一種新型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其平衡車的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及平衡車技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種平衡車轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)及其平衡車。
【背景技術(shù)】
[0002]平衡車是一種新型的代步工具。從力學(xué)結(jié)構(gòu)上分析，其可以簡(jiǎn)化為一個(gè)倒立的單擺結(jié)構(gòu)。上述倒立擺結(jié)構(gòu)是一個(gè)非線性的不穩(wěn)定系統(tǒng)，因此需要通過姿態(tài)控制系統(tǒng)來保持平衡車在運(yùn)行過程中的直立狀態(tài)。
[0003]在現(xiàn)有的平衡車中，通常通過各種姿態(tài)傳感器來獲取平衡車的所處的俯仰狀態(tài)及狀態(tài)，然后通過主控制系統(tǒng)，經(jīng)過一系列運(yùn)算后，控制平衡車的電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)轉(zhuǎn)以保持平衡狀態(tài)。
[0004]在實(shí)際操作中，由于存在上述依據(jù)姿態(tài)對(duì)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度進(jìn)行調(diào)整從而實(shí)現(xiàn)平衡的機(jī)制，因此，平衡車的駕駛者可以通過改變自己的身體姿態(tài)來實(shí)現(xiàn)平衡車的運(yùn)行方向(前進(jìn)或者后退)以及運(yùn)行的速度。亦即，當(dāng)身體前傾是平衡車前進(jìn)，身體后仰時(shí)平衡車后退，行進(jìn)速度與傾斜角度相關(guān)。
[0005]而在現(xiàn)有的平衡車中，平衡車的左右換向依靠搖桿的擺動(dòng)以改變電位器或者霍爾元件的電壓值從而實(shí)現(xiàn)平衡車的轉(zhuǎn)向控制，但上述方法存在一搖桿，使用上智能化程度不足，無法實(shí)現(xiàn)完全的由駕駛者的姿態(tài)變化以控制平衡車的運(yùn)行。
[0006]因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種新型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其平衡車，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中無法實(shí)現(xiàn)由駕駛者姿態(tài)控制平衡車運(yùn)行，轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)智能化程度不足的問題。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案:
[0009]—種新型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中，所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括:位置傳感器、其外設(shè)電路以及容納所述位置傳感器及外設(shè)電路的電路板；
[0010]所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與主控制系統(tǒng)通信連接，傳輸位置傳感器獲取的姿態(tài)變化數(shù)據(jù)到主控制系統(tǒng)中。
[0011 ] 所述的新型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中，所述位置傳感器包括陀螺儀以及加速度計(jì)；
[0012]所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過有線連接方式與所述主控制系統(tǒng)通信連接；傳輸位置傳感器獲取的駕駛者橫向姿態(tài)變化數(shù)據(jù)到主控制系統(tǒng)中。
[0013]所述的新型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中，所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還包括包裹電路板以保護(hù)電路板的外殼；所述外殼的一側(cè)還設(shè)置有粘貼膠帶以固定所述新型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的位置。
[0014]所述的新型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中，所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還包括一掛飾；所述外殼固定在所述掛飾上。
[0015]所述的新型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中，所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還包括一頭盔；所述外殼固定在所述頭盔上。
[0016]—種平衡車，其中，所述平衡車應(yīng)用如上所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，通過駕駛者的姿態(tài)變化以控制平衡車的轉(zhuǎn)向。
[0017]有益效果:本發(fā)明提供的一種新型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其平衡車，通過設(shè)置位置傳感器來感知轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的位置變化從而實(shí)現(xiàn)對(duì)平衡車的方向控制。所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還可以設(shè)置在多種設(shè)備上或者與各類型的穿戴設(shè)備結(jié)合，駕駛者只需改變整合有所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)備的位置，調(diào)整自身姿態(tài)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)平衡車的轉(zhuǎn)向控制，更便于用戶的使用，有效的提高了平衡車的智能化程度。
【附圖說明】
[0018]圖1為應(yīng)用本發(fā)明所述新型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的平衡車的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例的平衡車的轉(zhuǎn)向控制層的功能框圖。
[0020]圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的外部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖4為本發(fā)明具體實(shí)施例的平衡車的使用狀態(tài)示意圖。
[0022]圖5為本發(fā)明具體實(shí)施例的平衡車的加速度計(jì)外設(shè)電路的電路原理圖。
[0023]圖6為本發(fā)明具體實(shí)施例的平衡車陀螺儀外設(shè)電路的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本發(fā)明提供一種新型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其平衡車。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0025]如圖1所示，為應(yīng)用本發(fā)明所述新型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的平衡車的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。所述平衡車主體包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)層10、主控制層20以及電池層30三層結(jié)構(gòu)。踏板設(shè)置在電池層上，兩個(gè)平衡的輪子40相對(duì)設(shè)置，與電機(jī)50的轉(zhuǎn)軸連接。主控制層中設(shè)置有控制系統(tǒng)以及姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)。運(yùn)行過程中，平衡車通過一個(gè)姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)來保持平衡車的車體平衡。
[0026]為實(shí)現(xiàn)平衡車的車體平衡控制，需要獲取實(shí)時(shí)的傾角角度以及角速度。因此，所述姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)包括加速度計(jì)以及陀螺儀。
[0027]其中，所述加速度計(jì)可以測(cè)量靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的線性加速度，用加速度計(jì)來測(cè)量物體的靜態(tài)加速度即可確定物體的傾斜角度。但是加速度計(jì)在物體傾斜角度測(cè)量時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢，不適合作動(dòng)態(tài)角度運(yùn)動(dòng)跟蹤。
[0028]所述陀螺儀可以測(cè)量相對(duì)于靈敏軸的角速率。角速度對(duì)時(shí)間的積分即為繞靈敏軸轉(zhuǎn)過的角度值(即相當(dāng)于傾斜角度)。由于控制系統(tǒng)采樣時(shí)間短，采用累加的方法即可實(shí)現(xiàn)積分的目標(biāo)，從而完成角度值的計(jì)算。
[0029]但陀螺儀通過積分方法獲得的角度值，受溫度變化、摩擦力及不穩(wěn)定力矩等的影響，陀螺儀會(huì)產(chǎn)生漂移誤差，不適合長(zhǎng)期跟蹤運(yùn)動(dòng)。為獲得準(zhǔn)確可靠的傾角角度，可以融合加速度計(jì)和陀螺儀計(jì)算的角度值，常用的融合測(cè)量方法包括卡爾曼濾波以及互補(bǔ)濾波。
[0030]通過陀螺儀與加速度計(jì)的相互配合，可以動(dòng)態(tài)的跟蹤平衡車的姿態(tài)變化并將其傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中從而保持平衡車的穩(wěn)定。
[0031]在主控制系統(tǒng)中，包括有控制平衡車沿行進(jìn)方向前進(jìn)/后退及運(yùn)行速度的直立控制層以及控制平衡車左/右轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向控制層。
[0032]如圖2所示，在所述轉(zhuǎn)向控制層中，包括本發(fā)明具體實(shí)施例的新型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及主控制系統(tǒng)。
[0033]所述轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括:位置傳感器、其外設(shè)電路以及容納所述位置傳感器及外設(shè)電路的電路板。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與主控制系統(tǒng)通信連接，傳輸位置傳感器獲取的姿態(tài)變化數(shù)據(jù)到主控制系統(tǒng)中。具體使用過程可以為:位置傳感器獲取到駕駛者示意向左轉(zhuǎn)的姿勢(shì)時(shí)，輸出一高電平到主