惯性轮及自行车机器人的制作方法

本发明涉及自行车机器人领域，具体而言，涉及一种惯性轮及自行车机器人。

背景技术：

随着科技的不断发展，人类几乎在所有领域都应用了智能控制。其中，智能车随着智能控制技术的不断发展，智能车的发展前景非常广阔。

而影响智能车发展的一个主要问题是如何解决车体的平衡。目前，解决车体平衡的方式主要是：在车体上安装惯性轮。惯性轮存在质量、具有惯性，当车体发生倾斜时，惯性轮加速转动，产生使车体恢复平衡的回复力。

然而在车体结构或者重量发生变化时，惯性轮的重量不会随之发生相应的改变，并且带动惯性轮的转速存在极限，自行车机器人本身的电能也不能支撑惯性轮一直加速转动。因此，惯性轮产生的回复力不能使车体保持平衡。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种惯性轮及自行车机器人，其能够在自行车机器人车体结构或重量发生变化时，所述惯性轮通过改变与主轮可拆卸连接的辅轮的数量以使所述惯性轮重量发生相应的变化。

本发明较佳实施例提供一种惯性轮，所述惯性轮与惯性轮电机连接，所述惯性轮包括一主轮及至少一个辅轮；

所述主轮与所述惯性轮电机连接，所述主轮由所述惯性轮电机提供转动动力；

所述辅轮为环状结构，所述辅轮与所述主轮可拆卸连接以改变所述惯性轮的重量。

在本发明较佳实施例中，所述主轮及辅轮均为片状飞轮；

所述辅轮的环状大小与所述主轮的环状大小一致，其中，所述主轮还包括一连接部以与所述惯性轮电机连接。

本发明较佳实施例还提供一种自行车机器人，所述自行车机器人包括控制单元、惯性轮单元、驱动轮单元及从动轮单元，所述惯性轮单元包括惯性轮电机及上述任意一项所述的惯性轮，

所述控制单元用于获取并根据所述自行车机器人的侧向倾角角度、角速度及惯性轮的转速控制所述惯性轮的转速，以使所述自行车机器人保持平衡；

所述驱动轮单元用于带动所述自行车机器人移动；

所述从动轮单元用于与所述驱动轮单元配合以移动所述自行车机器人。

在本发明较佳实施例中，所述惯性轮单元还包括：联轴器；

所述联轴器一端与所述惯性轮电机连接，所述联轴器另一端与所述惯性轮的主轮连接；

所述惯性轮电机通过所述联轴器带动所述惯性轮转动。

在本发明较佳实施例中，所述驱动轮单元包括驱动轮、第一连接轴、传动齿轮及驱动电机；

所述传动齿轮与所述驱动电机的驱动齿轮啮合，以使所述驱动电机通过驱动齿轮带动传动齿轮转动；

所述驱动轮通过第一连接轴与所述传动齿轮连接，以使所述驱动轮由所述传动齿轮带动转动。

在本发明较佳实施例中，所述自行车机器人还包括用于支撑及保护所述自行车机器人的车身，所述从动轮单元包括从动轮及第二连接轴；

所述从动轮与所述第二连接轴连接；

所述第二连接轴与所述车身转动连接。

在本发明较佳实施例中，所述车身包括相对设置的第一挡板及第二挡板，所述第一挡板及第二挡板与所述第一连接轴、第二连接轴连接。

在本发明较佳实施例中，所述车身还包括第三挡板；

所述第三挡板设置在所述第一挡板、第二挡板的上方；

所述第三挡板两端均设置有第一固定块；

所述第一挡板及第二挡板与所述第三挡板接触的一端均设置有与所述第一固定块对应的第一固定孔；

所述第三挡板通过所述第一固定块与所述第一固定孔的配合与所述第一挡板及第二挡板连接。

在本发明较佳实施例中，所述车身还包括相对设置的第四挡板及第五挡板；

所述第四挡板及第五挡板设置在所述第一挡板的两侧；

所述第四挡板及第五挡板两端均设置有第二固定块；

所述第一挡板及第二挡板上设置有与所述第二固定块对应的第二固定孔；

所述第四挡板通过所述第二固定块与第二固定孔的配合分别与所述第一挡板及第二挡板连接；

所述第五挡板通过所述第二固定块与第二固定孔的配合分别与所述第一挡板及第二挡板连接；

所述第五挡板上还设置有一通孔，所述惯性轮电机穿过所述通孔并通过联轴器与所述惯性轮连接。

在本发明较佳实施例中，所述控制单元包括处理器、陀螺仪、加速度计及测速光码盘；

所述处理器与所述陀螺仪、加速度计及测速码盘电性连接；

所述陀螺仪用于获取所述自行车机器人的侧向倾角角速度；

所述加速度计用于获取所述自行车机器人的侧向倾角角度；

所述测速光码盘用于获取所述惯性轮的转速；

所述处理器用于接收并根据所述自行车机器人的侧向倾角角度、角速度及惯性轮的转速控制惯性轮的转速，以使所述自行车机器人保持平衡。

相对于现有技术而言，本发明具有以下有益效果：

本发明较佳实施例提供一种惯性轮及自行车机器人。所述惯性轮与惯性轮电机连接，所述惯性轮包括主轮及辅轮，所述辅轮的数量至少为一个。其中，所述惯性轮电机与所述主轮连接，以带动所述主轮转动。所述辅轮为环状结构，所述辅轮与所述主轮通过可拆卸连接的方式连接。由此，在自行车机器人车体结构或重量发生变化时，通过改变所述惯性轮的重量，以使所述惯性轮产生使自行车机器人保持平衡的回复力。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明较佳实施例提供的惯性轮的结构示意图之一。

图2为本发明较佳实施例提供的惯性轮的结构示意图之二。

图3为本发明实施例提供的自行车机器人的方框示意图。

图4为本发明较佳实施例提供的自行车机器人的结构示意图之一。

图5为本发明较佳实施例提供的自行车机器人的结构示意图之二。

图6为本发明较佳实施例提供的自行车机器人的车身的结构示意图之一。

图7为本发明较佳实施例提供的自行车机器人的车身的结构示意图之二。

图8为本发明较佳实施例提供的自行车机器人的车身的结构示意图之三。

图9为图3中控制单元的方框示意图。

图标：10-自行车机器人；100-惯性轮单元；110-惯性轮；112-主轮；1121-连接部；1122-连接件；1123-转轮；113-第一安装孔；115-辅轮；116-第二安装孔；120-惯性轮电机；130-联轴器；200-控制单元；210-处理器；220-陀螺仪；230-加速度计；240-测速光码盘；300-驱动轮单元；310-驱动轮；320-第一连接轴；330-传动齿轮；340-驱动电机；341-驱动齿轮；400-从动轮单元；410-从动轮；420-第二连接轴；500-车身；501-连接孔；503-第一固定孔；505-第二固定孔；507-第一通孔；510-第一挡板；513-第二通孔；520-第二挡板；530-第三挡板；531-第一固定块；540-第四挡板；542-第二固定块；550-第五挡板；553-第三通孔；601-连接杆；603-支撑孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的电源或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参照图1及图4，图1是本发明较佳实施例提供的惯性轮110的结构示意图之一，图4是本发明较佳实施例提供的自行车机器人10的结构示意图之一。所述惯性轮110与所述惯性轮电机120连接，以使所述惯性轮电机120为所述惯性轮110提供转动的动力。

在本实施例中，所述惯性轮110包括一主轮112及至少一个辅轮115。所述主轮112与所述惯性轮电机120连接，所述主轮112由所述惯性轮电机120提供转动动力。所述辅轮115为环状结构，所述辅轮115与所述主轮112可拆卸连接，由此，可以通过改变辅轮115的数量改变所述惯性轮110的重量。

其中，所述辅轮115与所述主轮112可拆卸连接的方式有多种。比如，所述主轮112上设置有多个第一安装孔113，所述辅轮115上设置有多个第二安装孔116，所述螺栓通过所述第一安装孔113、第二安装孔116与螺母配合，以实现所述辅轮115与所述主轮112的可拆卸连接。

请参照图2，图2为本发明较佳实施例提供的惯性轮110的结构示意图之二。所述主轮112及辅轮115均为片状飞轮，所述辅轮115的环状大小与所述主轮112的环状大小一致。所述主轮112包括一连接部1121、连接件1122及转轮1123，所述连接部1121通过所述连接件1122与所述转轮1123连接，所述惯性轮电机120通过所述连接部1121带动所述转轮1123转动。其中，所述惯性轮110可以由金属材料制成，比如，采用厚度为1mm的304不锈钢材制成。

请参照图3及图4，图3是本发明实施例提供的自行车机器人10的方框示意图。所述自行车机器人10包括惯性轮单元100、控制单元200、驱动轮单元300及从动轮单元400。其中，所述惯性轮单元100包括惯性轮电机120及上述惯性轮110。

在本实施例中，所述控制单元200用于获取并根据所述自行车机器人10的侧向倾角角度、角速度及惯性轮110的转速控制所述惯性轮110的转速，以使所述自行车机器人10保持平衡。所述驱动轮单元300用于带动所述自行车机器人10移动，所述从动轮单元400用于与所述驱动轮单元300配合以移动所述自行车机器人10。

请再次参照图4，所述惯性轮单元100还包括联轴器130。所述联轴器130一端与所述惯性轮电机120连接，所述联轴器130另一端与所述惯性轮110的主轮112连接。由此，所述惯性轮电机120为所述主轮112提供转动动力。

其中，所述惯性轮110的设置高度可以根据实际情况设定。比如，所述惯性轮110设置在所述自行车机器人10高度的三分之二处。

请参照图5，图5是本发明较佳实施例提供的自行车机器人10的结构示意图之二。所述驱动轮单元300包括驱动轮310、第一连接轴320、传动齿轮330及驱动电机340。

在本实施例中，所述驱动电机340包括一驱动齿轮341。所述驱动电机340通过所述驱动齿轮341与所述传动齿轮330啮合，带动所述传动齿轮330转动。在本实施例的实施方式中，所述传动齿轮330与所述第一连接轴320固定连接；所述第一连接轴320上套设有驱动轮310，所述驱动轮310与所述第一连接轴320固定连接，由此，所述驱动电机340通过所述传动齿轮330带动所述第一连接轴320上的驱动轮310转动，以使所述自行车机器人10移动。

请再次参照图4，所述自行车机器人10还包括用于支撑及保护所述自行车机器人10的车身500。所述从动轮单元400可以包括从动轮410及第二连接轴420。所述从动轮410与所述第二连接轴420连接，所述第二连接轴420与所述车身500连接。

在本实施例的实施方式中，所述从动轮单元400与所述车身500的连接方式可以是：所述从动轮410与所述第二连接轴420固定连接，所述第二连接轴420与所述车身500转动连接；或所述从动轮410与所述第二连接轴420转动连接，所述第二连接轴420与所述车身500固定连接等。

请参照图4及图6，图6是本发明较佳实施例提供的自行车机器人10的车身500的结构示意图之一。所述车身500包括相对设置的第一挡板510及第二挡板520。所述第一连接轴320分别与所述第一挡板510及第二挡板520连接，所述第二连接轴420分别与所述第一挡板510及第二挡板520连接。

在本实施例中，所述第一挡板510、第二挡板520上均设置有连接孔501。所述第一连接轴320通过相对设置的所述连接孔501与所述第一挡板510及第二挡板520转动连接。所述第二连接轴420通过相对设置的所述连接孔501与所述第一挡板510及第二挡板520连接。

在本实施例的实施方式中，所述第一挡板510及所述第二挡板520上设置有用于使控制单元200中器件(比如，电池)穿过的第一通孔507。

在本实施例的实施方式中，所述第一挡板510(或第二挡板520)上还可以设置有用于使所述驱动电机340穿过所述第一挡板510(或第二挡板520)的第二通孔513。由此，所述驱动电机340通过驱动齿轮341带动所述驱动轮310转动。

在本实施例中，所述车身500还可以包括第三挡板530。所述第三挡板530设置在所述第一挡板510及第二挡板520的上方，并与所述第一挡板510及第二挡板520连接。

请参照图6及图7，图7是本发明较佳实施例提供的自行车机器人10的车身500的结构示意图之二。所述第三挡板530的两端设置有第一固定块531，所述第一挡板510及第二挡板520与所述第三挡板530接触的一端均设置有与所述第一固定块531对应的第一固定孔503。其中，所述第一固定孔503的数量与所述第三挡板530每端的第一固定块531的数量相同，所述第一固定孔503的尺寸与所述第一固定块531的尺寸匹配。当所述第一固定块531处于所述第一固定孔503中时，所述第三挡板530与所述第一挡板510及第二挡板520连接。

请参照图4、图6及图8，图8是本发明较佳实施例提供的自行车机器人10的车身500的结构示意图之三。所述车身500还可以包括相对设置的第四挡板540及第五挡板550。所述第四挡板540与所述第五挡板550设置在所述第一挡板510的两侧，且与所述第一挡板510连接。

在本实施例中，所述第四挡板540及第五挡板550的两端均设置有第二固定块542。所述第一挡板510及第二挡板520上设置有与所述第二固定块542对应的第二固定孔505。所述第一挡板510(或第二挡板520)包括两个相对设置的固定孔小组，每个固定孔小组由预设数量的所述第二固定孔505组成。每个固定孔小组中包括的第二固定孔505的数量与所述第四挡板540(或第五挡板550)每端上的第二固定块542的数量相同。当所述第二固定块542处于所述第二固定孔505中时，所述第四挡板540分别与所述第一挡板510及第二挡板520连接，所述第五挡板550分别与所述第一挡板510及第二挡板520连接。

在本实施例的实施方式中，靠近所述从动轮410的第五挡板550上设置有一通孔状的第三通孔553。所述惯性轮电机120包括一电机轴，所述电机轴穿过所述第三通孔553与所述联轴器130连接。由此，所述惯性轮电机120通过所述联轴器130与所述惯性轮110连接。

由于车身500中的所述第一挡板510及第二挡板520分别为一块整板，同时所述驱动轮310及从动轮410共同连接在所述第一挡板510及第二挡板520上，这使得所述自行车机器人10没有包括不必要的机械结构，降低了车身500重量。其中，所述车身500可以由5mm厚、质量轻、硬度高、便于切割、透明度高的亚克力板制成。

在本实施例的实施方式中，所述车身500有一腔室，所述腔室中设置有用于支撑惯性轮电机120的惯性轮支架。由此，所述惯性轮电机120固定设置在所述车身500内，以使所述惯性轮电机120避免由于外界原因受到损害，同时所述车身500还可用于放置各种自行车机器人10的其他器件(比如，电路板)。

请参照图4及图6，在本实施例的实施方式中，所述自行车机器人10还可以包括连接杆601及支撑孔603。所述连接杆601设置在所述第一挡板510及第二挡板520之间。所述第一挡板510、第二挡板520上设置有多个用于使所述连接杆601穿过的支撑孔603。其中，所述连接杆601及支撑孔603的数量可以根据实际情况设定。所述第一挡板510及第二挡板520通过所述连接杆601、支撑孔603的配合固定连接。

请参照图9，图9是图2中控制单元200的方框示意图。所述控制单元200可以包括处理器210、陀螺仪220、加速度计230及测速光码盘240。

所述处理器210分别与陀螺仪220、加速度计230及测速光码盘240各元件之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。所述陀螺仪220用于获取所述自行车机器人10的侧向倾角角速度。所述加速度计230用于获取所述自行车机器人10的侧向倾角角度。所述测速光码盘240用于获取所述惯性轮110的转速。所述处理器210用于接收并根据所述自行车机器人10的侧向倾角角度、角速度及惯性轮110的转速通过控制惯性轮电机120的转动速度，以控制惯性轮110的转速。由此，使得所述惯性轮110产生使自行车机器人10保持平衡的回复力。

其中，所述处理器210可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器210可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等。

综上所述，本发明较佳实施例提供了一种惯性轮及自行车机器人。所述惯性轮与惯性轮电机连接，所述惯性轮电机带动所述惯性轮转动。其中，所述惯性轮由主轮及辅轮组成，所述辅轮的数量为至少一个。所述主轮与所述惯性轮电机连接，所述主轮由所述惯性轮电机提供转动动力。所述辅轮为环状结构，所述辅轮与所述主轮可拆卸连接。由此，在自行车机器人车体结构、重量发生变化时，通过改变与所述主轮连接的辅轮的数量，以使所述惯性轮的重量与所述自行车机器人匹配，从而产生使所述自行车机器人保持平衡的回复力。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。