一種新型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其平衡車的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及平衡車技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種平衡車轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)及其平衡車。
【背景技術(shù)】
[0002]平衡車是一種新型的代步工具。從力學(xué)結(jié)構(gòu)上分析，其可以簡(jiǎn)化為一個(gè)倒立的單擺結(jié)構(gòu)。上述倒立擺結(jié)構(gòu)是一個(gè)非線性的不穩(wěn)定系統(tǒng)，因此需要通過(guò)姿態(tài)控制系統(tǒng)來(lái)保持平衡車在運(yùn)行過(guò)程中的直立狀態(tài)。
[0003]在現(xiàn)有的平衡車中，通常通過(guò)各種姿態(tài)傳感器來(lái)獲取平衡車的所處的俯仰狀態(tài)及狀態(tài)，然后通過(guò)主控制系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)一系列運(yùn)算后，控制平衡車的電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)轉(zhuǎn)以保持平衡狀態(tài)。
[0004]在實(shí)際操作中，由于存在上述依據(jù)姿態(tài)對(duì)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度進(jìn)行調(diào)整從而實(shí)現(xiàn)平衡的機(jī)制，因此，平衡車的駕駛者可以通過(guò)改變自己的身體姿態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)平衡車的運(yùn)行方向(前進(jìn)或者后退)以及運(yùn)行的速度。亦即，當(dāng)身體前傾時(shí)平衡車前進(jìn)，身體后仰時(shí)平衡車后退，行進(jìn)速度與傾斜角度相關(guān)。
[0005]而在現(xiàn)有的平衡車中，平衡車的左右換向依靠搖桿的擺動(dòng)以改變電位器或者霍爾元件的電壓值從而實(shí)現(xiàn)平衡車的轉(zhuǎn)向控制，但上述方法存在一搖桿，使用上智能化程度不足，無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全的由駕駛者的姿態(tài)變化以控制平衡車的運(yùn)行。
[0006]因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待發(fā)展。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本實(shí)用新型的目的在于提供一種平衡車轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)及其平衡車，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)由駕駛者姿態(tài)控制平衡車運(yùn)行，轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)智能化程度不足的問(wèn)題。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采取了以下技術(shù)方案:
[0009]—種新型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中，所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括:一設(shè)置有位置傳感器及其外設(shè)電路的電路板；
[0010]所述位置傳感器包括陀螺儀以及加速度計(jì)；所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過(guò)有線連接方式與所述主控制系統(tǒng)通信連接；傳輸位置傳感器獲取的駕駛者橫向姿態(tài)變化數(shù)據(jù)到主控制系統(tǒng)中。
[0011]所述的新型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中，所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還包括一保護(hù)電路板的外殼；
[0012]所述電路板固定在所述外殼內(nèi)，所述外殼的一側(cè)還設(shè)置有粘貼膠帶以固定所述新型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的位置。
[0013]所述的新型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中，所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還包括一掛飾；所述外殼固定在所述掛飾上。
[0014]所述的新型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中，所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還包括一頭盔；所述外殼固定在所述頭盔上。
[0015]—種平衡車，其中，所述平衡車應(yīng)用如上所述的轉(zhuǎn)向控制設(shè)備，通過(guò)駕駛者的姿態(tài)變化以控制平衡車的轉(zhuǎn)向。
[0016]有益效果:本實(shí)用新型提供一種新型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其平衡車，通過(guò)設(shè)置位置傳感器來(lái)感知轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的位置變化從而實(shí)現(xiàn)對(duì)平衡車的方向控制。所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還可以設(shè)置在多種設(shè)備上或者與各類型的穿戴設(shè)備結(jié)合，駕駛者只需改變整合有所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)備的位置，調(diào)整自身姿態(tài)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)平衡車的轉(zhuǎn)向控制，更便于用戶的使用，有效的提高了平衡車的智能化程度。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為應(yīng)用本實(shí)用新型所述新型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的平衡車的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖2為本實(shí)用新型具體實(shí)施例的平衡車的轉(zhuǎn)向控制層的功能框圖。
[0019]圖3為本實(shí)用新型具體實(shí)施例的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的外部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4為本實(shí)用新型具體實(shí)施例的平衡車的使用狀態(tài)示意圖。
[0021]圖5為本實(shí)用新型具體實(shí)施例的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的陀螺儀及其外設(shè)電路的電路原理圖。
[0022]圖6為本實(shí)用新型具體實(shí)施例的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的加速度計(jì)及其外設(shè)電路的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本實(shí)用新型提供一種新型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其平衡車。為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0024]如圖1所示，為應(yīng)用本實(shí)用新型所述新型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的平衡車的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。所述平衡車主體包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)層10、主控制層20以及電池層30三層結(jié)構(gòu)。踏板設(shè)置在電池層上，兩個(gè)平衡的輪子40相對(duì)設(shè)置，與電機(jī)50的轉(zhuǎn)軸連接。主控制層中設(shè)置有控制系統(tǒng)以及姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)。運(yùn)行過(guò)程中，平衡車通過(guò)一個(gè)姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)來(lái)保持平衡車的車體平衡。
[0025]為實(shí)現(xiàn)平衡車的車體平衡控制，需要獲取實(shí)時(shí)的傾角角度以及角速度。一般的，所述姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)可以包括:加速度計(jì)以及陀螺儀。
[0026]其中，所述加速度計(jì)可以測(cè)量靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的線性加速度，用加速度計(jì)來(lái)測(cè)量物體的靜態(tài)加速度即可確定物體的傾斜角度。但是加速度計(jì)在物體傾斜角度測(cè)量時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢，不適合作動(dòng)態(tài)角度運(yùn)動(dòng)跟蹤。
[0027]所述陀螺儀可以測(cè)量相對(duì)于靈敏軸的角速率。角速度對(duì)時(shí)間的積分即為繞靈敏軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度值(即相當(dāng)于傾斜角度)。由于控制系統(tǒng)采樣時(shí)間短，采用累加的方法即可實(shí)現(xiàn)積分的目標(biāo)，從而完成角度值的計(jì)算。
[0028]但陀螺儀通過(guò)積分方法獲得的角度值，受溫度變化、摩擦力及不穩(wěn)定力矩等的影響，陀螺儀會(huì)產(chǎn)生漂移誤差，不適合長(zhǎng)期跟蹤運(yùn)動(dòng)。
[0029]為獲得準(zhǔn)確可靠的傾角角度，可以融合加速度計(jì)和陀螺儀計(jì)算的角度值，常用的融合測(cè)量方法包括卡爾曼濾波以及互補(bǔ)濾波。
[0030]通過(guò)陀螺儀與加速度計(jì)的相互配合，可以動(dòng)態(tài)的跟蹤平衡車的姿態(tài)變化并將其傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中從而保持平衡車的穩(wěn)定。
[0031]在主控制系統(tǒng)中，包括有控制平衡車沿行進(jìn)方向前進(jìn)/后退及運(yùn)行速度的直立控制層以及控制平衡車左/右轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向控制層。直立控制層具體如上所述。
[0032]在所述轉(zhuǎn)向控制層中，如圖2所示，包括本實(shí)用新型具體實(shí)施例的新型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及主控制系統(tǒng)。
[0033]所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括:位置傳感器、其外設(shè)電路以及容納所述位置傳感器及外設(shè)電路的電路板。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與主控制系統(tǒng)通信連接，傳輸位置傳感器獲取的姿態(tài)變化數(shù)據(jù)到主控制系統(tǒng)中。
[0034]具體使用過(guò)程可以為:位置傳感器獲取到駕駛者示意向左轉(zhuǎn)的姿勢(shì)時(shí)，輸出一高電平到主控制系統(tǒng)中，由主控制系統(tǒng)控制電機(jī)差速(左側(cè)