[实用新型]一种自平衡独轮车

说明书

技术领域

本实用新型涉及独轮车技术领域，具体是涉及一种自平衡独轮车。

背景技术

自平衡独轮车具有结构简单、性价比高、携带方便等很多优点，成为一种新兴的电动代步工具。独轮车的控制主要分俯仰和横滚平衡控制，其中横滚平衡主要由骑行者来实现，俯仰平衡的控制原理和一级倒立摆类似，人往前倾时，采用陀螺仪的控制器控制电机往前运动，人往后倾时，电机往后反向运动，保持人的平衡。倒立摆和陀螺都是动态平衡、动态稳定的系统，决定了独轮车需要时刻不断调节使其处于动态平衡的本质。

但是目前电动自平衡独轮车为了实现自平衡控制，控制系统首先应该得到足够的车身倾斜角度的数据，现有采用陀螺仪来采集车身倾斜角速度信息，加速度计来采加速度信息。加速度计可以测量动态及静态的线性加速度，其中加速度传感器静止时，可以得到输出作用在其灵敏轴上的加速度值，然后可以根据各轴上的加速度分量值算出车身相对于垂直以及水平方向上的倾斜角度，但是加速度计动态响应慢，不适合跟踪动态角度运动且过快响应会产生较大噪声。陀螺仪测量角速度信号，通过对其积分得到倾斜角度值，但是考虑温度变化、摩擦力及不稳定力矩等因素，陀螺仪会产生漂移误差。这些问题导致相应的平衡控制系统不能准确、稳定地运行。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种自平衡独轮车。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种自平衡独轮车，包括车身以及自平衡控制模块，所述自平衡控制模块包括采集车身倾斜角速度以及加速度信号的数据采集模块、卡尔曼滤波处理模块、控制模块以及直流无刷电机驱动模块；所述直流无刷电机驱动模块包括电机以及用于采集所述电机转子实际位置信号的霍尔传感器；所述数据采集模块信号输出端与所述卡尔曼滤波处理模块信号输入端连接，所述卡尔曼滤波处理模块信号输出端以及所述霍尔传感器信号输出端均与所述控制模块信号输入端连接，所述控制模块信号输出端与所述直流无刷电机驱动模块信号输入端连接。

进一步的，所述车身包括车轮、踏板组件以及罩装在所述车轮上的半圆形外壳，所述电机为轮毂电机，所述轮毂电机通过驱动轴带动所述车轮转动，所述踏板组件包括连接件以及铰接安装在所述连接件上的折叠式踏板，所述连接件布置在车轮侧面且位于外壳内侧，所述连接件通过轴承安装在所述驱动轴上。

进一步的，所述踏板的板面上设有凹槽，所述外壳表面在所述连接件的安装部位相应形成用于容纳所述连接件的凸起部，所述踏板向上垂直翻折后所述凹槽与所述凸起部卡合。

进一步的，所述数据采集模块采用9轴运动处理传感器MPU6050陀螺仪，所述控制模块采用DSP数字信号处理器。

进一步的，所述自平衡控制模块整合安装在所述外壳内侧。

进一步的，所述踏板组件采用铝合金材质。

上述技术方案的有益效果主要体现在以下几个方面：

(1)本实用新型通过卡尔曼滤波处理模块，将数据采集模块的信号进行融合滤波处理后，得到准确、无漂移误差、抗干扰能力强的倾斜角度信号并发送给控制模块。所述霍尔传感器与控制模块实现了对电机的闭环控制，大大提高了独轮车自平衡控制模块控制的稳定性、准确性。本发明具有动态响应好、稳定性好、鲁棒性好的优势。

(2)本实用新型在骑行使用时所述折叠式踏板与车轮侧面垂直，在不使用时所述折叠式踏板可以向上垂直翻折并与车轮侧面平行，便于携带、安放且节省空间。所述踏板组件的安装模式使得人体与车身处于刚性连接的状态，实现车身的姿态信息直接反应人体的动作，比如前倾、后倾、左倾、右倾。所述连接件与驱动轴通过轴承安装，使得踏板组件可以相对于驱动轴进行转动，从而达到人体依靠重力，辅助实现车身自平衡的目的。

(3)所述9轴运动处理传感器MPU6050陀螺仪集成了3轴MEMS陀螺仪、3轴MEMS加速度计以及一个可扩展的数字运动处理器。所述陀螺仪和加速度计分别用了三个16位的ADC，将其测量的角度模拟量信号转化为数字量信号，同时具有测量范围可调的优点。所述自平衡控制模块以利于布线和平衡重心的方式布置在所述外壳内侧。

附图说明

图1为本实用新型自平衡控制模块结构示意图。

图2为控制模块与数据采集模块的电路连接示意图。

图3、4、5、6为车身结构示意图。

图中标注符号的含义如下：

1-数据采集模块 2-卡尔曼滤波处理模块 3-控制模块

4-直流无刷电机驱动模块 41-霍尔传感器 5-车轮