两轮自平衡车的制作方法

本发明涉及平衡车技术领域，尤其涉及一种两轮自平衡车。

背景技术：

现有的两轮自平衡车分为几种类型，“赛格威”生产的产品是其中一种类型。美国专利u.s.6,302,230公开了这样的产品。赛格威的产品或类似的产品具有以下缺点：体积大、重量重以及价格高，太重的产品对于客户或年轻人而言不容易搬运，对很多人而言价格太高则不会购买。此外，其转动是通过与使用者的胸部齐平的把手结构实现的。该把手结构体积大，导致使用者的手不能自由操作。因此使用者没有空闲的手来接电话，拿饮料或拿购物袋等等(或在紧急事故中保护自己)。另外，这种高的转向结构有可能会存在绊倒使用者的危险。

现有技术另一种类型的两轮自平衡车具有两个可移动的平台部分，每个平台部分分别连接车轮，使用者向左或向右倾斜时从一侧向另一侧倾斜。两个平台部分以连接或“依赖”的关系移动。这些装置通常需要多部件平行四边形结构来协调/联接两个平台部分和车轮的运动。这样的结构导致装置重量重、体积大、结构复杂，并且存在设备故障的潜在可能。

现有技术还有一种类型的两轮自平衡车，如美国专利u.s.8,738,278所公开的。该两轮自平衡车包括独立的可移动的脚放置区。装置可具有两个可移动平台部分，这两个可移动平台部分可相对于彼此旋转移动。每个部分可以具有自平衡特征，其允许使用者通过倾斜(旋转)其中一个平台部分来转动设备，包括在不同方向上旋转平台部分，使得车轮在不同方向上移动并有效地枢转设备。

现有技术还包括美国专利u.s.7,481,291公开的一种通过转移重心来控制移动的车。该专利公开了使用多个平台传感器来控制电机驱动车轮的装置，其具有两个或多个车轮。该专利未公开传统的自平衡或陀螺仪或位置传感器的使用。没有陀螺仪或位置传感器和某种程度的常规自平衡，该装置非常难以使用。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种两轮自平衡车。

为了达到上述目的，本发明提供一种两轮自平衡车，包括：

平台，具有相连接且可相对转动的第一部分和第二部分，

第一车轮，与第一部分连接，

第二车轮，与第二部分连接，

前后位置检测传感器，设于所述平台，

第一部分设有分别独立设置的第一压力传感器和第二压力传感器，

第二部分设有分别独立设置的第三压力传感器和第四压力传感器。

于本发明一实施例中，第一部分具有第一脚放置区，所述第一压力传感器和第二压力传感器设置于所述第一脚放置区的相对两侧；第二部分具有第二脚放置区，所述第三压力传感器和第四压力传感器设置于所述第二脚放置区的相对两侧。

于本发明一实施例中，还包括电子控制系统，该电子控制系统与第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、和前后位置检测传感器电连接。

于本发明一实施例中，还包括第一驱动电机和第二驱动电机，所述第一驱动电机通过第一轴与所述第一车轮连接，用于驱动第一车轮；所述第二驱动电机通过第二轴与所述第二车轮连接，用于驱动第二车轮。

本发明还提供一种两轮自平衡车，包括：

平台，具有相连接且可相对转动的第一部分和第二部分，

第一车轮，与第一部分连接，

第二车轮，与第二部分连接，

前后位置检测传感器，设于所述平台，

扭力传感器，设于所述第一部分和所述第二部分的连接处，用于检测第一部分和第二部分之间的扭力。

于本发明一实施例中，还包括电子控制系统，该电子控制系统与前后位置检测传感器和扭力传感器电连接。

于本发明一实施例中，还包括第一驱动电机和第二驱动电机，所述第一驱动电机通过第一轴与所述第一车轮连接，用于驱动第一车轮；所述第二驱动电机通过第二轴与所述第二车轮连接，用于驱动第二车轮。

本发明还提供一种两轮自平衡车，包括：

平台，具有相连接且可相对转动的第一部分和第二部分，

第一车轮，与第一部分连接，

第二车轮，与第二部分连接，

前后位置检测传感器，设于所述平台，

第一部分设有第一表面传感器，

第二部分设有第二表面传感器。

于本发明一实施例中，所述第一表面传感器具有相对设置的第一边缘传感器组件和第二边缘传感器组件；所述第二表面传感器具有相对设置的第三边缘传感器组件和第四边缘传感器组件。

本发明还提供一种两轮自平衡车，包括：

平台，具有相连接且可相对转动的第一部分和第二部分，

第一车轮，与第一部分连接，

第二车轮，与第二部分连接，

前后位置检测传感器，设于所述平台，

相对位置传感器，设于所述第一部分和第二部分的连接处，用于检测第一部分或第二部分相对于第二部分或第一部分的位置。

与现有技术相比，本技术方案的有益效果是：

本发明两轮平衡车重量轻、体积小，使用方便安全，并且可以有效控制成本。并且，使用该两轮平衡车可以解放双手，使得双手可以自由控制。

附图说明

图1是本发明两轮自平衡车的一实施例的立体图；

图2是本发明两轮自平衡车的一实施例的侧面视图；

图3是本发明两轮自平衡车的一实施例的背面立体图；

图4是本发明两轮自平衡车的另外两个实施例的示意图；

图5是本发明两轮自平衡车的一实施例的立体图和底部视图；

图6是本发明两轮自平衡车的一实施例的车内的组件框图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。

请参考图1-3所示，一种两轮自平衡车10，包括平台12、第一车轮21和第二车轮41。平台12优选具有第一部分20和第二部分40，该第一部分20与第一车轮21连接，该第二部分40与第二车轮41连接。第一部分20和第二部分40为车的右边和左边，使用时用以支撑右脚和左脚，反之亦然。在一实施例中，两轮自平衡车10可从任一方向安装。根据两轮自平衡车安装方向的不同，第一部分20和第二部分40可以各自是左边或右边。

请参考图2所示，两轮自平衡车10的中间向上升起，形成凸起部分，从而可以引导骑行者的脚向两轮自平衡车10的两侧放置。

两轮自平衡车10优选包括壳体30，该壳体30包括底壳31和顶壳32。底壳31和顶壳32用于容纳必备组件(电机、电池、电路板、传感器等)。壳体30具有第一脚放置区27和第二脚放置区47，该第一脚放置区27和第二脚放置区47对称分布在两轮自平衡车10中心的左右两侧。第一脚放置区27邻接第一挡板22和顶壳32的凸起部分，第二脚放置区47邻接第二挡板42和顶壳32的凸起部分。

第一脚放置区27设有第一压力传感器25a和第二压力传感器25b，该第一压力传感器25a和第二压力传感器25b分别设置在平台12的第一部分20的前后。第二脚放置区47设有第三压力传感器45a和第四压力传感器45b，该第三压力传感器45a和第四压力传感器45b分别设置在平台12的第二部分40的前后。第一压力传感器25a、第二压力传感器25b、第三压力传感器45a和第四压力传感器45b可分别检测每一边上方的骑行者的总重量，由于每个区域设置两个压力传感器，可检测骑行者在平台12上向前或向后的趋势。

第一压力传感器25a、第二压力传感器25b、第三压力传感器45a和第四压力传感器45b可以是电阻式压力传感器，当传感器上的压力改变时产生阻力。该种或其他类型的合适的压力传感器是本领域已知的。所述两轮自平衡车10还包括电子控制系统35，该电子控制系统35设置在电路板上。第一压力传感器25a、第二压力传感器25b、第三压力传感器45a和第四压力传感器45b均和该电子控制系统35连接。所述两轮自平衡车10还包括前后位置检测传感器36，该前后位置检测传感器36和电子控制系统35设置于同一块电路板上或设置于其他位置。该前后位置检测传感器36可为陀螺仪传感器。合适的前后位置检测传感器是本领域已知的。

参考图3所示，两轮自平衡车10还包括第一驱动电机51和第二驱动电机52。第一驱动电机51通过第一轴53和第一车轮21连接，第二驱动电机52通过第二轴54和第二车轮41连接。电池给电子控制系统、电机和传感器提供电力。电子控制系统35从前后位置检测传感器36接收前后(也就是倾斜)位置数据以及从第一压力传感器25a、第二压力传感器25b、第三压力传感器45a和第四压力传感器45b接收重量或压力数据。

图1-3还示出了设置在壳体30上的螺丝孔33，螺丝或其他紧固件可伸入该螺丝孔33从而将底壳31和顶壳32安装在一起。第一车轮21和第二车轮41各自设有边缘板或车轮盖23和43，用于保护第一车轮21和第二车轮41，避免受到干扰，且使得造型更加美观。

使用时，在一实施例中，两轮自平衡车10可通过开关60打开，并优选被编程为立即进入自平衡。然后使用者将他或她的一只脚放在第一脚放置区27，另一只脚放在第二脚放置区47。

在该实施例中，两轮自平衡车10被编程为按照以下方式进行操作。如果骑行者的重量大致均匀地分布在第一脚放置区27和第二脚放置区47(通过第一压力传感器25a、第二压力传感器25b、第三压力传感器45a和第四压力传感器45b检测)并且骑行者向前倾斜，那么第一车轮21和第二车轮41被向前驱动，直线前进。如果骑行者向后倾斜，则两轮自平衡车10向后驱动。该驱动方式与segway或美国专利u.s.8,738,278的车或其他已知的两轮前后自平衡车相同。

为了让该两轮自平衡车10转向，使用者需要转移其重心，使得更多的重量集中到两个脚放置区(也就是第一脚放置区27和第二脚放置区47)中的一个上。本实施例中，电子控制系统35被编程为如果其中一个脚放置区上的重量增加，则与该脚放置区关联的车轮被驱动得更快。例如，更多的重量放置到(或转移到)第一脚放置区27，则第一车轮21被驱动得比第二车轮41更快，从而致使两轮自平衡车10转向。该方式与高山滑雪相似，当滑雪者需要向左转向时，将其重心集中在左脚上，也就是将更多的重量集中到“下坡退”上。该例子中，骑行者减少了第二脚放置区47上的重量，第二车轮41相对第一车轮21减慢了速度。

本实施例中，速度可以按照一定增量增加或减少。增量可以是±1、±2、±3等等。例如，骑行者将更多的重量放置在第一压力传感器25a和第二压力传感器25b上，则电子控制系统35控制第一电机51和第一车轮21增加一个增量(例如1英里每小时)，而第二电机52和第二车轮减少一个增量。当第一压力传感器25a和第二压力传感器25b上的重量再增加时，第一车轮21增加两个增量，第二车轮41减少两个增量。

在某一点上，车轮的负增量可能大于向前的驱动量(由前后位置检测传感器36提供/影响)。这会导致较少重量的一边被驱动朝相反的方向行驶，导致两轮自平衡车10具有更多的枢转量。例如，如果骑行者向前倾斜(通过前后位置检测传感器36检测)，则两轮自平衡车10以1英里每小时的速度向前行驶，使用者由一边向另一边倾斜，向第一压力传感器25a、第二压力传感器25b、第三压力传感器45a和第四压力传感器45b施压，由此导致第一压力传感器25a、第二压力传感器25b和第一车轮21具有±2增量，然后第一车轮21以3英里每小时的速度行驶，相反地，第二车轮41以1英里每小时的速度行驶。

在另一实施例中，第一压力传感器25a、第二压力传感器25b、第三压力传感器45a、第四压力传感器45b和前后位置检测传感器36被配置为检测一对传感器中的每个传感器上的相对重量。第一压力传感器25a和第二压力传感器25b为一对传感器，第三压力传感器45a和第四压力传感器45b为一对传感器。例如每对传感器会产生一个重量比a:b。骑行者在第一脚放置区27和第二脚放置区47上向前或向后倾斜可确定该重量比a:b。如果骑行者向前倾斜，各对传感器分别检测相对重量，然后相应的车轮向前加速。类似地，如果骑行者向后倾斜，则相应的车轮向后加速。加速的量级基于成对传感器(25a和25b，或45a和45b)的重量差异的大小。使用时，一对传感器(例如右侧)的重量比a:b和另一对传感器(例如左侧)的重量比a:b进行比较，如果a:b(左)＞a:b(右)，或a:b(左)＜a:b(右)，则检测到扭转力，由此发生转动。如果a:b(左)＝a:b(右)，则没有扭转力，不会发生转动(骑行者在竖直方向保持平衡或向前倾斜或向后倾斜)。在不脱离本发明构思的情况下，也可采用其他方式获得扭转力。

例如，在相关的使用场景中，骑行者站在两轮自平衡车10上，其双脚在第二压力传感器25b和第四压力传感器45b的方向上，右脚放在第一脚放置区27，左脚放在第二脚放置区47。除了通过前后位置数据(前后位置检测传感器36检测)驱动第一车轮21和第二车轮41，在第二压力传感器25b上比在第一压力传感器25a上施加更多的重量，则导致第一驱动电机51增加第一车轮21向前运动的速度。如果在第三压力传感器45a和第二压力传感器45b上的重量大致相等，则第二车轮41的速度不会增加(超过前后平衡速度)，两轮自平衡车10将向左转向(如图1所示)。

如果骑行者的左脚向前摇晃，则相比第三压力传感器45a而言，更多重量施加到第四压力传感器45b上，然后第二车轮41会加速前进。类似地，如果左脚向后摇晃，则第二车轮41会朝相反的方向(朝后方)减速，其速度取决于骑行者前后倾斜的程度和两轮自平衡车10整体的前后位置关系。进一步地，在本实施例中，如果相比第二压力传感器25b而言，骑行者将更多的重量放在第一压力传感器25a上，摇晃或倾斜右脚跟，则第一车轮21朝相反的方向行驶。

因此，由于第一脚放置区27的前后位置分别设置了第一压力传感器25a和第二压力传感器25b，第二脚放置区47的前后位置分别设置了第三压力传感器45a和第四压力传感器45b，骑行者可以实现每个车轮的独立运动，而该两轮自平衡车10具有连续的平台12。

请参考美国专利u.s.8,738,278，该专利可实现每个车轮的独立控制，其是通过具有两个部分(类似于本文的第一部分20和第二部分40)的平台或者通过具有足够灵活性的平台结构实现的，这两个部分可以相对于彼此运动，例如，两个部分通过转轴连接。每个平台上的前后位置检测传感器使得骑行者可以独立控制每个车轮的速度和方向。只要骑行者相对于“零倾斜”或平衡位置前后倾斜即可控制车轮前进或后退。在本发明中，可以实现类似的功能，而不需要两个独立地可移动或可旋转地联接的平台部分。

请参考图4所示，示意了本发明两轮自平衡车10的另外两个实施例。

在这两个实施例中的一个中，不需要用到图1所示的第一压力传感器25a、第二压力传感器25b、第三压力传感器45a和第四压力传感器45b(设置于第一放置区27和第二脚放置区47并从第一脚放置区27和第二脚放置区47的表面向上延伸)，取而代之的是，在第一平台部分120和第二平台部分140连接处设置扭力传感器165。该扭力传感器165被配置为检测第一平台部分120和第二平台部分140彼此之间的“扭力”。扭转第一平台部分120或第二平台部分140使得其中一个部分相对另一个部分向前，则与该相对向前的部分连接的车轮朝前转动更快，而另一个车轮转动较慢，由此实现转向。对于在相反方向(以及任一车轮)的转动也是如此。

所述两轮自平衡车10还包括设置于壳体内的陀螺仪或位置传感器136和电子控制系统(如上文所述的电子控制系统35)。位置传感器用于确定平台相对于默认平衡位置的位置。测量位置和默认或稳态平衡位置之间的差的大小和方向可以用于驱动平台趋向自平衡。平台中的扭转取决于其方向，可以用于使驱动朝向平衡加速或减速(通过相应车轮的速度)并影响转向。

上文所述的两轮自平衡车10的驱动电机、电池和位置传感器同样适用于两轮自平衡车110，且操作方式基本相同。合适的电子控制系统是本领域已知的。

两轮自平衡车110的总体速度和方向基于由位置传感器136指示的位置，并且通过检测到由扭力传感器165检测到骑行者的一个脚相对于另一个脚向前倾斜的检测结果来实现转向。如图4所示，扭力传感器165为环状或带状，但不限于此，该扭力传感器165也可以是其他形状，例如包括向第一平台部分120和第二平台部分140延伸的纵向形状。所述扭力传感器165可以是应变仪传感器。扭力传感器165是本领域中已知的。

在图4所示的另一个实施例中，不设置集中在一处的扭力传感器165，取而代之的是，在第一脚放置区127和第二脚放置区147分别设置第一表面传感器125和第二表面传感器145。该第一表面传感器125具有第一边缘传感器组件125a和第二边缘传感器组件125b，类似于上文中的两轮自平衡车10的第一压力传感器25a和第二压力传感器25b。该第二表面传感器145具有第三边缘传感器组件145a和第四边缘传感器组件145b，类似于上文中的两轮自平衡车10的第三压力传感器45a和第四压力传感器45b。第一表面传感器125和第二表面传感器145与平台表面平齐，避免影响平台区域脚的放置或移动。

第一边缘传感器组件125a、第二边缘传感器组件125b、第三边缘传感器组件145a和第四边缘传感器组件145b可以分别检测第一平台部分120和第二平台部分140上向前或向后的倾斜。美国专利u.s.8,738,278通过引用的方式并入本发明中作为参考。如本文中所讨论或美国专利u.s.8,738,278所描述的，该方式布置的传感器可以独立控制第一车轮121和第二车轮141，该方式与美国专利u.s.8,738,278的控制相应车轮的方式相似。进一步地，通过比较第一表面传感器125和第二表面传感器145之间的重量差异，可以检测到倾斜量，并且可以用于改善转向(例如，通过加速转向，或者在某些情况下为了安全原因在转弯期间使车减速)。

在一实施例中，陀螺仪或位置传感器136可以给出用于平衡的绝对值，并监测从“平衡状态”的位移。使用者施加到第一边缘传感器组件125a、第二边缘传感器组件125b、第三边缘传感器组件145a和第四边缘传感器组件145b的力输入进车并控制车的速度和方向(和陀螺仪或位置传感器136合作)，其控制方式与专利u.s.8,738,278的控制方式相同或类似。

应当注意的是，位移传感器和其他任何能够检测第一脚放置区27、127和第二脚放置区47、147重量移动或变化的传感器都可应用于本发明。

电池55可为可充电锂离子电池或其他合适的电池。该类似的电池是本领域已知的。

电子控制系统包括处理器或可编程门阵列，或特定用途集成电路(asic)，或其它可以接收和处理控制信号的电子组件并响应于此而适当地驱动车轮电机。

两轮自平衡车10优选为了安全进行编程，包括(但不限于)如果电机驱动超速则关闭设备，如果电机不能正常工作，则发出警报声或警告以警告骑行者关闭或其他重要条件(车轮问题等)。

车轮21、41、121、141、215、235可具有轮毂电机或其他配置。轮毂电机是本领域已知的。

参考图5-6所示，分别是本发明具有独立的可移动平台的两轮自平衡车200的立体图和底部视图。车200包括设置于一个平台部分的前后位置传感器220(类似于上文所述的前后位置检测传感器36)和相对位置传感器275，相对位置传感器275检测其他平台部分相对于第一平台部分(设有前后位置传感器220的平台部分)的位置。这实现了两轮自平衡车，带有一个与一个平台部分相关联的前后位置传感器，而不是具有在每个平台部分中的独立的前后位置传感器。

车200具有第一平台部分210和第二平台部分230。第一平台部分210包括壳体，壳体由底壳单元211和顶壳单元212组成，第二平台部分230包括壳体，壳体由底壳单元213和顶壳单元232组成。顶壳单元212、232具有与其一体形成或固定其上的脚放置部分或区域213、233。脚放置部分设置为足够的尺寸以放置使用者的脚，可包括踏板或类似结构用于牵引和/或为了舒适。

壳体可由金属或坚固的塑料或其他合适的材料制成。顶壳单元或底壳单元可以是模制的并加入强化补强，并且成型为可以接收和“嵌套”车的内部部件(下面讨论)。底壳单元和顶壳单元互补地形成，使得在安装内部部件之后，顶壳单元装配到底壳单元上并且用螺钉或其它紧固件固定。图5示意了孔261，可将紧固件插入孔261中进行固定。

每个平台部分包括车轮215、235，每个车轮215、235具有轴216、236和电动轮毂总成或驱动电机217、237(如图6所示)。电动轮毂总成和驱动电机是本领域已知的。

参考图6所示，是本发明车200内的组件框图。图中虚线表示壳体的粗略轮廓。第一平台部分210包括前后位置传感器220，该前后位置传感器220可以是陀螺仪传感器，用于测量第一平台部分210的前后位置。前后位置传感器220优选安装在电路板221上，电路板221可连接到底壳单元211的内部。来自前后位置传感器220的感测的位置信息用于驱动相应的电机217和车轮215。电子控制系统250将位置信息转换为电机驱动信号，该电子控制系统250优先设于底壳单元211内。电子控制系统250电连接前后位置传感器220、电机217、237和相对位置传感器275，并驱动电机217、237(电缆通过轴270连接)。相对位置传感器275测量和第一平台部分210相对的其他平台(此处指的是第二平台部分230)的位置。

因此，第一平台部分210的位置从前后位置传感器220获知，并且第二平台部分230的位置从其相对于第一平台部分210的相对位置获知(相对位置传感器275)，则两个平台部分的位置均是已知的，并且两个平台部分可以基于它们各自的倾斜(大小和方向)和车的整体倾斜来独立地控制它们各自的车轮的驱动。

由于第一平台部分210或第二平台部分230可以相对于彼此旋转或枢转，例如，第一平台部分210可以向前倾斜，而第二平台部分230向后倾斜。这将导致车轮在相反的方向上被驱动，导致使用者非常像花样滑冰运动员那样旋入到位或“以脚尖旋转”。或者，第一平台部分210或第二平台部分230可以沿相同方向倾斜，但是其中一个平台部分比另一个平台部分更倾斜。这将使得与更陡峭地倾斜的平台部分相关联的车轮更快地驱动，从而使车辆转向。旋转的程度可以由使用者基于平台部分的相对倾斜容易地调整。

这种腿部运动控制转动是一种非常符合人体工程学和自然的运动，类似于滑雪和其他滑行/滑动活动。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。