一種前瞻自適應調整的兩輪自平衡車的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種前瞻自適應調整的兩輪自平衡車。
【背景技術】
[0002]基于攝像頭的兩輪自主循跡平衡車采用自主循跡智能車技術與兩輪自平衡車技術結合的方式，將自主循跡智能車的攝像頭采集道路方案應用于兩輪自平衡車，實現兩輪自平衡車的自主循跡。攝像頭的前瞻對于兩輪自平衡車的自主循跡控制是非常重要的，較小的前瞻能夠消除由于硬件和軟件帶來的延時，保證系統控制的實時性和準確性，但同時采集的軌跡的信息量較小；較大的前瞻能夠獲取較多的軌跡信息，但是轉彎處理時會帶來轉彎過早的問題。一般的攝像頭安裝方法，是將攝像頭固定安裝于兩輪自平衡車的車身。固定安裝的方案具有安裝方便、穩定簡單的優點。但是兩輪自平衡車的運動，依靠車身重心傾角的變化實現加減速。當前方是直道時，車身會加速前進或高速前進，主控模塊需要采集前方更遠處的軌跡信息，但此時加速或者高速時車模傾角增大，攝像頭前瞻是減小的，獲取的是近處的軌跡信息；同理，前方是彎道時，車身減速前進或者低速前進，主控模塊需要采集近處的軌跡信息，但此時車模傾角減小，攝像頭前瞻增大，獲取的為遠處的軌跡信息。這極大制約了兩輪自主循跡平衡車的行駛性能。

【發明內容】

[0003]針對現有技術存在的缺陷，本發明的目的是提供一種前瞻自適應調整的兩輪自平衡車。
[0004]為達到上述目的，本發明采用如下技術方案:
一種前瞻自適應調整的兩輪自平衡車，包括車模、陀螺儀、攝像頭傳動桿、攝像頭、傳動桿、舵機傳動桿、加速度計、第一編碼器、攝像頭轉動軸承、第一軸承、攝像頭支架、主控板、第二軸承、舵機、第二編碼器；所述攝像頭支架固定安裝在車模上；攝像頭與攝像頭支架通過攝像頭轉動軸承滾動連接；所述攝像頭傳動桿一端與攝像頭固定連接，攝像頭傳動桿另一端與傳動桿通過第一軸承轉動連接；所述舵機固定在車模上，所述舵機傳動桿與舵機的轉動軸固定連接，舵機傳動桿的另一端與傳動桿通過第二軸承滾動連接；所述陀螺儀、加速度計、主控板、第一編碼器、第二編碼器固定安裝在車模上。
[0005]通過所述陀螺儀獲得車模重心傾角角速度，作為第一個狀態參數，通過所述陀螺儀與加速度計擬合車模重心傾角角度，作為第二個狀態參數，通過所述第一編碼器、第二編碼器獲得車模行駛速度作為第三個狀態參數；將所述兩輪自平衡車三個狀態參數引入攝像頭前瞻的控制算法中，其中，第一個狀態參數和第二個狀態參數作為舵機輸出角度的比例-微分控制的參數；第三個狀態參數作為舵機輸出角的輔助調整，該輸出角控制攝像頭前瞻，并根據速度大小實時調整。
[0006]與現有技術相比，本發明具有如下突出的實質性特點和顯著的優點:
本發明通過設置舵機、舵機傳動桿、攝像頭支架、攝像頭傳動桿和傳動桿，可以實時調整兩輪自平衡車攝像頭前瞻。當車模以高速行駛或加速行駛時，車模重心傾角增大，由主控模塊改變舵機輸出角，從而保持攝像頭前瞻；同理，當車模以低速行駛或減速行駛時，車模重心傾角減小，由主控模塊改變舵機輸出角，從而保持攝像頭前瞻。通過舵機改變攝像頭與車模夾角，有效克服一般兩輪自平衡車攝像頭固定安裝存在的前瞻無法滿足與車模運動狀態相匹配的軌跡信息量需求的缺陷。
[0007]轉動的轉點處采用軸承替代以往的干性摩擦，保證了轉動的順滑和可靠性，同時也增大了兩輪自平衡車的耐受力，延長了保養的周期。
[0008]在控制方法上，引入重心傾角和重心傾角角速度這兩個車模運動狀態參數，保證了舵機輸出角度的響應精度和響應速度。引入了車模行駛速度這個狀態參數，使車模可以根據不同的行駛速度來實時調整攝像頭前瞻，使攝像頭獲取的軌跡信息更加精準有效。
【附圖說明】
[0009]圖1為一種前瞻自適應調整的兩輪自平衡車結構示意圖。
【具體實施方式】
[0010]下面結合附圖，對本發明的具體實施例做進一步的說明。
[0011]如圖1所示，一種前瞻自適應調整的兩輪自平衡車，包括車模1、陀螺儀2、攝像頭傳動桿3、攝像頭4、傳動桿5、舵機傳動桿6、加速度計7、第一編碼器8、攝像頭轉動軸承9、第一軸承10、攝像頭支架11、主控板12、第二軸承13、舵機14、第二編碼器15 ;所述攝像頭支架11固定安裝在車模I上；攝像頭4與攝像頭支架11通過攝像頭轉動軸承9滾動連接；所述攝像頭傳動桿3 —端與攝像頭4固定連接，攝像頭傳動桿3另一端與傳動桿5通過第一軸承10轉動連接；所述舵機14固定在車模I上，所述舵機傳動桿6與舵機14的轉動軸固定連接，舵機傳動桿6的另一端與傳動桿5通過第二軸承13滾動連接；所述陀螺儀2、加速度計7、主控板12、第一編碼器8、第二編碼器15固定安裝在車模I上。
[0012]通過所述陀螺儀2獲得車模I重心傾角角速度，作為第一個狀態參數，通過所述陀螺儀2與加速度計7擬合車模I重心傾角角度，作為第二個狀態參數，通過所述第一編碼器8、第二編碼器15獲得車模I行駛速度作為第三個狀態參數；將所述兩輪自平衡車三個狀態參數引入攝像頭前瞻的控制算法中，其中，第一個狀態參數和第二個狀態參數作為舵機14輸出角度的比例-微分控制的參數；第三個狀態參數作為舵機14輸出角的輔助調整，該輸出角控制攝像頭4前瞻，并根據速度大小實時調整。
[0013]本發明的工作過程和原理如下:
如圖1所示，當車模I行駛過程中向前改變重心傾角時，攝像頭4前瞻變小。主控模塊12通過陀螺儀2和加速度計7擬合車模I重心傾角，根據車模重心傾角和重心傾角角速度計算舵機14輸出，控制舵機14增大輸出角，通過舵機傳動桿6、傳動桿5、攝像頭傳動桿3增大攝像頭4與車模I的夾角，從而保持前瞻不隨車模I重心傾角的變大而減小。同理，當車模I行駛過程中向后改變重心傾角時，攝像頭4前瞻變大，主控模塊12控制舵機14減小輸出角，通過舵機傳動桿6、傳動桿5、攝像頭傳動桿3減小攝像頭4與車模I的夾角，從而保持前瞻不隨車模I重心傾角的變小而增大。
[0014]車模I在低速階段，所需軌跡信息量較小，前瞻也較小，在上述控制方法中引入車模行駛速度參數進行微調。舵機14輸出角度略小于快速跟隨方案的舵機輸出角，滿足低速階段需要較小前瞻的需求；在加速階段，舵機14輸出角度根據速度逐漸增大，達到前瞻隨速度自適應調整的需求；到達高速階段，快速跟隨方案的舵機14輸出角度略大于快速跟隨方案的舵機輸出角，滿足高速階段需要較大前瞻的需求。
[0015]這種進行了特殊機械設計、運用新型的前瞻控制方法的兩輪自平衡車，解決了傳統固定安裝攝像頭的方式所帶來的前瞻隨重心傾角變化的缺陷。并且引入車模行駛速度狀態參數，對攝像頭前瞻進行微調，使前瞻根據速度變化自適應調整，適應不同速度下主控模塊對軌跡信息量的需求。所以本發明具有很高的實用效益，在未來會具有廣泛的應用前景。
【主權項】
1.一種前瞻自適應調整的兩輪自平衡車，其特征在于:包括車模(1)、陀螺儀(2)、攝像頭傳動桿(3)、攝像頭(4)、傳動桿(5)、舵機傳動桿(6)、加速度計(7)、第一編碼器(8)、攝像頭轉動軸承(9)、第一軸承(10)、攝像頭支架(11)、主控板(12)、第二軸承(13)、舵機(14)、第二編碼器(15);所述攝像頭支架(11)固定安裝在車模(I)上；攝像頭(4)與攝像頭支架(11)通過攝像頭轉動軸承(9)滾動連接；所述攝像頭傳動桿(3)—端與攝像頭(4)固定連接，攝像頭傳動桿(3)另一端與傳動桿(5)通過第一軸承(10)轉動連接；所述舵機(14)固定在車模(I)上，所述舵機傳動桿(6 )與舵機(14)的轉動軸固定連接，舵機傳動桿(6 )的另一端與傳動桿(5)通過第二軸承(13)滾動連接；所述陀螺儀(2)、加速度計(7)、主控板(12)、第一編碼器(8)、第二編碼器(15)固定安裝在車模(I)上。2.根據權利要求1所述的前瞻自適應調整的兩輪自平衡車，其特征在于:通過所述陀螺儀(2)獲得車模(I)重心傾角角速度，作為第一個狀態參數，通過所述陀螺儀(2)與加速度計(7)擬合車模(I)重心傾角角度，作為第二個狀態參數，通過所述第一編碼器(8)、第二編碼器(15 )獲得車模(I)行駛速度作為第三個狀態參數；將所述兩輪自平衡車三個狀態參數引入攝像頭前瞻的控制算法中，其中，第一個狀態參數和第二個狀態參數作為舵機(14)輸出角度的比例-微分控制的參數；第三個狀態參數作為舵機(14)輸出角的輔助調整，該輸出角控制攝像頭(4)前瞻，并根據速度大小實時調整。
【專利摘要】發明公開了一種前瞻自適應調整的兩輪自平衡車，包括車模、陀螺儀、攝像頭傳動桿、攝像頭、傳動桿、舵機傳動桿、加速度計、第一編碼器、攝像頭轉動軸承、第一軸承、攝像頭支架、主控板、第二軸承、舵機、第二編碼器；所述攝像頭支架固定安裝在車模上；攝像頭與攝像頭支架通過攝像頭轉動軸承滾動連接；所述攝像頭傳動桿一端與攝像頭固定連接，攝像頭傳動桿另一端與傳動桿通過第一軸承轉動連接；所述舵機固定在車模上，所述舵機傳動桿與舵機的轉動軸固定連接，舵機傳動桿的另一端與傳動桿通過第二軸承滾動連接；所述陀螺儀、加速度計、主控板、第一編碼器、第二編碼器固定安裝在車模上。本發明可以實時調整攝像頭前瞻以達到更好的行駛性能。
【IPC分類】G05D1/00, B62K3/00
【公開號】CN104960606
【申請號】CN201510314685
【發明人】陳永東, 王燕, 陳萬米, 范彬彬, 杜映峰
【申請人】上海大學
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年6月10日