人机互动体感车的制作方法

本发明涉及一种体感车技术领域，具体涉及一种人机互动体感车。

背景技术：

体感车、思维车，其运作原理主要是建立在一种被称为“动态稳定”的基本原理上，利用车体内部的陀螺仪和加速度传感器，来检测车体姿态的变化，并利用伺服控制系统，精确地控制装置进行相应的调整，以保持系统的平衡。

现有的体感车一般分为有操作杆和无操作杆这两类，其中带操作杆的体感车，其车体的前进、后退及转向均由操作杆来进行具体操作控制，这类带操作杆的电动平衡车的可玩性差。

而不带操作杆的体感车，其前进、后退是由整个车体的倾斜来控制，转向则由使用者脚踏在脚踏平台上，并通过两个脚踏平台之间相对旋转角度差来进行控制实现，该类体感车的可玩性强，但是平衡性差安全性能低。

技术实现要素：

本发明为了克服现有技术而提出的一种人机互动体感车。

为了实现上述目的，本发明所提供一种人机互动体感车，包括支撑骨架、与所述支撑骨架连接的车轮、安装在支撑骨架上且用于控制所述车轮转向的转向杆、安装在所述支撑骨架上的脚踏装置、位于所述脚踏装置与所述支撑骨架之间且用于通过感测所述脚踏装置与所述支撑骨架的相对角度信息获取在所述脚踏装置上的使用者的重心位置信息的体感传感器、驱动所述车轮转动的驱动装置以及根据所述重心位置信息控制所述驱动装置输出力的控制装置。

进一步地，所述体感传感器的数量为一个，所述脚踏装置的数量至少为一个，所述体感传感器位于所述支撑骨架及一个所述脚踏装置之间，用于感测使用者的重心位置信息，所述控制装置根据所述体感传感器感应到的使用者的重心位置信息控制所述驱动装置的输出力。

进一步地，所述体感传感器为角度传感器，与所述体感传感器对应的脚踏装置与所述支撑骨架转动连接，所述体感传感器通过采集对应的脚踏装置与所述支撑骨架的相对角度信息，获取使用者的重心位置信息。

进一步地，所述控制装置根据所述脚踏装置相对所述支撑骨架的角度信息控制所述驱动装置的输出力。

进一步地，所述体感传感器的数量为两个，所述脚踏装置的数量为两个，所述支撑骨架每个脚踏装置之间设有一个所述体感传感器，两个所述体感传感器感应使用者的重心位置信息，所述控制装置根据两个所述体感传感器感应到的使用者的重心位置信息控制所述驱动装置的输出力。

进一步地，每个体感传感器均为角度传感器，两个所述脚踏装置与所述支撑骨架转动连接，所述两个体感传感器通过采集对应的脚踏装置相对所述支撑骨架的角度信息，获取使用者的重心位置信息。

进一步地，所述控制装置根据两个脚踏装置相对所述支撑骨架的角度信息之和控制所述驱动装置的输出力。

进一步地，所述车轮的数量为两个，且两个车轮横向设置在所述支撑骨架的前后两端。

进一步地，所述支撑骨架的前端设置有照明灯。

进一步地，所述支撑骨架的后端设置有承载架。

由于上述技术方案的运用，本发明具备以下优点：

本发明的机互动体感车在使用时，通过转向杆控制转向，通过踩踏脚踏装置使体感传感器获取在脚踏装置上的使用者的重心位置信息，控制装置通过计算体感传感器获取的重心位置信息判断出人体是向前倾斜、后仰还是直立并在人体前倾是计算出人体前倾幅度值以及在后仰时计算出人体后仰幅度值，在控制装置计算出人体的重心向前倾斜时，控制装置控制驱动装置输出正向驱动力，控制装置在计算出人体的重心向后倾斜时，控制装置控制驱动装置输出反向驱动力，控制装置在计算出人体的重心没有倾斜时，驱动装置不在输出驱动力，同时重心倾斜的幅度越大，控制装置控制驱动装置输出的驱动力就越大；驱动装置提供的正向驱动力作用在车体上可以使得车体具有向前放运动的加速度使车体具有向前运动的趋势，这样在车体向前运动时可以让车体加速前进，在车体向后运动时可以让车体后退速度降低直至后退速度为零也就是刹车，如果此时驱动装置继续输出正向驱动力，车体开始向前运动。在车体向前运动时，驱动装置为车体提供正向驱动力通过人的重心向前倾斜移实现，在车体加速过程中，人会有一个向后运动的趋势，而人的重心的需要先向前倾斜，这样就不会出现由于加速过大，人从车上跌落的问题；驱动装置提供的反向驱动力作用在车体上可以使得车体具有向后运动的加速度使车体具有向前运动的趋势，这样在车体向后运动时可以让车体加速后退，在车体向前运动时可以让车体前进速度降低直到前进速度为零然，如果此时驱动装置继续输出正向驱动力，车体开始向后运动。在车体向后运动时，驱动装置为车体提供向后驱动力通过人的重心向后倾斜实现，在车体加速过程中，人会有一个向前运动的趋势，而人的重心的需要先向后倾斜，这样就不会出现由于加速过大，人从车上跌落的问题，从而使得本发明的人机互动体感车安全性能高且具有较强的可玩性。

附图说明

图1所示为本发明所提供的人机互动体感车的结构示意图。

图2为图1的一个实施例的局部剖视示意图。

图3为图1的一个实施例的局部剖视示意图。

图4为图1的一个实施例的局部剖视示意图。

图5为图1的一个实施例的局部剖视示意图。

图6为图1的一个实施例的局部剖视示意图。

图7为图1的一个实施例的局部剖视示意图。

图8为图1的一个实施例的局部剖视示意图。

图9为图1的一个实施例的局部剖视示意图。

图10为本发明前进时的示意图。

图11为本发明后退时的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1-11，本发明所提供的一种人机互动体感车，包括支撑骨架1、与所述支撑骨架1连接的车轮2、安装在支撑骨架1上且用于控制所述车轮2转向的转向杆3、安装在所述支撑骨架1上的脚踏装置4、位于所述脚踏装置4与所述支撑骨架1之间且用于感测在所述脚踏装置4上的使用者的重心位置信息的体感传感器5、驱动所述车轮2转动的驱动装置100以及根据所述重心位置信息控制所述驱动装置100输出力的控制装置6。

本发明的人机互动体感车在使用时，通过转向杆3控制转向，骑行过程中，用户踩踏脚踏装置4，通过体感传感器5感应在脚踏装置4上的使用者的重心位置信息，控制装置6通过计算体感传感器5获取的重心位置信息判断出人体是向前倾斜、后仰还是直立并在人体前倾是计算出人体前倾幅度值以及在后仰时计算出人体后仰幅度值，在控制装置6计算出人体的重心向前倾斜时，控制装置6控制驱动装置100输出正向驱动力，控制装置6在计算出人体的重心向后倾斜时，控制装置6控制驱动装置100输出反向驱动力，控制装置6在计算出人体的重心没有倾斜时，驱动装置100不在输出驱动力，同时重心倾斜的幅度越大，控制装置6控制驱动装置100输出的驱动力就越大。

驱动装置100提供的正向驱动力作用在车体上可以使得车体具有向前放运动的加速度使车体具有向前运动的趋势，这样在车体向前运动时可以让车体加速前进，在车体向后运动时可以让车体后退速度降低直至后退速度为零然，如果此时驱动装置100继续输出正向驱动力，车体开始向前运动。在车体向前运动时，驱动装置100为车体提供正向驱动力通过人的重心向前倾斜实现，在车体加速过程中，人会有一个向后运动的趋势，而人的重心的需要先向前倾斜，这样就不会出现由于加速过大，人从车上跌落的问题。

驱动装置100提供的反向驱动力作用在车体上可以使得车体具有向后运动的加速度使车体具有向前运动的趋势，这样在车体向后运动时可以让车体加速后退，在车体向前运动时可以让车体前进速度降低直到前进速度为零然，如果此时驱动装置100继续输出正向驱动力，车体开始向后运动。在车体向后运动时，驱动装置100为车体提供向后驱动力通过人的重心向后倾斜实现，在车体加速过程中，人会有一个向前运动的趋势，而人的重心的需要先向后倾斜，这样就不会出现由于加速过大，人从车上跌落的问题。

为了方便对本发明进行更好的描述，首先需要说明，在本发明中，支撑骨架1的前后方向指的是车体的运行方向(转弯时为车体运动轨迹的切线方法)，本发明的脚踏装置4的数量可以设置成一个也可以设置成两个，每个脚踏装置4均对应一个脚踏位置，可以根据实际需要设置，例如，体感传感器5为一个的情况，脚踏装置4可以为一个也可以为两个，在该情况，体感传感器5只会放在其中一个脚踏装置4与支撑骨架1之间；当体感传感器5为两个时，脚踏装置4的数量对应为两个，在该情况，两个体感传感器5分别放置在两个脚踏装置4与支撑骨架1之间。

本发明的人机互动体感车的任意一实施方式中的支撑骨架1的后端安装承载架7，承载架7的后端可以设置坐垫8以供载人以及设置盛物箱9以供人们使用，当然，支撑骨架1的后端也可以不安装承载架7，盛物箱9与坐垫8也可以两者选其一或者承载架7上任何物体都不放置，人们能可以自由组装。

本发明的人机互动体感车的支撑骨架1的前端安装照明灯10，以方便照明使用，也可以提高观赏性，当然支撑骨架1的前端也可以不安装照明灯10。

本发明的人机互动体感车的两个车轮2分别横向安装在支撑骨架1的前后两端，驱动装置100例如为轮毂电机安装在位于后端的车轮2内用于驱动位移后端的车轮2运动，转向杆3控制前端的车轮2转向的原理类于自行车、电动车以及三轮车的车把控制车轮转向，其原理在此不再赘述。当然，驱动装置100数量可以为两个，分别安装在位于两个车轮2内，用于驱动两个车轮2转动。在本发明的图示中，脚踏装置4的数量均为两个，并且前后分布，当然，在其他实施例中，脚踏装置4也可以左右并排排布。

本发明的人机互动体感车的支撑骨架1上设有安装收容体感传感器5的收容槽11，以方便将体感传感器5设在支撑骨架1与脚踏装置4之间。

本发明的人机互动体感车的支撑骨架1上设有收容腔12，收容腔12内安装电路板及电池，电路板上例如设置控制装置6与加速传感器等构成人机互动体感车的必要电子元件，各个电子元件的功能在此不再赘述。优选地，收容腔12上可以放置盖板13，以盖合收容腔12，防止进水进灰尘。

本发明的脚踏装置4例如可以包括脚踏底板及套在脚踏底板上的保护皮套，脚踏底板可以安装在支撑骨架1上，体感传感器5位于脚踏底板与支撑骨架1之间，保护皮套可以提高踩踏的舒适度同时可以防止打滑。

需要进一步说明的是，本发明的人机互动体感车具体实施方式可以分为两大类。第一大类实施方式可以概括为通过一个体感传感器5感应在脚踏装置4上的使用者的重心位置信息，第二大类实施方式是通过两个体感传感器5感应在脚踏装置4上的使用者的重心位置信息。

第一大类实施方式的内容为，所述体感传感器的数量为一个，所述脚踏装置4的数量为两个，所述体感传感器5位于所述支撑骨架1及一个所述脚踏装置4之间，并用于获取在脚踏装置4上的使用者的重心位置信息，所述控制装置6根据体感传感器5感应到的重心位置信息控制所述驱动装置100输出力。

具体地，例如图2所示，所述体感传感器5为压力传感器，所述体感传感器5包括在所述人机互动体感车的前进方向上前后分布的两个感应元件区域501，两个感应元件区域501优选分布在脚踏装置4的前端部与后端部，所述体感传感器5通过两个感应元件区域501感应对应的脚踏装置4的前部压力与后部压力获取使用者的重心位置信息。所述控制装置6根据述两个感应元件区域501感应到的所述脚踏装置4的前部压力与后部压力的差值控制所述驱动装置100的输出力。具体原理为，控制装置6接收两个感应元件区域501感应到的压力值，计算两个感应元件区域501感应到的压力差值，并在压力差值为正值的情况下控制驱动装置100输出正向驱动力驱动车体前进，在压力差值为负值的情况控制驱动装置100输出反向驱动力驱动车体前进，并且压力差值越大，驱动装置100输出的驱动力越大。具体地，当人体向前倾斜，位于脚踏装置4的前部的感应元件区域501感应到的压力大于位于脚踏装置4的后部的感应元件区域501感应到的压力，对于整个压力传感器而言，压力传感器输出的是一个正值的压力信号，此时控制装置6接收到的是一个为正值的压力信号，控制装置6控制驱动装置100输出正向驱动力驱动车体前进，当人体向后倾斜，这样位于脚踏装置4的前部的感应元件区域501感应到的压力小于位于脚踏装置4的后部的感应元件区域501感应到的压力，此时控制装置6接收到的是一个为负值的压力信号，控制装置6控制驱动装置100输出反向驱动力驱动车体后退。

例如图3所示，所述体感传感器5为角度传感器，与所述体感传感器5对应的脚踏装置4与所述支撑骨架1转动连接，所述体感传感器5通过采集对应的脚踏装置4与所述支撑骨架1的相对角度信息，获取使用者的重心位置信息。所述控制装置6根据所述脚踏装置4相对所述支撑骨架1的角度信息控制所述驱动装置100的输出力。角度传感器采集脚踏装置4向前翻转的角度信号为正向角度信号，向后翻转的转角度信号为反向角度信号。当人体向前倾斜，脚踏装置4的前部压力大于后部压力，脚踏装置4向前翻转，角度传感器会获取一个正向的角度信号，该翻转角度信号与使用者的重心位置信息是对应的，此时控制装置6接收到正向的角度信号，控制装置6控制驱动装置100输出正向驱动力驱动车体前进，当然正向的角度信号越大，输出的驱动力越大；当然，控制装置6控制驱动装置100输出反向驱动力驱动车体后退以及输出的驱动力大小的原理与上述类似，在此不再赘述。

在该实施例中，支撑骨架1的收容槽11内设有枢轴15，脚踏装置4的脚踏底板与枢轴15转动连接，从而使得脚踏装置4与支撑骨架1转动连接。

例如图4所示，所述体感传感器5包括两个位移传感模块，与所述体感传感器5对应的脚踏装置4与所述支撑骨架1之间还设有两个弹性元件16，所述两个弹性元件16在所述人机互动体感车的前进方向上前后分布，两个弹性元件16优选分布在脚踏装置4的前端部与后端部，这样采集到的变换值会更精确，所述体感传感器5通过采集所述两个弹性元件16的形变量，获取使用者的重心位置信息。所述控制装置6根据两个所述弹性元件16的弹性形变量的差值控制所述驱动装置100的输出力。需要说明的是，位移传感模块采集到的弹性元件16的向下变形量记为正值，向上被拉升的弹性变形两记为负值。可以理解的是，人体正常踩在脚踏装置4上，两个弹性元件16的形变量相同，当人体向前倾斜，脚踏装置4的前部压力大于后部压力，脚踏装置4前部的弹性元件16向下收缩，而位于脚踏装置4的后部的弹性元件16向下收缩或者被向上拉长，且由于受力差的原因，位于脚踏装置4的后部的弹性元件16即使向下形变其形变量小于位于前部的弹性元件16的弹性形变量，此时控制装置6根据两个位移传感模块采集到弹性元件16的弹性形变量，计算出的前部弹性元件16与后部弹性元件16的弹性形变量差值为正值，控制装置6控制驱动装置100输出正向驱动力驱动车体前进，当然弹性形变量差值越大，驱动装置100输出的驱动力越大。可以理解是，控制装置6控制驱动装置100输出反向驱动力驱动车体后退以及输出驱动力大小的原理与上述原理类似，在此不再赘述。

在该实施例中，弹性元件16为弹簧，体感传感器5设置在弹簧的内部，用于采集脚踏装置4底面正对体感传感器5的那个点相对位移，该点位于可以反应弹性元件16的伸缩量。

另外，如图8所示，在其他实施例中，所述体感传感器5为一伸入到对应的脚踏装置4的类鼠标球结构，该类鼠标球结构包括类鼠标球及采集类鼠标球的滚动位移的滚动位移传感器，类鼠标球可自由滚动，滚动位移传感器可采集到类鼠标球与对应的脚踏装置4的相对滚动位移，所述体感传感器5通过采集与对应的脚踏装置4的相对滚动位移，获取使用者的重心位置信息，所述控制装置6根据所述体感传感器5与对应的脚踏装置4的相对滚动位移控制所述驱动装置100的输出力。具体地，当人体前倾，脚踏装置4上的类鼠标球受到向前的作用力，类鼠标球顺时针转动，体感传感器5采集到类鼠标球与对应的脚踏装置4的相对滚动位移并且为正向位移，此时控制装置6接收到的相对滚动位移信号为正向位移信号，控制装置6控制驱动装置100输出正向驱动力驱动车体前进，当然接收到的弹性形变量为正向位移信号越大驱动力越大。可以理解是，控制装置6控制驱动装置100输出反向驱动力驱动车体后退以及输出驱动力大小的原理与上述原理类似，在此不再赘述。

第二大类实施方式的内容为，所述体感传感器的数量为两个，所述脚踏装置4的数量为两个，所述支撑骨架1与每个脚踏装置4之间设有一个所述体感传感器5，两个体感传感5用于获取在脚踏装置4上的使用者的重心位置信息，所述控制装置6根据两个所述体感传感器5感应到的使用者的重心位置信息控制所述驱动装置100的输出力。

具体地，如图5所示，在该实施例中，两个所述脚踏装置4在所述人机互动体感车的前进方向前后分布。每个体感传感器5均为压力传感器，两个体感传感器5通过感应对应的脚踏装置4上的压力值，获取使用者的重心位置信息。所述控制装置6根据两个所述脚踏装置4的压力值控制所述驱动装置100的输出力。该实施例的工作原理与上述实施例中的体感传感器5为压力传感器的工作原理基本相同，不同之处在于只是需要计算两个体感传感器5感应到压力的差值，在此不再赘述。

当然，其他实施例中(图未示出该实施例)，两个脚踏装置4也可以在与所述人机互动体感车的前进方向垂直的方向上间隔地分布，在该实施例中，每个体感传感器5均为压力传感器，并且每个压力传感器均包括前后分布的两个感应元件区域501，优选地，每个体感传感器5的两个感应元件区域5分别位于对应的脚踏装置4的前端部与后端部，两个体感传感器5通过对应的感应元件区域501感应对应的脚踏装置4上的前部压力与后部压力，获取使用者的重心位置信息。该实施例的工作原理与上述体感传感器5为压力传感器的工作原理基本相同，不同之处仅在于，控制装置6首先计算每个体感传感器5的前后两个感应元件区域501感应到的压力的差值，然后计算两个差值的差值。当然该实施例中的压力传感器的结构也适用于前后分布的两个脚踏装置中，其控制原理也与该实施例相同。

图6所示，所述体感传感器5为角度传感器，两个所述脚踏装置4与所述支撑骨架1转动连接，两个体感传感器5通过采集对应的脚踏装置4相对所述支撑骨架1的角度信息，获取使用者的重心位置信息。所述控制装置6根据两个脚踏装置4相对所述支撑骨架1的角度信息控制所述驱动装置100的输出力。该实施例的工作原理与上述体感传感器5为角度传感器的工作原理基本相同，不同之处仅在于控制装置6需要先计算两个角度传感器感应到的角度信息之和，在计算出角度信息之和后在进行控制。在本实施例中，两个所述脚踏装置4在所述人机互动体感车的前进方向前后分布，在其他实施例中，两个所述脚踏装置4在与所述人机互动体感车的前进方向的垂直方向上间隔地分布。当然，在该实施例中，两个脚踏装置4需要通过两个枢轴15与支撑骨架1转动连接。

如图7所示，在该实施例中，每个体感传感器5均为位移传感器，每个脚踏装置4与所述支撑骨架1之间还设有弹性元件16，并且两个所述脚踏装置4在所述人机互动体感车的前进方向前后分布，优选地，体感传感器5分布在两个脚踏装置4的中部，两个体感传感器5通过采集对应的弹性元件16的形变量，获取使用者的重心位置信息。所述控制装置6根据两个所述弹性元件16的弹性形变量的差值控制所述驱动装置100的输出力。该实施例的工作原理与上述体感传感器5为位移传感器的工作原理基本不同，其不同之处是，控制装置6计算的是两个脚踏装置4下方的弹性元件16的弹性形变量差值。

在其他实施例中(图未示出)，每个体感传感器5包括两个位移传感模块，每个脚踏装置4与所述支撑骨架1之间还设有前后分布的两个弹性元件16，两个位移传感模块优选分布在对应脚踏装置4的前端部与后端部，两个体感传感器5通过采集对应弹性元件16的形变量，获取使用者的重心位置信息。该实施例的控制原理与上述体感传感器5为位移传感器的控制原理基本相同，其不同之处在于，控制装置6需要先计算每个脚踏装置4下面的两个弹性元件16的弹性形变量差值，然后计算两个脚踏装置4对应的弹性形变差值的和值，控制装置6根据两个弹性形变差值的差值控制驱动装置100的输出力。

另外，如图9所示，在其他实施例中，每个体感传感器5为一伸入到对应的脚踏装置4的类鼠标球结构，该类鼠标球结构可自由滚动并可采集到类鼠标球与对应的脚踏装置4的相对滚动位移，两个所述体感传感器5通过采集与对应的脚踏装置4的相对滚动位移，获取使用者的重心位置信息，所述控制装置6根据所述体感传感器5与对应的脚踏装置4的相对滚动位移控制所述驱动装置100的输出力。该实施例的控制原理与上述体感传感器5为类球类鼠标结构的实施例的控制原理基本相同，其不同之处在于控制装置6需要将两个脚踏装置4对应的滚动位移信息求和，在该实施两个所述脚踏装置4在与所述人机互动体感车的前进方向垂直的方向上间隔地分布，在其他实施力中，两个脚踏装置4也可以前后分布。

综上所述，本发明的机互动体感车在使用时，通过转向杆3控制转向，通过踩踏脚踏装置4使体感传感器5获取在脚踏装置4上的使用者的重心位置信息，控制装置6通过计算体感传感器5获取的重心位置信息判断出人体是向前倾斜、后仰还是直立并在人体前倾是计算出人体前倾幅度值以及在后仰时计算出人体后仰幅度值，在控制装置6计算出人体的重心向前倾斜时，控制装置6控制驱动装置100输出正向驱动力，控制装置6在计算出人体的重心向后倾斜时，控制装置6控制驱动装置100输出反向驱动力，控制装置6在计算出人体的重心没有倾斜时，驱动装置100不在输出驱动力，同时重心倾斜的幅度越大，控制装置6控制驱动装置100输出的驱动力就越大，因此，控制装置6可以根据体感传感器5采集到人体重心位置信息控制车体前进、后退、刹车及向前加速与减速，向后加速与减速，从而使得本发明的人机互动体感车安全性能高且具有较强的可玩性。

虽然本发明已由较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟知此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所要求保护的范围为准。