CN102745287A - 全方位移动儿童电动车 - Google Patents

Abstract

本发明属于遥控儿童电动车，尤其涉及一种全方位移动儿童电动车，其特征是：包括底盘和通过联轴节与直流电机连接的车轮，所述直流电机通过电机座固定在底盘上，所述底盘上方安装有四轮驱动控制电路和电池组、所述车轮的轮毂上固接有六个U型支架，所述U型支架上通过轴承和轴支承有自由滚子，所述自由滚子的轴线与轮子的轴线夹角呈锐角或钝角。有益效果：本设计的全方位移动儿童电动车无需转向装置可以实现10个方向的运动，填补遥控儿童电动车的市场空白；可操纵性好、娱乐性、趣味性强；性价比高，批量生产后，零件注塑成型，成本较低。

Description

全方位移动儿童电动车

技术领域

本发明属于儿童电动车，尤其涉及一种全方位移动儿童电动车。

背景技术

儿童电动车主要指的是儿童可驾驶可坐的一类由电机驱动的儿童电动车。儿童电动车一般适合1~8岁儿童驾驶。目前市场上儿童电动车主要有以下几类：电动汽车，电动摩托车，电动工程车。电动汽车多数带有遥控器，由于有包围式的座位，一般不容易从车上摔下来，1岁以上的可以独立乘坐但还不懂控制的儿童可以由家长使用遥控器进行控制，等小孩到了2岁左右可以自行控制的时候，就可以由小孩使用儿童电动车的油门踏板自行控制，但仍需有家长在一边照看，以确保安全。电动汽车是目前市场上销量最大的儿童电动车种类。电动工程车除了有普通电动汽车的前进后退等功能外，还有和工程车一样的各种功能，而且一般可以外挂各类的拖车，可以更全面的锻炼儿童的操控能力，一般适合3岁以上的儿童。这类电动工程车的分支很多基本覆盖了现实中工程车的类别，包括拖拉机，挖掘机，吊车，装载车，翻斗车等，外挂的拖车也有很多类别：水泥搅拌机，拖斗等。然而，目前市场上的儿童电动车是基于普通汽车的带有转向装置的儿童电动车，只能实现前进、后退、左转和右转。市场上亟待研发出具备多方向运动能力的遥控车。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的不足，提供一种全方位移动儿童电动车，可以遥控控制儿童电动车实现前、后、左、右、左前、右前、左后、右后、逆时针旋转、顺时针旋转共十个方向运动。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现，一种全方位移动儿童电动车，包括底盘和四个车轮，其特征是：所述车轮通过联轴节与直流电机连接，所述直流电机通过电机座固定在底盘上，所述底盘上方安装有八方向的操纵杆控制器，所述操纵杆控制器后方的底盘位置固定有座椅，所述座椅下连接有控制箱，所述车轮的轮毂上固接有六个U型支架，所述U型支架上通过轴承和轴支承有自由滚子，所述自由滚子的轴线与轮子的轴线夹角呈锐角或钝角。

所述车轮分成前方左右及后方左右四个车轮，所述前方左右车轮自由滚子的轴线与轮子的轴线夹角为45°和135°相对设置；所述后方左右车轮的自由滚子的轴线与轮子的轴线夹角为135°和45°相对设置。

所述四轮驱动控制电路包括分别与一对直流电机连接的驱动模块、单片机、八方向的操纵杆控制器、无线接收模块和电池组，所述单片机与驱动模块连接呈开环控制，所述单片机分别与八方向的操纵杆控制器和无线接收模块连接，所述电池组与单片机和驱动模块连接。

有益效果：本设计的全方位移动儿童电动车无需转向装置可以实现10个方向的运动，填补遥控儿童电动车的市场空白；可操纵性好、娱乐性、趣味性强；性价比高，批量生产后，零件注塑成型，成本较低。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图1a是图1的俯视图；

图2是45°自由滚子的组装结构示意图；

图3是图2的A-A剖视图；

图4是135°自由滚子的组装结构示意图；

图5是联轴节的结构示意图；

图6是儿童电动车前进自由滚子旋转方向图；

图7是儿童电动车后退自由滚子旋转方向图；

图8是儿童电动车左行自由滚子旋转方向图；

图9是儿童电动车右行自由滚子旋转方向图；

图10是儿童电动车左前行（45°）自由滚子旋转方向图；

图11是儿童电动车右后行（45°）自由滚子旋转方向图；

图12是儿童电动车右前行（45°）自由滚子旋转方向图；

图13是儿童电动车左后行（45°）自由滚子旋转方向图；

图14是儿童电动车逆时针旋转自由滚子旋转方向图；

图15儿童电动车顺时针旋转自由滚子旋转方向图；

图16是四轮驱动控制电路框图；（本发明还有遥控器吗？）

图17-图17a是自由滚子与车轮的坐标关系示意图。

图中：1、自由滚子，2、U型支架，3、螺钉，4、轴，5、垫圈，6、深沟球轴承，7、轮毂，8、车轮，9、底盘，10、L298N驱动模块，11、直流电机，12、联轴节，13、电机座，14、电池组，15、单片机，16、螺钉，17、开关，18、操纵杆控制器,19、旋钮，20、座椅，21、控制箱。

具体实施方式

以下结合较佳实施例，对依据本发明提供的具体实施方式详述如下：详见附图，一种全方位移动儿童电动车，包括底盘9和四个车轮，所述车轮通过联轴节12与直流电机11连接，所述直流电机通过电机座13固定在底盘上，所述底盘上方安装有八方向的操纵杆控制器18，所述操纵杆控制器后方的底盘位置固定有座椅20，所述座椅下连接有控制箱21，所述车轮的轮毂上固接有六个U型支架2，所述U型支架上通过深沟球轴承6和轴4支承有自由滚子1，所述车轮分成前方左右及后方左右四个车轮，所述前方左右车轮自由滚子的轴线与轮子的轴线夹角为45°和135°相对设置；所述后方左右车轮的自由滚子的轴线与轮子的轴线夹角为135°和45°相对设置。

所述控制箱内置有四轮驱动控制电路，所述四轮驱动控制电路包括分别与一对直流电机连接的L298N驱动模块10、STC89C52单片机15、八方向的操纵杆控制器18、无线接收模块和电池组14，所述STC89C52单片机与驱动模块连接呈开环控制，所述单片机与无线接收模块连接，所述电池组与单片机和驱动模块连接；所述八方向的操纵杆控制器18及旋钮19与单片机连接。所述电池组与单片机和驱动模块连接。

如图2和图4所示，自由滚子1通过两个轴承6与轴4装配，轴4支撑在U型支架2上，在轴承6两端与U型支撑架2间各安一个垫圈5。六个U型支架2支撑六个自由滚子1通过螺钉3固定在轮毂7的六个外表面上的斜45°槽中，轮毂为对边27mm的六方棒。车轮通过联轴节与直流电机装配。

如图1所示，四轮驱动控制底盘上四个车轮8通过联轴节12与四个直流电机11分别装配，直流电机4通过电机座13安装在底盘的下方。在底盘9上方安装有两个L298N驱动板10、一个最小***版STC89C52单片机15、一个电池组14、一个电源开关17。图中车轮上的斜线表示俯视时自由滚子轴线方向。根据自由滚子的参数值可得到：对称的U型支架底面间的距离为22mm，自由滚子轴中心到U型支架底面的距离为15.5mm。工作原理

1、自由滚子的参数：

如图3所示，滚子的轴线O₂Z₂与轮子轴线O₁Z₁呈空间交错布置，两轴夹角取α=45°。滚子的轴线O₂Z₂支撑于以O₁Z₁为轴线，半径为R₀的圆柱体上。轮子的半径为R。自由滚子的轴向轮廓线参数方程为：

$\left\{\begin{array}{c}l=z_2\\ r=\sqrt{x_2^2+y_2^2}\end{array}\right.$

（1）

式中：l—滚子长度；r—滚子半径；x₂—RcosθA，A为两坐标系O₁与O₂之间的距离；

$y_2-\frac{\sqrt{2}}{2}R(\sin \mathrm{\θ}-\mathrm{\θ}\cot \mathrm{\β}),$ -δ≤θ≤δ； $z_2-\frac{\sqrt{2}}{2}R(\sin \mathrm{\θ}+\mathrm{\θ}\cot \mathrm{\β}),$ -δ≤θ≤δ。

为了保证自由滚子运动的连续性，重合度λ必需≥1。λ为全部滚子参与运动的接触线总长与轮子周长的比率，称为运动连续性比率系数，简称重合度。

$\mathrm{\λ}=\frac{N\·2\mathrm{\δ}\·R}{2\mathrm{\πR}}=\frac{\mathrm{N\δ}}{\mathrm{\π}}---\left(2\right)$

式中：N为自由滚子的个数。

根据全方位移动儿童电动车尺寸的协调性、美观性，取自由滚子半径R=36.5mm，自由滚子宽度为43.5mm，自由滚子长度为49mm，最大半径取r_max=10mm。滚子选用MR84zz微型密封轴承，轴承内径4mm，外径8mm，由此通过式（1）经MatLab编制程序计算运算得：自由滚子最小半径r_min=5.2mm，螺旋角β=0.90489，转角θ=0.54664。

重合度λ的验算。本设计中，先取λ=1，求滚子的数量N。

$N=\frac{\mathrm{\π}}{\mathrm{\θ}}=\frac{\mathrm{\π}}{0.54664}=5.747$

最后滚子的数量N取整为6。

在确定了N，R，滚子长度l，θ，β后，将式（1）经MatLab编制程序运算得到自由滚子的轴向轮廓型线。

2、自由滚子的安装方式

将四个自由滚子两两对称安装，通过控制四个自由滚子正、反转及停止，就可以实现全方位移动儿童电动车的10个方向的运动。图6~图15中自由滚子中的虚线表示与地面接触的自由滚子的轴线方向。

前进如图6所示，四个自由滚子向前旋转，自由滚子所受摩擦力方向沿与地面接触自由滚子轴线方向，摩擦力分解为X和Y分量，X方向抵消，所以儿童电动车向前移动。

后退如图7所示，四个自由滚子向后旋转，摩擦力X方向分量抵消，所以儿童电动车向后移动。

左行如图8所示，1、4自由滚子向后旋转，2、3自由滚子向前旋转，摩擦力Y方向分量抵消，所以儿童电动车向左移动。

右行如图9所示，1、4自由滚子向前旋转，2、3自由滚子向后旋转，摩擦力Y方向分量抵消，所以儿童电动车向右移动。

左前行如图10所示，第二与第三车轮停止不动，第一与第四车轮向前转动，地面给予车轮左前方向摩擦力，所以儿童电动车沿左前方向移动。

右后行如图11所示，第二与第三车轮停止不动，第一与第四车轮向后转动，地面给予车轮右后方向摩擦力，所以儿童电动车沿右后方向移动。

右前行如图12所示，第一与第四车轮停止不动，第二与第三车轮向前转动，地面给予车轮右前方向摩擦力，所以儿童电动车沿右前方向移动。

左后行如图13所示，第一与第四车轮停止不动，第二与第三车轮向后转动，地面给予车轮左后方向摩擦力，所以儿童电动车沿左后方向移动。

逆时针旋转如图14所示，第二与第四车轮向后转动，第一与第三车轮向前转动，地面给予车轮摩擦力方向如图所示，儿童电动车以自身重心为圆心原地逆时针旋转。

顺时针旋转如图15所示，第二与第四车轮向前转动，第一与第三车轮向后转动，地面给予车轮摩擦力方向如图所示，儿童电动车以自身重心为圆心原地顺时针旋转。

工作过程

为了实现全方位移动儿童电动车的10个方向的运动，需设计四轮驱动控制电路来控制全向遥控车的四个自由滚子按图6~图15所示的旋转方向。

如图16所示，四轮驱动控制电路中采用STC89C52单片机开环控制。操纵杆八个方向分别对应电动车的前、后、左、右、左前、右前、左后、右后八个方向。操纵杆上的旋钮向前转对应电动车的逆时针旋转，旋钮向后转对应电动车的顺时针旋转。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种全方位移动儿童电动车，其特征是：包括底盘和通过联轴节与直流电机连接的车轮，所述直流电机通过电机座固定在底盘上，所述底盘上方安装有四轮驱动控制电路和电池组、所述车轮的轮毂上固接有六个U型支架，所述U型支架上通过轴承和轴支承有自由滚子，所述自由滚子的轴线与轮子的轴线夹角呈锐角或钝角。

2.根据权利要求1所述的全方位移动儿童电动车，其特征是：所述车轮分成前方左右及后方左右四个车轮，所述前方左右车轮自由滚子的轴线与轮子的轴线夹角为45°和135°相对设置；所述后方左右车轮的自由滚子的轴线与轮子的轴线夹角为135°和45°相对设置。

3.根据权利要求1或2所述的全方位移动儿童电动车，其特征是：所述四轮驱动控制电路包括分别与一对直流电机连接的驱动模块、单片机、八方向的操纵杆控制器、无线接收模块和电池组，所述单片机与驱动模块连接呈开环控制，所述单片机分别与八方向的操纵杆控制器和无线接收模块连接，所述电池组与单片机和驱动模块连接。

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