CN103895770A - 一种前后左右自平衡电动独轮车 - Google Patents

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汪子朝
张龙文
郑华科
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
    • B62K1/00—Unicycles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
    • B62K11/00—Motorcycles, engine-assisted cycles or motor scooters with one or two wheels
    • B62K11/007—Automatic balancing machines with single main ground engaging wheel or coaxial wheels supporting a rider

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Abstract

本发明公开了一种前后左右自平衡电动独轮车，该独轮车包括主控制器、飞轮以及主轮；所述主控制器包括单片机以及与单片机通信连接的陀螺仪和加速度计；所述飞轮包括飞轮轮组和飞轮电机；所述主轮包括主轮轮胎和主轮电机；所述主控制器控制飞轮电机带动飞轮轮组配合主轮掌握电动车的左右平衡，所述主控制器控制主轮电机带动主轮轮胎掌握电动车的前进和后退。本发明解决了独轮车左右方向的平衡问题，用户不需要练***稳，同时体积小，使用可充电电池供电，环保、安全。

Description

一种前后左右自平衡电动独轮车
技术领域
本发明涉及一种独轮车，具体地说是自平衡电动独轮车。
背景技术
目前市面上与本申请最接近的是一个前后自平衡独轮车，基于3个陀螺仪和一个加速度计，一个电机，一个单片机控制器构成，通过传感器，单片机控制电机的前后方向正转和反转；其只有一个轮子，人体前后方向自动平衡，机器开启后不会倒下去，但是人体左右方向需要人为去控制，需要像学***衡，找感觉。
现有的独轮车，人体左右方向需要人为控制，就像我们学***衡，否则会摔下来，不像坐在汽车里面，不用担心车子左右方向倾倒。
独轮车作为一个新的产品，目前产品由于学习十分困难，市场前景不是很好，群众没有信心掌控。购买力差，没有给大众带去真正的方便和安全.
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种解决了独轮车左右方向的平衡问题的自平衡电动车。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种前后左右自平衡电动独轮车，包括主控制器、飞轮以及主轮；所述主控制器包括单片机以及与单片机通信连接的陀螺仪和加速度计；所述飞轮包括飞轮轮组和飞轮电机；所述主轮包括主轮轮胎和主轮电机；所述主控制器控制飞轮电机带动飞轮轮组配合主轮掌握电动车的左右平衡，所述主控制器控制主轮电机带动主轮轮胎掌握电动车的前进和后退。
所述陀螺仪有六个，其中三个控制飞轮电机，另外三个控制主轮电机。
所述加速度计有两个，分别控制飞轮电机和主轮电机。
在主控制器上还设有保护板，使主控制器所在的线路板与两个电机隔离，使轮子在转动过程中不至于影响电路板的导线和工作性能。
飞轮有一个左右方向的摆，通过飞轮电机的转动，控制摆的左右方向上下摆动，就好像走钢丝的运动员手里拿着的那根长竹竿一样，控制左右方向的平衡。
本申请有两个无刷电机，即前后方向上的主轮电机，左右方向上的飞轮电机,采用32位处理器处理。本申请的核心部分是主控制器、飞轮以及主轮三者之间的配合控制。主控制器上的单片机、陀螺仪、加速度计和主轮的配合控制独轮车前进和后退，主控制器上的单片机通过陀螺仪和加速度计采集小车前进的角速度和角度,采用卡尔曼滤波算法处理,最后控制小车的速度和平衡。左右平衡的实现是根据陀螺仪和加速度计采集飞轮的角速度,加速度计采集飞轮的角度,单片机根据采集到的数据,结合当前飞轮的基座标相对于主电机轴心的相对位置,利用空间坐标转移矩阵算法技术，卡尔曼滤波算法，互补滤波算法等控制飞轮和主轮的运动方向。例如，当独轮车向右侧倾倒的时候，单片机根据采集到的数据，使飞轮向左侧转动，同时主轮方向略向右侧拐，飞轮和主轮的转动角度、速度等是根据上述几个算法计算得出的，这样独轮车既不会前后倾倒，也不会左右倾倒，方便用户上下车，保障了安全。
有益效果：本发明解决了独轮车左右方向的平衡问题，用户不需要练***稳，同时体积小，使用可充电电池供电，环保、安全。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明结构分解图；
图3为本发明电路框图；
图4为本发明驱动电路图；
图5为本发明传感器电路图；
图6为本发明主控电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1-2所示，一种前后左右自平衡电动独轮车，包括主控制器1、飞轮2以及主轮3、保护板8、外壳9以及脚踏板10。
其中主控制器1包括单片机以及与单片机通信连接的六个陀螺仪和两个加速度计；飞轮2包括飞轮轮组4和飞轮电机5；主轮3包括主轮轮胎6和主轮电机7；主控制器1控制飞轮电机5带动飞轮轮组4配合主轮3掌握电动车的左右平衡，主控制器1控制主轮电机7带动主轮轮胎6掌握电动车的前进和后退。
如图3-6所示，本发明左右平衡的实现是根据陀螺仪和加速度计采集左右飞轮的角速度,加速度计采集飞轮的角度,单片机根据采集到的数据,结合当前飞轮的基座标相对于主电机轴心的相对位置,利用空间坐标转移矩阵算法技术,卡尔曼滤波算法,互补滤波算法等控制飞轮和主轮的运动方向,例如,当独轮车向右侧倾倒的时候,单片机根据采集到的数据,使飞轮向左侧转动,同时主轮方向略向右侧拐,飞轮和主轮的转动角度、速度等是根据上述几个算法计算得出的,这样独轮车既不会前后倾倒,也不会左右倾倒。

Claims (4)

1.一种前后左右自平衡电动独轮车，其特征在于：包括主控制器（1）、飞轮（2）以及主轮（3）；所述主控制器（1）包括单片机以及与单片机通信连接的陀螺仪和加速度计；所述飞轮（2）包括飞轮轮组（4）和飞轮电机（5）；所述主轮（3）包括主轮轮胎（6）和主轮电机（7）；所述主控制器（1）控制飞轮电机（5）带动飞轮轮组（4）配合主轮（3）掌握电动车的左右平衡，所述主控制器（1）控制主轮电机（7）带动主轮轮胎（6）掌握电动车的前进和后退。
2.根据权利要求1所述一种前后左右自平衡电动独轮车，其特征在于：所述陀螺仪有六个，其中三个控制飞轮电机（5），另外三个控制主轮电机（7）。
3.根据权利要求1所述一种前后左右自平衡电动独轮车，其特征在于：所述加速度计有两个，分别控制飞轮电机（5）和主轮电机（7）。
4.根据权利要求1所述一种前后左右自平衡电动独轮车，其特征在于：在主控制器（1）上还设有保护板（8）。
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