平衡助理装置的制作方法

【技术领域】

本发明涉及平衡车技术领域，具体的是涉及一种两轮电动平衡助理装置。

背景技术：

两轮电动平衡车是一种两轮式左右并行布置结构的具有自平衡系统的电动车，利用动态平衡原理控制前进及后退的高科技智能产品，随着身体的倾斜，可以随心所欲地控制行驶速度及前进方向。目前市场上的两轮电动平衡车，只能在路面上运行，不具有自动上下楼梯的功能，功能比较单一。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述技术的不足，提供一种可上下楼梯的两轮电动平衡助理装置。

本发明提供的一种平衡助理装置，包括车体、位于车体两侧的两个车轮以及连接到车体上端的踏板，还包括两个第一行走部件、连接部件和第二行走部件，所述两个第一行走部件分别连接到所述车体的两侧；所述连接部件连接到所述踏板的一端并可相对所述踏板转动，所述第二行走部件连接到所述连接部件。

进一步地，所述第一行走部件包括第一足部、安装到第一足部内的驱动机构、受驱的足部转动体和第一连杆组件，所述第一连杆组件包括连杆以及形成于连杆末端的用于接触地面或台阶面的支点部件，所述第一足部一端固定到所述车体，另一端通过所述足部转动体连接所述连杆，从而使所述支点部件与所述第一足部能关于所述足部转动体发生相对转动。

进一步地，所述车轮通过车轴连接到所述车体，所述车轴与对应一侧的所述第一行走部件的足部转动体共轴心、平行或保持一定角度；所述车轮和对应一侧的所述第一行走部件的第一连杆组件之间不相互干涉重叠。

进一步地，所述连杆为一个或两个，所述两个连杆位于所述第一足部的同一侧且由同一个驱动机构驱动或分别由两个驱动机构驱动。

进一步地，所述两个连杆的转动轴线重合，所述连杆之间不相互干涉重叠。

进一步地，所述两个连杆分为一级连杆和二级连杆，所述一级连杆的安装端可转动地连接到所述第一足部，所述二级连杆可转动地连接到所述一级连杆的末端。

进一步地，所述第二行走部件包括第二足部、安装到第二足部内的驱动机构、受驱的足部转动体和第二连杆组件，所述第二连杆组件包括连杆以及形成于连杆末端的用于接触地面或台阶面的支点部件，所述第二足部固定到所述连接部件，且第二足部的一端通过所述足部转动体连接所述连杆，从而使所述支点部件与所述第二足部能关于所述足部转动体发生相对转动。

进一步地，所述第二足部的一端安装有轮子，当所述连接部件相对所述踏板转动到水平状态时，所述轮子的底部与所述车轮的底部位于同一水平面内。

进一步地，所述连接部件包括连接板和翻转部，所述连接板的一端连接所述翻转部，另一端连接所述第二行走部件；所述翻转部包括翻转驱动机构以及受驱的翻转转动体；所述翻转驱动机构连接到所述踏板的一端或所述连接板，所述翻转转动体连接到所述连接板或所述踏板的一端，从而所述连接板通过翻转转动体可相对所述踏板转动。

进一步地，所述踏板的两侧分别通过活动连接器连接到所述车体的上端；所述活动连接器包括安装到所述车体的驱动机构以及两个呈平行设置的连接支杆，所述连接支杆的两端分别通过连接转动体连接到所述踏板、车体的侧面，从而两个连接支杆与踏板、车体构成一个四边形；所述连接转动体由所述驱动机构驱动，从而所述踏板与车体能在所述两个连接支杆的带动下发生相对平移。

本发明通过设置的两个第一行走部件和第二行走部件，可实现自动上下楼梯，使用方便，灵活度高，可控性能好。

【附图说明】

图1为本发明第一实施例提供的一种平衡助理装置的示意图；

图2是图1所示平衡助理装置准备上台阶时的示意图；

图3是图1所示平衡助理装置的第一行走部件上台阶时的示意图；

图4为本发明第二实施例提供的一种平衡助理装置的示意图；

图5是图4所示平衡助理装置准备上台阶时的示意图；

图6是图4所示平衡助理装置的第一行走部件上台阶时的示意图；

图7为本发明第三实施例提供的一种平衡助理装置的示意图；

图8是图7所示平衡助理装置准备上台阶时的示意图；

图9是图7所示平衡助理装置的第一行走部件上台阶时的示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

第一实施例

参考图1，本发明提供的一种平衡助理装置，为两轮电动平衡车。该平衡助理装置包括车体10、位于车体10两侧的两个车轮11、连接到车体10上端的踏板12、两个第一行走部件20、连接部件30和第二行走部件40。两个第一行走部件20分别连接到车体10的两侧。车轮11通过车轴25连接到车体10。连接部件30连接到踏板12的前端并可相对踏板12垂直转动。第二行走部件40连接到连接部件30。两个第一行走部件20和第二行走部件40共同实现行走动作。当在地面上时，可将连接部件30相对踏板12转动到垂直状态，通过两个车轮11实现在地面上运行。当需上下楼梯时，如图2所示，将连接部件30相对踏板12转动到合适状态，例如水平状态，通过两个第一行走部件20和第二行走部件40实现上下台阶。

车体10内装有控制系统，用于对整车进行控制。踏板12上设有扶手14，扶手14靠近连接部件30。在地面上运行时，使用者可以通过扶手14来掌握方向，可使车体10转向平稳和准确，同时还可以防止使用者因身体倾斜而摔倒。在上下楼梯时，扶手14又可防止使用者向前或向后摔倒。

踏板12的两侧分别通过活动连接器13连接到车体10的上端。活动连接器13包括安装到车体10的驱动机构以及两个呈平行设置的连接支杆131。连接支杆131的两端分别通过连接转动体132连接到踏板12、车体10的侧面，从而两个连接支杆131与踏板12、车体10构成一个四边形。本实施例中，连接支杆131呈倾斜设置，从而两个连接支杆131与踏板12、车体10构成一个平行四边形。连接转动体132由驱动机构驱动。当驱动机构驱动连接转动体132转动时，在两个连接支杆131的带动下，踏板12与车体10能发生相对平移。结合图2所示，当将连接部件30相对踏板12转动到水平状态准备上下台阶之前，先控制驱动机构驱动连接转动体132向车体10前端转动一定角度，例如转动60度角，连接转动体132的转动带动两个连接支杆131向车体10前端转动60度角。踏板12在两个连接支杆132的带动下相对车体10朝前方平移一段距离，这样当上下台阶时，可以保证人体的重心位于两个第一行走部件20、第二行走部件40围成的三角形区域内，这样该装置在上下台阶时不会翻倒。

连接部件30包括连接板31和翻转部。连接板31的后端连接翻转部，前端连接第二行走部件40。翻转部包括翻转驱动机构以及受驱的翻转转动体33，翻转驱动机构包括电机32和驱动器，电机32用于驱动翻转转动体33。本实施例中，电机32通过连接件连接到踏板12的前端。翻转转动体33连接到连接板31。翻转转动体33为双出轴，翻转转动体33设置在电机32上。连接板31的靠近踏板12的一端具有连接口，翻转转动体33的两端分别连接到对应的连接口的内壁上，从而通过电机32驱动翻转转动体33，使连接板31可相对踏板12垂直转动。当然，可以理解的，翻转转动体33也可以为单出轴，翻转转动体33连接到连接口的其中一侧的内壁上。翻转驱动机构上设有传感器用于检测是否有台阶，并将检测结果反馈给控制系统。翻转驱动机构与控制系统连接，可根据控制系统的信号控制电机32。

在另外一种替换方案中，电机32通过连接件连接到连接板31。翻转转动体33连接到踏板12的前端。翻转转动体33为双出轴并设置在电机32上。踏板12的前端具有连接口，翻转转动体33的两端分别连接到对应的连接口的内壁上，从而通过电机32驱动翻转转动体33，使连接板31可相对踏板12垂直转动。

第一行走部件20包括第一足部21、安装到第一足部21内的驱动机构、受驱的足部转动体24和第一连杆组件。驱动机构包括电机，且与控制系统连接，可根据控制系统的信号控制电机，电机用于驱动足部转动体24。第一连杆组件包括一个连杆22。第一足部21一端固定到车体10，另一端通过足部转动体24连接连杆22，连杆22的安装端固定到足部转动体24，随着足部转动体24的转动而转动。连杆22的末端形成支点部件23，支点部件23用于与地面或台阶面接触。连杆22与支点部件23为一体成型，优选地，支点部件23的形状为圆形。

可以理解地，在驱动机构驱动连杆22转动时，如果以第一足部21为参考位置，则是支点部件23相对于第一足部21转动；如果以支点部件23为参考位置，则是第一足部21相对于支点部件23转动。

车轮11通过车轴25连接到车体10。本实施例中，车轴25与对应一侧的第一行走部件20的足部转动体24共轴心。车轮11位于第一行走部件20的外侧。具体的，车轴25从对应一侧的足部转动体24内伸出，且车轴25由安装到车体10的车轮驱动机构驱动，车轮11与对应一侧的第一行走部件20的第一连杆组件之间不相互干涉重叠，车轮11和第一连杆组件的运动是独立的。可以理解的，车轴25与对应一侧的第一行走部件20的足部转动体24也可以是平行或保持一定角度。车轮11的半径小于连杆22的长度且大于第一足部21的半径，车轮11用于在路面上运行，连杆22用于上下台阶，这样就实现了该平衡助理装置既能在路面上运行，又能上下楼梯的功能。

第二行走部件40包括第二足部41、安装到第二足部41内的驱动机构、受驱的足部转动体44和第二连杆组件。驱动机构包括电机，且与控制系统连接，可根据控制系统的信号控制电机，电机用于驱动足部转动体44。第二连杆组件包括一个连杆42。第二足部41固定到连接部件30，且第二足部41的一端通过足部转动体44连接连杆42。连杆42的安装端固定到足部转动体44，随着足部转动体44的转动而转动。连杆42的末端形成支点部件43，支点部件43用于与地面或台阶面接触。连杆42与支点部件43为一体成型，优选地，支点部件43的形状为圆形。

可以理解地，在驱动机构驱动连杆42转动时，如果以第二足部41为参考位置，则是支点部件43相对于第二足部41转动；如果以支点部件43为参考位置，则是第二足部41相对于支点部件43转动。

第二足部41的与连杆42相背离的一端通过车轴安装有轮子46。轮子46的半径小于连杆42的长度且大于第二足部41的半径，以保证第二行走部件40可上下台阶。轮子46的设置可以提高第二行走部件40在上下台阶时行走的速度。当连接部件30相对踏板12转动到水平状态时，如图2所示，轮子46的底部与车轮11的底部位于同一水平面内，以保证车体10的平衡。

下面以第一行走部件20上下台阶为例来描述本发明上下楼梯的原理。

如图2所示，在上下台阶之前，先通过电机32驱动翻转转动体33将连接板31相对踏板12转动到水平状态，使轮子46的底部和两个车轮11的底部位于同一水平面内。通过控制驱动机构驱动连接转动体132向车体10前端转动一定角度，连接转动体132的转动带动两个连接支杆131向车体10前端转动一定角度。踏板12在两个连接支杆132的带动下相对车体10朝前方平移一段距离，保证人体的重心位于两个第一行走部件20、第二行走部件40围成的三角形区域内。

结合图3，为第一行走部件20上台阶的示意图。将足部转动体24的转动中心定义为o，支点部件23的中心定义为o1。第一步，第一行走部件20在初始状态时，对应的车轮11接触低一级台阶100的水平面。驱动机构驱动连杆22转动，连杆22绕着转动中心o转动，直到支点部件23的底部接触高一级台阶100的水平面并反作用连杆22的安装端，进入第二步，根据杠杠原理，连杆22的安装端受反向作用力绕支点部件23转动，即连杆22绕着支点部件23的中心o1转动，第一足部21(图上未示出)被向前翻转，对应的车轮11也被带动向前翻转，直到车轮11接触高一级台阶100的水平面，进入第三步，驱动机构再驱动连杆22转动进入第四步。如此反复进行，即可完成上台阶的动作。第一行走部件20下台阶的原理与上台阶类似，这里不再赘述。同理，第二行走部件40上台阶和下台阶的原理都与第一行走部件20类似，只不过在上下台阶过程中，第二足部41被向前翻转时，带动的是轮子46向前翻转而不是车轮11。这样，在两个第一行走部件20和第二行走部件40的共同作用下，使车体10上下台阶，从而实现上下楼梯。

第二实施例

参考图4，本实施例与第一实施例不同的是，第一连杆组件包括两个连杆，两个连杆分为一级连杆22a和二级连杆22b。一级连杆22a的安装端固定到足部转动体24，随着足部转动体24的转动而转动。一级连杆22a的末端形成支点部件23a并设有转动体26。二级连杆22b的安装端安装到转动体26。二级连杆22b的末端形成支点部件23b。一级连杆22a内可安装传动装置，使一级连杆22a和二级连杆22b可由同一个或不同的驱动机构驱动。

优选地，一级连杆22a的支点部件23a和二级连杆22b的支点部件23b的形状都为半圆形，一级连杆22a的支点部件23a的直径与一级连杆22a的宽度相同，二级连杆22b的支点部件23b的直径与二级连杆22b的宽度相同。当然，可以理解的，一级连杆22a的支点部件23a和二级连杆22b的支点部件23b的形状也可以为圆形。因为有二级连杆22b的存在，所以一级连杆22a的支点部件23a可不接触地面或台阶面。一级连杆22a和二级连杆22b可以使得第一行走部件20行走更灵活，承载能力更强。车轮11的半径小于一级连杆22a的长度且大于第一足部21的半径，这样就实现了该平衡助理装置既能在路面上运行，又能上下楼梯的功能。

下面结合图5和图6来说明第一行走部件20上下台阶的过程。

如图5所示，在上下台阶之前，先通过电机32驱动翻转转动体33将连接板31相对踏板12翻转到水平状态，使轮子46的底部和两个车轮11的底部位于同一水平面内。通过控制驱动机构驱动连接转动体132向车体10前端转动一定角度，连接转动体132的转动带动两个连接支杆131向车体10前端转动一定角度。踏板12在两个连接支杆132的带动下相对车体10朝前方平移一段距离，保证人体的重心位于两个第一行走部件20、第二行走部件40围成的三角形区域内。

结合图6所示，为第一行走部件20上台阶的示意图。将足部转动体24的转动中心定义为o，转动体26的转动中心定义为o1，二级连杆22b的支点部件23b的中心定义为o2。第一步，第一行走部件20在初始状态时，第一足部21(图上未示出)不接触低一级台阶100的水平面，对应的车轮11接触低一级台阶100的水平面，驱动机构驱动一级连杆22a转动，使一级连杆22a绕着转动中心o转动，传动装置驱动二级连杆22b转动，使二级连杆22b绕着转动中心o1转动，直到二级连杆22b的支点部件23b的底部接触高一级台阶100的水平面，进入第二步，二级连杆22b的支点部件23b反作用二级连杆22b的安装端，使二级连杆22b绕着支点部件23b的中心o2向前翻转，使第一足部21向前翻转，从而带动对应的车轮11向前翻转脱离低一级台阶100的水平面，同时，一级连杆22a绕着转动中心o1向前翻转，进入第三步，第一足部21带动对应的车轮11向前翻转直到车轮11接触高一级台阶100的水平面，接着，一级连杆22a绕着转动中心o向前翻转，使二级连杆22b的支点部件23b脱离高一级台阶100的水平面，同时，二级连杆22b绕着转动中心o1向前翻转，直到二级连杆22b的支点部件23b的底部接触更高一级台阶100的水平面。如此反复交替进行，即可完成上台阶的动作。第一行走部件20下台阶的原理与上台阶类似，这里不再赘述。

这样，在两个第一行走部件20和第二行走部件40的共同作用下，使车体10上下台阶，从而实现上下楼梯。

第三实施例

参考图7，本实施例与第一实施例不同的是，本实施例为双连杆结构。具体地，第一连杆组件包括两个连杆22a、22b，足部转动体为两个24a、24b，从第一足部21的同一侧的中心伸出，两个足部转动体24a、24b共轴心。足部转动体24a套设到足部转动体24b的外周。每个足部转动体驱动对应的一个连杆。每个连杆的末端形成支点部件。

下面结合图8和图9描述第一行走部件20上下台阶100的过程。为了便于描述，该双连杆分别表示为22a和22b，其支点部件分别表示为23a和23b。

如图8所示，在上下台阶100之前，先通过电机32驱动翻转转动体33将连接板31相对踏板12翻转到水平状态，使轮子46的底部和两个车轮11的底部位于同一水平面内。通过控制驱动机构驱动连接转动体132向车体10前端转动一定角度，连接转动体132的转动带动两个连接支杆131向车体10前端转动一定角度。踏板12在两个连接支杆132的带动下相对车体10朝前方平移一段距离，保证人体的重心位于两个第一行走部件20、第二行走部件40围成的三角形区域内。

结合图9所示，为第一行走部件20上台阶100的示意图。将第一足部21的转动中心定义为o，足部转动体24b的转动中心定义为o1，足部转动体24a的中心定义为o2。第一步，第一行走部件20在初始状态时，其中一连杆22b的支点部件23b的底部接触低一级台阶100的水平面，在驱动机构的作用下，第一足部21的中心o绕着支点部件23b的中心o1转动，另一连杆22a相对于第一足部21的中心o转动，最终使该其支点部件23a的底部接触高一级台阶100的水平面。第二步，继续驱动位于高一级台阶100的连杆22a，从而使第一足部21的中心o相对于连杆22a支点部件23a的中心o2向前翻转，使驱动连杆22b的支点部件23b离开低一级台阶100的水平面。可以理解地，驱动机构还驱动连杆22a转动。第三步，第一足部21继续向前翻转，连杆22b继续向前转动，直到连杆22b的支点部件23b接触到台阶100的水平面，例如当前台阶100的水平面。此时，第一足部21的中心o位于连杆22a、22b的支点部件之间，从而具有很高的稳定性。接着，第一足部21关于连杆22b的支点部件23b的中心o1向前翻转，连杆22a关于第一足部21的中心o向前转动。第四步。如此反复交替进行，直到其中一个连杆例如连杆22a的支点部件23a接触到高一级台阶100的水平面为止，此时的状态与第一步类似。第一步至第四步的步骤不断循环，就能继续上台阶100。

在使用双连杆的结构下，第一足部21、车轮11就可以不与台阶100的水平面接触。如此反复交替进行，即可完成上台阶的动作。第一行走部件20下台阶的原理与上台阶类似，这里不再赘述。

这样，在两个第一行走部件20和第二行走部件40的共同作用下，使车体10上下台阶，从而实现上下楼梯。

本发明的第一连杆组件或第二连杆组件除了为上述的结构外，还可以为其他结构，比如第一连杆组件或第二连杆组件包括多个连杆。多个连杆由同一个驱动机构驱动或分别由多个驱动机构驱动。多个连杆的转动轴线重合，或者平行。连杆的数量不同，能承载的负荷也不同，可以根据实际情况进行选择。

以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，如对各个实施例中的不同特征进行组合等，这些都属于本发明的保护范围。