本發(fā)明涉及自平衡車，特別是一種可避障自平衡車控制裝置及自平衡車。

背景技術(shù)：

自平衡車擁有優(yōu)秀的便攜性和機(jī)動(dòng)性，正成為人們解決出行最后一公里的最優(yōu)選擇?，F(xiàn)有的自平衡車方案中，當(dāng)平衡小車在遇到障礙的時(shí)通常由駕駛者迅速下車制動(dòng)，或者是駕駛者使用控制面板進(jìn)行制動(dòng)，上述兩種方式均通過駕駛者主觀意識實(shí)現(xiàn)避障，存在反應(yīng)時(shí)間長的缺陷，并且駕駛者使用控制面板制動(dòng)方式還存在一定的錯(cuò)誤幾率。尤其是在自平衡車高速運(yùn)行或者遇到緊急情況是，人為操作方式存在的反應(yīng)性事件和穩(wěn)定性都將面臨考驗(yàn)，稍有不慎，就可能出現(xiàn)意外事故。綜上所述，對于乘用工具避障方案，反應(yīng)時(shí)間是尤為關(guān)鍵的因素，現(xiàn)有的自平衡避障方案存在依靠人工干預(yù)和反應(yīng)時(shí)間長的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有自平衡車避障方案反應(yīng)時(shí)間長的問題，提供一種可避障自平衡車控制裝置及自平衡車避障方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

一種可避障自平衡車控制裝置，包括微控制器以及與所述微控制器連接的加速度傳感器、測距模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；

所述加速度傳感器用于測量車體加速度，并將車體加速度數(shù)據(jù)傳輸至所述微控制器，所述微控制根據(jù)所述車體加速度數(shù)據(jù)計(jì)算平衡參數(shù)，根據(jù)所述平衡參數(shù)向所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號；

所述測距模塊用于測量所述車體與障礙物間的間隔距離，并將所述間隔距離傳輸至所述微控制器，所述微控制器根據(jù)所述間隔距離觸發(fā)中斷，并向所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送避障信號。

所述加速度傳感器模塊與所述微控制器通過I2C總線連接。所述測距模塊與所述微控制器通過I2C總線連接。

可選地，所述測距模塊包括多個(gè)超聲測距傳感器，多個(gè)所述超聲測距傳感器水平或者豎直排列。所述超聲測距傳感器水平排列有利于提高水平方向探測范圍以及探測精度。同時(shí)，對于障礙物呈垂直分布形態(tài)時(shí)，所述超聲測距傳感器豎直排布有利于提高豎直方向上障礙物探測范圍和探測精度。

可選地，所述測距模塊包括光學(xué)測距傳感器。作為一種具體的實(shí)施方式，所述光學(xué)測距傳感器為紅外測距傳感器。參考超聲測距傳感器布設(shè)方式，可以采用多個(gè)所述紅外測距傳感器，多個(gè)所述紅外測距傳感器呈水平或者豎直排列。

考慮避障距離、應(yīng)用場景的不同需求以及成本因素，作為一種可選的實(shí)施方式，若為多個(gè)測距傳感器，同時(shí)采取超聲測距傳感器和紅外測距傳感器。

進(jìn)一步地，所述微控制器包括平衡參數(shù)計(jì)算模塊，所述平衡參數(shù)計(jì)算模塊根據(jù)所述車體加速度數(shù)據(jù)計(jì)算車體狀態(tài)參數(shù)，所述車體狀態(tài)參數(shù)包括車體傾斜角。加速度傳感器計(jì)算車體狀態(tài)參數(shù)靜態(tài)性好，沒有累計(jì)誤差。同時(shí)，對于豎直面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)，所述車體失衡，就會以車輪為軸發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，通過加速度數(shù)據(jù)進(jìn)一步計(jì)算得到角加速度和角速度。

可選地，所述控制裝置還包括與所述微控制器連接的角速度傳感器，所述角速度傳感器用于測量車體運(yùn)動(dòng)角速度。具體地，所述角速度傳感器為陀螺儀。

進(jìn)一步地，所述平衡參數(shù)計(jì)算模塊還根據(jù)所述車體運(yùn)動(dòng)角速度計(jì)算所述車體狀態(tài)參數(shù)。

進(jìn)一步地，所述微控制器還包括間隔距離判定模塊，所述間隔距離判定模塊用于比較所述間隔距離與預(yù)設(shè)的安全距離的大小關(guān)系。

本發(fā)明的第二方面，提供一種采用上述控制裝置可避障自平衡車。

本發(fā)明的再一方面，提供一種基于上述控制裝置的自平衡車避障方法，包括：

步驟S100，設(shè)定安全距離；

步驟S200，超聲測距模塊獲取前方物體與車體的間隔距離；

步驟S300，判定所述間隔距離是否小于預(yù)設(shè)的所述安全距離；

若是，啟動(dòng)避障模式S400；

若否，繼續(xù)S300判定。

進(jìn)一步地，步驟S300，所述避障模式包括制動(dòng)過程和回退過程。

進(jìn)一步地，步驟S300，車體停止運(yùn)動(dòng)并回退至所述間隔距離大于所述安全距離時(shí)，所述避障模式結(jié)束。

進(jìn)一步地，對于采用2個(gè)所述超聲測距模塊的場景，當(dāng)1個(gè)超聲測距模塊獲取的所述間隔距離小于所述安全距離時(shí)，啟動(dòng)一級避障模式；當(dāng)2個(gè)超聲測距模塊獲取的所述間隔距離小于所述安全距離時(shí)，啟動(dòng)二級避障模式；所述二級避障模式相比一級避障模式具有更大的制動(dòng)減速度。當(dāng)2個(gè)或2個(gè)以上超聲測距模塊均探測到前方障礙物，通常指示前方障礙物體積較大，碰撞危險(xiǎn)程度也相應(yīng)增大。因此，對于2個(gè)或2個(gè)以上的超聲測距模塊獲取的所述間隔距離均觸發(fā)避障模式時(shí)，采用更高等級的避障策略。

進(jìn)一步地，當(dāng)2個(gè)所述超聲測距模塊水平排列時(shí)，可以獲取到前方障礙物的水平展布。據(jù)此，根據(jù)其測得的所述間隔距離差值，避障模式包括朝向所述間隔距離較大的一側(cè)的轉(zhuǎn)向動(dòng)作。具體工作時(shí)，2個(gè)所述超聲測距模塊將獲取的所述間隔距離信息傳遞至微控制器，所述微控制器根據(jù)所述間隔距離的差值信息計(jì)算出左、右輪運(yùn)動(dòng)參數(shù)，再傳遞至電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)所述左、右輪完成制動(dòng)及轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。

作為具體的實(shí)施方式，所述安全距離為100cm～300cm，其一考慮到所述超聲測距模塊的探測范圍及探測精度，其二考慮到自平衡的運(yùn)行速度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提供的可避障自平衡車控制裝置通過測距模塊檢測自平衡車車體與前方障礙的間隔距離，進(jìn)而微控制器根據(jù)所述間隔距離向電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送驅(qū)動(dòng)或者觸發(fā)中斷信號，實(shí)現(xiàn)對前方障礙物的預(yù)判，以及車體的運(yùn)動(dòng)方案決策，有效提高了自平衡車避障反應(yīng)時(shí)間，提升了自平衡車的使用安全性。

此外，采用上述控制裝置的自平衡車避障方法在制動(dòng)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)車身回退動(dòng)作。據(jù)此，即便是對面的物體存在相向而行的情況，采用該控制裝置的自平衡車也能夠及時(shí)躲避。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1可避障自平衡車控制裝置結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1微控制器電路結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1加速度傳感器電路結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路結(jié)構(gòu)圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例1超聲測距模塊接口部分電路圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例1自平衡車避障方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合試驗(yàn)例及具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本發(fā)明內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1

參見圖1，實(shí)施例1提供一種可避障自平衡車控制裝置，包括微控制器以及與所述微控制器連接的加速度傳感器、超聲測距傳感器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；

所述加速度傳感器用于測量車體加速度，并將車體加速度數(shù)據(jù)傳輸至所述微控制器，所述微控制根據(jù)所述車體加速度數(shù)據(jù)計(jì)算平衡參數(shù)，根據(jù)所述平衡參數(shù)向所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號；

所述驅(qū)動(dòng)信號驅(qū)動(dòng)所述自平衡車左、右輪電機(jī)實(shí)現(xiàn)自平衡車直立、行進(jìn)及轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)；

所述超聲測距傳感器用于測量所述車體與障礙物間的間隔距離，并將所述間隔距離傳輸至所述微控制器，所述微控制器根據(jù)所述間隔距離觸發(fā)中斷，并向所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送避障信號。

所述微控制器采用單片機(jī)，單片機(jī)控制電路圖參見圖2。

所述加速度傳感器模塊與所述微控制器通過I2C總線連接。如圖3所示，所述加速度傳感器采用MPU6050芯片，MPU6050包括中斷引腳，保持所述控制裝置判斷與所述MPU6050芯片同步，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

如圖4所示，為所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路結(jié)構(gòu)圖，其中AN1和AN2按真值表控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，PWMA接口用于接收PWM信號從而通過編碼器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。

所述超聲測距傳感器與所述微控制器通過I2C總線連接，如圖5所示。

可選地，所述測距模塊包括多個(gè)超聲測距傳感器，多個(gè)所述超聲測距傳感器水平或者豎直排列。所述超聲測距傳感器水平排列有利于提高水平方向探測范圍以及探測精度。同時(shí)，對于障礙物呈垂直分布形態(tài)時(shí)，所述超聲測距傳感器豎直排布有利于提高豎直方向上障礙物探測范圍和探測精度。

所述微控制器包括平衡參數(shù)計(jì)算模塊，所述平衡參數(shù)計(jì)算模塊根據(jù)所述車體加速度數(shù)據(jù)計(jì)算車體狀態(tài)參數(shù)，所述車體狀態(tài)參數(shù)包括車體傾斜角。加速度傳感器計(jì)算車體狀態(tài)參數(shù)靜態(tài)性好，沒有累計(jì)誤差。同時(shí)，對于豎直面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)，所述車體失衡，就會以車輪為軸發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，通過加速度數(shù)據(jù)進(jìn)一步計(jì)算得到角加速度和角速度。

所述微控制器還包括間隔距離判定模塊，所述間隔距離判定模塊用于比較所述間隔距離與預(yù)設(shè)的安全距離的大小關(guān)系。

實(shí)施例1還提供一種采用上述控制裝置可避障自平衡車。

一種基于上述控制裝置的自平衡車避障方法，如圖6所示，包括：

步驟S100，設(shè)定安全距離；

步驟S200，超聲測距模塊獲取前方物體與車體的間隔距離；

步驟S300，判定所述間隔距離是否小于預(yù)設(shè)的所述安全距離；

若是，啟動(dòng)避障模式S400；

若否，繼續(xù)S300判定。

步驟S300，所述避障模式包括制動(dòng)過程和回退過程。

步驟S300，車體停止運(yùn)動(dòng)并回退至所述間隔距離大于所述安全距離時(shí)，所述避障模式結(jié)束。

對于采用2個(gè)所述超聲測距模塊的場景，當(dāng)1個(gè)超聲測距模塊獲取的所述間隔距離小于所述安全距離時(shí)，啟動(dòng)一級避障模式；當(dāng)2個(gè)超聲測距模塊獲取的所述間隔距離小于所述安全距離時(shí)，啟動(dòng)二級避障模式；所述二級避障模式相比一級避障模式具有更大的制動(dòng)減速度。當(dāng)2個(gè)或2個(gè)以上超聲測距模塊均探測到前方障礙物，通常指示前方障礙物體積較大，碰撞危險(xiǎn)程度也相應(yīng)增大。因此，對于2個(gè)或2個(gè)以上的超聲測距模塊獲取的所述間隔距離均觸發(fā)避障模式時(shí)，采用更高等級的避障策略。

當(dāng)2個(gè)所述超聲測距模塊水平排列時(shí)，可以獲取到前方障礙物的水平展布。據(jù)此，根據(jù)其測得的所述間隔距離差值，避障模式包括朝向所述間隔距離較大的一側(cè)的轉(zhuǎn)向動(dòng)作。具體工作時(shí)，2個(gè)所述超聲測距模塊將獲取的所述間隔距離信息傳遞至微控制器，所述微控制器根據(jù)所述間隔距離的差值信息計(jì)算出左、右輪運(yùn)動(dòng)參數(shù)，再傳遞至電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)所述左、右輪完成制動(dòng)及轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。

所述安全距離為100cm～300cm，其一考慮到所述超聲測距模塊的探測范圍及探測精度，其二考慮到自平衡的運(yùn)行速度。