基于姿态控制的平衡式独轮小车制造技术

本发明专利技术所述的平衡式小车配制成姿态自动调整方式。该车辆包括三个部分，下部是一个车轮的支承体Ｏ，能在基础平面上移动。按调节方向的不同，绕车轮中心轴线（前后向）旋转的部分为受控元Ａ和绕车轮轴线垂直的轴（左右向）旋转部分为受控元Ｂ。在支承体Ｏ和受控元Ａ之间以及在受控元Ａ和受控元Ｂ之间设置调节元，调节受控元Ａ和Ｂ的重心在前后、左右平面的位置，就能够实现车辆的质心位置在限定范围可控制。姿态传感器安装在车轮的中心，是一陀螺仪装置，提供准确的方位、水平角度、角速度和角加速度等信号。控制器根据陀螺仪提供的信号调整受控元Ａ和受控元Ｂ，保持车辆的动态平衡。

【技术实现步骤摘要】
基于姿态控制的平衡式独轮小车涉及领域本专利技术涉及一种通过陀螺机制控制车身姿态的小型车辆，特别是基于姿态控制的平 衡式独轮车辆。该车辆以承载用户的方式运行，驾驶者通过身体移动和操纵方向把来控 制车身。
技术介绍
陀螺仪是一种既古老而又很有生命力的仪器，从第一台真正实用的陀螺仪器问世以 来已有大半个世纪，但直到现在，陀螺仪仍在吸引着人们对它进行研究，这是由于它本 身具有的特性所决定的。陀螺仪最主要的基本特性是它的稳定性和进动性。人们从儿童玩的地陀螺中早就发现高速旋转的陀螺可以竖直不倒而保持与地面垂直，这就反映了陀 螺的稳定性。陀螺仪器最早是用于航海导航，但随着科学技术的发展，它在航空和航天事业中也 得到广泛的应用。陀螺仪器不仅可以作为指示仪表，而更重要的是它可以作为自动控制 系统中的一个敏感元件，即可作为信号传感器。根据需要，陀螺仪器能提供准确的方位、 水平、位置、速度和加速度等信号，以便驾驶员或用自动导航仪来控制飞机、舰船或航 天飞机等航行体按一定的航线飞行，而在导弹、卫星运载器或空间探测火箭等航行体的 制导中，则直接利用这些信号完成航行体的姿态控制和轨道控制。作为稳定器，陀螺仪 器能使列车在单轨上行驶，能减小船舶在风浪中的摇摆，能使安装在飞机或卫星上的照 相机相对地面稳定等等。由此可见，陀螺仪器的应用范围是相当广泛的。陀螺仪器的这些优越性使其在车辆的姿态控制方面也有着广泛的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于姿态控制的平衡式独轮车辆。根据本专利技术的优选实施例，该平衡式小车配制成姿态自动调整方式。该车辆包括三个部分，下部是一个车轮的支承体o，能在基础平面上移动。安装在支承体o上的是能被控制的具有质心的实体简称为受控元。按调节方向的不同，绕车轮轴线(前后向)旋转的部分包括车轮驱动减速箱、安装在减速箱上的电机、同减速箱相连的支架、安装在 支架内的平台驱动电机、及安装在支架前端的另一平台驱动减速箱以及十字形连接体、 平台、固定在平台上的支撑架、同平台相连的座位等为受控元A和绕车轮轴线垂直的轴 (左右向)旋转部分包括十字形连接体、平台、固定在平台上的支撑架及同平台相连的 座位等为受控元B，显然本实施例中A包含B。在支承体O和受控元A之间以及在受控 元A和受控元B之间设置调节元，调节受控元A和B的重心在前后、左右平面的位置， 就能够实现车辆的质心位置在限定范围可控制。姿态传感器安装在车轮的中心，是一陀 螺仪装置，提供准确的方位、水平、角度、速度和加速度等信号。控制器根据陀螺仪提 供的信号调整受控元A和受控元B，保持车辆的动态平衡。车辆的运动是由操纵者的输入控制的，这种输入至少包括如下两种方式之一1、 操纵者操作输入装置。根据操纵者的操作，输入装置发出输入信号给控制器，控 制器控制车轮的驱动器驱动车辆行驶，这种输入装置可以是能反映操纵者的操作信息的各种传感器。2、 操纵者倾斜。车内姿态传感器把检测到的由操纵者的倾斜产生的姿态信号传送给 控制器，控制器控制车轮的驱动器和平台驱动器调整车辆的姿态，保持车辆的动态平衡。按照结构和功能，该平衡式小车包括以下部分组成车轮驱动单元轮毂式减速箱和车轮驱动电机构成车轮驱动单元。 一减速箱为圆盘型结构，齿轮箱为半封闭结构，齿轮外柱面也是齿轮箱外表面， 一含内齿的齿轮在其内部主动齿轮的带动下经变速后绕其轴心旋转； 一轮辐同减速箱齿轮外柱面固定连接的车轮，车轮同齿轮一起旋转；至少一车轮驱动电机安装在减速箱的一端面，电机轴同主动齿轮的驱动轴固定连接。减速箱中心设置有一空腔，减速箱中心腔的内壁支撑一可转动 十字形连接体。平台驱动单元 一支架固定在减速箱端面两侧，支架同减速箱端面连成一体。 一平 台驱动电机安装在支架一端部内； 一平台驱动减速箱，箱体固定在平台驱动电机的支架 上，主动齿轮轴同电机轴固定连接； 一平台，平台的前方同减速箱的从动齿轮轴固定连 接，平台跨越车轮两边，平台的中部同十字形连接体两边固定连接，平台驱动电机能驱 动平台绕十字形连接体的支承在轮毂式减速箱内的轴及减速箱的从动齿轮轴转动。转向控制单元 一支撑架，支撑架固定在平台的前端，承载操纵者部分重量。 一座 位，该座位固定支撑在平台上，座位随平台转动。车轮的轮胎具有易于变形的圆弧面， 有利于车辆行驶方向的调整，轮胎同地面有一接触区域，更利于车辆稳定。车辆的转向 是由安装在支撑杆上的握把相对支撑杆的旋转带动传感器转动来实现的，握把向左转传 感器发出左转信号给控制器，控制器生成操作指令控制平台驱动电机驱动平台左转，车 辆重心左移即可左转弯。反之握把向右转传感器发出右转信号给控制器，控制器生成操 作指令控制平台驱动电机驱动平台右转，车辆重心左移即可右转弯。姿态调整单元姿态传感器、处理器和驱动器。 一安装在十字形连接体中心盒内的 姿态传感器，测量独轮车的滚转角、滚转角速度和滚转角加速度；车轮驱动器同车轮驱 动电机相联、平台驱动器同平台驱动电机相联；至少一控制器同驱动器相联，控制器的 核心是处理器，处理器接收和处理操纵者的输入和姿态反馈信号，经比较、运算生成控 制指令控制车轮驱动器和平台驱动器，实现操纵者的期望方向和速度，并在这一过程中 保持小车的平衡稳定。附图说明图1是一实施例的基于姿态控制的平衡式独轮小车的效果图；图2是基于轮毂式变速箱的平衡式独轮小车的剖视图，本专利技术的一实施例有效地利 用了其内容-，图3是基于轮毂式变速箱的平衡式独轮小车的侧视图，本专利技术的一实施例有效地利 用了其内容；图4是平衡式独轮小车的行驶侧视图；图5是平衡式独轮小车的左转向控制过程图。图6是平衡式独轮小车的右转向控制过程图。图7是基于姿态控制的平衡式独轮小车的工作原理框图。具体实施方式的详细说明图1示出了总体标识为15的平衡式小型车辆，该小车包括轮毂式减速箱9，经轮辐 同减速箱外圆固定连接的车轮IO，对称安装在轮毂式减速箱两边的电机14，固定在轮毂 式减速箱两边的支架15，安装在支架前端的电机16，安装在支架上主动齿轮轴同电机轴 固定相连的减速箱17，同减速箱17的从动轴相连的支撑架13，安装在支撑架上的握把 19，检测握把同相支撑杆位置偏差的传感器12， 一用户界面11安装在车把手19上，指 示车辆的运行状态。安装在轮毂式减速箱中心的十字形连接体7，同十字形连接体7相连 的平台6，安装在平台下的电池合5等组成。操给者18坐在座位4上，双手握住支撑架 13上的把手19，能平稳驾驶车辆前进、后退或转向。图2和图3分别为基于轮毂式变速箱的平衡式小型车辆的横剖面图和侧视图， 一轮 毂式减速箱9，其特征在于减速箱为圆盘型结构，外壳柱面是一有内齿的齿轮21的外表 面，在其内部的主动齿轮22的带动下经变速后绕轴心旋转，齿轮21的两边经一平面轴 承24同减速箱两端盖26连接，减速箱9中心设置有一空腔；轮辐同减速箱9外圆同一 车轮10的轮辐25固定连接，车轮同外齿轮21—起旋转；车轮左、右驱动电机14对称 安装在减速箱9的两边，电机轴同主动齿轮22的驱动轴固定连接(或一车轮驱动电机14 安装在减速箱9的一边，电机轴同主动齿轮22的驱动轴固定连接)； 一安装在减速箱9 中心空腔中的十字形连接体7，十字连接体7的中心有一安装盒，十字形连接体7的两同 心轴经轴承同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平衡式独轮小车，其特征在于该小车包括：　　　　ａ．车轮驱动单元：轮毂式减速箱和车轮驱动电机构成车轮驱动单元。一减速箱为圆盘型结构，齿轮箱为半封闭结构，齿轮外柱面也是齿轮箱外表面，一含内齿的齿轮在其内部主动齿轮的带动下经变速后绕轴心旋转；一轮辐同减速箱齿轮外柱面固定连接的车轮，车轮同齿轮一起旋转；至少一车轮驱动电机安装在减速箱的一端面，电机轴同主动齿轮的驱动轴固定连接。减速箱中心设置有一空腔，减速箱中心腔的内壁支撑一可转动十字形连接体。　　　　ｂ．平台驱动单元：一支架固定在减速箱端面两侧，支架同减速箱端面连成一体。一平台驱动电机安装在支架一端部内；一平台驱动减速箱，箱体固定在平台驱动电机的支架上，主动齿轮轴同电机轴固定连接；一平台，平台的前方同减速箱的从动齿轮轴固定连接，平台跨越车轮两边，平台的中部同十字形连接体两边固定连接，平台驱动电机能驱动平台绕十字形连接体的支承在轮毂式减速箱内的轴及减速箱的从动齿轮轴转动。　　　　ｃ．转向控制单元：一支撑架，支撑架固定在平台的前端，承载操纵者部分重量。一座位，该座位固定支撑在平台上，座位随平台转动。车轮的轮胎具有易于变形的圆弧面，有利于车辆行驶方向的调整，轮胎同地面有一接触区域，更利于车辆稳定。车辆的转向是由安装在支撑杆上的握把相对支撑杆的旋转带动传感器转动来控制的，握把向左转传感器发出左转信号，平台驱动电机驱动平台左转，车辆重心左移即可左转弯，反之即右转弯。　　　　ｄ．姿态调整单元：姿态传感器、处理器和驱动器。一安装在十字形连接体中心盒内的姿态传感器，测量独轮车的滚转角、滚转角速度和滚转角加速度；车轮驱动器同车轮驱动电机相联和平台驱动器同平台驱动电机相联；至少一控制器同驱动器相联，控制器的核心是处理器，处理器接收和处理操纵者的输入和姿态反馈信号，实现操纵者的期望方向和速度，并在这一过程中保持小车的平衡稳定。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李锦上，
申请(专利权)人：李锦上，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]