一种二轮平衡车的制作方法

本发明涉及平衡车领域，特别涉及一种二轮平衡车。

背景技术：

电动平衡车，又叫体感车、思维车、摄位车等，由于体积小，速度快，安全可靠，便于用户从车站到单位的时间缩短，是一种绿色环保、休闲娱乐的代步工具。

市场上主要有独轮和双轮两类。其运作原理主要是建立在一种被称为"动态稳定"(dynamicstabilization)的基本原理上，利用车体内部的陀螺仪和加速度传感器，来检测车体姿态的变化，并利用伺服控制系统，精确地驱动电机进行相应的调整，以保持系统的平衡。是现代人用来作为代步工具、休闲娱乐的一种新型的绿色环保的产物。

目前，现有的二轮自平衡小车二轮共轴、二轮间独立驱动、平衡车的车身重心位于车轮轴上方，通过车身的前后运动保持平衡。二轮平衡车凭借自身灵活、简单的结构特性，频繁被用于地质勘探、灾区搜索、代步等领域，但几乎都以传统的手段采用人手动控制和遥控控制为主，传统的控制方法会受到天气、地形、光照等外界条件的影响，导致小车容易造成错误判断，而造成安全隐患，而且增加响应时间。

技术实现要素：

本发明的目的是提供了一种二轮平衡车，实现手势控制车体运动状体，不受天气、光照等外界条件影响，减少车体错误判断的可能性，提高了使用可靠性以及安全性。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种二轮平衡车，包括设置在用户的控制终端载体以及设置在车体的主控mcu、电机与电机控制模块、数字运动传感器，所述控制终端载体包括多个用于感知用户手指手势的姿态传感器，所述控制终端载体将所述姿态传感器采集到的用户的手势指令并处理后通过无线模块发送到所述主控mcu，所述主控mcu根据所述手势指令计算出需要施加到所述车体的角速度和加速度的车体中心控制指令，并将所述车体中心控制指令发送到所述电机与电机控制模块，并由所述电机与电机控制模块调节控制所述车体的车轮的转动速度，控制所述车体的速度以及转向，所述数字运动传感器采集所述车体运行过程中的角速度以及加速度，并通过预定的算法输出对所述车体进行控制，使得所述车体保持平衡。

其中，所述控制终端载体包括微控制器、与所述微控制器连接的手势控制手套以及设置在所述手势控制手套的中指、无名指、手背的所述姿态传感器，所述姿态传感器通过采集并处理用户的手指的手势信息中的角速度以及加速度信息后发送到所述微控制器，所述微控制器对所述手指的手势信息进行处理并转换为所述手势指令后通过所述无线模块发送到所述主控mcu。

其中，所述姿态传感器为mpu6050姿态传感器。

其中，所述无线模块为蓝牙模块、wifi模块或zigbee模块。

其中，还包括设置在所述车体正前方与所述主控mcu连接的led显示屏，用于显示所述手势指令的识别信息以所述车体的运行状态信息。

其中，还包括与所述led显示屏、所述主控mcu连接的语音模块，用于说明当前所述车体的运行状态信息。

其中，所述主控mcu为包括stm32f407芯片的主控mcu。

其中，所述电机与电机控制模块为包括tb6612fng驱动芯片的电机与电机控制模块。

其中，所述微控制器为stm32f103c8t632位微控制器。

其中，所述数字运动传感器为mpu6050数字运动传感器。

本发明实施例所提供的二轮平衡车，与现有技术相比，具有以下优点：

所述二轮平衡车，通过设置在用户手指的姿态传感器采集用户的手指运动信息并进行识别转换为对车体的控制信息，实现了手势控制车体的目的，不受天气、光照等外界条件影响，减少车体错误判断的可能性，提高了使用可靠性以及安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明实施例提供的二轮平衡车的一种具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

请参考图1，图1为本发明实施例提供的二轮平衡车的一种具体实施方式的结构示意图。

在一种具体实施方式中，所述二轮平衡车，包括设置在用户的控制终端载体10以及设置在车体40的主控mcu20、电机与电机控制模块30、数字运动传感器50，所述控制终端载体10包括多个用于感知用户手指手势的姿态传感器11，所述控制终端载体10将所述姿态传感器11采集到的用户的手势指令并处理后通过无线模块发送到所述主控mcu20，所述主控mcu20根据所述手势指令计算出需要施加到所述车体40的角速度和加速度的车体40中心控制指令，并将所述车体40中心控制指令发送到所述电机与电机控制模块30，并由所述电机与电机控制模块30调节控制所述车体40的车轮的转动速度，控制所述车体40的速度以及转向，所述数字运动传感器50采集所述车体40运行过程中的角速度以及加速度，并通过预定的算法输出对所述车体40进行控制，使得所述车体40保持平衡。

通过设置在用户手指的姿态传感器11采集用户的手指运动信息并进行识别转换为对车体40的控制信息，实现了手势控制车体40的目的，不受天气、光照等外界条件影响，减少车体40错误判断的可能性，提高了使用可靠性以及安全性。

本发明中的控制终端载体10并不是直接设置在车体40的，而是在用户的手上，通过手势进行控制，而在本发明中，用户的手势通过姿态传感器11进行采集，对于如何识别、如何将手势指令转换为对应的控制指令不做限定。

在本发明的一个实施例中，所述控制终端载体10包括微控制器、与所述微控制器连接的手势控制手套以及设置在所述手势控制手套的中指、无名指、手背的所述姿态传感器11，所述姿态传感器11通过采集并处理用户的手指的手势信息中的角速度以及加速度信息后发送到所述微控制器，所述微控制器对所述手指的手势信息进行处理并转换为所述手势指令后通过所述无线模块发送到所述主控mcu20。

通过设置手套结构，将姿态传感器11设置在手套的手指上，在用户进行手势动作的同时，会带动对应的姿态传感器11运动，姿态传感器11会获得与用户手指相同方向和角度的运动，例如获得对应的加速度和角速度等，然后通过微处理器12将姿态传感器11获得的手势对应的手指信息进行识别，按照预设的程序，判定本次手势为加速、减速还是转弯，并且对应的加速度以及转弯角速度等。

本发明中的姿态触感器，用于采集用户的手势信息，本发明并不局限于上述的手套结构，其中的姿态触感器可以设置在指尖，也可以设置在指肚，而且手套的主体结构可以是棉布、橡胶、也可以是专用的材质，同时用导线将姿态传感器11与微处理器12连接，其中的导线可以隐藏在手套中，也可以在手套的内侧或外侧设置。

另外，在本发明中，还可以将姿态传感器11类似与戒指的结构，采用无线信号传达的方式，使得用户无需佩戴手套，避免在夏天手部温度过高，提高用户使用的舒适性。

本发明中的姿态传感器11主要是用来测量手指的加速度，包括手指弯折以及手指展开时的加速度，还可以采用双手并用的方式，同时控制，也可以采用多指组合共用实现不同的手指输出控制，本发明对于所述姿态传感器11的数量、具体设置位置以及测量精确度不做具体限定，在一个实施例中，所述姿态传感器11为mpu6050姿态传感器。

本发明中由于需要将姿态传感器11以及控制终端载体10采集到的用户的手势信息对应的指令传输到主动mcu，由主控mcu20向其余部件发送控制命令，由于姿态传感器11以及控制终端载体10在用户身上，而不在车体40，虽然属于二轮平衡车的一部分，但是无法实现有线信号传输故而采用无线信号传输，需要采用无线模块，本发明对于无线模块的种类以及信号传输协议的类型不做限定，所述无线模块可以为蓝牙模块，也可以为wifi模块，还可以为zigbee模块，或者是其它的无线信号传输模块，本发明对此不作具体限定，该无线模块一般集成到控制终端载体10，可以与微处理器12集成到一起。

其中的蓝牙模块，一般选择采用2.4ghz频率的蓝牙模块。

本发明中由于二轮平衡车在运动过程中，会接收到各种参数，为了方便维护以及方便用户知晓平衡车的运行状态，在本发明的一个实施例中所述二轮平衡车还包括设置在所述车体40正前方与所述主控mcu20连接的led显示屏，用于显示所述手势指令的识别信息以所述车体40的运行状态信息。

通过设置led显示屏，显示车体40的运行状态，可以使得用户能够更加合理的进行系统设置，如根据用户的需要输入对应的手势指令设置，这样不同的用户可以根据不同的需要，选择自己最习惯的操作方式，获得最优、最合适的控制方式，如果感觉现有的手势控制智慧不畅，可以进行现有的更改，都可以通过led显示屏并确认。

本发明中采用led显示屏，是因为大多时时候该二轮平衡车是在阳光下运作，而液晶显示屏需要在背光，发光效率不如led显示屏，而且长时间的阳光照射能够会使得其寿命快速减少，而且最大亮度一般也不如led显示屏，因而为了提高使用寿命以及显示效果，采用led显示屏，如果未来有更优的显示屏，也可以替换led显示屏，本发明对显示屏以及形式内容不做限定，所采用的led显示屏可以为传统的半导体led显示屏，也可以为oled显示屏，或者其它材质的led显示屏。

由于在使用二轮平衡车的过程中led显示屏安装在车体40的前方，但是由于用户一般是站在车体40上，用户的眼镜与led显示屏的距离一般超过了1m，在使用过程中如果要获知当前的运行状态，直接观察led显示屏有些不方便，一方面距离太远看不清，另一方面在行车过程中低头容易发生交通事故。

为了解决这一技术问题，避免以及减少交通事故的发生，在本发明的一个实施例中，所述二轮平衡车还包括与所述led显示屏、所述主控mcu20连接的语音模块，用于说明当前所述车体40的运行状态信息。

通过设置语音模块，可以是自动播放当前车体40的运动状态，如前进速度超过30km/h时，自动进行报警，如左转弯或右转弯时进行语音提示，如减速或加速时提醒用户等，另外，用户还可以通过手指指令查询当前的车体40运行状体。

本发明中的主控mcu20作用在于接收微处理器12传送的手势指令，向电机与电机控制模块30的电机发送指令从而控制平衡车双轮的转速，从而进行加速、减速、转弯等操作，本发明中对于主动mcu所采用的算法以及芯片类型不做限定，一般所述主控mcu20为包括stm32f407芯片的主控mcu20。

同理，对于电机与电机控制模块30中所采用的电机的种类、型号不做具体限定，对于其其中的驱动芯片不做具体限定，在一个实施例中，所述电机与电机控制模块30为包括tb6612fng驱动芯片的电机与电机控制模块30。

本发明中数字运动传感器50用于采集小车运动过程中的角速度和加速度，一般将角速度和加速度将作为输入量通过pid算法的输出量对小车进行控制，使其平衡，当然并不局限于采用pid算法，还可以采用其它的算法，本发明对其不做具体限定，本发明对于数字运动传感器50的类型不做具体限定，在一实施例中，所述数字运动传感器50为mpu6050数字运动传感器50。

在本发明中微控制器用于将姿态传感器11获得的用户的手势的加速度、线速度、角速度等信息进行处理识别，计算出用户手势对应的操作指令，并传递到主控mcu20，由主动mcu向电机与电机控制模块30发送命令，从而进行加速、减速、转弯等操作，本发明对于微处理器12的类型不做限定，在一个实施例中，所述微控制器为stm32f103c8t632位微控制器。

在本发明中，对于手势识别的微处理器12与向各部件发送运行指令的mcu，可以为两个独立的单元，也可以为一个集成体，全部集成设置在车体40上。

此外，本发明中的二轮平衡车会电源模块，在一个实施例中，所述电源模块的输入电压由7.2v2000mah的镍锂电池提供。所述电源模块为系统的各部分提供稳定的电压，主要有7v、5v和3.3v的电压，本发明对此不作限定。

本发明的一个实施例中，二轮平衡车的运行原理如下：

数字运动传感器采集车体的角速度和加速度作为输入量，利用pid算法输出控制量对车体进行控制。当车体位于前倾状态时，小幅度调节车体往前，使车体重心平衡。静止状态时，重心平衡不需要调节。当车体处于后仰状态时，小幅度调节车体往后，使车体重心前移。当车体需要转向的时候，通过调节车体轮子左右电机的运转速度，从而实现转向。当车体需要左转时，左轮电机减速，车体左转；当车体右转时，右轮电机减速，车体将右转。

在控制终端载体中，当手指发生平移运动或者手指上下摆动的时候，姿态传感器会采集角速度和线性加速度，利用dmp数字运动处理引擎，经卡尔曼滤波后按帧传输当前的角度及加速度数据传递到mcu。两个手指和手背上的角速度和加速度作为三组输入量，通过算法即可判断出当前所表示的手势，从而获取相应指令。

综上所述，本发明实施例提供的二轮平衡车，通过设置在用户手指的姿态传感器采集用户的手指运动信息并进行识别转换为对车体的控制信息，实现了手势控制车体的目的，不受天气、光照等外界条件影响，减少车体错误判断的可能性，提高了使用可靠性以及安全性。

以上对本发明所提供的二轮平衡车进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。