[發明專利]一種水上自平衡車裝置

在審

• 申請號: 201710037740.6
• 申請日: 2017-01-18
• 公開（公告）號: CN106882341A
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發明（設計）人: 張海濤;劉彬;陳都鑫;趙杰;周維;朱桃;胡博;吳瑋
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B63B35/73
• 分類號: B63B35/73;B63H5/08;B63H5/125;B63H25/14
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 張建偉

本發明公開了一種水上自平衡車，包括方向桿、踏板、控制盒、電池、舵機、驅動電機和螺旋槳；方向桿安置在踏板上，用于控制方向；踏板是整個平衡車的骨架，固定整輛車的結構、承載物體并檢測是否有重物在上面；控制盒用于檢測水上平衡車的姿態，并控制舵機和驅動電機；電池給整個水上平衡車提供電能；舵機固定在所述踏板上；驅動電機固定在所述舵機的轉軸上，驅動電機的軸向與踏板表面法向量的夾角隨著分別隨其對應的舵機的輸出角而變化；螺旋槳固定在驅動電機的轉軸上，正向旋轉可提供推力，推力的方向與驅動電機的軸向方向一致，舵機輸出角度的不斷調整和驅動電機轉速的調整可以實現水上自平衡車的直立、前進、后退、轉彎功能。

技術領域

本發明屬于自平衡車技術領域，更具體地，涉及一種水上自平衡車。

背景技術

隨著人們生活水平的提高，人們對交通工具的追求也從簡單的性能到新穎和創意。這幾年自平衡車的迅猛發展便說明了這一點。自平衡車是一種控制理論與實際應用結合的產物，給人對交通工具一種新的認識。自平衡車也不僅僅是一種交通工具，還是一種高檔的玩具，它可以按照你身體的姿勢來前進、后退。而目前來說自平衡車應用在陸地上，但很多時候水面上也是我們交通、娛樂的場所。這便需要將陸地上的自平衡車轉移到水面上了。而目前還沒有出現過水面上的自平衡車，陸上的自平衡車也不能直接應用到水面上，因為在陸面上平衡車是一個二維的控制，而水面上是一個三維的控制，多了一個維度，控制也會變得相對復雜。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種水上自平衡車，旨在填補水上自平衡車缺少的問題。

本發明提供了一種水上自平衡車，包括方向桿、踏板、控制盒、電池、舵機、驅動電機和螺旋槳；其中：

所述方向桿的一端通過軸承與踏板連接，方向桿轉動具有摩擦力小和自動回零的特性；在軸承與踏板連接處裝有霍爾傳感器，霍爾傳感器輸出和控制盒相連，用于檢測方向桿的擺角并輸出擺角信息到控制盒；方向桿另一端為手持部，用于左右擺動調節方向；

所述踏板是平衡車的骨架，用輕而堅固的材料制成，用于承載人員和安裝包括控制盒、方向桿、舵機、驅動電機、電池在內的部件，踏板設有重力傳感器，用于檢測踏板上物體的重量；重力傳感器接控制盒里面的控制模塊，用于傳送重量數據；

所述電池安裝在踏板的底部或側部，用于給本平衡車提供電能，該電池為可充式并設有充電接口；

所述舵機包括左舵機和右舵機，對稱于方向桿，固定在所述踏板底面；左右舵機的轉軸可分別實現一定角度的旋轉，左右驅動電機分別固定在左右舵機的轉軸上，可隨舵機轉軸的轉動的轉動，從而改變驅動電機軸向方向與踏板表面法向量的夾角；從而改變電機推力方向；

所述驅動電機包括左驅動電機和右驅動電機，所述螺旋槳包括左螺旋槳和右螺旋槳，分別固定在左、右驅動電機的轉軸上；左右驅動電機及左右螺旋槳分別構成左、右兩套推力系統，對稱于方向桿固定在所述踏板底面；驅動電機的軸向與踏板表面法向量的夾角分別隨其對應的舵機的輸出角而變化，所述踏板表面法向量為平衡車平置在水面上時，垂直于踏板表面向上的方向；

所述控制盒包括控制模塊、傳感器模塊和電機驅動模塊；所述控制盒安裝在踏板的下方，固定在踏板的表面；所述傳感器模塊包括三維加速度傳感器和三維陀螺儀傳感器；所述三維加速度傳感器用于檢測平衡車速度，三維陀螺儀傳感器用于檢測平衡車的姿態，包括傾角、加速度和偏航角；所述傳感器模塊所采集到的數據均傳輸到控制模塊，控制模塊接收到三維陀螺儀傳感器數據和加速度傳感器數據，先經過濾波算法得到姿態信息，再通過控制算法計算出當前的控制量，包括電機的轉速轉向和舵機的轉角，將控制量傳輸到電機驅動模塊上；所述電機驅動模塊設在控制盒內，用于根據獲得的控制量控制驅動電機的轉速和舵機的轉角，從而保持整個平衡車的運動和平衡；