Электрическое самобалансирующееся средство передвижения - RU2684951C1
Код документа: RU2684951C1
Чертежи
Описание
Область техники
Настоящее изобретение относится к электрическому самобалансирующемуся средству передвижения, и, в частности, оно относится к электрическому самобалансирующемуся средству передвижения, в котором датчиков положения сравнительно мало и у которого конструкция сравнительно простая.
Уровень техники
В гироскутерах, также называемых гиробордами и сегвеями, работа которых в основном основана на основных принципах, известных как «динамическая устойчивость», гироскоп и датчик ускорения, предусмотренные внутри таких средств передвижения, обнаруживают изменения положения средств передвижения, а применяемая система сервоуправления точно приводит в действие электродвигатель для осуществления соответствующего регулирования, чтобы сохранять равновесие системы.
Существующие гироскутеры обычно делятся на два типа - с рычагом управления и без рычага управления, при этом в снабженных рычагом управления гироскутерах конкретное оперативное управление движением вперед, назад и поворотом гироскутера осуществляется посредством рычага управления. А в не снабженных ручагом управления гироскутерах движением вперед и назад гироскутера управляют наклоном всего гироскутера, а поворот - надавливанием пользователя ногой на площадку для ног, и управление обеспечивается за счет разности соответствующих углов поворота между двумя площадками для ног. Кроме того, представителем не снабженных рычагом управления двухколесных гироскутеров в целом является раскрытый в патенте CN 201320300947 двухколесный самобалансирующийся гироскутер, при этом несущая рама в указанном гироскутере содержит симметрично расположенные левую несущую раму и правую несущую раму, при этом левая несущая рама установлена с возможностью поворота относительно правой несущей рамы; при этом каждая из левой и правой несущих рам снабжена датчиком положения (датчиком ускорения), выполненным с возможностью автоматического предоставления информации о ее положении и предназначенным для предоставления информации о положении левой/правой несущей рамы, и система управления на основании информации о положении левой/правой несущей рамы приводит соответственно левое/правое колесо во вращение.
Однако датчиков положения, необходимых для указанного гироскутера, сравнительно много, что также делает его конструкцию сравнительно сложной.
Сущность изобретения
Согласно настоящему изобретению для преодоления недостатков у аналогов, известных из предшествующего уровня техники, предлагается электрическое самобалансирующееся средство передвижения.
Электрическое самобалансирующееся средство передвижения представляет собой электрическое самобалансирующееся средство передвижения, содержащее:
несущую раму, при этом указанная несущая рама содержит симметрично расположенные и подвижные относительно друг друга первую несущую раму и вторую несущую раму;
первое колесо, соединенное с первой несущей рамой; второе колесо, соединенное со второй несущей рамой;
соединительное устройство, проходящее от указанной второй несущей рамы, при этом указанное соединительное устройство жестко соединено со второй несущей рамой и взаимодействует и нежестко соединено с первой несущей рамой;
датчики положения, установленные в первой несущей раме и предназначенные для предоставления информации о первом положении первой несущей рамы относительно поверхности и информации об изменении движения второй несущей рамы относительно первой несущей рамы;
управляющее устройство, предназначенное для управления первым колесом с целью обеспечения поворота или перемещения на основании полученной от датчиков положения информации о первом положении и для управления вторым колесом с целью обеспечения поворота или перемещения на основании информации о первом положении и информации об изменении движения.
Указанное соединительное устройство содержит поворотный элемент, при этом указанный поворотный элемент с возможностью поворота соединен с первой несущей рамой и указанная информация об изменении движения представляет собой угол поворота указанной второй несущей рамы относительно первой несущей рамы.
Указанные датчики положения содержат элемент для определения положения и элемент для предоставления информации об изменении движения.
Указанный элемент для определения положения содержит гироскоп и датчик ускорения.
Указанный элемент для предоставления информации об изменении движения содержит линейный датчик Холла, угловой кодер и ультразвуковой угломер.
Указанный поворотный элемент представляет собой втулку, при этом в указанной первой несущей раме установлен подшипник, взаимодействующий с указанной втулкой.
Указанное электрическое самобалансирующееся средство передвижения дополнительно содержит стопорное кольцо, надетое на один конец указанной втулки и одновременно упирающееся в указанный подшипник.
Направленный внутрь конец указанной первой несущей рамы содержит приемный элемент цилиндрической формы, при этом подшипник и втулка снаружи внутрь посредством стопорного кольца установлены в указанном приемном элементе.
Указанное электрическое самобалансирующееся средство передвижения дополнительно содержит ограничительный стержень, при этом указанный ограничительный стержень одним концом соединен со второй несущей рамой, а другим концом вставлен в первую несущую раму; в указанной первой несущей раме соответственно выполнен ограничительный паз, с которым ограничительный стержень входит в зацепление, и за счет свободной посадки ограничительного стержня в ограничительном пазу происходит ограничение угла поворота первой несущей рамы и второй несущей рамы относительно друг друга.
На указанных первой несущей раме и второй несущей раме предусмотрена соответственно первая область педали и вторая область педали; при нажатии на первую область педали датчики положения передают информацию о первом положении указанной первой несущей рамы; при нажатии на вторую область педали относительный поворот указанной второй несущей рамы относительно первой несущей рамы обеспечивает данные об угле поворота; и указанное управляющее устройство путем комбинирования угла поворота и информации о первом положении получает информацию о втором положении второй несущей рамы, после чего управляет вторым колесом с целью обеспечения поворота или перемещения.
Указанное электрическое самобалансирующееся средство передвижения дополнительно содержит источник питания и приводное устройство, при этом указанный источник питания предназначен для подачи электроэнергии на указанные приводное устройство, датчики положения и управляющее устройство; указанное управляющее устройство предназначено для управления указанными источником питания, приводным устройством и датчиками положения и для подачи на приводное устройство пускового сигнала на основании информации о первом положении, предоставленной датчиками положения, и угла поворота для приведения колес во вращение.
Указанные два колеса являются параллельными друг другу и соответственно установлены с двух противоположных сторон указанной несущей рамы.
Указанное электрическое самобалансирующееся средство передвижения дополнительно содержит верхнюю крышку и нижнюю крышку, при этом указанные верхняя крышка и нижняя крышка охватывают несущую раму.
В другом варианте осуществления электрическое самобалансирующееся средство передвижения содержит:
несущую раму, при этом указанная несущая рама содержит симметрично расположенные и подвижные относительно друг друга первую несущую раму и вторую несущую раму;
первое колесо, соединенное с первой несущей рамой; второе колесо, соединенное со второй несущей рамой;
соединительное устройство, соединенное с первой несущей рамой и второй несущей рамой, при этом указанное соединительное устройство одним концом жестко соединено с первой несущей рамой или второй несущей рамой;
датчики положения, установленные в первой несущей раме или второй несущей раме и предназначенные для предоставления соответствующей информации о положении первой несущей рамы или второй несущей рамы относительно поверхности и информации об изменении движения первой несущей рамы и второй несущей рамы относительно друг друга;
управляющее устройство, предназначенное для приведения первого колеса и второго колеса в движение с целью обеспечения поворота или перемещения на основании полученных от датчиков положения информации о положении и информации об изменении движения.
Указанное соединительное устройство проходит от указанной первой несущей рамы и входит во вторую несущую раму, при этом указанное соединительное устройство жестко соединено с первой несущей рамой; указанные датчики положения установлены в первой несущей раме.
В еще одном варианте осуществления электрическое самобалансирующееся средство передвижения содержит:
несущую раму, при этом указанная несущая рама содержит симметрично расположенные и подвижные относительно друг друга первую несущую раму и вторую несущую раму;
первое колесо, соединенное с первой несущей рамой; второе колесо, соединенное со второй несущей рамой;
соединительное устройство, проходящее от указанной второй несущей рамы, при этом указанное соединительное устройство жестко соединено со второй несущей рамой и взаимодействует и нежестко соединено с первой несущей рамой;
датчики положения, при этом указанные датчики положения содержат элемент для определения положения и элемент для предоставления информации об изменении движения, -при этом указанный элемент для определения положения установлен в первой несущей раме и предназначен для предоставления информации о первом положении первой несущей рамы относительно поверхности, а указанный элемент для предоставления информации об изменении движения установлен на соединительном устройстве и предназначен для предоставления информации об изменении движения второй несущей рамы относительно первой несущей рамы;
управляющее устройство, предназначенное для управления первым колесом с целью обеспечения поворота или перемещения на основании полученной от датчиков положения информации о первом положении и для управления вторым колесом с целью обеспечения поворота или перемещения на основании информации о первом положении и информации об изменении движения.
Благодаря применению рассмотренных выше технических решений настоящее изобретение обладает следующими преимуществами.
В электрическом самобалансирующемся средстве передвижения согласно настоящему изобретению требуется установить датчики положения лишь на одной стороне его несущей рамы и за счет оптимизации способа управления можно одновременно получать информацию о положении первой несущей рамы и второй несущей рамы; кроме того, ко второй несущей раме прикреплен поворотный элемент, при этом не требуется сложного поворотного элемента, и эффективно упрощаются электрическая цепь и конструкция электрического самобалансирующегося средства передвижения, а также снижается стоимость.
Описание прилагаемых графических материалов
На фиг. 1 представлено схематическое изображение электрического самобалансирующегося средства передвижения, представленного в одном варианте осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2 представлено схематическое изображение электрического самобалансирующегося средства передвижения, представленного в другом варианте осуществления настоящего изобретения.
Конкретный способ осуществления
Ниже настоящее изобретение описано более подробно на основании вариантов осуществления со ссылками на прилагаемые графические материалы для лучшего понимания целей, технических решений и преимуществ настоящего изобретения. Следует понимать, что описанные в этом документе конкретные варианты осуществления применяются лишь для объяснения настоящего изобретения и не предназначены для ограничения настоящего изобретения.
Как показано на фиг. 1 и фиг. 2, электрическое самобалансирующееся средство 100 передвижения, представленное согласно настоящему изобретению, содержит несущую раму 10, два колеса, соединительное устройство, управляющее устройство 50 для осуществления определенного управления двумя колесами, а также систему электропривода, в основном состоящую из источника питания (на фигурах не показан), приводного устройства и датчиков 40 положения. При этом указанное управляющее устройство 50 электрически соединено соответственно с источником питания, приводным устройством и датчиками 40 положения и на основании информации о несущей раме 10, полученной от датчиков 40 положения, осуществляет управление колесами 30 и, таким образом, обеспечивает движение вперед, назад или поворот указанного электрического самобалансирующегося средства 100 передвижения.
Указанная несущая рама 10 содержит первую несущую раму 11 и вторую несущую раму 12, симметрично расположенные и выполненные с возможностью поворота относительно друг друга, при этом следует понимать, что разделение на первую несущую раму 11 и вторую несущую раму 12 осуществляется только для удобства и простоты описания и не подразумевает того, что указанная несущая рама 10 должна состоять из двух специальных частей. Аналогично два колеса в этом варианте осуществления определены как первое колесо 31 и второе колесо 32 соответственно, при этом первое колесо 31 предназначено для прикрепления к первой несущей раме 11, а второе колесо 32 предназначено для прикрепления ко второй несущей раме 12. В этом варианте осуществления указанные два колеса являются параллельными друг другу и соответственно установлены с двух противоположных сторон указанной несущей рамы 10.
Следует понимать, что указанное соединительное устройство в указанном электрическом самобалансирующемся средстве 100 передвижения применяется и предназначено для соединения первой несущей рамы 11 и второй несущей рамы 12 в несущей раме 10. В частности, указанное соединительное устройство проходит от указанной второй несущей рамы 12 к первой несущей раме 11, при этом указанное соедини тельное устройство жестко соединено со второй несущей рамой 12 и взаимодействует и нежестко соединено с первой несущей рамой 11, чтобы обеспечивалось движение вперед, назад и поворот указанного электрического самобалансирующегося средства 100 передвижения.
В качестве предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения электрическое самобалансирующееся средство 100 передвижения согласно этому варианту осуществления дополнительно содержит верхнюю крышку (на фигурах не показана) и нижнюю крышку (на фигурах не показана); указанные верхняя крышка и нижняя крышка охватывают несущую раму 10, чтобы предотвращалось попадание внутрь указанной несущей рамы 10 пыли или жидкости и, следовательно, обеспечивалось нормальное использование указанного электрического самобалансирующегося средства передвижения.
В этом варианте осуществления указанное соединительное устройство содержит поворотный элемент, при этом указанный поворотный элемент с первой несущей рамой 11 соединен с возможностью поворота, а со второй несущей рамой 12 соединен жестко. Кроме того, указанный поворотный элемент представляет собой втулку 21, при этом в указанной первой несущей раме 11 установлен подшипник 22, взаимодействующий с указанной втулкой 21. Следует понимать, что втулка 21 представляет собой полый в осевом направлении элемент; таким образом, в процессе сборки указанного электрического самобалансирующегося средства 100 передвижения ось частей, предназначенных для соединения первой несущей рамы 11 со второй несущей рамой 12, может проходить непосредственно через полость указанной втулки 21; таким образом, с одной стороны, по оси обеспечивается защитная функция, а с другой стороны - также упрощается вся конструкция указанного электрического самобалансирующегося средства 100 передвижения. Поэтому поворотный элемент согласно этому варианту осуществления дополнительно содержит стопорное кольцо 23, при этом указанное стопорное кольцо 23, в частности, надето на один конец втулки 21, чтобы одновременно упираться в подшипник 22 и обеспечивать фиксацию подшипника 22. Соответственно, направленный внутрь конец указанной первой несущей рамы 11 содержит приемный элемент цилиндрической формы; подшипник 22 и втулка 21 снаружи внутрь посредством стопорного кольца 23 установлены в указанном приемном элементе.
Следует понимать, что во время использования электрического самобалансирующегося средства 100 передвижения согласно этому варианту осуществления первая несущая рама 11 в его несущей раме 10 может осуществлять поворот относительно второй несущей рамы 12. Следовательно, в этом варианте осуществления дополнительно предусмотрен ограничительный стержень 24, предназначенный для ограничения угла поворота первой несущей рамы 11 относительно второй несущей рамы 12. В частности, указанный ограничительный стержень 24 одним концом соединен со второй несущей рамой 12, а другим концом вставлен в первую несущую раму 11; при этом в указанной первой несущей раме 11 соответственно выполнен ограничительный паз, с которым ограничительный стержень 24 входит в зацепление (на фигурах не показан), и за счет свободной посадки ограничительного стержня 24 в ограничительном пазу происходит ограничение угла поворота первой несущей рамы 11 и второй несущей рамы 12 относительно друг друга.
Указанные датчики 40 положения, применяемые в указанном электрическом самобалансирующемся средстве 100 передвижения, установлены в первой несущей раме 11 и предназначены для предоставления информации о первом положении первой несущей рамы 11 относительно поверхности и информации об изменении движения второй несущей рамы 12 относительно первой несущей рамы 11. Следует понимать, что в этом варианте осуществления указанная информация об изменении движения, в частности, представляет собой угол поворота указанной второй несущей рамы 12 относительно первой несущей рамы 11.
При этом указанные датчики 40 положения, в частности, содержат элемент 41 для определения положения и элемент 42 для предоставления информации об изменении движения, при этом указанный элемент 41 для определения положения предназначен для предоставления информации о первом положении первой несущей рамы 11 относительно поверхности, а указанный элемент 42 для предоставления информации об изменении движения предназначен для предоставления информации об изменении движения второй несущей рамы 12 относительно первой несущей рамы 11, то есть для определения угла поворота второй несущей рамы 12 относительно первой несущей рамы 11. Следует понимать, что в зависимости от целей применения элемент 41 для определения положения и элемент 42 для предоставления информации об изменении движения, предусмотренные в датчиках 40 положения, можно выполнить как единое целое и установить на поворотном элементе; элемент 41 для определения положения и элемент 42 для предоставления информации об изменении движения также можно выполнить как отдельные элементы, при этом элемент 41 для определения положения устанавливается, в частности, на управляющем устройстве 50, расположенном в первой несущей раме 11, а элемент 42 для предоставления информации об изменении движения тогда устанавливается на поворотном элементе. Кроме того, указанный элемент 41 для определения положения может представлять собой гироскоп, датчик ускорения или комбинацию из гироскопа и датчика ускорения; разумеется, им также могут быть другие датчики, при этом в процессе его использования определяют первое положение первой несущей рамы 11 относительно поверхности; следует понимать, что первым положением первой несущей рамы 11 относительно поверхности, определяемым при фактическом применении указанного элемента 41 для определения положения, считается наклонное положение первой несущей рамы 11 относительно поверхности; указанный элемент 42 для предоставления информации об изменении движения содержит линейный датчик Холла, угловой кодер, ультразвуковой угломер или другие датчики и путем измерения посредством соответствующего датчика измеряет угол поворота второй несущей рамы 12 относительно первой несущей рамы 11.
Указанное управляющее устройство 50, применяемое в указанном электрическом самобалансирующемся средстве 100 передвижения, предназначено для управления первым колесом 31 с целью обеспечения поворота или перемещения на основании полученной от датчиков 40 положения информации о первом положении и для управления вторым колесом 32 с целью обеспечения поворота или перемещения на основании информации о первом положении и информации об изменении движения. В этом варианте осуществления указанное управляющее устройство 50 при управлении вторым колесом 32 может комбинировать информацию о первом положении первой несущей рамы 11, предоставленную элементом 41 для определения положения, предусмотренным в указанных датчиках 40 положения, с углом поворота второй несущей рамы 12 относительно первой несущей рамы 11 и на основании специальных расчетов получает информацию о втором положении второй несущей рамы 12, после чего осуществляет управление приведением в действие второго колеса 32.
Следует понимать, что для адаптации к манере использования пользователями электрического самобалансирующегося средства 100 передвижения в электрическом самобалансирующемся средстве 100 передвижения согласно этому варианту осуществления на первой несущей раме 11 и второй несущей раме 12 предусмотрена соответственно первая область педали (на фигурах не показана) и вторая область педали (на фигурах не показана); при нажатии на первую область педали датчики положения передают информацию о первом положении указанной первой несущей рамы 11; при нажатии на вторую область педали относительный поворот указанной второй несущей рамы 12 относительно первой несущей рамы 1 1 обеспечивает данные об угле поворота; и указанное управляющее устройство 50 путем комбинирования угла поворота и информации о первом положении получает информацию о втором положении второй несущей рамы 12, после чего управляет вторым колесом 32 с целью обеспечения поворота или перемещения.
Таким образом, в электрическом самобалансирующемся средстве передвижения согласно настоящему изобретению требуется установить датчики положения лишь на одной стороне его несущей рамы и за счет оптимизации способа управления можно одновременно получать информацию о положении первой несущей рамы и второй несущей рамы; кроме того, ко второй несущей раме прикреплен поворотный элемент, при этом не требуется сложного поворотного элемента, и эффективно упрощаются электрическая цепь и конструкция электрического самобалансирующегося средства передвижения, а также снижается стоимость.
Хотя настоящее изобретение было описано посредством представленных выше предпочтительных вариантов осуществления, это вовсе не означает, что настоящее изобретение ими ограничивается, и любой специалист в данной области техники, без отступления от идеи и объема настоящего изобретения, может предложить несколько изменений и усовершенствований, поэтому объем защиты настоящего изобретения соответствует объему защиты, определенному в формуле изобретения.
Реферат
Группа изобретений относится к области машиностроения, в частности к электрическим самобалансирующимся средствам передвижения. Электрическое самобалансирующееся средство передвижения содержит несущую раму, соединительное устройство, датчики положения, управляющее устройство. Несущая рама содержит симметрично расположенные и подвижные относительно друг друга первую и вторую несущие рамы. По первому варианту, соединительное устройство жестко соединено со второй несущей рамой и нежестко соединено с первой несущей рамой. Датчики положения установлены в первой несущей раме. Управляющее устройство управляет первым колесом. По второму варианту, соединительное устройство соединено с первой и второй несущими рамами. Датчики положения установлены в первой или второй несущей раме. Управляющее устройство предназначено для приведения колес в движение. По третьему варианту, соединительное устройство жестко соединено со второй несущей рамой и нежестко соединено с первой несущей рамой. Датчики положения содержат элементы для определения положения и для предоставления информации об изменении движения. Управляющее устройство управляет первым и вторым колесами. Достигается упрощение конструкции. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 2 ил.
