CN105652881A - 一种基于位移检测的四轮平衡车 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于平衡车领域，提供一种基于位移检测的四轮平衡车，包括车体、控制模块、踏板模块、支撑模块、位移检测模块、驱动轮模块、随动轮模块、回位模块；所述踏板模块检测到有操作人员在车体上，并踩踏第一踏板及第二踏板，第一踏板、第二踏板根据操作人员的踩踏动作不同分别以支撑模块为轴运动，第一检测装置及第二检测装置分别检测到第一踏板及第二踏板的运动位移量，并反馈给控制模块，控制模块根据设置分别控制第一驱动轮及第二驱动轮的行进及转向；如果第一驱动轮与第二驱动轮速度相同则实现所述四轮平衡车行进，如果速度有差异则实现所述四轮平衡车的转向。具有设计简单，控制精度高，稳定性好，操作简单，适用人群广的特点。
Description
技术领域
本发明涉及平衡车领域，特别涉及一种基于位移检测的四轮平衡车。
背景技术
传统的平衡车一般采用两轮，通过陀螺仪检测车体状态，进而通过控制装置驱动伺服电机或者步进电机调整车辆平衡及识别车辆行进操作，该类平衡车无论对于车体平衡的调整设计及车体行进及转向设计的复杂度都比较高，且造成车辆成本高，车辆能源消耗也高。
部分四轮平衡车方案控制精度差、稳定性不好、存在安全隐患、适用人群受到限制。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种基于位移检测的四轮平衡车，旨在简化平衡车的平衡设计及行进、转向设计。
本发明的技术方案如下：
一种基于位移检测的四轮平衡车，包括车体、控制模块、踏板模块、支撑模块、位移检测模块、驱动轮模块、随动轮模块、回位模块；
所述控制模块、踏板模块、支撑模块、位移检测模块、驱动轮模块、随动轮模块、回位模块机械设置于车体上；
所述控制模块用于控制所述四轮平衡车的行进及转向；
所述踏板模块包括第一踏板、第二踏板，延所述四轮平衡车车体行进方向并列设置；用于支撑人体脚掌踩踏及提供所述四轮平衡车的行进及转向指示动作；
所述支撑模块与第一踏板、第二踏板机械连接，第一踏板、第二踏板分别以支撑模块为轴转动；
所述位移检测模块包括第一位移检测装置、第二位移检测装置，分别机械设置于第一踏板、第二踏板周边，用于检测第一踏板、第二踏板分别以支撑模块为轴转动的位移量；
所述驱动轮模块包括第一驱动轮、第二驱动轮，分别机械设置于所述第一踏板、第二踏板下方，用于提供所述四轮平衡车行进及转向动力，所述第一驱动轮、第二驱动轮由电机驱动；
所述随动轮模块包括第一随动轮、第二随动轮，分别机械设置于所述第一踏板、第二踏板下方；并延所述四轮平衡车行进方向分别机械设置于所述第一驱动轮、第二驱动轮后方；用于跟随驱动轮运动，对所述四轮平衡车起平衡作用；
所述回位模块设置于第一踏板、第二踏板的下方，用于第一踏板、第二踏板在踩踏运动后回复原位；
所述四轮平衡车运动过程为：踏板模块检测到有操作人员在车体上，并踩踏第一踏板及第二踏板，第一踏板、第二踏板根据操作人员的踩踏动作不同分别以支撑模块为轴运动，第一检测装置及第二检测装置分别检测到第一踏板及第二踏板的运动位移量，并反馈给控制模块，控制模块根据设置分别控制第一驱动轮及第二驱动轮的行进及转向；
如果第一驱动轮与第二驱动轮速度相同则实现所述四轮平衡车行进，如果速度有差异则实现所述四轮平衡车的转向；
回位模块则在第一踏板、第二踏板经踩踏后回复原位。
优选地，所述第一踏板、第二踏板适合于人体整个脚掌踩踏，所述支撑模块机械设置于第一踏板、第二踏板下方，第一踏板、第二踏板可以分别以支撑模块为轴以跷跷板形式运动，所述回位模块位于第一踏板、第二踏板的至少一侧下方。
更具体地，所述支撑模块位于第一踏板、第二踏板延所述四轮平衡车行进方向中心线靠前端位置机械设置。
优选地，所述踏板模块还包括固定踏板，所述固定踏板位于踏板模块延所述四轮平衡车行进方向平面后端设置，用于适合于人体后脚掌踩踏；所述第一踏板、第二踏板在与固定踏板接触侧分别与支撑模块机械连接，或者所述第一踏板、第二踏板可通过支撑模块与固定踏板机械连接；所述第一踏板、第二踏板用于适合于人体前脚掌踩踏，所述回位模块位于第一踏板、第二踏板的一侧下方。
优选地，如果第一驱动轮与第二驱动轮速度相同则实现所述四轮平衡车行进，如果速度有差异则实现所述四轮平衡车的转向；
具体为：设定所述四轮平衡车驱动轮模块速度初始值；设定第一踏板、第二踏板的初始位置；第一踏板、第二踏板的转动位移量分别对应第一驱动轮、第二驱动轮的线性速度；所述位移量增大则对应线性速度对应增大，反之亦然；
第一踏板、第二踏板的位移量大于初始位置，则第一驱动轮、第二驱动轮动作，反之，第一踏板、第二踏板的位移量小于初始位置，则第一驱动轮、第二驱动轮不动作。
优选地，所述第一检测装置、第二检测装置包括位移磁体、霍尔元件，所述位移磁体机械设置于第一踏板、第二踏板上，用于随着第一踏板、第二踏板以支撑模块为轴的转动而同步动作，所述霍尔元件用于检测所述位移磁体的动作位移量。
更具体地，所述位移磁体为磁棒，机械设置于支撑模块以外位置，霍尔元件检测磁棒的直线位移。
更具体地，所述位移磁体为磁饼，机械设置于支撑模块位置，可随着第一踏板、第二踏板分别以支撑模块为轴转动而呈圆周动作，霍尔元件检测磁饼的角位移。
优选地，所述第一位移检测装置、第二位移检测装置为激光位移检测装置，。
优选地，所述第一驱动轮、第二驱动轮由步进电机或伺服电机驱动。
优选地，所述第一随动轮、第二随动轮为万向轮。
有益效果
本发明对平衡车的设计采用两个驱动轮与两个随动轮配合的四轮平衡方案，大大简化了平衡车的平衡设计，且采用对踏板位移检测的方式来识别平衡车行进及转向指令，设计简单，控制精度高，稳定性好，操作也更为简单，适用于各类人群。
附图说明
图1为基于位移检测的四轮平衡车实施方式一示意图a；
图2为基于位移检测的四轮平衡车实施方式一、二示意图b；
图3为基于位移检测的四轮平衡车实施方式二示意图a;
图4为基于位移检测的四轮平衡车位移检测模块原理示意图。
具体实施方式
实施方式一：
如图1、2所示，一种基于位移检测的四轮平衡车，包括车体13、控制模块27、踏板模块、支撑模块26、位移检测模块、驱动轮模块、随动轮模块、回位模块25。
所述控制模块27、驱动轮模块、随动轮模块、踏板模块、支撑模块26机械安装于车体上。
所述控制模块27用于控制所述四轮平衡车的行进及转向。
所述踏板模块包括第一踏板11、第二踏板12，延所述四轮平衡车车体行进方向并列设置；用于支撑人体脚掌踩踏及提供所述四轮平衡车的行进及转向指示动作。
所述第一踏板11、第二踏板12适合于人体整个脚掌踩踏，所述支撑模块26机械设置于第一踏板11、第二踏板下方12，第一踏板11、第二踏板12可以分别以支撑模块26为轴以跷跷板形式运动，所述回位模块25位于第一踏板11、第二踏板12的下方支撑模块26两侧，用于第一踏板11、第二踏板12在踩踏后回位。
所述位移检测模块包括第一位移检测装置、第二位移检测装置，分别机械设置于第一踏板11、第二踏板12下方，用于检测第一踏板11、第二踏板12分别以支撑模块26为轴转动的位移量。
如图4所示，踏板模块以支撑模块26为轴转动，第一检测装置、第二检测装置可以两种方式设置：
方式一：第一检测装置、第二检测装置包括磁棒C、霍尔元件；磁棒C设置于踏板模块一端，并在车体13上设置孔H,孔H用于磁棒C的通过,磁棒C可随踏板模块的动作而同步动作，霍尔元件设置于孔H中并用于检测磁棒C的磁通量变化，进而将磁通量变化量反馈给控制模块27，控制模块27通过计算得出踏板模块的移动位移量变化，进而控制驱动轮模块运动。
方式二：第一检测装置、第二检测装置包括磁饼C、霍尔元件；
磁饼C设置与支撑模块26上，并在车体13上设置孔H，孔H用于磁饼C动作时通过，磁饼C可随踏板模块以支撑模块26的为轴转动而同步转动，霍尔元件设置与孔H中并用于检测磁饼C的磁通量变化，进而将磁通量变化量反馈给控制模块27，控制模块27通过计算得出踏板模块的角位移量变化，进而控制驱动轮模块运动。
其中方式一及方式二中，支撑模块26位于踏板模块延所述四轮平衡车行进方向中心线靠前端位置机械设置，其示意图如图4所示。
所述驱动轮模块包括第一驱动轮21、第二驱动轮22，分别机械设置于所述第一踏板11、第二踏板12下方，用于提供所述四轮平衡车行进及转向动力，所述第一驱动轮21、第二驱动轮22由电机驱动，优选地，第一驱动轮21、第二驱动轮22还可为伺服电机或步进电机，用于提高所述四轮平衡车的控制精度。
所述随动轮模块包括第一随动轮23、第二随动轮24，第一随动轮23、第二随动轮24具体为万向轮，分别机械设置于所述第一踏板11、第二踏板下方12；并延所述四轮平衡车行进方向分别机械设置于所述第一驱动轮21、第二驱动轮22后方；用于跟随驱动轮运动，对所述四轮平衡车起平衡作用。
所述回位模块25设置于第一踏板11、第二踏板12的下方，用于第一踏板11、第二踏板12在踩踏运动后回复原位，所述回位模块25可为弹簧。
所述四轮平衡车运动过程为：踏板模块检测到有操作人员在车体上，并踩踏第一踏板11及第二踏板12，第一踏板11、第二踏板12根据操作人员的踩踏动作不同分别以支撑模块26为轴运动，第一检测装置及第二检测装置分别检测到第一踏板11及第二踏板12的运动位移量，并反馈给控制模块27，控制模块27根据设置分别控制第一驱动轮21及第二驱动轮22的行进及转向。
具体控制方式为：设定所述四轮平衡车驱动轮模块速度初始值；设定第一踏板11、第二踏板12的初始位置；第一踏板11、第二踏板12的转动位移量分别对应第一驱动轮、第二驱动轮的线性速度；所述位移量增大则对应线性速度对应增大，反之亦然。
第一踏板11、第二踏板12的位移量大于初始位置，则第一驱动轮21、第二驱动轮22动作，反之，第一踏板11、第二踏板12的位移量小于初始位置，则第一驱动轮21、第二驱动22轮不动作。
如果第一驱动轮21与第二驱动22轮速度相同则实现所述四轮平衡车行进，如果速度有差异则实现所述四轮平衡车的转向。
回位模块25则在第一踏板11、第二踏板12经踩踏后回复原位，其中回位模块25为弹簧。
实施方式二：
如图2、3所示，实施方式二与实施方式一的区别仅在于：所述踏板模块还包括固定踏板33，所述固定踏板33位于踏板模块延所述四轮平衡车行进方向平面后端设置（具体如图3所示），用于适合于人体后脚掌踩踏；所述第一踏板31、第二踏板32在与固定踏板33接触侧分别与支撑模块在车体上机械连接；或者所述第一踏板31、第二踏板32可通过支撑模块与固定踏板机械连接，支撑模块的形式一可为合页；支撑模块的形式二可为与固定踏板一体设计的转轴，第一踏板31、第二踏板32可直接卡合在所述转轴上；所述第一踏板31、第二踏板32用于适合于人体前脚掌踩踏，所述回位模块位于第一踏板31、第二踏板32的一侧下方，用于第一踏板31、第二踏板32在经踩踏后回复原位。
实施方式一中所述第一检测装置、第二检测装置包括磁棒C、霍尔元件；磁棒C设置于踏板模块一端，并在车体13上设置孔H,孔H用于磁棒C的通过,磁棒C可随踏板模块的动作而同步动作，霍尔元件设置于孔H中并用于检测磁棒C的磁通量变化，进而将磁通量变化量反馈给控制模块27，控制模块27通过计算得出踏板模块的移动位移量变化，进而控制驱动轮模块运动；该方式同样适合于在实施方式二中。
实施方式一中所述第一检测装置、第二检测装置包括磁饼C、霍尔元件；磁饼C设置与支撑模块26上，并在车体13上设置孔H，孔H用于磁饼C动作时通过，磁饼C可随踏板模块以支撑模块26的为轴转动而同步转动，霍尔元件设置与孔H中并用于检测磁饼C的磁通量变化，进而将磁通量变化量反馈给控制模块27，控制模块27通过计算得出踏板模块的角位移量变化，进而控制驱动轮模块运动；该方式同样适用于实施方式二中。
实施方式一、二中所述检测模块为通过霍尔元件检测踏板模块的位移量，其他的针对踏板模块的位移量检测方式如激光测距方式检测位移等方式均包括在本发明专利方案中。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变形，而且性能或用途相同，都应视为本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
Claims (10)
1.一种基于位移检测的四轮平衡车，其特征在于：包括车体、控制模块、踏板模块、支撑模块、位移检测模块、驱动轮模块、随动轮模块、回位模块；
所述控制模块、驱动轮模块、随动轮模块、踏板模块、支撑模块、回位模块机械设置于车体上；
所述控制模块用于控制所述四轮平衡车的行进及转向；
所述踏板模块包括第一踏板、第二踏板，延所述四轮平衡车车体行进方向并列设置；用于支撑人体脚掌踩踏及提供所述四轮平衡车的行进及转向指示动作；
所述支撑模块与第一踏板、第二踏板机械连接，第一踏板、第二踏板分别以支撑模块为轴转动；
所述位移检测模块包括第一位移检测装置、第二位移检测装置，分别机械设置于第一踏板、第二踏板周边，用于检测第一踏板、第二踏板分别以支撑模块为轴转动的位移量；
所述驱动轮模块包括第一驱动轮、第二驱动轮，分别机械设置于所述第一踏板、第二踏板下方，用于提供所述四轮平衡车行进及转向动力，所述第一驱动轮、第二驱动轮由电机驱动；
所述随动轮模块包括第一随动轮、第二随动轮，分别机械设置于所述第一踏板、第二踏板下方；并延所述四轮平衡车行进方向分别机械设置于所述第一驱动轮、第二驱动轮后方；用于跟随驱动轮运动，对所述四轮平衡车起平衡作用；
所述回位模块设置于第一踏板、第二踏板的下方，用于第一踏板、第二踏板在踩踏运动后回复原位；
所述四轮平衡车运动过程为：踏板模块检测到有操作人员在车体上，并踩踏第一踏板及第二踏板，第一踏板、第二踏板根据操作人员的踩踏动作不同分别以支撑模块为轴运动，第一检测装置及第二检测装置分别检测到第一踏板及第二踏板的运动位移量，并反馈给控制模块，控制模块根据设置分别控制第一驱动轮及第二驱动轮的行进及转向；
如果第一驱动轮与第二驱动轮速度相同则实现所述四轮平衡车行进，如果速度有差异则实现所述四轮平衡车的转向；
回位模块则在第一踏板、第二踏板经踩踏后回复原位。
2.如权利要求1所述基于位移检测的四轮平衡车，其特征在于：所述第一踏板、第二踏板适合于人体整个脚掌踩踏，所述支撑模块机械设置于第一踏板、第二踏板下方，第一踏板、第二踏板可以分别以支撑模块为轴以跷跷板形式运动，所述回位模块位于第一踏板、第二踏板的至少一侧下方。
3.如权利要求3所述基于位移检测的四轮平衡车，其特征在于：所述支撑模块位于第一踏板、第二踏板延所述四轮平衡车行进方向中心线靠前端位置机械设置。
4.如权利要求1所述基于位移检测的四轮平衡车，其特征在于：所述踏板模块还包括固定踏板，所述固定踏板位于踏板模块延所述四轮平衡车行进方向平面后端设置，用于适合于人体后脚掌踩踏；所述第一踏板、第二踏板在与固定踏板接触侧分别与支撑模块机械连接，或者所述第一踏板、第二踏板可通过支撑模块与固定踏板机械连接；所述第一踏板、第二踏板用于适合于人体前脚掌踩踏，所述回位模块位于第一踏板、第二踏板的一侧下方。
5.如权利要求1或2或4所述基于位移检测的四轮平衡车，其特征在于：如果第一驱动轮与第二驱动轮速度相同则实现所述四轮平衡车行进，如果速度有差异则实现所述四轮平衡车的转向；
具体为：设定所述四轮平衡车驱动轮模块速度初始值；设定第一踏板、第二踏板的初始位置；第一踏板、第二踏板的转动位移量分别对应第一驱动轮、第二驱动轮的线性速度；所述位移量增大则对应线性速度对应增大，反之亦然；
第一踏板、第二踏板的位移量大于初始位置，则第一驱动轮、第二驱动轮动作，反之，第一踏板、第二踏板的位移量小于初始位置，则第一驱动轮、第二驱动轮不动作。
6.如权利要求1或2或4所述基于位移检测的四轮平衡车，其特征在于：所述第一检测装置、第二检测装置包括位移磁体、霍尔元件，所述位移磁体机械设置于第一踏板、第二踏板上，用于随着第一踏板、第二踏板以支撑模块为轴的转动而同步动作，所述霍尔元件用于检测所述位移磁体的动作位移量。
7.如权利要求6所述基于位移检测的四轮平衡车，其特征在于：所述位移磁体为磁棒，机械设置于支撑模块以外位置，霍尔元件检测磁棒的直线位移。
8.如权利要求6所述基于位移检测的四轮平衡车，其特征在于：所述位移磁体为磁饼，机械设置于支撑模块位置，可随着第一踏板、第二踏板分别以支撑模块为轴转动而呈圆周动作，霍尔元件检测磁饼的角位移。
9.如权利要求1或2或4所述基于位于检测的四轮平衡车，其特征在于：所述第一位移检测装置、第二位移检测装置为激光位移检测装置。
10.如权利要求1或2或4所述基于位于检测的四轮平衡车，其特征在于：所述第一随动轮、第二随动轮为万向轮。
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