两个蜗轮蜗杆减速箱，所述两个蜗轮蜗杆减速箱输出轴分别通过两根摆动接杆连接所述左辅助轮和右辅助轮中心轮轴一端并驱动左辅助轮和右辅助轮升降。
5.根据权利要求4所述的自行车骑行学习自动辅助平衡装置，其特征在于所述升降机构还包括两个定位盘和四个行程开关，所述两个定位盘分别设于所述两个蜗轮蜗杆减速箱外侧并沿圆周方向开有一段弧形槽，所述四个行程开关分别设于所述两个定位盘上和弧形凹槽内，所述每个定位盘上的两个行程开关分别位于所述摆动接杆的两侧，其中安装于所述弧形凹槽内的行程开关可在弧形凹槽内移动并定位，所述四个行程开关的信号输出端连接所述控制器的信号输入端。
6.根据权利要求I至5任一项所述的自行车骑行学习自动辅助平衡装置，其特征在于所述控制器包括微处理器、电机驱动电路、存储芯片和串行接口，所述重力加速度传感器信号输出端连接所述微处理器信号输入端，所述微处理器与存储芯片和串行接口双向连接，所述微处理器信号输出端连接所述电机驱动电路信号输入端，所述电机驱动电路连接所述升降机构。
专利摘要本实用新型公开了一种自行车骑行学习自动辅助平衡装置，即本装置包括自行车、重力加速度传感器、控制器、升降机构、左辅助轮和右辅助轮，重力加速度传感器设于自行车车架，控制器和升降机构设于自行车后轮上方或两侧，左辅助轮和右辅助轮中心设有轮轴并位于自行车后轮两侧，升降机构连接左辅助轮和右辅助轮中心轮轴一端并驱动左辅助轮和右辅助轮升降，重力加速度传感器信号输出端连接控制器信号输入端，控制器信号输出端连接升降机构信号输入端。本装置可实现自行车骑行学习过程的自动平衡，无需它人跟随辅助平衡，避免了骑行学习过程中的安全隐患，方便了自行车的骑行学习。
文档编号G05D1/08GK202694150SQ20122021133
公开日2013年1月23日 申请日期2012年5月11日 优先权日2012年5月11日
发明者朱弘 申请人:朱弘