[实用新型]一种基于无人自平衡控制系统的独轮车

说明书

本实用新型公开了一种基于无人自平衡控制系统的独轮车。由带座轴承Ⅰ、带座轴承Ⅱ、饼形配重、配重轴、齿轮轴、齿轮、联轴器、直流电机、能源装置、控制系统、壳体、带轮无刷电机等组成。该独轮车利用三轴加速度传感器感受车体倾斜角度，通过卡尔曼滤波后的PID调节驱动电机工作，分别给带轮无刷电机和直流电机电信号，使车体修正倾斜，实现独轮车体的自平衡状态。由于采用无人状态下的独轮系统，消除了目前传统平衡车体积大以及无法实现远程作业的不足。该系统在外观和功能方面均优于传统平衡车，并且可以满足绝大部分环境下的无人探测和作业需要。

技术领域

本实用新型涉及一种独轮车，尤其涉及一种基于无人自平衡控制系统的独轮车。

背景技术

自平衡独轮车是一种通过速度调节保持自身姿态的系统。由于自平衡独轮车本身特有的复杂动态平衡控制问题，在生活中的各个领域作为极具特色的交通工具，利用其动态平衡、外形纤细的特性，将其引入复杂地形、狭窄空间进行搬运、探测等特种作业。

由于无人驾驶可实现运营成本的减少、驾驶员在复杂工况下面临巨大风险的消除、操作精度的提高，许多国家的轨道交通都实现了无人驾驶，在国内，无人驾驶逐渐成为的交通和特种作业的一种发展趋势。

自平衡独轮车一般利用车体内部的陀螺仪和加速度三轴传感器来检测车体姿态的变化，并利用伺服控制系统精确地驱动电机进行相应的调整，以实现平衡效果。目前常用的自平衡车分为独轮和双轮两种，其中传统独轮车实现横向平衡主要靠驾驶人运动惯性，其缺点在于需要人驾驶，无法脱离驾驶人独立工作，不使用于复杂工况下工作；双轮平衡车实现横向平衡的方式主要是靠双轮支撑，但造成整车体积较大，不适用于狭窄工况。实用新型专利201210000752.9公开了一种双轮自平衡小车，该专利采用双轮平衡模式，虽然基本实现了自平衡功能，但是受其所采用的硬件系统限制，不满足载人功能和远程实时操作，适用范围较小。当前实现自平衡的独轮车控制系统，虽然宽度相对双轮平衡车较小，但是缺少在无人驾驶时的横向平衡机构，无法满足特殊工况要求。

发明内容

为了克服背景技术所述的平衡车中存在的问题以及满足无人驾驶的发展趋势和实际要求，本实用新型提供一种基于无人自平衡控制系统的独轮车，该系统根据三轴加速度三轴传感器反馈的信号，通过写入嵌入式控制器的通用编程语言PID算法处理，输出电信号到电机驱动器，控制带轮无刷电机和直流电机，实现纵向和横向上的自平衡，从而实现无人驾驶。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案如下：一种基于无人自平衡控制系统的独轮车，由带座轴承Ⅰ、带座轴承Ⅱ、饼形配重、配重轴、齿轮轴、齿轮、联轴器、直流电机、能源装置、控制系统、壳体、带轮无刷电机组成；其特征在于：饼形配重（2）由锁紧螺母固定在配重轴（4）上，配重轴（4）分别与带座轴承Ⅰ（3）和带座轴承Ⅱ（1）的轴承内圈过盈配合，带座轴承Ⅰ（3）和带座轴承Ⅱ（1）由螺栓固定在壳体（12）上表面外侧，直流电机（8）由螺栓固定在壳体（12）上表面内侧，直流电机（8）的输出轴通过联轴器（7）与齿轮轴（6）配合，齿轮（5）通过键和卡簧与配重轴（4）配合，齿轮轴（6）与齿轮（5）外啮合；能源装置（10）通过螺钉和垫圈固定在壳体（12）内两侧，控制系统（9）用热熔胶粘接在能源装置（10）表面；带轮无刷电机（11）通过螺栓和轴承固定在壳体（12）上。控制系统（9）包括加速度三轴传感器和控制器；能源装置（10）包括直流电源和控制装置与驱动装置。带座轴承Ⅰ（3）、带座轴承Ⅱ（1）均通过卡簧与配重轴（4）过盈配合，饼形配重（2）通过键和卡簧与配重轴（4）配合，且位于带座轴承Ⅰ（3）、带座轴承Ⅱ（1）之间；配重轴（4）通过联轴器与齿轮轴（6）连接。配重轴（4）转轴方向与直流电机（8）转轴方向平行，与带轮无刷电机（11）转轴方向垂直；控制系统（9）中三轴传感器一轴与配重轴（4）平行。能源装置（10）通过导线与直流电机（8）连接，能源装置（10）通过导线与控制系统（9）连接，能源装置（10）通过导线与带轮无刷电机（11）连接。

与背景技术相比，本实用新型具有的有益效果是：