CN203186511U - 一种无手柄自平衡两轮电动车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种无手柄自平衡两轮电动车，包括两边安装有车轮的车体，车轮通过外球面轴承与主轴的一端连接，主轴的另一端通过梅花联轴器与直流减速电动机连接，直流减速电动机通过电机固定架安装在车体的下边；直流减速电动机上安装有增量式编码器；车体上设有两块用于踩踏的踏板；两块踏板的中间通过电池固定架安装有蓄电池，蓄电池的外面安装有保护外壳；车轮上安装有驱动电机；在车轮与车体的连接处有三轴倾角传感器，车体上还安装有三轴倾角传感器、控制系统；控制系统依次与增量式编码器、三轴倾角传感器、三轴倾角传感器数据线连接。该车在运动过程中通过传感模块采集数据，经过控制系统处理来实现自动保持车体平衡。

Description

一种无手柄自平衡两轮电动车

技术领域

本实用新型属于机械控制技术领域，具体涉及一种无手柄自平衡两轮电动车。

背景技术

传统的电动自行车的轮子前后分布，车辆转弯半径大，无法在小空间范围内灵活运动，而且完全依靠驾驶者的身体控制能力来保持车体平衡，容易发生侧翻。目前市场上出现了两轮平衡车（Segway），其车轮是左右分布的，车辆的控制装置根据驾驶者的姿态来自动调节车辆的速度，以使车辆达到平衡。驾驶者身体前倾车速加快，身体后仰则车速减慢。这种为人代步、运行灵活、控制方便而又体积小巧的自平衡车可以很好的解决在步行街、广场、游乐场和大型会场等场合汽车无法通行的难题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题与缺陷，本实用新型的目的在于提供一种无手柄自平衡两轮电动车，该车在运动过程中通过传感模块采集数据，经过控制系统处理来实现自动保持车体平衡。

本实用新型所涉及的自平衡两轮电动车包括：一种无手柄自平衡两轮电动车，包括两边安装有车轮的车体，所述车轮通过外球面轴承与主轴的一端连接，所述主轴的另一端通过梅花联轴器与直流减速电动机连接，所述直流减速电动机通过电机固定架安装在车体的下边；所述直流减速电动机上安装有增量式编码器；所述车体上设有两块用于踩踏的踏板；

所述两块踏板的中间通过电池固定架安装有蓄电池，所述蓄电池的外面安装有保护外壳；

所述车轮上安装有驱动电机；

在所述车轮与所述车体的连接处有三轴倾角传感器，所述车体上还安装有三轴倾角传感器、控制系统；

所述控制系统依次与所述增量式编码器、所述三轴倾角传感器、所述三轴倾角传感器数据线连接。

车体、左右分布的车轮、车轮驱动电机、传感器模块和控制系统。车轮与车体之间为转轴连接，左右车轮的转轴中心线位于同一条直线上，在车体上设有用于支撑人体的平台，车体能够绕车轮的转轴摆动；传感器模块包括车轮转速传感器和位姿检测系统；控制系统电路中存储或固化了相应的用于控制平衡的程序。驾驶者通过自身姿态调整来控制电动车的运行速度，控制系统接收车轮转速传感器和位姿检测系统所输入的信号，根据上述信号计算出车轮驱动电机所需要的控制信号，进而控制车轮驱动电机使得电动车能够自动调节车体姿态，最终实现车体的自平衡。

所述车体的人体支撑是依靠认得双腿来实现，并无杆状手柄。也就是说，本实用新型是利用程序来实现车体的自动平衡，从而简化了车体的结构。

本实用新型的结构仅包括车体、车轮和电驱动系统等。其车轮采用普通自行车辐条车轮，车轮安装在车体两侧，形成两轮左右分布结构，以减小车辆的转弯半径。车轮与车体之间为转轴连接，是车体可以绕车轮的转轴形成水平摆动。车体只有车身并且应该具有足够的承载强度。车身是板式的，这适合电源、控制系统的放置。传感器设置在车体上，以便于直接感受车体的运行及平衡情况。控制电路的核心器件采用PIC单片机，驱动电路则采用适当的形式使电机能够正转、也能反转。

本实用新型所采用的传感器包括速度传感器和角度传感器，通过他们可以测量出车体的运行状况及平衡状况、包括两轮的转角和车体的倾角信息，反馈给控制系统，计算出两轮和车体的角速度及角加速度，从而计算出两轮所需要的电机转矩，实现对车体的控制。

本实用新型采用的控制方式为：

车体不倾斜不运动时，角度传感器得到车体倾角信号（几乎为零）并送入控控制系统，控制系统据此信号并综合左、右车轮的速度传感器信号（几乎为零）计算出两轮所需的电机力矩控制量，把该控制量输入驱动电路中，经功率放大等处理后传送到驱动电机中，使车体保持原地平衡。当要使车体前进时，驾驶者使车体微微向前倾斜，角度传感器得到倾角信号并送入控制系统，控制系统据此信号并综合左、右车轮速度传感器信号算出两轮所需的电机力矩控制量，将该控制量输入驱动电路中，经功率放大等处理后传送到驱动电机中，控制车轮向前转动并始终保持车体平衡。倾角越大，加速越快。当需要减速、刹车或者后退时，驾驶者使车体稍微向后倾斜，控制系统同样也可以计算出所需反力矩，进而控制车轮向后转动兵始终保持车体平衡。倾角越大，反向加速越快。需要转弯时，驾驶者左倾左转、右倾右转。

综上所述，本实用新型与已有的电动车相比具有以下优点：

①　两车轮为左右分布，车辆的转弯半径为零，可以在小空间范围里灵活运动；

②　通过程序计算输出控制量，由控制电路分别控制两侧车轮，不仅使车体能自动保持平衡，而且不需要机械构造的刹车、倒车、平衡系统，使得机构简单；

③　用途广泛。例如：可作为大型广场或娱乐场所的步行人员、大范围场地维持秩序的相关人员、高尔夫球场工作人员的代步工具；也可应用在人口密集的城市及地区的快速电动交通工具。

附图说明：

图1是本实用新型无手柄自平衡两轮电动车的斜侧图。

图2是本实用新型无手柄自平衡两轮电动车的仰视图。

图3是本实用新型无手柄自平衡两轮电动车的主视图。

具体实施方式

图1是本实用新型无手柄自平衡两轮电动车的斜侧图，包括两边安装有车轮3的车体1，所述车轮3通过外球面轴承8与主轴7的一端连接，所述主轴7的另一端通过梅花联轴器6与直流减速电动机5连接，所述直流减速电动机5通过电机固定架9安装在车体1的下边；所述直流减速电动机5上安装有增量式编码器14；所述车体1上设有两块用于踩踏的踏板2；

所述两块踏板2的中间通过电池固定架13安装有蓄电池10，所述蓄电池10的外面安装有保护外壳4；

所述车轮3上安装有驱动电机；

在所述车轮3与所述车体1的连接处有三轴倾角传感器，所述车体1上还安装有三轴倾角传感器、控制系统；

所述控制系统依次与所述增量式编码器14、所述三轴倾角传感器、所述三轴倾角传感器数据线连接。

其中控制系统可以是单片机等微处理器，控制系统接收速传感器和三轴倾角传感器所输入的信号，根据上述信号分别计算出直流减速电动机和车轮驱动电机所需的控制信号，该款控制信号直流减速电动机和车轮运动，从而使电动车能够根据所输入的速度自动调节车体的姿势，最终实现电动车的自平衡。所述三轴倾角传感器用来测量车体相对于地平面的姿态。

如图1所示，所述左右车轮3由不同的电机驱动，左右车轮3的转轴不同，两个车轮转轴的中心线位于同一条线上，车体能够绕车轮的转轴摆动，在车体内部安装有控制系统。为了保护用电安全，在蓄电池外面安装有充电器保护外壳4。

如图2所示，打开踏板2后，可以看见固定在底盘1的内部元件。在电池固定架13上安装有蓄电池10，另有增量式编码器14。小车的全部能源由作为电源的图1是本实用新型无手柄自平衡两轮电动车的斜侧图。

蓄电池10提供。增量式编码器14将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小，将脉冲传递到控制系统，便于实施速度控制。　 

如图3所示，蓄电池10位于底盘1底部中间位置，这样能降低车体的重心，使车更加趋于稳定。车轮3通过外球面轴承8与主轴7的一端连接，所述主轴7的另一端通过梅花联轴器6与直流减速电动机5连接，可以减缓车体的震动，起到缓冲减震的作用。直流减速电动机5连接梅花联轴器，组成驱动装置，这样更加有效的节省空间，使小车更加便携。

Claims (1)

1.一种无手柄自平衡两轮电动车，包括两边安装有车轮（3）的车体（1），其特征在于：所述车轮（3）通过外球面轴承（8）与主轴（7）的一端连接，所述主轴（7）的另一端通过梅花联轴器（6）与直流减速电动机（5）连接，所述直流减速电动机（5）通过电机固定架（9）安装在车体（1）的下边；所述直流减速电动机（5）上安装有增量式编码器（14）；所述车体（1）上设有两块用于踩踏的踏板（2）；

所述两块踏板（2）的中间通过电池固定架（13）安装有蓄电池（10），所述蓄电池（10）的外面安装有保护外壳（4）；

所述车轮（3）上安装有驱动电机；

在所述车轮（3）与所述车体（1）的连接处有三轴倾角传感器，所述车体（1）上还安装有三轴倾角传感器、控制系统；

所述控制系统依次与所述增量式编码器（14）、所述三轴倾角传感器、所述三轴倾角传感器数据线连接。

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