本發(fā)明涉及娛樂設(shè)備和運(yùn)動(dòng)器材領(lǐng)域，尤其涉及一種用于輔助扭動(dòng)的自動(dòng)控制動(dòng)態(tài)平衡扭動(dòng)雙輪滑板車及其控制方法。

背景技術(shù)：

二輪驅(qū)動(dòng)的交通工具包括自行車和摩托車，它們是前后輪配置，靠人工駕駛和平衡，但正在向自動(dòng)平衡方面發(fā)展并轉(zhuǎn)向娛樂化。十多年前出現(xiàn)的以Segway為代表的雙輪平衡車自帶動(dòng)力，兩輪并排配置，具有極好的平衡性和駕駛性，可用于室內(nèi)外短途交通，非常便捷，并且極具娛樂性。

目前有種二輪單軌道平衡滑板車頗受青少年喜歡，可用于短距離交通和娛樂健身。這種滑板車通過人的雙腳分別踩踏前后搖擺板進(jìn)行扭動(dòng)，實(shí)現(xiàn)滑板車前進(jìn)和轉(zhuǎn)彎等動(dòng)作，并在行使過程中保持滑板車平衡。雖然這種滑板車踩踏動(dòng)作簡單(雙腳小幅扭動(dòng))，但操作起來不容易，就像自行車一樣需要使用者進(jìn)行一段時(shí)間的訓(xùn)練，才能熟練駕馭。而且這種純?nèi)肆︱?qū)動(dòng)的滑板車對用戶體能要求較大，不利于作為短途交通工具和進(jìn)行長時(shí)間娛樂活動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可以提高扭動(dòng)效率、減少體能消耗，并輔助用戶實(shí)現(xiàn)平衡的扭動(dòng)雙輪滑板車。

本發(fā)明的另一目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于上述雙輪滑板車的控制方法。

本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種自動(dòng)控制的扭動(dòng)雙輪滑板車，主要包括前搖擺板、后搖擺板、前惰輪、后惰輪、伺服電機(jī)、連接塊、傳感器組、電池組和控制器。所述前惰輪與前搖擺板連接，可繞前搖擺板轉(zhuǎn)動(dòng)，所述后惰輪與后搖擺板連接，可繞后搖擺板轉(zhuǎn)動(dòng)。所述伺服電機(jī)和電池組安裝在前搖擺板上，連接塊安裝在后搖擺板上，所述伺服電機(jī)的輸出軸與連接塊固定，使前搖擺板與后搖擺板建立連接，并在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下?lián)u擺前進(jìn)。所述控制器安裝在前搖擺板上，分別與伺服電機(jī)、傳感器組和電池組連接，用于控制伺服電機(jī)，接收傳感器組的反饋數(shù)據(jù)。

具體的，所述傳感器組包括用于監(jiān)測滑板車姿勢的第一陀螺儀和第二陀螺儀、用于測量惰輪轉(zhuǎn)向角度的第一轉(zhuǎn)角傳感器和第二轉(zhuǎn)角傳感器、用于測量惰輪速度的第一轉(zhuǎn)速傳感器和第二轉(zhuǎn)速傳感器、以及用于檢測搖擺板上壓力的第一壓力傳感器和第二壓力傳感器。所述第一陀螺儀和第二陀螺儀分別安裝在前搖擺板和后搖擺板上，在工作時(shí)，用于監(jiān)測使用者的動(dòng)作和意圖。所述第一轉(zhuǎn)角傳感器和第二轉(zhuǎn)角傳感器分別安裝在前搖擺板與前惰輪的連接處和后搖擺板與后惰輪的連接處，監(jiān)測前惰輪和后惰輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，用于轉(zhuǎn)彎的輔助判斷。所述第一轉(zhuǎn)速傳感器和第二轉(zhuǎn)速傳感器分別安裝在前惰輪和后惰輪的轉(zhuǎn)軸上，檢測前惰輪和后惰輪的轉(zhuǎn)速，用于判斷滑板車當(dāng)前的車速及調(diào)整伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率。所述第一壓力傳感器和第二壓力傳感器分別安裝在前搖擺板和后搖擺板上，監(jiān)測是否有用戶踏在滑板車上。所述控制器分別與第一陀螺儀、第二陀螺儀、第一轉(zhuǎn)角傳感器、第二轉(zhuǎn)角傳感器、第一轉(zhuǎn)速傳感器、第二轉(zhuǎn)速傳感器、第一壓力傳感器和第二壓力傳感器連接，接收傳感器的反饋數(shù)據(jù)，用于調(diào)整伺服電機(jī)的輸出。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述伺服電機(jī)、連接塊和電池組均安裝在滑板車的下方，這樣設(shè)計(jì)降低了整機(jī)的重心，有利于提高滑板車的穩(wěn)定性和平衡性，同時(shí)讓雙輪滑板車的上方留有更多空間供用戶使用。

進(jìn)一步的，所述伺服電機(jī)和連接塊的安裝位置可互換，同樣可以實(shí)現(xiàn)相同的功能，起相同的作用。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述前惰輪的轉(zhuǎn)向軸線與前搖擺板平面傾斜，所述后惰輪的轉(zhuǎn)向軸線與后搖擺板平面傾斜。該傾斜結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)前后搖擺板擺動(dòng)時(shí)，前后惰輪受到壓迫向特定方向轉(zhuǎn)動(dòng)，可以提高雙輪機(jī)器人的轉(zhuǎn)動(dòng)效率的目的。

本發(fā)明的另一目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種自動(dòng)控制的扭動(dòng)雙輪滑板車的控制方法，該方法主要包括如下步驟：

步驟S1:雙輪滑板車上電啟動(dòng)，伺服電機(jī)復(fù)位使前后搖擺板恢復(fù)到水平位置，并檢測所有傳感器(陀螺儀、轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、壓力傳感器)是否正常，若出現(xiàn)故障，伺服電機(jī)則不工作，直到故障修復(fù)為止。

步驟S2:檢測壓力信號(前后壓力傳感器的值)來判斷是否有用戶騎在上方，若無壓力信號，伺服電機(jī)則處于待機(jī)狀態(tài)。

步驟S3:當(dāng)檢測到用戶騎上滑板車后，通過監(jiān)測傳感器(陀螺儀為主，轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器為輔)的數(shù)值來判斷用戶前進(jìn)、加速和轉(zhuǎn)彎意圖。

其中，所述步驟S3還包括如下步驟：

步驟S31:根據(jù)陀螺儀和轉(zhuǎn)角傳感器的檢測數(shù)據(jù)并結(jié)合前搖擺板傾斜的時(shí)間去判斷用戶是否需要轉(zhuǎn)彎，當(dāng)判斷的結(jié)果是需要執(zhí)行轉(zhuǎn)彎時(shí)，伺服電機(jī)則驅(qū)動(dòng)前搖擺板傾向轉(zhuǎn)彎的一側(cè)，后搖擺板傾向轉(zhuǎn)彎的另一側(cè)，并對伺服電機(jī)進(jìn)行鎖定，保持兩塊搖擺板的姿態(tài)，提高轉(zhuǎn)彎效率。

步驟S32:根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器和前后搖擺板擺動(dòng)的頻率數(shù)據(jù)來判斷用戶是否要提速，若判斷結(jié)果為需要執(zhí)行提速時(shí)，電機(jī)則提高擺動(dòng)的頻率和幅度，輔助用戶加快前進(jìn)速度，減少用戶的體能消耗。

本發(fā)明的工作過程和原理是：本發(fā)明的前搖擺板和后搖擺板之間通過伺服電機(jī)連接，用戶在滑板車上前后擺動(dòng)時(shí)，控制器配合用戶的節(jié)奏驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)按照一定頻率進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，從而提高扭動(dòng)的效率，實(shí)現(xiàn)快速、加速前進(jìn)、高效轉(zhuǎn)彎的功能。其次，控制器會根據(jù)陀螺儀的監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整伺服電機(jī)的輸出，盡量使滑板車時(shí)刻保持平衡狀態(tài)，該設(shè)定為初學(xué)者提供很好的平衡輔助作用。另外，伺服電機(jī)、電池組等部件均安裝在滑板車下方，該設(shè)計(jì)顯著降低滑板車的重心，使其更接近地面，能有效提高滑板車擺動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性和平衡效果，控制器的操控性同樣得到較大提高。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡單、操作容易，能有效輔助用戶提速和過彎，并時(shí)刻保持平衡狀態(tài)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明還具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明提供的扭動(dòng)雙輪滑板車重心低，能夠有效提高擺動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性，顯著改善滑板車的平衡效果。

(2)本發(fā)明通過陀螺儀來監(jiān)測滑板車的擺動(dòng)狀態(tài)，控制器時(shí)刻分析滑板車的姿態(tài)數(shù)據(jù)，并調(diào)整伺服電機(jī)的輸出，讓滑板車保持平衡狀態(tài)。

(3)本發(fā)明通過預(yù)測并判斷用戶的操作意圖，及時(shí)調(diào)整伺服電機(jī)的輸出，提高滑板車的扭動(dòng)效率，減少用戶的體能消耗，使滑板車獲得更好的加速和轉(zhuǎn)彎效果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所提供的自動(dòng)控制扭動(dòng)雙輪滑板車的立體圖。

圖2是本發(fā)明所提供的轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明所提供的扭動(dòng)雙輪滑板車控制框圖。

圖4是本發(fā)明所提供的扭動(dòng)雙輪滑板車的控制流程圖。

上述附圖中的標(biāo)號說明：

1-第一轉(zhuǎn)角傳感器、2-第一壓力傳感器、3-前惰輪、4-前搖擺板、5-電池組、6-控制器、7-第一陀螺儀、8-伺服電機(jī)、9-電機(jī)座、10-連接塊、11-第二陀螺儀、12-第二轉(zhuǎn)角傳感器、13-后惰輪、14-后搖擺板、15-第二壓力傳感器、16-第一轉(zhuǎn)速傳感器、17-第二轉(zhuǎn)速傳感器。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1：

如圖1、圖2和圖3所示，一種自動(dòng)控制的扭動(dòng)雙輪滑板車，主要包括前搖擺板4、后搖擺板14、前惰輪3、后惰輪13、伺服電機(jī)8、連接塊10、傳感器組、電池組5和控制器6。所述前惰輪3與前搖擺板4連接，可繞前搖擺板4轉(zhuǎn)動(dòng)，所述后惰輪13與后搖擺板14連接，可繞后搖擺板14轉(zhuǎn)動(dòng)。所述伺服電機(jī)8和電池組5安裝在前搖擺板14上，連接塊10安裝在后搖擺板4上，所述伺服電機(jī)8的輸出軸與連接塊10固定，使前搖擺板4與后搖擺板14建立連接，并在伺服電機(jī)8的驅(qū)動(dòng)下?lián)u擺前進(jìn)。所述控制器6安裝在前搖擺板4上，分別與伺服電機(jī)8、傳感器組和電池組5連接，用于控制伺服電機(jī)8，接收傳感器組的反饋數(shù)據(jù)。

具體的，所述傳感器組包括用于監(jiān)測滑板車姿勢的第一陀螺儀7和第二陀螺儀11、用于測量惰輪轉(zhuǎn)向角度的第一轉(zhuǎn)角傳感器1和第二轉(zhuǎn)角傳感器12、用于測量惰輪速度的第一轉(zhuǎn)速傳感器16和第二轉(zhuǎn)速傳感器17、以及用于檢測搖擺板上壓力的第一壓力傳感器2和第二壓力傳感器15。所述第一陀螺儀7和第二陀螺儀11分別安裝在前搖擺板4和后搖擺板14上，在工作時(shí)，用于監(jiān)測使用者的動(dòng)作和意圖。所述第一轉(zhuǎn)角傳感器1和第二轉(zhuǎn)角傳感器12分別安裝在前搖擺板4與前惰輪3的連接處和后搖擺板14與后惰輪13的連接處，監(jiān)測前惰輪3和后惰輪13的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，用于轉(zhuǎn)彎的輔助判斷。所述第一轉(zhuǎn)速傳感器16和第二轉(zhuǎn)速傳感器17分別安裝在前惰輪3和后惰輪13的轉(zhuǎn)軸上，檢測前惰輪3和后惰輪13的轉(zhuǎn)速，用于判斷滑板車當(dāng)前的車速及調(diào)整伺服電機(jī)8的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率。所述第一壓力傳感器2和第二壓力傳感器15分別安裝在前搖擺板4和后搖擺板14上，監(jiān)測是否有用戶踏在滑板車上。所述控制器6分別與第一陀螺儀7、第二陀螺儀11、第一轉(zhuǎn)角傳感器1、第二轉(zhuǎn)角傳感器12、第一轉(zhuǎn)速傳感器16、第二轉(zhuǎn)速傳感器17、第一壓力傳感器2和第二壓力傳感器15連接，接收傳感器的反饋數(shù)據(jù)，用于調(diào)整伺服電機(jī)8的輸出。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述伺服電機(jī)8、連接塊10和電池組5均安裝在滑板車的下方，這樣設(shè)計(jì)降低了整機(jī)的重心，有利于提高滑板車的穩(wěn)定性和平衡性。

進(jìn)一步的，所述伺服電機(jī)8和連接塊10的安裝位置可互換，同樣可以實(shí)現(xiàn)相同的功能，起相同的作用。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述前惰輪3的轉(zhuǎn)向軸線與前搖擺板4平面傾斜，所述后惰輪13的轉(zhuǎn)向軸線與后搖擺板14平面傾斜。

結(jié)合圖1、圖2、圖3和圖4所示，本發(fā)明還公開了一種自動(dòng)控制的扭動(dòng)雙輪滑板車的控制方法，該方法主要包括如下步驟：

步驟S1:雙輪滑板車上電啟動(dòng)，伺服電機(jī)8復(fù)位使前后搖擺板恢復(fù)到水平位置，并檢測所有傳感器(陀螺儀、轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、壓力傳感器)是否正常，若出現(xiàn)故障，伺服電機(jī)8則不工作，直到故障修復(fù)為止。

步驟S2:檢測壓力信號(前后壓力傳感器的值)來判斷是否有用戶騎在上方，若無壓力信號，伺服電機(jī)8則處于待機(jī)狀態(tài)。

步驟S3:當(dāng)檢測到用戶騎上滑板車后，通過監(jiān)測傳感器(陀螺儀為主，轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器為輔)的數(shù)值來判斷用戶前進(jìn)、加速和轉(zhuǎn)彎意圖。

其中，所述步驟S3還包括如下步驟：

步驟S31:根據(jù)陀螺儀和轉(zhuǎn)角傳感器的檢測數(shù)據(jù)并結(jié)合前搖擺板4傾斜的時(shí)間去判斷用戶是否需要轉(zhuǎn)彎，當(dāng)判斷的結(jié)果是需要執(zhí)行轉(zhuǎn)彎時(shí)，伺服電機(jī)8則驅(qū)動(dòng)前搖擺板4傾向轉(zhuǎn)彎的一側(cè)，后搖擺板14傾向轉(zhuǎn)彎的另一側(cè)，并對伺服電機(jī)8進(jìn)行鎖定，保持兩塊搖擺板的姿態(tài)，提高轉(zhuǎn)彎效率。

步驟S32:根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器和前后搖擺板擺動(dòng)的頻率數(shù)據(jù)來判斷用戶是否要提速，若判斷結(jié)果為需要執(zhí)行提速時(shí)，電機(jī)則提高擺動(dòng)的頻率和幅度，輔助用戶加快前進(jìn)速度，減少用戶的體能消耗。

本發(fā)明的工作過程和原理是：本發(fā)明的前搖擺板4和后搖擺板14之間通過伺服電機(jī)8連接，用戶在滑板車上前后擺動(dòng)時(shí)，控制器6配合用戶的節(jié)奏驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)8按照一定頻率進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，從而提高扭動(dòng)的效率，實(shí)現(xiàn)快速、加速前進(jìn)、高效轉(zhuǎn)彎的功能。其次，控制器6會根據(jù)陀螺儀的監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整伺服電機(jī)8的輸出，盡量使滑板車時(shí)刻保持平衡狀態(tài)，該設(shè)定為初學(xué)者提供很好的平衡輔助作用。另外，伺服電機(jī)8、電池組5等部件均安裝在滑板車下方，該設(shè)計(jì)顯著降低滑板車的重心，使其更接近地面，能有效提高滑板車擺動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性和平衡效果，控制器6的操控性同樣得到較大提高。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡單、操作容易，能有效輔助用戶提速和過彎，并時(shí)刻保持平衡狀態(tài)。

實(shí)施例2：

如圖1、圖2、圖3和圖4所示，第一陀螺儀7和第二陀螺儀11分別固定在前搖擺板4和后搖擺板14上。伺服電機(jī)8通過電機(jī)座9安裝在前搖擺板4下方，以降低整機(jī)的重心，有利于滑板車的穩(wěn)定性和平衡性的控制。連接塊10固定在后搖擺板14上。前后搖擺板通過伺服電機(jī)8和連接塊10以串聯(lián)的形式相互連接，形成繞伺服電機(jī)8軸的相對轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)然，伺服電機(jī)8也可以通過電機(jī)座9安裝在后搖擺板14上而連接塊10固定在前搖擺板4上，實(shí)現(xiàn)同樣的功能。第一轉(zhuǎn)速傳感器16和第二轉(zhuǎn)速傳感器17分別緊套在前惰輪3和后惰輪13的輪軸上，其外殼并分別與前搖擺板4和后搖擺板14底部固定連接，感知惰輪轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)速。第一轉(zhuǎn)角傳感器1和第二轉(zhuǎn)角傳感器12分別安裝于前后惰輪的轉(zhuǎn)盤上，感知前后惰輪的轉(zhuǎn)向角度。前惰輪3和后惰輪13固定軸分別與前搖擺板4和后搖擺板14固定連接，其固定軸分別與搖擺板傾斜一個(gè)角度(不垂直)。

本發(fā)明的前后板陀螺儀的檢測信號、前后惰輪轉(zhuǎn)向角度傳感器的信號和前后惰輪轉(zhuǎn)速傳感器的信號，前后壓力傳感器的檢測信號作為反饋信息傳給控制器6。控制器6接受這些信號后，控制伺服電機(jī)8旋轉(zhuǎn)的速度和方向，從而對前后搖擺板的往復(fù)擺動(dòng)的頻率、幅值、方向進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)滑板車前進(jìn)和轉(zhuǎn)彎等動(dòng)作，并保持平衡。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。