一种自平衡冲浪板的制作方法

本发明涉及水上运动设备、海上休闲娱乐设备等领域。

背景技术：

一般情况下，普通冲浪板不仅需要在海浪足够高的情况下使用，同时需要驾驶者具有丰富的驾驶经验和平衡能力，这些条件限制了普通冲浪板的使用场景：在一般的水面，例如湖泊河流等不具备海上浪涛的情况下，普通冲浪板使用受限；对于初学者来说，由于经验匮乏、平衡感较差等原因，往往无法顺利的驾驭一个普通冲浪板，从而抬高了普通玩家体验水上冲浪乐趣的门槛。此外普通冲浪板自身为无动力设备，当驾驶者处于紧急情况时，无外力协助驾驶者自救，生还的可能性降低。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提供一种自平衡冲浪板，以至少解决以上部分或全部技术问题。

本发明提供了一种自平衡冲浪板，该冲浪板由冲浪板主体，推进力产生装置，推进力方向调整装置，驾驶者重心位置检测模组，主控制器模组组成：

冲浪板主体与普通冲浪板相似，主要用来产生浮力，承载驾驶者，从而保持驾驶者立于水面；此外优化冲浪板主体的流线型可以降低冲浪板前进时受到的阻力。

推进力产生装置主要给冲浪板提供推进力，该推进力大小可调，需要时还可以提供负推力；通过控制冲浪板的推进力大小实现冲浪板在水面的加减速运动。

推进力方向调整模组可以控制冲浪板推进力的方向，实现其在四个方向上的调整：以冲浪板前进方向为基准，控制推进力方向沿着冲浪板前进方向左右可调和以冲浪板上下表面为基准，控制推进力方向上下可调。

驾驶者重心位置检测模组主要用来检测驾驶者身体重心距离冲浪板前后缘和左右缘的距离。

主控制器模组基于所述驾驶者重心位置检测模组获得的驾驶者重心位置信息，确定控制逻辑，控制冲浪板的推进力大小和方向：

当驾驶者身体的重心离冲浪板的前缘更近的时候，主控制器模组控制冲浪板的推进力增加，进而控制冲浪板加速运动，冲浪板通过与驾驶者脚掌接触处的摩擦力，对驾驶者施加了一个前进方向上的正加速度，进而驾驶者受到了一个与前进方向相反的惯性力，从而抵消了驾驶者由于重心靠前产生的前翻倾覆力矩；

当驾驶者的身体重心离冲浪板的后缘更近的时候，主控制器模组控制冲浪板的推进力降低，且低于当前运动速度下的前进阻力，从而实现冲浪板的减速运动，需要时还可以控制推进力产生装置产生负推力，进一步增强冲浪板的减速运动，冲浪板通过与驾驶者脚掌接触处的摩擦力，对驾驶者施加了一个前进方向上的负加速度，进而驾驶者受到了一个与前进方向相同的惯性力，从而抵消了驾驶者由于重心靠后产生的后翻倾覆力矩；

当驾驶者的身体重心离冲浪板左侧更近的时候，主控制器模组控制推进力的方向朝向右前方，从而控制冲浪板做逆时针转弯，使驾驶者受到向右的离心力，从而抵消了由于重心靠左产生的左翻倾覆力矩；

当驾驶者的身体重心离冲浪板右侧更近的时候，主控制器模组控制推进力的方向朝向左前方，从而控制冲浪板做顺时针转弯，使驾驶者受到向左的离心力，从而抵消了由于重心靠右产生的右翻倾覆力矩。

在一实施方式中，所述驾驶者重心位置检测模组由分布在冲浪板上表面的多个压力传感器构成，多个传感器充分覆盖了驾驶者脚掌站立面及其周围的区域；传感器可以获得驾驶者左右脚分别施加在冲浪板上的压力数值，该数值反应了驾驶者的身体重心与左右脚支撑点的位置关系:当左脚处的压力传感器数值大于右脚处的压力传感器数值，则说明驾驶者的身体重心离左脚更近，随着左脚处压力传感器数值的增加和右脚处压力传感器数值的降低，驾驶者的身体重心离左脚越来越近，反之离右脚越来越近；该驾驶者的左右脚站立面对应的是冲浪板上不同位置处的压力传感器，因此驾驶者的身体重心在冲浪板上的位置是可知的。

在一实施方式中，所述驾驶者重心位置检测模组由红外光学传感器组成，在冲浪板的边缘布有多个红外光学传感器，通过不同位置处红外光学传感器接收到的红外辐射强度的变化，判断驾驶者身体离冲浪板不同边缘的距离，从而估算驾驶者的重心在冲浪板上的位置。

在一实施方式中，所述驾驶者重心位置检测模组由安置在冲浪板前缘或者后缘上的摄像头构成，该摄像头通过判断驾驶者在视觉成相中的景深和离成相边框的距离来估算驾驶者重心在冲浪板上的位置。

在一实施方式中，所述推进力产生装置由集成在冲浪板主体上的叶轮机械通过将水流排向冲浪板的后方来产生冲浪板前进的推进力；该推进力产生装置可由电池、内燃机等动力机械提供能量；该推进力产生装置可以控制其叶轮机械的旋转速度从而控制推进力的大小，甚至可以通过反方向旋转叶轮机械产生阻碍冲浪板前进的推进力，使冲浪板减速，同时还可以由推进力方向调整模组控制推进力产生装置旋转180°产生负推力。

在一实施方式中，所述推进力产生装置由集成在冲浪板主体上的电磁推进器通过向推进器内部的水流中施加电流，同时外部施加一个固定磁场，通过电磁力的相互作用，将水流排向冲浪板的后方来产生冲浪板前进的推进力；通过控制施加的磁场强度，以及电流强度控制推进力的大小，通过改变电流的方向或者磁场的方向可以直接产生负推力。

在一实施方式中，所述推进力方向调整模组直接控制推进力产生装置以冲浪板前进方向为基准，左右可偏转，而以冲浪板上下表面为基准，上下可偏转，从而实现四个方向可调；控制推进力产生装置以冲浪板前进方向为基准旋转180°实现负推力。

在一实施方式中，所述推进力方向调整模组通过控制冲浪板下方的尾鳍旋转，实现以冲浪板前进方向为基准，推进力左右可调，和冲浪板上下表面为基准，推进力上下可调；控制推进力产生装置中的叶轮反转来产生负推力，控制尾鳍舵面与前进方向垂直来产生减速阻力。

在一实施方式中，所述推进力方向调整模组可以由上述两种推进力方向调整模组实施方式的任意组合。

本发明基于驾驶者重心位置检测模组获取驾驶者的重心在冲浪板上的位置，结合推进力产生模组的推进力大小控制和推进力方向调整功能，实现了驾驶者在冲浪板上的自平衡，从而降低了冲浪运动对驾驶者的技能需求，同时由于本发明所述的自平衡冲浪板是有动力冲浪板，因此在无海浪的情况下，以及内陆的湖泊河流等水域中均能使用，使得冲浪运动门槛得以降低。

附图说明

图1为本发明实施例一的一种自平衡冲浪板的结构示意图；

图2为本发明实施例一的一种自平衡冲浪板左右平衡示意图；

图3为本发明实施例一的一种自平衡冲浪板前后平衡示意图；

图4为本发明实施例二的一种自平衡冲浪板的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

下面结合具体附图并分实施例详细阐述本发明的技术方案。

实施例一

本发明实施例一提供了一种自平衡冲浪板的结构示意图，如图1所示，其中推进力产生装置02位于冲浪板尾鳍01的前方，推进力方向调整模组通过调整尾鳍的转向如图中r箭头和l箭头的旋转方向，实现冲浪板推进力方向的左右控制，而冲浪板推力的上下控制由推进力产生装置自身的上下偏摆产生；推进力的大小由推进力产生装置依据需要来调整，包括产生负推力。

图2阐述了自平衡冲浪板如何实现左右方向上的自平衡，如图所示：a为冲浪板的纵向中心线，b为冲浪板的横向中心线；此外为了更加直白的阐述冲浪板的自平衡原理，将冲浪板的上表面分成图示的16个区域，实际应用中不限于该16个区域。当驾驶者的重心落在3，7，11，15，区域时，说明驾驶者的重心在冲浪板的纵向中心线的偏右侧方向，此时由于驾驶者的重力作用，已经在冲浪板上施加了一个右翻倾覆力矩，如果驾驶者的重心落入4，8，12，16区域，此时由于重心右偏离冲浪板的纵向中心线距离较远，重力产生的右翻倾覆力矩更大，初学者在这种情况下容易翻板。本发明通过驾驶者重心位置检测模组可以获知此时驾驶者的重心右偏离冲浪板纵向中心线的距离，从而控制推进力的方向左偏，如箭头a所示，使得冲浪板的前进方向右偏，如箭头b所示，此时由于驾驶者和冲浪板一起做右转的曲线运动，会在驾驶者身上产生一个向左的离心力，该力绕冲浪板纵向中心线产生一个左翻倾覆力矩，该力矩的方向和由重心右偏重力产生的右翻倾覆力矩的方向正好相反，通过控制该曲线运动的速度和曲率可以控制驾驶者受到的离心力的大小，从而控制该离心力产生的左翻倾覆力矩大小接近由重心右偏产生的右翻倾覆力矩大小，从而保证了总的倾覆力矩趋近于零，以保证驾驶者的平衡。同理当驾驶者重心落在了冲浪板的1，2，5，6，9，10，13，14区域，即重心左偏离冲浪板纵向中心线，此时冲浪板载着驾驶者做左转曲线运动，从而保持驾驶者的平衡。

图3阐述了自平衡冲浪板如何实现前后方向上的自平衡，如图所示：a为冲浪板的纵向中心线，b为冲浪板的横向中心线；依旧将冲浪板的上表面分成图示的16个区域。当驾驶者的重心落在5，6，7，8区域时，说明驾驶者的重心在冲浪板横向中心线偏前方向，此时由于驾驶者的重力作用，已经在冲浪板上施加了一个前翻倾覆力矩，如果驾驶者的重心落入1，2，3，4区域，此时由于重心前偏离冲浪板的横向中心线距离较远，重力产生的前翻倾覆力矩更大，初学者在这种情况下容易翻板。本发明通过驾驶者重心位置检测模组可以知道此时驾驶者的重心前偏离冲浪板横向中心线的距离，从而增加冲浪板的推进力，如箭头a所示，保证推进力的大小大于冲浪板前进所受到的阻力b，使得冲浪板产生向前的加速度，，此时由于驾驶者和冲浪板一起做前进方向上的加速运动，会在驾驶者身上产生一个向后的惯性力，该力绕冲浪板横向中心线产生一个后翻倾覆力矩，该力矩的方向和由重心前偏重力产生的前翻倾覆力矩的方向正好相反，通过控制推进力a大于阻力b的大小，可以控制冲浪板前进加速度的大小，从而调节驾驶者受到的向后惯性力的大小，进一步控制了后翻倾覆力矩大小接近于重力的前翻倾覆力矩大小，从而保证了总的倾覆力矩趋近于零，保证了驾驶者的平衡。同理当驾驶者重心落在了冲浪板的9，10，11，12，13，14，15，16区域，即重心后偏离冲浪板横向中心线，此时冲浪板载着驾驶者做减速运动，即推进力a小于前进阻力b，必要的时候甚至可以控制推进力a为负值，即推进力a方向和阻力b同向，从而产生一个合适大小的负的前进向加速度，使得此时惯性力产生的前翻倾覆力矩大小接近重心后偏产生的后翻倾覆力矩，从而保持驾驶者的平衡。

实施例二

本发明实施例二提供了一种自平衡冲浪板的结构示意图，如图4所示，其中推进力产生装置02位于冲浪板尾鳍01的后方，尾鳍的角度是固定不变的，推进力方向调整模组通过直接控制推进力产生装置自身的上下左右偏摆来控制推进力的方向；推进力的大小由推进力产生装置依据需要来调整，包括产生负推力；推进力产生装置可以与冲浪板主体进行融合设计，使得没有外露的推力产生装置，此时推进力的方向直接通过调整推进力产生装置的尾喷管的角度来实现。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。