專利名稱：基于姿態(tài)控制的平衡式獨(dú)輪小車的制作方法
基于姿態(tài)控制的平衡式獨(dú)輪小車
涉及領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種通過陀螺機(jī)制控制車身姿態(tài)的小型車輛，特別是基于姿態(tài)控制的平 衡式獨(dú)輪車輛。該車輛以承載用戶的方式運(yùn)行，駕駛者通過身體移動(dòng)和操縱方向把來控 制車身。
背景技術(shù)：
陀螺儀是一種既古老而又很有生命力的儀器，從第一臺(tái)真正實(shí)用的陀螺儀器問世以 來已有大半個(gè)世紀(jì)，但直到現(xiàn)在，陀螺儀仍在吸引著人們對(duì)它進(jìn)行研究，這是由于它本 身具有的特性所決定的。陀螺儀最主要的基本特性是它的穩(wěn)定性和進(jìn)動(dòng)性。人們從兒童
玩的地陀螺中早就發(fā)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)的陀螺可以豎直不倒而保持與地面垂直，這就反映了陀 螺的穩(wěn)定性。
陀螺儀器最早是用于航海導(dǎo)航，但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，它在航空和航天事業(yè)中也 得到廣泛的應(yīng)用。陀螺儀器不僅可以作為指示儀表，而更重要的是它可以作為自動(dòng)控制 系統(tǒng)中的一個(gè)敏感元件，即可作為信號(hào)傳感器。根據(jù)需要，陀螺儀器能提供準(zhǔn)確的方位、 水平、位置、速度和加速度等信號(hào)，以便駕駛員或用自動(dòng)導(dǎo)航儀來控制飛機(jī)、艦船或航 天飛機(jī)等航行體按一定的航線飛行，而在導(dǎo)彈、衛(wèi)星運(yùn)載器或空間探測(cè)火箭等航行體的 制導(dǎo)中，則直接利用這些信號(hào)完成航行體的姿態(tài)控制和軌道控制。作為穩(wěn)定器，陀螺儀 器能使列車在單軌上行駛，能減小船舶在風(fēng)浪中的搖擺，能使安裝在飛機(jī)或衛(wèi)星上的照 相機(jī)相對(duì)地面穩(wěn)定等等。由此可見，陀螺儀器的應(yīng)用范圍是相當(dāng)廣泛的。
陀螺儀器的這些優(yōu)越性使其在車輛的姿態(tài)控制方面也有著廣泛的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于姿態(tài)控制的平衡式獨(dú)輪車輛。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，該平衡式小車配制成姿態(tài)自動(dòng)調(diào)整方式。該車輛包括三
個(gè)部分，下部是一個(gè)車輪的支承體o，能在基礎(chǔ)平面上移動(dòng)。安裝在支承體o上的是能
被控制的具有質(zhì)心的實(shí)體簡(jiǎn)稱為受控元。按調(diào)節(jié)方向的不同，繞車輪軸線(前后向)旋轉(zhuǎn)的部分包括車輪驅(qū)動(dòng)減速箱、安裝在減速箱上的電機(jī)、同減速箱相連的支架、安裝在 支架內(nèi)的平臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、及安裝在支架前端的另一平臺(tái)驅(qū)動(dòng)減速箱以及十字形連接體、 平臺(tái)、固定在平臺(tái)上的支撐架、同平臺(tái)相連的座位等為受控元A和繞車輪軸線垂直的軸 (左右向)旋轉(zhuǎn)部分包括十字形連接體、平臺(tái)、固定在平臺(tái)上的支撐架及同平臺(tái)相連的 座位等為受控元B，顯然本實(shí)施例中A包含B。在支承體O和受控元A之間以及在受控 元A和受控元B之間設(shè)置調(diào)節(jié)元，調(diào)節(jié)受控元A和B的重心在前后、左右平面的位置， 就能夠?qū)崿F(xiàn)車輛的質(zhì)心位置在限定范圍可控制。姿態(tài)傳感器安裝在車輪的中心，是一陀 螺儀裝置，提供準(zhǔn)確的方位、水平、角度、速度和加速度等信號(hào)?？刂破鞲鶕?jù)陀螺儀提 供的信號(hào)調(diào)整受控元A和受控元B，保持車輛的動(dòng)態(tài)平衡。車輛的運(yùn)動(dòng)是由操縱者的輸入控制的，這種輸入至少包括如下兩種方式之一1、 操縱者操作輸入裝置。根據(jù)操縱者的操作，輸入裝置發(fā)出輸入信號(hào)給控制器，控 制器控制車輪的驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)車輛行駛，這種輸入裝置可以是能反映操縱者的操作信息的各種傳感器。2、 操縱者傾斜。車內(nèi)姿態(tài)傳感器把檢測(cè)到的由操縱者的傾斜產(chǎn)生的姿態(tài)信號(hào)傳送給 控制器，控制器控制車輪的驅(qū)動(dòng)器和平臺(tái)驅(qū)動(dòng)器調(diào)整車輛的姿態(tài)，保持車輛的動(dòng)態(tài)平衡。按照結(jié)構(gòu)和功能，該平衡式小車包括以下部分組成車輪驅(qū)動(dòng)單元輪轂式減速箱和車輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)構(gòu)成車輪驅(qū)動(dòng)單元。 一減速箱為圓盤型結(jié)構(gòu)，齒輪箱為半封閉結(jié)構(gòu)，齒輪外柱面也是齒輪箱外表面， 一含內(nèi)齒的齒輪在其內(nèi)部主動(dòng)齒輪的帶動(dòng)下經(jīng)變速后繞其軸心旋轉(zhuǎn)； 一輪輻同減速箱齒輪外柱面固定連接的車輪，車輪同齒輪一起旋轉(zhuǎn)；至少一車輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在減速箱的一端面，電機(jī)軸同主動(dòng)齒輪的驅(qū)動(dòng)軸固定連接。減速箱中心設(shè)置有一空腔，減速箱中心腔的內(nèi)壁支撐一可轉(zhuǎn)動(dòng) 十字形連接體。平臺(tái)驅(qū)動(dòng)單元 一支架固定在減速箱端面兩側(cè)，支架同減速箱端面連成一體。 一平 臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在支架一端部內(nèi)； 一平臺(tái)驅(qū)動(dòng)減速箱，箱體固定在平臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的支架 上，主動(dòng)齒輪軸同電機(jī)軸固定連接； 一平臺(tái)，平臺(tái)的前方同減速箱的從動(dòng)齒輪軸固定連 接，平臺(tái)跨越車輪兩邊，平臺(tái)的中部同十字形連接體兩邊固定連接，平臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)能驅(qū) 動(dòng)平臺(tái)繞十字形連接體的支承在輪轂式減速箱內(nèi)的軸及減速箱的從動(dòng)齒輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)向控制單元 一支撐架，支撐架固定在平臺(tái)的前端，承載操縱者部分重量。 一座 位，該座位固定支撐在平臺(tái)上，座位隨平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。車輪的輪胎具有易于變形的圓弧面， 有利于車輛行駛方向的調(diào)整，輪胎同地面有一接觸區(qū)域，更利于車輛穩(wěn)定。車輛的轉(zhuǎn)向 是由安裝在支撐桿上的握把相對(duì)支撐桿的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，握把向左轉(zhuǎn)傳 感器發(fā)出左轉(zhuǎn)信號(hào)給控制器，控制器生成操作指令控制平臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)左轉(zhuǎn)，車 輛重心左移即可左轉(zhuǎn)彎。反之握把向右轉(zhuǎn)傳感器發(fā)出右轉(zhuǎn)信號(hào)給控制器，控制器生成操 作指令控制平臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)右轉(zhuǎn)，車輛重心左移即可右轉(zhuǎn)彎。姿態(tài)調(diào)整單元姿態(tài)傳感器、處理器和驅(qū)動(dòng)器。 一安裝在十字形連接體中心盒內(nèi)的 姿態(tài)傳感器，測(cè)量獨(dú)輪車的滾轉(zhuǎn)角、滾轉(zhuǎn)角速度和滾轉(zhuǎn)角加速度；車輪驅(qū)動(dòng)器同車輪驅(qū) 動(dòng)電機(jī)相聯(lián)、平臺(tái)驅(qū)動(dòng)器同平臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)相聯(lián)；至少一控制器同驅(qū)動(dòng)器相聯(lián)，控制器的 核心是處理器，處理器接收和處理操縱者的輸入和姿態(tài)反饋信號(hào)，經(jīng)比較、運(yùn)算生成控 制指令控制車輪驅(qū)動(dòng)器和平臺(tái)驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)操縱者的期望方向和速度，并在這一過程中 保持小車的平衡穩(wěn)定。


圖1是一實(shí)施例的基于姿態(tài)控制的平衡式獨(dú)輪小車的效果圖；圖2是基于輪轂式變速箱的平衡式獨(dú)輪小車的剖視圖，本發(fā)明的一實(shí)施例有效地利 用了其內(nèi)容-，圖3是基于輪轂式變速箱的平衡式獨(dú)輪小車的側(cè)視圖，本發(fā)明的一實(shí)施例有效地利 用了其內(nèi)容；圖4是平衡式獨(dú)輪小車的行駛側(cè)視圖；圖5是平衡式獨(dú)輪小車的左轉(zhuǎn)向控制過程圖。圖6是平衡式獨(dú)輪小車的右轉(zhuǎn)向控制過程圖。圖7是基于姿態(tài)控制的平衡式獨(dú)輪小車的工作原理框圖。
具體實(shí)施方式
的詳細(xì)說明圖1示出了總體標(biāo)識(shí)為15的平衡式小型車輛，該小車包括輪轂式減速箱9，經(jīng)輪輻 同減速箱外圓固定連接的車輪IO，對(duì)稱安裝在輪轂式減速箱兩邊的電機(jī)14，固定在輪轂 式減速箱兩邊的支架15，安裝在支架前端的電機(jī)16，安裝在支架上主動(dòng)齒輪軸同電機(jī)軸 固定相連的減速箱17，同減速箱17的從動(dòng)軸相連的支撐架13，安裝在支撐架上的握把 19，檢測(cè)握把同相支撐桿位置偏差的傳感器12， 一用戶界面11安裝在車把手19上，指 示車輛的運(yùn)行狀態(tài)。安裝在輪轂式減速箱中心的十字形連接體7，同十字形連接體7相連 的平臺(tái)6，安裝在平臺(tái)下的電池合5等組成。操給者18坐在座位4上，雙手握住支撐架 13上的把手19，能平穩(wěn)駕駛車輛前進(jìn)、后退或轉(zhuǎn)向。圖2和圖3分別為基于輪轂式變速箱的平衡式小型車輛的橫剖面圖和側(cè)視圖， 一輪 轂式減速箱9，其特征在于減速箱為圓盤型結(jié)構(gòu)，外殼柱面是一有內(nèi)齒的齒輪21的外表 面，在其內(nèi)部的主動(dòng)齒輪22的帶動(dòng)下經(jīng)變速后繞軸心旋轉(zhuǎn)，齒輪21的兩邊經(jīng)一平面軸 承24同減速箱兩端蓋26連接，減速箱9中心設(shè)置有一空腔；輪輻同減速箱9外圓同一 車輪10的輪輻25固定連接，車輪同外齒輪21—起旋轉(zhuǎn)；車輪左、右驅(qū)動(dòng)電機(jī)14對(duì)稱 安裝在減速箱9的兩邊，電機(jī)軸同主動(dòng)齒輪22的驅(qū)動(dòng)軸固定連接(或一車輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)14 安裝在減速箱9的一邊，電機(jī)軸同主動(dòng)齒輪22的驅(qū)動(dòng)軸固定連接)； 一安裝在減速箱9 中心空腔中的十字形連接體7，十字連接體7的中心有一安裝盒，十字形連接體7的兩同 心軸經(jīng)軸承同減速箱9的內(nèi)環(huán)活動(dòng)連接； 一安裝在十字形連接體7中心盒內(nèi)的姿態(tài)傳感 器35，測(cè)量獨(dú)輪車的滾轉(zhuǎn)角、角速度及角加速度； 一安裝在電機(jī)支架15內(nèi)的平臺(tái)驅(qū)動(dòng)電 機(jī)39，電機(jī)支架15同輪轂式減速箱9兩端面固定連接，平臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)39同減速箱9的 兩端面構(gòu)成一體；一減速箱38，箱體固定在平臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)39的支架15上，主動(dòng)齒輪31 的軸同電機(jī)39的軸固定連接。 一平臺(tái)6，平臺(tái)6的前方同減速箱38的從動(dòng)齒輪32的軸 固定連接，平臺(tái)6的中部同十字連接體7兩邊的橫梁固定聯(lián)接，平臺(tái)6能繞十字連接體7 的軸及減速箱38的從動(dòng)齒輪32軸轉(zhuǎn)動(dòng)；車輪驅(qū)動(dòng)器(末示出)同車輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)14相聯(lián) 和平臺(tái)驅(qū)動(dòng)器(末示出)同平臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)39相聯(lián)； 一控制器(末示出)同驅(qū)動(dòng)器相聯(lián)， 控制器的核心是處理器，處理器接收和處理操縱者的輸入和姿態(tài)返饋信號(hào)，經(jīng)處理器運(yùn) 算生成操作指令控制驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)操縱者的期望方向和速度，并在這一過程中保持小車 的平衡穩(wěn)定； 一支撐架13，支撐架13固定在平臺(tái)6的前端，輔助支承操縱者。至少包括 兩電池盒5分別安裝在車輪兩邊平臺(tái)6的下方。還包括一座位16，該座位16固定支撐在平臺(tái)6上，座位隨平臺(tái)6轉(zhuǎn)動(dòng)。車輪10的輪胎具有易于變形的圓弧面，有利于車輛行駛 方向的調(diào)整，輪胎同地面有一接觸區(qū)域，更利于車輛穩(wěn)定。圖4為平衡式小型車輛的行駛狀態(tài)側(cè)圖，騎車人18身體向前傾斜時(shí)，重心前移，車 輛的平臺(tái)6將向前滾轉(zhuǎn)，姿態(tài)傳感器將檢測(cè)到這種變化，產(chǎn)生滾轉(zhuǎn)角、滾轉(zhuǎn)角速度及角 加速度信號(hào)，處理器讀取信號(hào)后，將進(jìn)行比較、運(yùn)算生成控制指令，向驅(qū)動(dòng)器發(fā)送啟動(dòng) 或加速命令，驅(qū)動(dòng)器則驅(qū)動(dòng)車輪電機(jī)向前行駛。當(dāng)速度同平臺(tái)的傾角對(duì)應(yīng)時(shí)，車輛即保 持勻速行駛。當(dāng)騎車人18身體向后傾斜時(shí)，重心后移，車輛的平臺(tái)6將向后滾轉(zhuǎn)，姿態(tài) 傳感器將檢測(cè)到這種變化，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的滾轉(zhuǎn)角、滾轉(zhuǎn)角速度及角加速度信號(hào)，處理器讀 取信號(hào)后，將進(jìn)行比較、運(yùn)算產(chǎn)生控制指令，向驅(qū)動(dòng)器發(fā)送減速或向后行駛的命令，驅(qū) 動(dòng)器則驅(qū)動(dòng)車輪電機(jī)減速或向后行駛。在車輛向前行駛時(shí)，當(dāng)騎車人突然而快速向后傾 斜時(shí)，車輛會(huì)產(chǎn)生自動(dòng)剎車制動(dòng)動(dòng)作；在車輛向后行駛時(shí)，當(dāng)騎車人突然而快速向前傾斜時(shí)，車輛也會(huì)產(chǎn)生自動(dòng)剎車制動(dòng)動(dòng)作參考圖5、圖6解釋車輛8的左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎操作。圖5示出從后面看時(shí)左轉(zhuǎn)彎時(shí) 的車身，圖6示出從后面看時(shí)右轉(zhuǎn)彎時(shí)的車身。如圖5 (A)當(dāng)車輛8左轉(zhuǎn)彎時(shí)，如果駕 駛者18溫和地或者突然地將方向把19轉(zhuǎn)向左，則轉(zhuǎn)向角度傳感器12檢測(cè)方向把19的 轉(zhuǎn)向方向和轉(zhuǎn)向角度，并產(chǎn)生轉(zhuǎn)向信號(hào)，處理器讀取檢測(cè)到的信號(hào)經(jīng)比較、運(yùn)算產(chǎn)生偏 差量，根據(jù)偏差量的大小和變化速度，處理器將生成相應(yīng)的操作指令，控制平臺(tái)驅(qū)動(dòng)器， 平臺(tái)驅(qū)動(dòng)器則向平臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)傳遞能量，驅(qū)動(dòng)平臺(tái)向左滾轉(zhuǎn)，車輛重心左移，車輛向左 方轉(zhuǎn)向行駛。當(dāng)轉(zhuǎn)向的角速度同騎車人的期望方向一致時(shí)，車輛保持平衡，這時(shí)，車輛 轉(zhuǎn)向產(chǎn)生的陀螺力矩同車輛重心偏移產(chǎn)生的指向轉(zhuǎn)向方向圓心的分力力矩保持平衡，如 圖5 (B)所示。當(dāng)轉(zhuǎn)彎結(jié)束，騎車人將握把19復(fù)位，并產(chǎn)生回復(fù)信息，處理器讀取檢測(cè) 到的信號(hào)經(jīng)比較、運(yùn)算產(chǎn)生偏差量，根據(jù)偏差量的大小和變化速度，處理器將產(chǎn)生相應(yīng) 的操作指令，控制平臺(tái)驅(qū)動(dòng)器，平臺(tái)驅(qū)動(dòng)器則向平臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)傳遞能量，驅(qū)動(dòng)平臺(tái)向右 滾轉(zhuǎn)，車輛重心右移，如圖5 (C)所示，這時(shí)車輛的陀螺力矩大于車輛重心偏移產(chǎn)生的 指向轉(zhuǎn)向方向圓心的分力力矩，車輛返回豎立狀態(tài)。如圖6 (A)當(dāng)車輛8右轉(zhuǎn)彎時(shí)，如 果駕駛者18溫和地或者突然地將方向把19轉(zhuǎn)向右，則轉(zhuǎn)向角度傳感器12檢測(cè)方向把 19的轉(zhuǎn)向方向和轉(zhuǎn)向角度，并產(chǎn)生轉(zhuǎn)向息號(hào)，處理器讀取檢測(cè)到的信號(hào)經(jīng)比較、運(yùn)算產(chǎn) 生偏差量，根據(jù)偏差量的大小和變化速度，處理器將產(chǎn)生相應(yīng)的操作指令，控制平臺(tái)驅(qū) 動(dòng)器，平臺(tái)驅(qū)動(dòng)器則向平臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)傳遞能量，驅(qū)動(dòng)平臺(tái)向右滾轉(zhuǎn)，車輛重心右移，車 輛向右方轉(zhuǎn)向行駛。當(dāng)轉(zhuǎn)向的角速度同騎車人的期望方向一致時(shí)，車輛保持平衡，這時(shí)， 車輛轉(zhuǎn)向產(chǎn)生的陀螺力矩同車輛重心偏移產(chǎn)生的指向轉(zhuǎn)向方向圓心的分力力矩保持平衡，如圖6 (B)。當(dāng)轉(zhuǎn)彎結(jié)束，騎車人將握把19復(fù)位，并產(chǎn)生回復(fù)信息，處理器讀取檢 測(cè)到的信號(hào)經(jīng)比較、運(yùn)算產(chǎn)生偏差量，根據(jù)偏差量的大小和變化速度，處理器將產(chǎn)生相 應(yīng)的操作指令，控制平臺(tái)驅(qū)動(dòng)器，平臺(tái)驅(qū)動(dòng)器則向平臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)傳遞能量，驅(qū)動(dòng)平臺(tái)向 左滾轉(zhuǎn)，車輛重心左移，如圖6 (C)，這時(shí)車輛的陀螺力矩大于車輛重心偏移產(chǎn)生的指 向轉(zhuǎn)向方向圓心的分力力矩，車輛返回豎立狀態(tài)。圖7為基于姿態(tài)控制的平衡式小型車輛的工作原理圖，考慮安全性和可靠性，整車 采用雙處理器、四驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)考慮了充分的冗余。作為簡(jiǎn)化的系統(tǒng)，處理器和 驅(qū)動(dòng)器可以減少一半。圖中顯示，騎車人有兩種輸入方式操控小車， 一是姿態(tài)變化，騎 車人姿態(tài)變化將引起平臺(tái)滾轉(zhuǎn)，姿態(tài)傳感器將檢測(cè)到這種變化并向處理器發(fā)送信息，處 理器經(jīng)運(yùn)算控制驅(qū)動(dòng)器向受控元傳遞能量并做出姿態(tài)響應(yīng)。其二是騎車人操縱輸入裝置 如轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)等，比如角度傳感器會(huì)檢測(cè)到這種輸入，這時(shí)處理器會(huì)讀到傳感器輸出的信 息，經(jīng)運(yùn)算生成控制指令，控制驅(qū)動(dòng)器向車輪傳遞能量。車輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的替代方案可采用一特制輪轂電機(jī)代替輪轂式減速箱及安裝其上的 驅(qū)動(dòng)電機(jī)。輪轂電機(jī)的外殼是轉(zhuǎn)動(dòng)體，電機(jī)的轉(zhuǎn)子卻是固定的，外殼同車輪輪輻固定連 接并一起旋轉(zhuǎn)，電機(jī)的轉(zhuǎn)子同平衡電機(jī)支架固定連接，不做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。電機(jī)內(nèi)設(shè)有安裝 十字形連接體的一空腔，十字形連接體同空腔內(nèi)壁活動(dòng)連接。本發(fā)明所說明的這些實(shí)施例只是用于舉例，基于同一基本理論，本領(lǐng)域的技術(shù)人員 可以理解有許多種形式的改變和改進(jìn)。所有這些改變和改進(jìn)都涵蓋在所附權(quán)利要求書所 限定的本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種平衡式獨(dú)輪小車，其特征在于該小車包括a.車輪驅(qū)動(dòng)單元輪轂式減速箱和車輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)構(gòu)成車輪驅(qū)動(dòng)單元。一減速箱為圓盤型結(jié)構(gòu)，齒輪箱為半封閉結(jié)構(gòu)，齒輪外柱面也是齒輪箱外表面，一含內(nèi)齒的齒輪在其內(nèi)部主動(dòng)齒輪的帶動(dòng)下經(jīng)變速后繞軸心旋轉(zhuǎn)；一輪輻同減速箱齒輪外柱面固定連接的車輪，車輪同齒輪一起旋轉(zhuǎn)；至少一車輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在減速箱的一端面，電機(jī)軸同主動(dòng)齒輪的驅(qū)動(dòng)軸固定連接。減速箱中心設(shè)置有一空腔，減速箱中心腔的內(nèi)壁支撐一可轉(zhuǎn)動(dòng)十字形連接體。b.平臺(tái)驅(qū)動(dòng)單元一支架固定在減速箱端面兩側(cè)，支架同減速箱端面連成一體。一平臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在支架一端部內(nèi)；一平臺(tái)驅(qū)動(dòng)減速箱，箱體固定在平臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的支架上，主動(dòng)齒輪軸同電機(jī)軸固定連接；一平臺(tái)，平臺(tái)的前方同減速箱的從動(dòng)齒輪軸固定連接，平臺(tái)跨越車輪兩邊，平臺(tái)的中部同十字形連接體兩邊固定連接，平臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)能驅(qū)動(dòng)平臺(tái)繞十字形連接體的支承在輪轂式減速箱內(nèi)的軸及減速箱的從動(dòng)齒輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)。c.轉(zhuǎn)向控制單元一支撐架，支撐架固定在平臺(tái)的前端，承載操縱者部分重量。一座位，該座位固定支撐在平臺(tái)上，座位隨平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。車輪的輪胎具有易于變形的圓弧面，有利于車輛行駛方向的調(diào)整，輪胎同地面有一接觸區(qū)域，更利于車輛穩(wěn)定。車輛的轉(zhuǎn)向是由安裝在支撐桿上的握把相對(duì)支撐桿的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)來控制的，握把向左轉(zhuǎn)傳感器發(fā)出左轉(zhuǎn)信號(hào)，平臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)左轉(zhuǎn)，車輛重心左移即可左轉(zhuǎn)彎，反之即右轉(zhuǎn)彎。d.姿態(tài)調(diào)整單元姿態(tài)傳感器、處理器和驅(qū)動(dòng)器。一安裝在十字形連接體中心盒內(nèi)的姿態(tài)傳感器，測(cè)量獨(dú)輪車的滾轉(zhuǎn)角、滾轉(zhuǎn)角速度和滾轉(zhuǎn)角加速度；車輪驅(qū)動(dòng)器同車輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)相聯(lián)和平臺(tái)驅(qū)動(dòng)器同平臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)相聯(lián)；至少一控制器同驅(qū)動(dòng)器相聯(lián)，控制器的核心是處理器，處理器接收和處理操縱者的輸入和姿態(tài)反饋信號(hào)，實(shí)現(xiàn)操縱者的期望方向和速度，并在這一過程中保持小車的平衡穩(wěn)定。
2、 如權(quán)利要求1所述的獨(dú)輪小車，特征在于至少包括兩電池盒分別安裝在車輪兩邊平臺(tái)的下方，電池管理系統(tǒng)安裝在平臺(tái)內(nèi)。
3、 如權(quán)利要求1所述的獨(dú)輪小車，特征在于還包括一用戶界面。
4、 如權(quán)利要求l所述的獨(dú)輪小車，特征在于操縱者的期望方向包括左轉(zhuǎn)/右轉(zhuǎn) 方向和向前/向后方向。
5、 如權(quán)利要求1所述的獨(dú)輪小車，其特征在于可采用一特制輪轂電機(jī)代替輪轂 式減速箱及安裝其上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
6、 如權(quán)利要求5所述的特制輪轂電機(jī)，其特征在于外殼是轉(zhuǎn)動(dòng)體，外殼同車輪 輪輻固定連接并一起旋轉(zhuǎn)，電機(jī)的轉(zhuǎn)子同平臺(tái)固定連接，不做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。電機(jī)內(nèi) 設(shè)有安裝十字形連接體的一空腔，十字形連接體同空腔內(nèi)壁活動(dòng)連接。
全文摘要
本發(fā)明所述的平衡式小車配制成姿態(tài)自動(dòng)調(diào)整方式。該車輛包括三個(gè)部分，下部是一個(gè)車輪的支承體O，能在基礎(chǔ)平面上移動(dòng)。按調(diào)節(jié)方向的不同，繞車輪中心軸線(前后向)旋轉(zhuǎn)的部分為受控元A和繞車輪軸線垂直的軸(左右向)旋轉(zhuǎn)部分為受控元B。在支承體O和受控元A之間以及在受控元A和受控元B之間設(shè)置調(diào)節(jié)元，調(diào)節(jié)受控元A和B的重心在前后、左右平面的位置，就能夠?qū)崿F(xiàn)車輛的質(zhì)心位置在限定范圍可控制。姿態(tài)傳感器安裝在車輪的中心，是一陀螺儀裝置，提供準(zhǔn)確的方位、水平角度、角速度和角加速度等信號(hào)?？刂破鞲鶕?jù)陀螺儀提供的信號(hào)調(diào)整受控元A和受控元B，保持車輛的動(dòng)態(tài)平衡。
文檔編號(hào)B62K1/00GK101269683SQ20081000074
公開日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2008年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月15日
發(fā)明者李錦上 申請(qǐng)人:李錦上