座椅型重心手控转向脚踏式两轮自平衡智能车的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种座椅型重心手控转向脚踏式两轮自平衡智能车，包括座椅式车体以及设置于车体上的前后控制机构、转向控制机构和控制系统；其中，所述前后控制机构设置于座椅式车体的扶手处；所述转向控制机构设置于座椅式车体的脚踏处，所述控制系统与转向控制机构相连接，并检测由前后控制机构产生的重心倾斜信号。本发明使得操控智能车前进和后退时提供的前倾后倾信号不再是由身体的前倾后仰来实现，而是通过手控来调节；而对于方向的控制，不再像现有的操控模式，通过摆杆进行转向，而是通过脚踏给出转向信号；并且，人们在控制智能车时真正地“坐”了下来，和平时坐在椅子上一样舒适，具有结构简洁、操控稳定性好、易实现的特点。
【专利说明】座椅型重心手控转向脚踏式两轮自平衡智能车
【技术领域】
[0001]本发明涉及机电一体化【技术领域】的一种动态平衡机器人，具体是一种依赖自身位姿信息来调节位姿的座椅型重心手控转向脚踏式两轮自平衡智能车。
【背景技术】
[0002]两轮自平衡智能小车是基于倒立摆的原理上实现的动态平衡。当智能车处于水平位置时，此时小车则处于一个平衡状态，控制系统对其位姿则不进行调整，若此时人为地加入转向信号，此时小车将在原地进行零半径转弯；然而，当智能车的传感器组件检测到小车重心前倾以后，为了保证小车不倒，则控制器会发出控制信号，使得智能车向前走，从而使得整个车体始终处于一个动态平衡中，在这样一个动态的过程中，若持续给予智能车一个前倾角，则小车会不停往前加速运行，正是在这样一个过程中实现了智能车的前行。反之亦然。
[0003]目前的两轮自平衡智能车大多采用人站立式的操控方式，有少部分采用了自行车座式的布局，以上二者均是通过人的前倾后仰来控制智能车的重心往前或朝后偏，从而实现智能车的前进和后退。人以这样的方式操控是很容易疲劳的。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种座椅型重心手控转向脚踏式两轮自平衡智能车。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现的。
[0006]一种座椅型重心手控转向脚踏式两轮自平衡智能车，包括座椅式车体以及设置于车体上的前后控制机构、转向控制机构和控制系统；其中，所述前后控制机构设置于座椅式车体的扶手处；所述转向控制机构设置于座椅式车体的脚踏处，所述控制系统与转向控制机构相连接，并检测由前后控制机构产生的重心倾斜信号。
[0007]所述座椅式车体包括底座、座椅、左车轮、右车轮、左减速电机和右减速电机，其中，所述座椅设置于底座上，所述左减速电机和右减速电机分别固定于底座的左右两侧，所述左车轮和右车轮分别通过左减速电机和右减速电机的花键轴相连接；所述前后控制机构设置于座椅的扶手上，所述转向控制机构和控制系统设置于底座上。
[0008]所述座椅与底座之间通过气缸连接，并置于底座之上。
[0009]所述气缸顶部设有气缸上接板。
[0010]所述座椅包括相互连接的平座和椅背，所述平座和椅背之间的角度可调节。
[0011]所述前后控制机构包括两组控制模块，两组控制模块分别设置于座椅式车体的左右扶手上；其中，每一组控制模块均包括导轨、配重块和拨杆，所述导轨和配重块设置于扶手内部，所述拨杆的底端通过配重块设置于导轨上，并可沿导轨前后移动；所述座椅式车体通过拨动拨杆实现重心的前后调节，从而实现车体的前后移动。
[0012]所述转向控制机构包括左踏板、右踏板和转向器；其中，所述转向器设置于左踏板和右踏板的根部，并与座椅式车体固定连接，所述转向器上设有角位移传感器；所述转向器将左踏板或右踏板的踩踏信号传递至角位移传感器，控制系统检测由角位移传感器采集至IJ的转向信号，并根据转向信号向座椅式车体的左减速电机和右减速电机发出转向控制指令，实现两轮的差动，从而实现车体的转向。
[0013]所述控制系统包括控制盒以及设置于控制盒内部的加速度计传感器、陀螺仪、驱动器、控制芯片和报警器，所述控制芯片分别与加速度计传感器、陀螺仪、外部角位移传感器、驱动器、报警器以及座椅式车体的左减速电机和右减速电机相连接。
[0014]所述陀螺仪和加速度计传感器竖直固定于控制盒中。
[0015]所述座椅型重心手控转向脚踏式两轮自平衡智能车，还包括如下部件:
[0016]-电池，所述电池分别与前后控制机构、转向控制机构以及控制系统相连接。
[0017]本发明提供的座椅型重心手控转向脚踏式两轮自平衡智能车，使得操控智能车前进和后退时提供的前倾后倾信号不再是由身体的前倾后仰来实现，而是通过手控来调节；而对于方向的控制，不再像现有的操控模式，通过摆杆进行转向，而是通过脚踏给出转向信号；并且，人们在控制智能车时真正地“坐” 了下来，和平时坐在椅子上一样舒适。
[0018]本发明具有结构简洁、操控稳定性好、易实现的特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0020]图1为本发明整体结构示意图；
[0021]图2、图3和图4为本发明各部分结构示意图；
[0022]图中:1为右拨杆，2为右配重块,3为右扶手,4为右导轨,5为平座,6为右车轮,7为右减速电机，8为踏板,9为电池，10为转向器,11为控制系统,12为法兰，13为底座，14为气缸，15为左车轮，16为左减速电机，17为第一支撑架，18为左扶手，19为第二支撑架，20为左导轨，21为左拨杆，22为左配重块，23为椅背，24为气缸上接板。
【具体实施方式】
[0023]下面对本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对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，这些都属于本发明的保护范围。
[0024]请同时参阅图1至图4。
[0025]本实施例提供了一种座椅型重心手控转向脚踏式两轮自平衡智能车，包括座椅式车体以及设置于车体上的前后控制机构、转向控制机构和控制系统；其中，所述前后控制机构设置于座椅式车体的扶手处；所述转向控制机构设置于座椅式车体的脚踏处，所述控制系统分别与前后控制机构和转向控制机构相连接。
[0026]进一步地，所述座椅式车体包括底座、座椅、左车轮、右车轮、左减速电机和右减速电机，其中，所述座椅设置于底座上，并通过气缸固定在车体上，所述左减速电机和右减速电机分别固定于底座的左右两侧，所述左车轮和右车轮分别通过左减速电机和右减速电机的花键轴相连接；所述前后控制机构设置于座椅的扶手上，所述转向控制机构和控制系统设置于底座上。
[0027]进一步地，所述座椅与底座之间通过气缸连接，并置于底座之上。
[0028]所述气缸顶部设有气缸上接板。
[0029]进一步地，所述座椅包括相互连接的平座和椅背，所述平座和椅背之间的角度可调节。
[0030]进一步地，所述前后控制机构包括两组控制模块，两组控制模块分别设置于座椅式车体的左右扶手上；其中，每一组控制模块均包括导轨、配重块和拨杆，所述导轨和配重块设置于扶手内部，所述拨杆的底端通过配重块设置于导轨上，并可沿导轨前后移动；所述座椅式车体通过拨动拨杆实现重心的前后调节，从而实现车体的前后移动。
[0031]进一步地，所述转向控制机构包括左踏板、右踏板和转向器；其中，所述转向器设置于左踏板和右踏板的根部，并与座椅式车体固定连接，所述转向器上设有角位移传感器；所述转向器将左踏板或右踏板的踩踏信号传递至角位移传感器，控制系统检测由角位移传感器采集到的转向信号，并根据转向信号向座椅式车体的左减速电机和右减速电机发出转向控制指令，从而实现车体的转向。
[0032]进一步地，所述控制系统包括控制盒以及设置于控制盒内部的加速度计传感器、陀螺仪、驱动器、控制芯片和报警器，所述控制芯片分别与加速度计传感器、陀螺仪、外部角位移传感器、驱动器、报警器以及座椅式车体的左减速电机和右减速电机相连接。
[0033]进一步地，所述陀螺仪和加速度计传感器竖直固定于控制盒中。
[0034]进一步地，本实施例还包括如下部件:
[0035]-电池，所述电池分别与前后控制机构、转向控制机构以及控制系统相连接。
[0036]具体为，
[0037]本实施例包括:左车轮15、右车轮6、左减速电机16、右减速电机7、座椅式车体、底座13、踏板8、转向器10带角位移传感器、法兰12、平座5、椅背23、支撑架117、支撑架219、气缸体14、左扶手18、右扶手3、左导轨20、右导轨4、左配重块22、右配重块2、左拨杆21、右拨杆1、电池9、控制系统11。
[0038]左、右减速电机16、7通过法兰盘12固联在座椅式车体的底座13上，左、右车轮
15、6通过左、右减速电机16、7的花键轴相连；
[0039]踏板8根部设有转向器10，最终在底座13前沿通过轴承座与底座13固连在一起，用于平衡车静止或运行状态下给出转向信号；
[0040]气缸14通过法兰12连接在底座13上方，气缸14上部通过气缸上接板24连接第一支撑架17和第二支撑架19，该气缸14用于调节座椅高度；
[0041]平座5通过第一支撑架17与气缸14连接，实现平座5上下倾角的可调；椅背23通过第二支撑架19与气缸14连接，实现椅背23前后倾角的可调；二者结合用于调节人刚入座时的重心；
[0042]左、右扶手18、3内，分别通过左、右导轨20、4连接左、右配重块22、2，通过调节左、右配重块22、2上的右、左拨杆21、1的前后位置来调节智能车的重心偏置位置。
[0043]本实施例的工作过程为:
[0044]在控制系统初始化前，人入座以后，首先将左、右配重块22、2置于左、右导轨20、4的中心位置，以保证运行时重心有较大的可调范围，将踏板8置于中位，然后通过调节所述的平座5上下倾角和椅背23前后倾角，使人入座后处于一个较为舒适的状态，并调节上述两个倾角直至车体和人的重心大概与两轮的同心轴处于同一个竖直平面上。初始化完成后，在运行过程中，则以双手操纵左、右配重块22、2为主，身体配合为辅的方式调控智能车的重心位置，从而实现智能车的前进和后退；通过左右脚踩踏板8的方式实现智能车的转向，即左踏往左转向，右踏往右转向。
[0045]在本实施例中，左右减速电机固定在车体两侧，由控制器进行控制，并通过驱动器进行驱动；平衡车车轮与两电机通过减速电机输出轴相连，以上构成平衡车的车体、行走系统和驱动系统；车体前沿固定有可通过脚踩转动的踏板，该踏板上固定有角位移传感器，它负责采集转向信号，从而该部分构成平衡车的转向系统；另外，负责采集平衡车摆动角速度信号的陀螺仪传感器和采集平衡车角度信号的加速度计传感器竖直固定于控制盒中，并与控制芯片相连，控制盒固定于车体上，以上构成平衡车的传感器组件和控制系统；在车体上方固定有气缸，它通过法兰与车体相连，用于调节座椅高度；倾斜角可调式平座通过气缸体顶部的气缸上接板与气缸体相连；倾斜角可调式椅背通过第二支撑架与气缸体相连；左右扶手下方通过第一支撑架与气缸体相连，在左右扶手内部设有导轨，用于给配重块导向和减小摩擦，人们通过左右手前后操作配重块的拨杆，即可实现动态平衡位置处重心的前后移动，以上即为平衡车的操纵系统。由此，实现了平衡车前进、后退以及转弯功能，打破了现有的站立式操控和自行车座式操控模式。
[0046]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
【权利要求】
1.一种座椅型重心手控转向脚踏式两轮自平衡智能车，其特征在于，包括座椅式车体以及设置于座椅式车体上的前后控制机构、转向控制机构和控制系统；其中，所述前后控制机构设置于座椅式车体的扶手处；所述转向控制机构设置于座椅式车体的脚踏处，所述控制系统与转向控制机构相连接。
2.根据权利要求1所述的座椅型重心手控转向脚踏式两轮自平衡智能车，其特征在于，所述座椅式车体包括底座、座椅、左车轮、右车轮、左减速电机和右减速电机，其中，所述座椅设置于底座上，所述左减速电机和右减速电机分别固定于底座的左右两侧，所述左车轮和右车轮分别通过左减速电机和右减速电机的花键轴相连接；所述前后控制机构设置于座椅的扶手上，所述转向控制机构和控制系统设置于底座上。
3.根据权利要求2所述的座椅型重心手控转向脚踏式两轮自平衡智能车，其特征在于，所述座椅与底座之间通过汽缸连接。
4.根据权利要求3所述的座椅型重心手控转向脚踏式两轮自平衡智能车，其特征在于，所述座椅包括相互连接的平座和椅背，所述平座和椅背之间的角度可调节。
5.根据权利要求1所述的座椅型重心手控转向脚踏式两轮自平衡智能车，其特征在于，所述前后控制机构包括两组控制模块，两组控制模块分别设置于座椅式车体的左右扶手上；其中，每一组控制模块均包括导轨、配重块和拨杆，所述导轨和配重块设置于扶手内部，所述拨杆的底端通过配重块设置于导轨上，并可沿导轨前后移动；所述座椅式车体通过拨动拨杆实现重心的前后调节，从而实现车体的前后移动。
6.根据权利要求1或2所述的座椅型重心手控转向脚踏式两轮自平衡智能车，其特征在于，所述转向控制机构包括左踏板、右踏板和转向器；其中，所述转向器设置于左踏板和右踏板的根部，并与座椅式车体固定连接，所述转向器上设有角位移传感器；所述转向器将左踏板或右踏板的踩踏信号传递至角位移传感器，角位移传感器根据踩踏信号向控制系统发送转向信号，控制系统根据转向信号向左减速电机和右减速电机发出转向控制指令，实现两轮的差动，从而实现车体的转向。
7.根据权利要求6所述的座椅型重心手控转向脚踏式两轮自平衡智能车，其特征在于，所述控制系统包括控制盒以及设置于控制盒内部的加速度计传感器、陀螺仪、驱动器、控制芯片和报警器，所述控制芯片分别与加速度计传感器、陀螺仪、外部角位移传感器、驱动器、报警器以及座椅式车体的左减速电机和右减速电机相连接。
8.根据权利要求7所述的座椅型重心手控转向脚踏式两轮自平衡智能车，其特征在于，所述陀螺仪和加速度计传感器竖直固定于控制盒中。
9.根据权利要求1所述的座椅型重心手控转向脚踏式两轮自平衡智能车，其特征在于，还包括如下部件: -电池，所述电池分别与前后控制机构、转向控制机构以及控制系统相连接。
【文档编号】G05D1/00GK103676943SQ201310415367
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月12日 优先权日:2013年9月12日
【发明者】莫锦秋, 席行飞, 刘承立, 黄邢陈, 朱迪, 陈斌 申请人:上海交通大学