一種基于姿態(tài)控制的輪滑式代步機器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電動代步裝置技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，設(shè)及一種基于姿態(tài)控制的輪滑式 代步機器人。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代交通工具非常發(fā)達，對于遠程交通可W通過汽車、飛機實現(xiàn)，對于短程交通則 有自行車電動車供廣大群眾使用?，F(xiàn)今交通出行提倡綠色出行，因此電動交通工具因其低 碳環(huán)保、非人力驅(qū)動從而得到快速發(fā)展，現(xiàn)在市面上新出現(xiàn)的各種電動代步車就是運類交 通工具發(fā)展的成果。
[0003] 電動輪滑鞋是一種集合電動代步車和輪滑運動的交叉產(chǎn)物，其作為一種代步出行 的交通工具的同時也為使用者提供輪滑運動的娛樂體驗。
[0004] 在中國發(fā)明專利申請公開說明書CN103263767 A中公開了一種代步電動輪滑鞋， 電池裝載于鞋體底部。鞋體為=輪結(jié)構(gòu)，前端兩輪為驅(qū)動輪，后端為伏地輪，通過腳對踏板 上的力作用調(diào)整前進后退速度，同時通過左右擺動賦予伏地輪徑向力使輪滑鞋運動方向轉(zhuǎn) 動。
[0005] 上述輪滑鞋代表著普遍的設(shè)計與控制方式，但是通過力傳感器感應腳部作用力控 制輪滑鞋運動的方式仍有不足之處，避開傳感器精度不談，首先人在輪滑上運動的時候腳 部對鞋的作用力會隨運動改變，如此便不能保證輪滑鞋的穩(wěn)定運動；其次是該類電動輪滑 需要通過腳部作用提供后輪徑向力從而改變輪滑運動方向，該轉(zhuǎn)向方式難W精確控制。因 此，運類基于力控的電動輪滑控制方式并沒有達到完全的代步功能，同時也需要使用者具 有一定的普通輪滑操作經(jīng)驗。
[0006] 在中國實用新型專利說明書CN202219076 U中公開了一種電動輪滑裝置，該輪滑 裝置的一點改進之處在于將電動輪滑的驅(qū)動電源、控制單元與輪滑車體分離，從而提供了 一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)W實現(xiàn)除了力控W外的控制方式，同時簡化了輪滑鞋的結(jié)構(gòu)。但是專利中各 單元的連接采用有線方式，因此在實際使用中會因為線的復雜導致運動受到束縛。
[0007] 因此設(shè)計一款結(jié)構(gòu)簡單、安全便捷的電動輪滑鞋將是此類產(chǎn)品的發(fā)展趨勢，其勢 必為短途旅行提供較大的便利和娛樂性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明主要為了解決腳部作用力控制電動輪滑鞋運動的控制方式所帶來的操作 復雜性問題，提出一種基于姿態(tài)控制的輪滑式代步機器人，從而能代替電動輪滑鞋并使之 更為便捷安全、操作方便，結(jié)構(gòu)更為簡單，同時也為電動輪滑鞋的發(fā)展提供一種新型策略。
[0009] 本發(fā)明提出的輪滑式代步機器人包括：
[0010] 輪滑鞋體，共有兩個輪滑鞋體供使用者左右腳操作，其實質(zhì)為四輪移動平臺，左右 兩側(cè)各有一個直徑為96mm的包膠驅(qū)動輪，前后部各安裝一個小腳萬向輪，鞋體內(nèi)部為控制 電路板與驅(qū)動電路板，通過電路控制帶有數(shù)字編碼器的兩個石墨電刷直流電機驅(qū)動左右兩 側(cè)驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動，根據(jù)不同的速度組合可w實現(xiàn)移動平臺的前后左右移動。輪滑鞋由鋼材制 成，整體質(zhì)量為5. 8kg，在達到載重要求的同時也能使鞋體更為牢靠，便于拆卸維修。
[0011] 便攜電源，為可充電電源，能為左右兩個輪滑鞋體提供24V電壓驅(qū)動，其外形為長 方體鐵質(zhì)容器，通過兩根可收縮彈黃電源線與輪滑鞋體電源線相連，容器上帶有開關(guān)及能 夠顯示當前電壓示數(shù)的數(shù)碼管，能提醒使用者及時充電。
[0012] 控制單元，控制單元由ARM開發(fā)板組成，可W對輪滑鞋體的內(nèi)部控制電路板發(fā)送 命令控制輪滑鞋體的啟動/關(guān)閉和驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動。
[0013] 進一步的，通過無線運動捕捉傳感器（Wireless Standalone Sensing System, WSS巧可W實現(xiàn)代步輪滑機器人的姿態(tài)控制，該傳感器集成S軸加速度傳感器、巧 螺儀和磁場強度傳感器于一身，可W實時測得傳感器自身坐標系相對與大地坐標系的轉(zhuǎn)動 歐拉角。將WSSS傳感器放置于操作者身上便可W判斷操作者上身前傾/后仰、轉(zhuǎn)身姿態(tài)W 及兩腿之間的距離，從而相對應改變輪滑式代步機器人的運動狀態(tài)W實現(xiàn)姿態(tài)控制。
[0014] 進一步的，WSSS通過2. 4G無線技術(shù)將歐拉角信息傳遞至控制單元，通過控制單元 對相關(guān)信息的計算得到輪滑鞋體運動控制命令，使用無線藍牙串口將控制命令傳送至輪滑 鞋體內(nèi)部控制電路。
[0015] 進一步的，在輪滑鞋體踏板下四角放置四個線性壓力傳感器可實時監(jiān)測踏板上的 壓力分布變化，輪滑鞋體內(nèi)部放置對應信號調(diào)理電路板將壓力模擬信號調(diào)理輸入至控制電 路板轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，通過對相關(guān)數(shù)字信息的處理獲得壓力分布信息，從而可W判斷使用 者雙腳站位并實現(xiàn)系統(tǒng)啟動/關(guān)閉和緊急制動的功能。
[0016] 本輪滑式代步機器人優(yōu)點在于能夠?qū)崿F(xiàn)電源與輪滑鞋體的分離，不同于附在電動 鞋上的電源，此舉能夠簡化輪滑鞋體結(jié)構(gòu)。無線技術(shù)的加入則進一步簡化了輪滑系統(tǒng)的結(jié) 構(gòu)。同時使用姿態(tài)控制的方法代替常用的腳步作用力控制，從而實現(xiàn)完全的代步功能，令輪 滑式代步機器人的控制更為精確，操作更為簡單，適用于普遍大眾的娛樂與短程出行使用。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明輪滑式代步機器人體正面示意圖（除去頂層安裝板）；
[0018] 圖2為本發(fā)明輪滑式代步機器人體側(cè)面示意圖；
[0019] 圖3為本發(fā)明輪滑式代步機器人輪滑鞋體背面示意圖（除去底部安裝板）；
[0020] 圖4為本發(fā)明輪滑式代步機器人輪滑鞋體頂層安裝板和底部安裝板示意圖；
[0021] 圖5為本發(fā)明輪滑式代步機器人便攜電源示意圖；
[0022] 圖6為本發(fā)明輪滑式代步機器人通信控制裝置示意圖，其中（a)為內(nèi)部電路結(jié)構(gòu) 化）為外殼結(jié)構(gòu)；
[0023] 圖7為本發(fā)明輪滑式代步機器人所使用的WSSS傳感器示意圖；
[0024] 圖8為本發(fā)明輪滑式代步機器人的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[00巧]圖9為本發(fā)明輪滑式代步機器人所使用的WSSS姿態(tài)檢測系統(tǒng)示意圖；
[0026] 圖10為本發(fā)明輪滑式代步機器人（a)操作者前傾/后仰示意圖化）操作者轉(zhuǎn)身 示意圖（C)輪滑鞋體轉(zhuǎn)彎數(shù)學模型示意圖；
[0027] 圖11為本發(fā)明輪滑式代步機器人輪滑鞋體前進/后退運動示意圖（a)正常狀態(tài) 化）反常狀態(tài)；
[0028] 圖12為本發(fā)明輪滑式代步機器人通信控制中屯、板程序流程圖；
[0029] 圖13為本發(fā)明輪滑式代步機器人輪滑鞋體控制板程序流程圖。
【具體實施方式】
[0030] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所設(shè)及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可W相互組合。
[0031]本輪滑式代步機器人輪滑鞋體結(jié)構(gòu)如圖1、圖2、圖3、圖4所示，輪滑鞋的主體骨架 由頂層安裝板1、中間安裝板2和底部安裝板3構(gòu)成。中間安裝板2正面四角處安裝有四個 滑柱4,通過六角螺絲可將頂層安裝板1固定于滑柱4上。中間安裝板2正面四角處亦安裝 了四個傳感器安裝座5,可將四路壓力傳感器固定于傳感器安裝座5上，本設(shè)計中令滑柱4 的高度略低于壓力傳感器6安裝在傳感器安裝座5上的高度，如此可令操作者對頂層安裝 板的作用力完全分布于四路壓力傳感器6上。
[0032] 中間安裝板2背面前后兩端安裝有軸承座7,將小腳輪8安裝于軸承座7上作為 承重萬向輪。在承重萬向輪附近安裝有直流無刷電機9,與減速箱、齒輪箱構(gòu)成一套電機驅(qū) 動系統(tǒng)。電機一端安裝數(shù)字編碼器10,另一端在電機軸上安裝有電機聯(lián)軸器11，電機聯(lián)軸 器11為齒輪型結(jié)構(gòu)。直流無刷電機9通過電機安裝座12固定于中間安裝板背面。中間安 裝板2背面左右兩側(cè)安裝著驅(qū)動輪16,并分別通過兩個驅(qū)動輪安裝座13固定于安裝板上。 驅(qū)動輪軸上安裝有驅(qū)動輪聯(lián)軸器14并固定在兩個驅(qū)動輪安裝座13之間，該驅(qū)動聯(lián)軸器14 亦為齒輪型結(jié)構(gòu)。因此通過將齒輪型履帶15套在電機聯(lián)軸器11和驅(qū)動輪聯(lián)軸器14之上 可W實現(xiàn)電機9和驅(qū)動輪16的聯(lián)動，通過控制電機轉(zhuǎn)動速度便能控制驅(qū)動輪16的轉(zhuǎn)動速 度。驅(qū)動輪