專利名稱：立坐兩用式自平衡兩輪車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種交通工具，更具體地說是一種由人駕駛的智能化電腦控制的載人兩輪交通工具，其兩個(gè)車輪是電動(dòng)的并且是水平橫向布置的。
背景技術(shù)：
最早的相關(guān)研究在1987年，由東京電信大學(xué)自動(dòng)化系的山藤一雄教授提出類似的設(shè)計(jì)思想，并在1996年日本通過了相似的專利申請(qǐng)。
1995年美國著名發(fā)明家Dean Kamen開始研制segway，直到2001年12月這項(xiàng)新發(fā)明才被公布出來。2003年3月正式在美國市場上市，被認(rèn)為是一種極好的健身工具和未來的汽車替代品。已應(yīng)用于郵政系統(tǒng)、警察局、大商場、公園、倉庫、辦公室、企業(yè)、大學(xué)和政府機(jī)構(gòu)現(xiàn)有的自平衡兩輪車其控制系統(tǒng)相當(dāng)昂貴復(fù)雜，而且由于只能站立行駛，不適合身殘?bào)w弱者使用。因此，設(shè)計(jì)出一種能用坐立兩種姿態(tài)進(jìn)行駕駛操作的控制系統(tǒng)相對(duì)來說更加簡單而成本更低的智能化電腦控制自平衡兩輪車是一種社會(huì)的需要，然而這種車輛目前還沒有?，F(xiàn)有技術(shù)中的自平衡兩輪車還缺少夜間使用的照明工具。立坐兩用式自平衡兩輪車是一種兩輪左右平行布置的單人電動(dòng)車，像傳統(tǒng)的倒立擺一樣，本身是一個(gè)自然不穩(wěn)定體，必須施加強(qiáng)有力的控制手段才能使之穩(wěn)定。作為一個(gè)被控對(duì)象，它又相當(dāng)復(fù)雜，是一個(gè)高階次、不穩(wěn)定、多變量、非線性的系統(tǒng)。行為與火箭飛行以及兩足機(jī)器人行走有很大的相似性。推出一種殘障者在有人陪同下可自由外出“行走”的代步工具是社會(huì)的需要。實(shí)現(xiàn)殘障人能上下樓梯那更是令人鼓舞的大好事。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要推出一種立坐兩用自平衡兩輪車，它有可折疊的坐椅，有可夜間行駛的照明設(shè)備，有防傾倒機(jī)構(gòu)和簡明扼要的控制系統(tǒng)。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)自平衡兩輪車因站立駕駛疲勞不適合遠(yuǎn)距離行駛及健康人和身殘?bào)w弱者兩者兼用的技術(shù)上的問題。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種立坐兩用自平衡兩輪車，它包括有1)兩個(gè)分別獨(dú)立受控于計(jì)算機(jī)微處理系統(tǒng)控制并且橫向布置而不同軸連接的輪子，所述的輪子通過減速齒輪系與各自屬于自己的電機(jī)相連接，所述的車輪被橫向固定在一個(gè)繞車軸有轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的載人踏板上，它與所述的載人踏板相互固定連接成為一個(gè)整體；2)一個(gè)用于控制所述輪子工作的操縱控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它包括有重力傳感器，傾角傳感器，姿態(tài)傳感器等共同組成控制車體的平衡模塊，車輪速度傳感器和左右動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模塊，控制環(huán)路，反饋環(huán)路，中央控制單元CPU，功率放大器，電源；3)所述的載人踏板上固定有傾角傳感器，所述的傾角傳感器反映的是以鉛為基準(zhǔn)的踏板或立桿相對(duì)于鉛垂線所成的動(dòng)態(tài)變化的幾何夾角；4)一個(gè)可手動(dòng)把握龍頭執(zhí)行車輛轉(zhuǎn)彎的轉(zhuǎn)向開關(guān)；5)一個(gè)固定在轉(zhuǎn)向龍頭上的操作車輛行駛的人機(jī)界面控制屏；
6)一個(gè)與踏板相連接的采用可鎖定鉸接的并且頂端帶有可操縱轉(zhuǎn)向的龍頭的立桿。
載人踏板的左右兩側(cè)有用于接納左右兩輪輪軸的輪殼，踏板通過懸掛裝置與兩個(gè)車輪相互連接，左右兩輪的驅(qū)動(dòng)裝置包含有分別屬于自己一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，它通過與電機(jī)同軸的小齒輪傳動(dòng)到寶塔齒輪，最后再由寶塔齒輪將動(dòng)力轉(zhuǎn)動(dòng)到固定在車輪內(nèi)圈上的一個(gè)大直徑的內(nèi)齒輪上。
所述的載人踏板上布置有可伸縮抽拉并定位固定的插入式電池板以及電腦控制系統(tǒng)和各類傳感器。這樣載人踏板的空間得以合理利用。
控制立柱上可以裝有可折疊收起和展開使用的座椅。這對(duì)殘障者有重要的作用，當(dāng)然健康者也可以使用作坐式駕駛。座椅被配置在所述的控制立柱上并按預(yù)定的位置狀態(tài)鎖定椅子。座椅下有一根撐桿，它的上下兩端均有其旋轉(zhuǎn)角度可鎖定的鉸接點(diǎn)，控制立柱除了在其頭尾兩端有其旋轉(zhuǎn)角度可鎖定的鉸接點(diǎn)以外，其在頭尾兩端之間的位置上還有一個(gè)與座椅撐桿相互鉸接的連接點(diǎn)，立柱通過其最下面的一個(gè)鉸支點(diǎn)與載人踏板形成可鎖定的鉸接，鉸支點(diǎn)是通過與載人踏板相互垂直固定的兩塊殼板及相應(yīng)的橫銷構(gòu)成，在每一塊立板上開有供銷子滑動(dòng)的弧形槽。
所述的車體上配有供乘坐者遮風(fēng)擋雨的罩蓬。。有固定與龍頭上的兩根前撐竿和固定與坐椅上的兩根后撐竿為其提供支撐。立桿可以有上下兩段通過其中間的鉸接點(diǎn)連接一體。
所述的轉(zhuǎn)向開關(guān)是通過帶車把的龍頭轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)開關(guān)動(dòng)作進(jìn)行控制和操作車輛的向開關(guān)它包含有霍爾傳感元件和相互作用的磁塊，其信號(hào)輸出的強(qiáng)度與龍頭的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度正比率。所述的轉(zhuǎn)向開關(guān)是安裝在立桿上或立桿與龍頭過渡的連接處。所述的轉(zhuǎn)向開關(guān)也可以安裝在龍頭的把手上。在車體的把手轉(zhuǎn)向開關(guān)上設(shè)有二個(gè)霍爾元件，分別控制二只車輪的轉(zhuǎn)速，通過車身把手的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)安裝在把手上磁體的轉(zhuǎn)動(dòng)，電子轉(zhuǎn)向控制開關(guān)能把得到不同的轉(zhuǎn)向(速度和加速度度)信號(hào)送入操縱控制計(jì)算機(jī)，操縱控制計(jì)算機(jī)接收到的電子轉(zhuǎn)向控制開關(guān)傳感到的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算后輸出控制信號(hào)，在操縱控制計(jì)算機(jī)的控制下車體二只輪子分別能作出相同和不同的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)動(dòng)，作出直行、左右、大小轉(zhuǎn)彎、快速度轉(zhuǎn)向和慢速度轉(zhuǎn)彎等動(dòng)作。電子轉(zhuǎn)向控制開關(guān)是一種基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器——霍爾線性器件，這種材料它在和磁性材料側(cè)移通過和接近時(shí)，它將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)間等，在本機(jī)動(dòng)車中轉(zhuǎn)變成電量來被操縱控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行檢測和控制。電子轉(zhuǎn)向控制開關(guān)，在轉(zhuǎn)向時(shí)輸出電壓與龍頭的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度成線性的變化，其輸出電量和加在霍爾元件上的磁感強(qiáng)度成比例，轉(zhuǎn)向的的時(shí)間短(快速)，它的輸出電壓在瞬間的電量變化很大，轉(zhuǎn)向開關(guān)磁感強(qiáng)度過渡時(shí)間長(慢速)，轉(zhuǎn)向開關(guān)輸出的電量至額定的電壓經(jīng)歷有一個(gè)變化的過程，電量的相對(duì)變化時(shí)間就長，采用這種這種材料的開關(guān)過去常應(yīng)各種電子控制設(shè)備上。操縱控制計(jì)算機(jī)接收到的電子轉(zhuǎn)向控制開關(guān)的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算后輸出控制信號(hào)，能模擬人的力度和速度控制機(jī)動(dòng)車進(jìn)行機(jī)械的轉(zhuǎn)向動(dòng)作。
本發(fā)明的立坐兩用自平衡兩輪車作為一個(gè)輪子的X-Y-Z三個(gè)方向的行動(dòng)矢量都受到動(dòng)態(tài)控制的。X是與地面相平行的坐標(biāo)，Y是與鉛垂線相一致的坐標(biāo)，X-Y構(gòu)成車輪的平面坐標(biāo)，Z是與車輪平面相垂直正交的按右手定則的以四個(gè)手指的方向代表車輪的旋轉(zhuǎn)方向，以大拇指的方向代表軸旋轉(zhuǎn)矢量的方向的坐標(biāo)。
操縱和控制所述的兩個(gè)輪子工作的是兩個(gè)完全對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)模塊和控制模塊。
為了安全起見在載人踏板上安裝有防傾倒裝置，它是一個(gè)與所述載人踏板相固接的彈性伸縮桿，與載人踏板斜交布置，伸縮桿末端帶有滾輪。在需要時(shí)它彈出撐地為車輛提供自穩(wěn)定的停車功能，不會(huì)發(fā)生傾倒。在載人踏板上安裝有防傾倒裝置，它們分別被布置在載人踏板的前方和/或后方。它是一個(gè)與所述載人踏板相斜交連接的總成體，它包含有一個(gè)一端封閉另一端敞口的外筒體，其內(nèi)可伸縮地包含有伸縮桿總成。伸縮桿總成包含有內(nèi)筒，它是兩端暢口的筒體，筒體內(nèi)有彈簧，彈簧一端與外筒體的底面相抵，另一端與固定有滾輪的堵頭相抵，外筒的柱面和內(nèi)筒的柱面上都有一個(gè)定位孔，當(dāng)兩個(gè)定位孔對(duì)準(zhǔn)位置時(shí)有一個(gè)鎖銷穿過這兩個(gè)定位孔，此時(shí)彈簧被壓縮，伸縮桿處于被收縮狀態(tài)，伸縮桿末端帶有用于擱地的滾輪此時(shí)被收起。鎖銷的插拔動(dòng)作是受電磁閥控制的。當(dāng)電磁閥作動(dòng)時(shí)鎖銷被拔出，在彈簧的作用下滾輪被彈出著地。滾輪是通過銷子和堵頭支架被固定的，防傾翻的安全裝置在機(jī)動(dòng)車電池電力不足和意外情況時(shí)能即時(shí)驅(qū)動(dòng)電磁鎖定開關(guān)釋放機(jī)構(gòu)彈出的彈性伸縮桿前小輪和后小輪，防止一些特發(fā)事故以保證駕駛者的安全。
繞車軸有轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的載人踏板它通過懸掛裝置與車輪相互連接固定。其平面所處的位置低于二個(gè)行動(dòng)車輪軸心的中心線高度。這樣駕駛的穩(wěn)定性就大。
控制立桿和載人踏板連接采用二種角度可調(diào)位置，車體在立式和坐式駕駛時(shí)它能夠通過控制載人踏板連接處的二個(gè)鉸接鎖定孔來改變車體平衡的中心點(diǎn)。因?yàn)樵谶@兩種不同的駕駛模式中人加車體所構(gòu)成的系統(tǒng)的重心位置是不一樣的，通過調(diào)節(jié)可以使兩者的中心位置趨于一致。立桿可以是單一的一根直桿也可以有上下兩段通過其中間的鉸接點(diǎn)連接成一體。
當(dāng)?shù)罓顩r十分良好時(shí)駕駛者也可以通過遙控器面板的操作鍵來進(jìn)行、轉(zhuǎn)彎等按鍵來進(jìn)行操作，操縱控制計(jì)算機(jī)結(jié)合檢測到的車體的狀態(tài)位置算出控制參數(shù)調(diào)節(jié)電動(dòng)裝置的電池板的位置直至需要的力矩平衡位置。當(dāng)按下遙控器“前進(jìn)”鍵時(shí)，電池板會(huì)向前伸出，車體為了達(dá)到平衡，車輪會(huì)立即向前行進(jìn)以期達(dá)到平衡，一直下去，車體就一直前進(jìn)，以達(dá)到自動(dòng)“巡航”目的。但當(dāng)坐式載人轉(zhuǎn)彎時(shí)，還是需要由人體姿態(tài)轉(zhuǎn)向控制把手來進(jìn)行，以確保安全。
為了實(shí)現(xiàn)其多功能的要求，讓車輛具備爬樓的運(yùn)輸功能，左右兩個(gè)輪子的周緣分別布置有相對(duì)于輪子中心呈輻射狀布置的多個(gè)周輪或爬樓腳。爬樓腳可以是圓形的輪子，也可以是輻射方向布置的塊形結(jié)構(gòu)物。為了實(shí)現(xiàn)夜間行駛的需要立桿的正前方設(shè)有照明燈，采用車輛自身的電池供電。在車輛被用作物體搬運(yùn)工具時(shí)可以進(jìn)行遠(yuǎn)隔操作控制機(jī)動(dòng)車各種姿態(tài)和動(dòng)作的遙控器。在身殘?bào)w弱者有人伴行時(shí)就這樣使用，哪怕是坐行者沒有任何操控能力也能完成行駛。
在配備的各種傳感器控制下機(jī)動(dòng)車有一套復(fù)雜的“直覺軟件”。傳感器時(shí)刻檢測車體狀態(tài)，并將所收集的信號(hào)經(jīng)操縱控制計(jì)算機(jī)處理運(yùn)算后獲得控制信號(hào)，功率放大后傳送到電機(jī)，最后控制車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而根據(jù)指令不斷調(diào)節(jié)車輪行進(jìn)的方向和運(yùn)動(dòng)指令，在取車輛自體的平衡之后，按操作指令進(jìn)行前后或轉(zhuǎn)彎的行駛。比如要實(shí)現(xiàn)零半徑轉(zhuǎn)彎，就讓一個(gè)輪子和另一個(gè)輪子維持各自相反方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。如果控制?？旖o出的執(zhí)行命令是讓一個(gè)輪子信號(hào)為0，另一個(gè)輪子的信號(hào)為可轉(zhuǎn)動(dòng)，則車輛就維持以一個(gè)車輪對(duì)地的接觸點(diǎn)為轉(zhuǎn)動(dòng)中心以兩輪的間距為半徑的轉(zhuǎn)動(dòng)。正轉(zhuǎn)而另一個(gè)輪子倒轉(zhuǎn)。如要實(shí)現(xiàn)有半徑的轉(zhuǎn)動(dòng)，就讓兩個(gè)輪子同時(shí)進(jìn)行同方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，但兩個(gè)輪子的轉(zhuǎn)速不一，一個(gè)轉(zhuǎn)得快，另一個(gè)轉(zhuǎn)得慢。前進(jìn)和倒退是直線勻速或直線加速運(yùn)動(dòng)，只不過是電機(jī)的轉(zhuǎn)向相反。此時(shí)發(fā)生傾角變化的物理量有角速度以及姿態(tài)變化終止時(shí)傾角角度的大小，通過傾角傳感器將這樣的傳感量輸入到計(jì)算機(jī)，經(jīng)過運(yùn)算后通過控制環(huán)路，再經(jīng)功率放大后信號(hào)傳輸給輪子的左右驅(qū)動(dòng)模塊，控制電機(jī)和車輪的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。所用的電機(jī)最好是采用伺服電機(jī)。
該立坐兩用式自平衡兩輪機(jī)動(dòng)車除了常規(guī)的本機(jī)操作控制模式外，在有些特殊場合或用于搬運(yùn)時(shí)還可通過機(jī)動(dòng)車面板上的按鍵開關(guān)切換到遙控操作模式上來，該模式亦可分為有線遙控和無線遙控二種，有線遙控的是將該同軸兩輪機(jī)動(dòng)車上的面板控制鍵及人相對(duì)于車體的姿態(tài)的功能切換到用一根電纜線連接的遙控器上，由使用者在遙控器按鍵上進(jìn)行操作，無線遙控是通過紅外線將上述有線遙控功能通過發(fā)射接收到同軸兩輪機(jī)動(dòng)車進(jìn)行連接來增加控制距離和靈活性，以適應(yīng)各種場合的需要。
當(dāng)裝載的物品不足以達(dá)到車體正常平衡時(shí)，操縱控制計(jì)算機(jī)結(jié)合檢測到的車體的狀態(tài)位置算出控制參數(shù)調(diào)節(jié)電池板的位置直至需要的平衡。當(dāng)按下遙控器前進(jìn)鍵時(shí)，電池板會(huì)向前伸出，車體為了達(dá)到平衡，車輪會(huì)立即向前進(jìn)以期達(dá)到平衡，一直下去，車體就一直“前進(jìn)”。反之則會(huì)后退。當(dāng)需要轉(zhuǎn)彎時(shí)，按下遙控器上的向左轉(zhuǎn)或向右轉(zhuǎn)的按鍵，操縱控制計(jì)算機(jī)會(huì)根據(jù)按住的時(shí)間來控制二輪不同的速度來進(jìn)行“轉(zhuǎn)彎”，直至按鍵解除。以適應(yīng)各種場合的需要。但需要注意的是，當(dāng)采用遙控操作時(shí)，機(jī)動(dòng)車的速度被自動(dòng)限制在小于5公里，以保證安全。
在工作中載人踏板也就是整個(gè)車架相對(duì)與地面或其鉛垂線的變化角速度以及動(dòng)態(tài)的傾角角度是需要被傳感的和計(jì)算的。有既定的數(shù)學(xué)方程式預(yù)制在計(jì)算機(jī)里，計(jì)算機(jī)通過控制環(huán)路和反饋環(huán)路向車輛的平衡機(jī)構(gòu)和動(dòng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，保證車輛實(shí)現(xiàn)平衡和人們所要的行駛狀態(tài)。車體相對(duì)于鉛垂線動(dòng)態(tài)變化的角度單位量和角速度作為輸出脈沖的量化信號(hào)，而向前或向后的方向信號(hào)用于控制車輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)向控制，這種信號(hào)可以通過駕駛者人體的傾斜來實(shí)現(xiàn)，也可以通過操作龍頭上的相關(guān)按鈕來實(shí)現(xiàn)。通過關(guān)于時(shí)間的微分和積分可以獲得與車體相對(duì)于鉛垂線的運(yùn)動(dòng)角位移成正比的車子的運(yùn)動(dòng)速度(也就是左右輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度)信號(hào)。車量的速度傳感器，反饋回路和控制回路可以保證車輛達(dá)到這樣的速度以求實(shí)現(xiàn)平衡。方向信號(hào)使輪子的電機(jī)實(shí)現(xiàn)正確的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，如正轉(zhuǎn)或倒轉(zhuǎn)。
當(dāng)有人上了車，欲駕駛它行駛時(shí)，當(dāng)駕駛者登上載人踏板時(shí)重力傳感器就給出信號(hào)，整個(gè)電子系統(tǒng)開始啟動(dòng)工作，此時(shí)，人體和車體合成的重心相對(duì)于車輪與地面的接觸點(diǎn)所形成的偏心矩成為一個(gè)信號(hào)，為了達(dá)到平衡，計(jì)算機(jī)會(huì)算出車輪應(yīng)該具有的方向信號(hào)和角速度以及角加速度的量值信號(hào)，產(chǎn)生基本的平衡扭矩命令，以獲得一個(gè)反制的力矩，然后車輛快速前進(jìn)或后退，以求達(dá)到車輛的平衡。所以，駕駛?cè)藛T上了車以后前后輕微晃動(dòng)幾下之后，載人踏板就得以調(diào)節(jié)，很快會(huì)到達(dá)一種平衡狀態(tài)，并維持住這種狀態(tài)。接下去就是操作車輛的運(yùn)行。
本發(fā)明提供兩種駕駛方式，一種是站立式駕駛，還有一種是坐式駕駛。本發(fā)明的車輛在其左右兩輪裝上環(huán)繞車軸中心的周輪或爬樓輪腳時(shí)，他可以用作會(huì)爬樓的運(yùn)載工具。它也可以巡航駕駛或遙控駕駛。這樣的多種工作模式都可以預(yù)先設(shè)定的。有多種操作模式是指姿態(tài)操作、手動(dòng)操作(向前、向后和零半徑轉(zhuǎn)變)和(定速巡航模式)操作、有線或無線遙控操作(用于搬運(yùn)或特殊用途)、樓梯助力模式。它是無污染、噪音小和騎行靈活等諸多優(yōu)點(diǎn)。是一種極好的未來城市交通代步和輕便運(yùn)輸工具為了安全起見，最好這種車輛它應(yīng)該有速度限制器來限制車輛的行駛。在行進(jìn)時(shí)因?yàn)橐朔?duì)地面的摩擦，車輛在相對(duì)于地面作勻速行駛時(shí)車體和人需要有一定的向前傾斜量方能維持行駛，車輛行駛時(shí)具有不大于20km/h速度。車體和人體傾斜的方向就是車輛行駛的方向。任何時(shí)候車輛想要向前的加速行駛，就必須有車量系統(tǒng)的向前傾斜。整個(gè)系統(tǒng)向后傾斜就會(huì)使車輛制動(dòng)。
其工作過程如下立式時(shí)將控制立柱車體載人踏板連接處調(diào)整到“立式駕駛”位置，并鎖緊緊固開關(guān)。平時(shí)駕駛者可作方便的站立駕駛，當(dāng)需要車體前進(jìn)時(shí)，駕駛者手握控制立柱上的方向把手身體向前傾斜，傳感器得到傾斜角度信號(hào)送入操縱控制計(jì)算機(jī)，操縱控制計(jì)算機(jī)將人相對(duì)車體的姿態(tài)進(jìn)行測量，算出控制參數(shù)到平衡控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)車輪前進(jìn)，以使車體保持平衡。駕駛者向后傾斜，傳感器得到傾斜角度信號(hào)送入操縱控制計(jì)算機(jī)啟動(dòng)相反的程序，車輪后退使車體保持平衡。
駕駛者要求車體前進(jìn)只需向前傾斜，操縱控制計(jì)算機(jī)會(huì)綜合左右車輪轉(zhuǎn)速傳感器及加速度傳感器和重量傳感器的信號(hào)算出所需力矩，控制車輪轉(zhuǎn)動(dòng)前進(jìn)并始終保持車體平衡。傾角越大，加速越快。需要?jiǎng)x車或后退時(shí)，駕駛者向后傾斜，操縱控制計(jì)算機(jī)同樣可以根據(jù)傳感器信號(hào)算出所需力矩控制車體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。需要轉(zhuǎn)彎時(shí)，駕駛者通過手柄的轉(zhuǎn)向開關(guān)或在控制立柱上把手轉(zhuǎn)向，給出一個(gè)控制信號(hào)，操縱控制計(jì)算機(jī)根據(jù)計(jì)算得出左右輪的不同力矩大小，可以控制車體上的二只輪了作不同轉(zhuǎn)速和方向的動(dòng)作，達(dá)到轉(zhuǎn)動(dòng)到所需角度和安全的前進(jìn)后退速度。
坐式時(shí)當(dāng)遠(yuǎn)距離行駛時(shí)為了減輕身體的疲勞，以及當(dāng)本發(fā)明車輛供殘疾或體弱的病者使用時(shí)這時(shí)可作坐式駕駛，先將控制立柱車體載人踏板連接處

圖16調(diào)整到“坐式駕駛”位置放下控制立柱下折疊(放下和收起)的座椅圖1(5)，抽出可伸縮的電池板，按下面板上的“坐式”按鈕，車體在空載時(shí)呈自平衡狀態(tài)，當(dāng)人坐上加載到車體同時(shí)，平衡傳感器立即檢測到車體的狀態(tài)，由操縱控制計(jì)算機(jī)根據(jù)車體的狀態(tài)計(jì)算出平衡所需要的力矩，驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生平衡力矩，轉(zhuǎn)動(dòng)和傾斜載人踏板圖1(1)和地面的相應(yīng)位置，從而定位到保持車體平衡所需要的位置。
當(dāng)需要車體前進(jìn)時(shí)，駕駛者通過把手的手柄把身體向前拉，操縱控制計(jì)算機(jī)將人相對(duì)車體的姿態(tài)進(jìn)行測量，算出控制參數(shù)到平衡控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)車輪前進(jìn)并保持車體平衡。需要停止時(shí)，駕駛者握住把手的手柄將身體稍微推向后傾斜(控制立柱和座椅連接處裝有緩沖彈簧，當(dāng)人在推、拉把手時(shí)能改變車體的平衡，以使車體前進(jìn)。后退)，操縱控制計(jì)算機(jī)結(jié)合傳感器檢測到車體的狀態(tài)立即給出一個(gè)信號(hào)，將人相對(duì)車體的姿態(tài)進(jìn)行測量，算出控制參數(shù)到平衡控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)車輪停下來并保持車體平衡，直至車體停止。
需要緊急剎車時(shí)，駕駛者握住把手的手柄將身體用力快速向后傾斜，傳感器立即將車全姿態(tài)信號(hào)傳給操縱控制計(jì)算機(jī)，操縱控制計(jì)算機(jī)結(jié)合檢測到的車體的狀態(tài)位置算出控制參數(shù)，立即給出一個(gè)控制信號(hào)，控制動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模塊組件使車輪停下來并保持車體平衡，從而達(dá)到快速止動(dòng)的目的。需要轉(zhuǎn)彎時(shí)，駕駛者通過把手的轉(zhuǎn)向開關(guān)控制車體的轉(zhuǎn)向，給出一個(gè)控制信號(hào)，操縱控制計(jì)算機(jī)根據(jù)把手轉(zhuǎn)向力度開關(guān)的力度和速度計(jì)算出左右輪轉(zhuǎn)彎所需的不同力矩和速度，輸出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)左右車輪，控制車體轉(zhuǎn)動(dòng)到所需安全的速度和角度。車體結(jié)構(gòu)主要有操縱控制計(jì)算機(jī)組件，平衡模塊組件、電池及動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模塊組件，電動(dòng)機(jī)及行動(dòng)減速齒輪和車輪組件，和控制立柱組成?？刂屏⒅洼d人踏板之間的連接分可調(diào)的“立式”和“坐式”二種角度鎖定緊固為一體。
載人踏板上裝有包括重力傳感器，傾角傳感器，姿態(tài)傳感器等共同組成控制車體的平衡模塊，車輪轉(zhuǎn)速傳感器組件，電動(dòng)機(jī)及行動(dòng)減速齒輪和車輪組件、電池及動(dòng)力模塊驅(qū)動(dòng)組件等。車體載人踏板平臺(tái)下面裝有二臺(tái)小型大功率直流伺服電機(jī)，減速齒輪組件、左右車輪和裝有防傾翻的安全機(jī)構(gòu)。樓梯助力模式是在上樓梯時(shí)按下面板上的樓梯助力模式，這時(shí)操縱控制計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，允許車身在向前傾斜的時(shí)候雙輪會(huì)慢慢向前轉(zhuǎn)動(dòng)，人在上面將機(jī)動(dòng)車的車把手向上拖拉，車輪慢速向前轉(zhuǎn)動(dòng)，利用可以是安裝在圓形的輪子輻射方向布置的塊形結(jié)構(gòu)物，在某些較低的階梯也可以是橡膠輪胎上粗紋的磨擦力將整個(gè)車身在樓梯上向上滾動(dòng)上樓，以達(dá)到上樓梯的助力作用，使機(jī)動(dòng)車能順利地被人拖拉上樓。
為了防止一些特發(fā)事故，立坐兩用式自平衡兩輪車安裝有防傾翻的安全機(jī)構(gòu)，這是在車體載人踏板在前下方和后下方各安裝有一個(gè)防傾翻的小輪子，平時(shí)該機(jī)構(gòu)為收縮狀態(tài)，當(dāng)車體的傾斜一方超過安全范圍時(shí)，操縱控制計(jì)算機(jī)會(huì)根據(jù)車體平衡傳感器收到的傳感器信號(hào)立即輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)踏板下方的前后小輪子支撐桿上的電磁鎖定開關(guān)釋放機(jī)構(gòu)，支撐桿上的小輪子在彈簧的作用下自動(dòng)彈出與地面接觸，支撐整個(gè)車身使其不至于傾翻，以保證人身和物體的安全。
常規(guī)的人體姿態(tài)轉(zhuǎn)向控制把手和轉(zhuǎn)向控制開關(guān)在車體的把手轉(zhuǎn)向上設(shè)有一個(gè)電子轉(zhuǎn)向開關(guān)通過車身把手的轉(zhuǎn)動(dòng)，電子開關(guān)能把得到不同的轉(zhuǎn)向(速度和力度)信號(hào)送入操縱控制計(jì)算機(jī)，操縱控制計(jì)算機(jī)接收到的電子開關(guān)和傳感器的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算后輸出控制信號(hào)，在操縱控制計(jì)算機(jī)的控制下車體二只輪子分別能做前進(jìn)、后退、左右轉(zhuǎn)等各種動(dòng)作，為避風(fēng)遮雨本發(fā)明布置有頂蓬。這是一個(gè)用防水材料做的可在使用時(shí)臨時(shí)搭建的車篷，前后各二根支撐桿作為支柱支撐整個(gè)車篷，支撐桿和車篷是可方便拆卸，平時(shí)可收起來貯存在座椅下方。
為立坐兩用式自平衡兩輪車的工作原理方框圖，操縱控制計(jì)算機(jī)是整個(gè)車體的控制核心，在采集了平衡傳感器、車體姿態(tài)傳感器后，操縱控制計(jì)算機(jī)計(jì)算出控制信號(hào)，控制電池及動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模塊組件，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器以及外圍電路和二只直流伺服電機(jī)各通過減速齒輪各自獨(dú)立驅(qū)動(dòng)左右二只車輪運(yùn)動(dòng)。電池及動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模塊組件裝有電池的電源管理系統(tǒng)(包括電池的充放電管理、欠電壓和安全性控制等)；考慮到系統(tǒng)的冗余，電池及動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模塊組件共有二塊，兩塊控制模塊組件電路板是完全對(duì)稱的，也就是說每一塊控制電路板都可以控制和驅(qū)動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)，以使在一個(gè)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模塊損壞時(shí)由另一塊自動(dòng)替代和驅(qū)動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)，以保證機(jī)動(dòng)車的安全。
平衡傳感器該裝置被分成獨(dú)立的兩部分，這兩部分的數(shù)據(jù)同時(shí)被兩路獨(dú)立的控制板檢測。同時(shí)兩部的通訊采用光隔離，從而避免電磁干憂的錯(cuò)誤從一邊傳播到另外一邊。如在實(shí)際的使用過程中，其中的一塊控制電路板出現(xiàn)故障，則另外一塊可以正常的完成整個(gè)系統(tǒng)的控制以保證安全。而平時(shí)則兩塊電路板均分控制負(fù)載。
有兩塊完全對(duì)稱的控制模塊組件電路板來控制和驅(qū)動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)，也就是說每一塊控制電路板都可以控制和驅(qū)動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)，以使在一塊動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模塊損壞時(shí)由另一塊自動(dòng)來替代和驅(qū)動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)，以確保車輛的安全。平時(shí)則兩塊電路板均分控制負(fù)載。在信息傳輸中采用光隔離結(jié)構(gòu)，從而避免電磁干擾的錯(cuò)誤會(huì)從一邊傳到另一邊。
車體姿態(tài)傳感器檢測車體平臺(tái)的運(yùn)行姿態(tài)。其中，微陀螺儀檢測的是平臺(tái)繞轉(zhuǎn)動(dòng)輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角速率，傾角傳感器檢測的是平臺(tái)相對(duì)于幾何水平的傾角?？刂朴?jì)算機(jī)對(duì)姿態(tài)傳感器和電機(jī)編碼器產(chǎn)生的脈沖量進(jìn)行計(jì)算，從而檢測出車體平臺(tái)的運(yùn)行位移、直線速度和方向，再作用于兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器件的控制信號(hào)，控制車輪的運(yùn)動(dòng)方向。電池及動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模塊組件由電池模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)輸出模塊以及外圍電路組成。在實(shí)際制作中，我們選擇供電時(shí)間長、容量大、質(zhì)量輕的電池。首先，降低車體重量；其次，延長行駛距距離和時(shí)間。電池因其質(zhì)量較重，在本機(jī)動(dòng)車中做成可抽出的伸縮式，以輔助增加在“坐式”駕駛時(shí)的平衡。
操縱控制計(jì)算機(jī)是整個(gè)車體的控制核心，操縱控制計(jì)算機(jī)根據(jù)姿態(tài)傳感器和位置傳感器檢測到的平臺(tái)運(yùn)行姿態(tài)信號(hào)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，運(yùn)算出的控制參數(shù)送到硬件電路(包括DSP控制板、電機(jī)、電池及動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模塊組件)控制車體機(jī)械部分進(jìn)行相應(yīng)的(電機(jī)行動(dòng)減速齒輪和車輪組件)“倒”或“退”的動(dòng)作，以達(dá)到整個(gè)車體平衡。
對(duì)于立坐兩用式自平衡兩輪車類似倒立擺的結(jié)構(gòu)主要是其平衡中的運(yùn)動(dòng)控制問題，兩輪移動(dòng)倒立擺的運(yùn)動(dòng)控制是一個(gè)多變量的控制。若采用傳統(tǒng)的模糊控制，其規(guī)則數(shù)隨輸入變量數(shù)的增加呈指數(shù)增長。本發(fā)明利用分層控制的思想，針對(duì)雙面兩輪機(jī)動(dòng)車移動(dòng)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，提出了一種分層模糊控制器的設(shè)計(jì)方法，不僅減少模糊控制規(guī)則數(shù)而且使模糊控制邏輯變得清晰明了，其中控制參數(shù)通過算法整定。利用該算法獲取系統(tǒng)的有關(guān)狀態(tài)參數(shù)能使機(jī)動(dòng)車在二維平面內(nèi)按指定的移動(dòng)速度和轉(zhuǎn)動(dòng)速度運(yùn)動(dòng)，如人體在車上的姿態(tài)(座式駕駛或立式駕駛)，保持車體平衡。在實(shí)際操作時(shí)只需向操縱控制計(jì)算機(jī)輸入預(yù)先設(shè)定的模式如姿態(tài)駕駛、巡航駕駛、遙控駕駛、樓梯助力等多種功能。
本發(fā)明的自平衡車輛可以使用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，立坐兩用式自平衡兩輪車整體控制策略是數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的應(yīng)用，每一個(gè)脈沖信號(hào)代表一個(gè)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角度微分量。本發(fā)明設(shè)計(jì)和和應(yīng)用了基于操縱控制計(jì)算機(jī)的自平衡兩輪驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)施了以一個(gè)計(jì)算機(jī)芯片輸出分對(duì)象控制兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的技術(shù)方案，并通過配套的軟、硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了立坐兩用自平衡多模式控制兩輪機(jī)動(dòng)車優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明采用一種分層模糊控制技術(shù)。不僅減少了模糊控制的規(guī)則數(shù)而且使模糊控制邏輯變得清晰明了。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于它可供健康人和身體殘障人共同使用，能實(shí)現(xiàn)立坐兩種模式行駛。采用與自行車相似的帶轉(zhuǎn)向開關(guān)的轉(zhuǎn)向龍頭，轉(zhuǎn)彎時(shí)有類似自行車那樣直覺良好的感覺。特別適合人的騎自行車時(shí)的轉(zhuǎn)彎習(xí)慣。車頭帶有照明燈從而可以夜間行駛。利用遙控器正常人可以與殘障人一起同行外出，陪同人員用遙控器操作，它的功能多，操作靈活，行駛方便以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)敘述。本發(fā)明共有三個(gè)實(shí)施例。
附圖簡要說明圖1顯示本發(fā)明第一實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)。
圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例立式駕車行駛的狀態(tài)。
圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例坐式駕車行駛的狀態(tài)。
圖4是反映本發(fā)明第一實(shí)施例坐椅被收起和電池板被抽出的狀態(tài)。
圖5是反映本發(fā)明第一實(shí)施例坐椅被展開和電池板被抽出的狀態(tài)。
圖6顯示的是圖5中連接部分的局部放大圖，顯示立桿和踏板的連接。
圖7顯示的是轉(zhuǎn)向開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8顯示本發(fā)明實(shí)施例的動(dòng)力傳輸機(jī)構(gòu)。
圖9顯示的是本發(fā)明實(shí)施例的防傾倒機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖反映滾輪處于收縮狀態(tài)。
圖10顯示的是本發(fā)明實(shí)施例的防傾倒機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖反映滾輪處于伸出狀態(tài)。
圖11顯示的是本發(fā)明實(shí)施例的后防傾倒機(jī)構(gòu)的著地狀態(tài)。
圖12顯示的是本發(fā)明實(shí)施例的前防傾倒機(jī)構(gòu)的著地狀態(tài)。
圖13是本發(fā)明實(shí)施例的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)方框圖。
圖14是顯示本發(fā)明第二實(shí)施例它是帶遮陽擋雨車蓬的實(shí)施例。
圖15是本發(fā)明的本發(fā)明第三實(shí)施例顯示用于爬樓的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示本發(fā)明立第一實(shí)施例坐兩用自平衡兩輪車1的總體結(jié)構(gòu)，它可立坐兩種姿態(tài)行駛、圖2顯示立坐第一實(shí)施例兩用自平衡兩輪車在立式行進(jìn)中的使用狀態(tài)。圖3顯示的是第一實(shí)施例坐式行進(jìn)中的使用狀態(tài)。本發(fā)明車輪2被橫向固定在一個(gè)繞車軸有轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的載人踏板3上，有一頂端帶操縱轉(zhuǎn)向龍頭4的立桿5與所述的載人踏板3相固定連接成為一個(gè)整體。所述的載人踏板3有與兩輪2、2’相互之間構(gòu)成連接固定的懸掛裝置(未顯示)，載人踏板3上固定有它包括有重力傳感器，傾角傳感器，姿態(tài)傳感器等共同組成控制車體的平衡模塊6，所述的平衡模塊6反映的是以鉛垂線為基準(zhǔn)的踏板3或立桿5相對(duì)于鉛垂線所成的動(dòng)態(tài)變化的幾何夾角；一個(gè)執(zhí)行車輛轉(zhuǎn)彎的轉(zhuǎn)向開關(guān)7。所述的立桿5上配置有供人乘坐的椅子8，它是與立桿相互鉸接呈可折疊狀態(tài)布置。所述的載人踏板3上固定有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)9和可伸縮的電池板10。電池板10在載人踏板3上的固定是可插進(jìn)或抽出的固定，電池板10抽出時(shí)可供人騎行時(shí)擱腳之用，也用于調(diào)整車體的力矩平衡，這是電池板10的一物兩用之處(見圖3，圖4)。整個(gè)車輛的操縱控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)9布置在該載人踏板中是為了合理利用空間，可以使車輛的整體布局合理化。
坐椅8在立桿5的適當(dāng)高度處與立桿相鉸接固定，在人采取站立姿勢駕駛時(shí)坐椅被收起不用(見圖4)。車體1上坐椅可配有供乘坐者遮風(fēng)擋雨的罩蓬34?？刹鹦兜能嚺?4不用時(shí)可折疊放到座椅8下，晴雨天均能正常使用。立桿5的正前方設(shè)有照明燈11。該座椅8能和踏板上方的操縱控制立柱5相互折疊伸縮并按預(yù)定位置鎖定，收起折疊座椅時(shí)又能和踏板3上方操縱控制立柱5成為一體，不會(huì)占用和妨礙站立駕駛者的位置。放下折疊座椅8時(shí)駕駛者可在座椅8上作坐式駕駛(見圖3)。立桿有上下兩段通過其中間的鉸接點(diǎn)15連接成一體(見圖4)。座椅下有一根撐桿12，它的上下兩端均有其旋轉(zhuǎn)角度可鎖定的鉸接點(diǎn)13、14(見圖3)。控制立柱5有一個(gè)與座椅撐桿12相互鉸接的連接點(diǎn)14。立柱5通過其最下面的一個(gè)鉸支點(diǎn)19與載人踏板形3成可鎖定的鉸接。鉸支點(diǎn)19是通過與載人踏板3相互固定的兩塊殼板16及相應(yīng)的橫銷18構(gòu)成。在每一塊殼板16上有弧形槽17，在它的兩端分別有鎖定端(見圖5，圖6)?？刂屏⒅?和載人踏板3連接采用二擋鎖定位置，車體1在立式和坐式駕駛時(shí)其能夠通過控制立柱5和載人踏板3連接處的二個(gè)連接鎖定孔14、17、19位置來改變車體的平衡的中心點(diǎn)，以適應(yīng)狀態(tài)駕駛的需要(立或坐)，這是一種人工的松開和鎖緊螺母的調(diào)節(jié)(見圖6)。
電子轉(zhuǎn)向控制開關(guān)是一種基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器——霍爾線性器件，這種材料它在和磁性材料側(cè)移通過和接近時(shí)，它將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)間等，在本機(jī)動(dòng)車中轉(zhuǎn)變成電量來被操縱控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行檢測和控制。電子轉(zhuǎn)向控制開關(guān)，在轉(zhuǎn)向時(shí)輸出電壓成線性的變化，其輸出電量和加在霍爾元件上的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度成比例，轉(zhuǎn)向的的時(shí)間短(快速)，它的輸出電壓在瞬間的電量變化很大，轉(zhuǎn)向開關(guān)7轉(zhuǎn)向的過渡時(shí)間長(慢速)，轉(zhuǎn)向開關(guān)7輸出的電量至額定的電壓經(jīng)歷有一個(gè)變化的過程，電量的相對(duì)變化時(shí)間就長。所述的轉(zhuǎn)向開關(guān)7是通過人工轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)開關(guān)動(dòng)作的車輛1轉(zhuǎn)彎的轉(zhuǎn)向開關(guān)。轉(zhuǎn)向開關(guān)7是安裝在立桿5上或立桿與帶手柄的龍頭4過度的連接處的一個(gè)結(jié)合面處(見圖7)，立桿5是靜止的而手柄(29)是由人手把持轉(zhuǎn)動(dòng)的。轉(zhuǎn)向開關(guān)7由相向的兩個(gè)對(duì)合面組成，轉(zhuǎn)向開關(guān)7包含有靜止的用以固定霍爾傳感器30的方向朝上的端面32，該端面32位于立桿5上；轉(zhuǎn)向開關(guān)7還包含有方向朝下的龍頭下伸桿段的端面33，在其上居中的周邊位置上布置有磁性塊，該端面33隨龍頭一起轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)居中布置的磁塊31快速靠近霍爾傳感器30時(shí)車子也同步快速轉(zhuǎn)彎?？拷倪\(yùn)動(dòng)角加速度越大，車子的轉(zhuǎn)彎的速度也越大。當(dāng)手柄29朝向直前不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，被固定在龍頭下垂桿段上的方向朝下的柱形斷面上的霍爾元件30沒有信號(hào)輸出，車子就不轉(zhuǎn)彎而直行。
相同結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向開關(guān)也可以安裝在龍頭4的把手29上，當(dāng)駕駛者用手旋動(dòng)龍頭4的手柄時(shí)就可以操縱車子的轉(zhuǎn)向。當(dāng)然，完全不用人的手動(dòng)操縱，也可采用按鈕式的開關(guān)可以被選擇用來操縱車子的轉(zhuǎn)向。按鈕式的轉(zhuǎn)向開關(guān)被設(shè)置在龍頭中央朝上布置的儀表盤上。在儀表盤上布置有操縱車輛前進(jìn)或后退的按鈕(未顯示)，向左轉(zhuǎn)彎或向右轉(zhuǎn)彎的按鈕。本發(fā)明是一種具備高度智能平衡功能的電動(dòng)代步工具和小件物品運(yùn)載工具，它具備左右兩輪轉(zhuǎn)軸形式的結(jié)構(gòu)，裝備了操縱控制計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)動(dòng)車進(jìn)行控制，具有多種操縱模式，只需向控制立柱面板(未顯示)上的按鍵輸入預(yù)置的模式，姿態(tài)操作、如立式駕駛、座式駕駛，手動(dòng)操作、樓梯助力、遙控操作等，在操縱控制計(jì)算機(jī)控制下可以進(jìn)行“前進(jìn)”“倒退”、零半徑任意方向的回轉(zhuǎn)等功能和模式。
踏板3的左右兩側(cè)有用于接納左右兩輪輪軸的輪殼20，左右兩輪的驅(qū)動(dòng)裝置包含有屬于自己的一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)21，它通過與電機(jī)21同軸的小齒輪22傳動(dòng)到寶塔齒輪的大齒輪23，最后，再由寶塔齒輪的小齒輪25將動(dòng)力轉(zhuǎn)動(dòng)到固定在車輪內(nèi)齒圈24上的一個(gè)大直徑的內(nèi)齒輪上，從而完成動(dòng)力的傳輸(見圖8)。
在載人踏板3上安裝有防傾倒裝置25，它們分別被布置在載人踏板3的前方和/或后方。它是一個(gè)與所述載人踏板3相斜交連接的總成體，它包含有一個(gè)一端封閉另一端敞口的外筒體26，其內(nèi)可伸縮地包含有伸縮桿總成27，伸縮桿27末端帶有用于擱地的滾輪28。伸縮桿總成27包含有內(nèi)筒271，它是兩端暢口的筒體，筒體內(nèi)有彈簧272，彈簧272一端與外筒體26的底面262相抵，另一端與固定有滾輪28的堵頭273的內(nèi)端面相抵，外筒的柱面261和內(nèi)筒的柱面271上都有一個(gè)定位孔，當(dāng)兩個(gè)定位孔對(duì)準(zhǔn)位置時(shí)有一個(gè)鎖銷263穿過這兩個(gè)定位孔，此時(shí)彈簧272被壓縮，伸縮桿27處于被收縮狀態(tài)，此時(shí)滾輪28被收起(見圖9)。
鎖銷263的插拔動(dòng)作是受電磁閥264所控制的。當(dāng)電磁閥作動(dòng)時(shí)鎖銷263被拔出，在彈簧272的作用下滾輪28被彈出著地。滾輪28是通過銷子274和堵頭支架275被固定內(nèi)筒上的。防傾翻的安全裝置25在機(jī)動(dòng)車電池電力不足和意外情況時(shí)能即時(shí)驅(qū)動(dòng)電磁釋放機(jī)構(gòu)264使彈性伸縮桿前小輪28和后小輪28’自動(dòng)彈出，立坐兩用自平衡兩輪車1就能自己穩(wěn)定立地。防止一些特發(fā)事故以保證駕駛者的安全(見圖10)。
圖11顯示的是本發(fā)明實(shí)施例的前防傾倒機(jī)構(gòu)的著地狀態(tài)。圖12顯示的是本發(fā)明實(shí)施例的后防傾倒機(jī)構(gòu)的著地狀態(tài)。當(dāng)使用者在外隨意停車時(shí)，就以這種姿態(tài)進(jìn)行停車。圖13是本發(fā)明實(shí)施例的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)方框圖。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，它顯得簡潔明了圖14是本發(fā)明的第二實(shí)施例，它載有頂蓬34的智能化自平衡兩輪車。它的龍頭上固定有兩根前撐桿35，在座席8背上也有向上伸展的兩根后撐桿36，所說的四根撐桿頂端與遮陽頂蓬34相互連接。后撐桿36插在直徑較大的空心管37內(nèi)。兩根前撐桿35與頂蓬34的連接點(diǎn)38是固定連接。兩根后撐桿36與頂蓬34的連接點(diǎn)39是采用螺釘和螺孔的連接。
圖15是本發(fā)明的第三實(shí)施例，它是載人踏板3可以布置在與車軸同軸高度的平面上，最好是布置在低于車輪輪軸中心線高度的平面上。左右兩個(gè)輪子可以分別布置有相對(duì)于輪子中心呈輻射狀可伸縮和方便拆卸的套筒40，套筒桿41及布置于套筒桿41上的二個(gè)或多個(gè)周輪42，用于爬樓之用。身殘者在陪伴者的幫助下從外面進(jìn)入到建筑物里后還可以在陪伴者的牽動(dòng)下機(jī)動(dòng)爬樓上樓梯。在大街上陪伴者用遙控器操作可以實(shí)現(xiàn)與坐椅者同行。這種交通工具的推出為殘障人的生活提供了極大的方便。
權(quán)利要求
1.一種立坐兩用式自平衡兩輪車，它包括有1)兩個(gè)分別獨(dú)立受控于計(jì)算機(jī)微處理系統(tǒng)控制并且橫向布置而不同軸連接的輪子，所述的輪子通過減速齒輪系與各自屬于自己的伺服電機(jī)相連接，所述的車輪被橫向固定在一個(gè)繞車軸有轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的載人踏板上，它與所述的載人踏板相互固定連接成為一個(gè)整體；2)一個(gè)用于控制所述輪子工作的操縱控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它包括重力傳感器，傾角傳感器，姿態(tài)傳感器等共同組成控制車體的平衡模塊，車輪轉(zhuǎn)速傳感器、左右動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模塊，控制環(huán)路，反饋環(huán)路，中央控制單元CPU，功率放大器，電源；3)所述的載人踏板上固定有傾角傳感器，所述的傾角傳感器反映的是以鉛垂線為基準(zhǔn)的踏板或立桿相對(duì)于鉛垂線所成的動(dòng)態(tài)變化的幾何夾角；4)一個(gè)可手動(dòng)把握龍頭執(zhí)行車輛轉(zhuǎn)彎的轉(zhuǎn)向開關(guān)；5)一個(gè)固定在轉(zhuǎn)向龍頭上的操作車輛行駛的人機(jī)界面控制屏；6)一個(gè)與載人踏板相連接的采用可鎖定鉸接的并且頂端帶有可操縱轉(zhuǎn)向的龍頭的立桿；7)控制立柱上裝有可折疊收起和展開使用的座椅。
2.如權(quán)利要求1所述的立坐兩用自平衡兩輪車，其特征是踏板的左右兩側(cè)有用于接納左右兩輪輪軸的輪殼，左右兩輪的驅(qū)動(dòng)裝置包含有分別屬于自己的一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述的電機(jī)為伺服電機(jī)，它通過與電機(jī)同軸的小齒輪將動(dòng)力傳動(dòng)到寶塔齒輪，最后再由寶塔齒輪將動(dòng)力轉(zhuǎn)動(dòng)到固定在車輪內(nèi)圈上的一個(gè)大直徑的內(nèi)齒輪上。
3.如權(quán)利要求1所述的立坐兩用自平衡兩輪車，其特征是所述的載人踏板上布置有各類傳感器和電腦控制系統(tǒng)，還布置有可伸縮抽拉并定位固定的插入式電池板。
4.如權(quán)利要求1所述的立坐兩用自平衡兩輪車，其特征是所述的立桿上配置有供人乘坐的可折疊收攏的并按預(yù)定位置鎖定椅子。
5.如權(quán)利要求4所述的立坐兩用自平衡兩輪車，其特征是座椅下有一根撐桿，它的上下兩端均有其旋轉(zhuǎn)角度可鎖定的鉸接點(diǎn)，控制立柱除了在其頭尾兩端有其旋轉(zhuǎn)角度可鎖定的鉸接點(diǎn)以外，其在頭尾兩端之間的位置上還有一個(gè)與座椅撐桿相互鉸接的連接點(diǎn)，立柱通過其最下面的一個(gè)鉸支點(diǎn)與載人踏板形成可鎖定的鉸接，鉸支點(diǎn)是通過與載人踏板相互垂直固定的兩塊殼板及相應(yīng)的橫銷構(gòu)成，在每一塊殼板上開有供銷子滑動(dòng)的弧形槽。
6.如權(quán)利要求1所述的立坐兩用自平衡兩輪車，其特征是所述的車體上配有供乘坐者遮風(fēng)擋雨的罩蓬，有固定在龍頭上的兩根撐竿和固定與坐椅上的兩根后撐竿為其提供支撐。
7.如權(quán)利要求1所述的立坐兩用自平衡兩輪車，其特征是所述的轉(zhuǎn)向開關(guān)是通過車把龍頭轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)開關(guān)動(dòng)作的控制和操作車輛轉(zhuǎn)彎的轉(zhuǎn)向開關(guān)，它包含有霍爾傳感元件和相互作用的磁塊，其信號(hào)輸出的強(qiáng)度與龍頭的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度正比率。
8.如權(quán)利要求7所述的立坐兩用自平衡兩輪車，其特征是所述的轉(zhuǎn)向開關(guān)是安裝在立桿上或立桿與龍頭過渡的連接處。
9.如權(quán)利要求7所述的立坐兩用自平衡兩輪車，其特征是所述的轉(zhuǎn)向開關(guān)是安裝在龍頭的把手上。
10.如權(quán)利要求1所述的立坐兩用自平衡兩輪車，其特征是立桿有上下兩段通過其中間的鉸接點(diǎn)連接成一體。
11.如權(quán)利要求1所述的立坐兩用自平衡兩輪車，其特征是在載人踏板上安裝有防傾倒裝置，它是一個(gè)與所述載人踏板相斜接的彈性撐桿，撐桿末端帶有滾輪。
12.如權(quán)利要求11所述的立坐兩用自平衡兩輪車，其特征是它是一個(gè)與所述載人踏板相彈性斜交連接的總成體，它包含有一個(gè)一端封閉另一端敞口的外筒體，其內(nèi)可伸縮地包含有伸縮桿總成。伸縮桿總成包含有內(nèi)筒，它是兩端暢口的筒體，筒體內(nèi)有彈簧，彈簧一端與外筒體的底面相抵，另一端與固定有滾輪的堵頭相抵，外筒的柱面和內(nèi)筒的柱面上都有一個(gè)定位孔，當(dāng)兩個(gè)定位孔對(duì)準(zhǔn)位置時(shí)有一個(gè)鎖銷穿過這兩個(gè)定位孔，此時(shí)彈簧被壓縮，伸縮桿處于被收縮狀態(tài)，伸縮桿末端帶有用于擱地的滾輪此時(shí)被收起。鎖銷的插拔動(dòng)作是受電磁閥(未顯示)控制的。當(dāng)電磁閥作動(dòng)時(shí)鎖銷被拔出，在彈簧的作用下滾輪被彈出著地。
13.如權(quán)利要求1所述的立坐兩用自平衡兩輪車，其特征是繞車軸有轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的載人踏板其平面所處的位置低于二個(gè)行動(dòng)車輪軸心的中心線高度。
14.如權(quán)利要求1所述的立坐兩用自平衡兩輪車，其特征是一個(gè)在車輛被用作物體搬運(yùn)工具時(shí)遠(yuǎn)隔操控機(jī)動(dòng)車各種姿態(tài)和動(dòng)作的遙控器。
15.如權(quán)利要求1所述的立坐兩用自平衡兩輪車，其特征是控制立桿和載人踏板連接采用二種角度可調(diào)位置，是指車體在立式和坐式駕駛時(shí)其能夠通過控制立桿和載人踏板連接處的二個(gè)鉸接鎖定孔來改變車體平衡的中心點(diǎn)。
16.如權(quán)利要求1所述的立坐兩用自平衡兩輪車，其特征是左右兩個(gè)輪子的周緣分別布置有相對(duì)于輪子中心呈輻射狀布置的多個(gè)周輪或爬樓腳。
17.如權(quán)利要求1所述的立坐兩用自平衡兩輪車，其特征是立桿的正前方設(shè)有照明燈。
18.如權(quán)利要求1所述的立坐兩用自平衡兩輪車，其特征是左右兩個(gè)輪子可以分別布置有相對(duì)于輪子中心呈輻射狀可伸縮和方便拆卸的套筒，套筒桿及布置于套筒桿上的二個(gè)或多個(gè)周輪。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種交通工具，更具體地說是一種由人駕駛的智能化電腦控制的載人兩輪交通工具，其兩個(gè)車輪是電動(dòng)的并且是水平橫向布置的。本發(fā)明的目的是要推出一種立坐兩用自平衡兩輪車，它有可折疊的坐椅，有可夜間行駛的照明設(shè)備，有防傾倒機(jī)構(gòu)和簡明扼要的控制系統(tǒng)。它是一種立坐兩用自平衡兩輪車，包括有兩個(gè)分別獨(dú)立受控于計(jì)算機(jī)微處理系統(tǒng)控制并且橫向布置而不同軸連接的輪子，車輪被橫向固定在一個(gè)繞車軸有轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的載人踏板上；一個(gè)用于控制所述輪子工作的操縱控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它包括有重力傳感器，傾角傳感器，姿態(tài)傳感器等共同組成控制車體的平衡模塊，車輪速度傳感器和左右動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模塊，控制環(huán)路，反饋環(huán)路，中央控制單元CPU，功率放大器，電源；所述的載人踏板上固定有傾角傳感器；一個(gè)可手動(dòng)把握龍頭執(zhí)行車輛轉(zhuǎn)彎的轉(zhuǎn)向開關(guān)；一個(gè)固定在轉(zhuǎn)向龍頭上的操作車輛行駛的人機(jī)界面控制屏；本發(fā)明解決了傳統(tǒng)自平衡兩輪車因站立駕駛疲勞不適合遠(yuǎn)距離行駛及健康人和身殘?bào)w弱者兩者兼用的技術(shù)上的問題。
文檔編號(hào)G05B15/02GK1872614SQ20061005227
公開日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2006年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者陳養(yǎng)彬, 郭啟寅, 鄭遠(yuǎn)聰 申請(qǐng)人:寧波Gqy視訊股份有限公司