本實(shí)用新型涉及智能平衡車(chē)領(lǐng)域，具體的說(shuō)，是涉及一種通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)物體平衡狀態(tài)并控制物體保持平衡狀態(tài)的增穩(wěn)裝置。

背景技術(shù)：

隨著智能生活的到來(lái)，各種平衡車(chē)逐步出現(xiàn)，如何實(shí)現(xiàn)不依靠三個(gè)以上的支撐部位而實(shí)現(xiàn)物體平衡或者增加穩(wěn)定性成為技術(shù)難題。尤其是獨(dú)輪車(chē)，如何使其不因外力的作用而失衡，這就亟需一種增穩(wěn)裝置來(lái)解決問(wèn)題。

現(xiàn)有增穩(wěn)裝置普遍通過(guò)增加支撐點(diǎn)的方式實(shí)現(xiàn)，對(duì)于只有一個(gè)支撐點(diǎn)的活動(dòng)物體，缺乏智能式的穩(wěn)定調(diào)節(jié)裝置，本方案利用角動(dòng)量守恒原理，通過(guò)自動(dòng)控制慣性輪轉(zhuǎn)速的方式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)。

現(xiàn)有方案如申請(qǐng)公布號(hào)為CN102815357A的《一種基于慣性平衡輪的自平衡載人獨(dú)輪車(chē)》通過(guò)多種傳感器等部件實(shí)現(xiàn)了自平衡載人獨(dú)輪車(chē)，其依托行走輪、平衡輪、控制手柄等測(cè)速編碼器，通過(guò)加裝加速度傳感器和數(shù)據(jù)融合算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)平衡輪和驅(qū)動(dòng)輪的控制。與其相比，本獨(dú)輪小車(chē)沒(méi)有控制手柄扭轉(zhuǎn)角度編碼器、顯示屏等裝置，利用更少的裝置實(shí)現(xiàn)了自平衡獨(dú)輪車(chē)的功能。并且在其基礎(chǔ)上增加了水平偏航方向的角度控制，使得獨(dú)輪車(chē)在翻滾，俯仰，偏航三個(gè)維度上都實(shí)現(xiàn)了可控。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服上述缺陷，提供一種增穩(wěn)裝置，這種增穩(wěn)裝置可以搭載于需保持平衡的物體上，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)其現(xiàn)有姿態(tài)，與設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)姿態(tài)進(jìn)行比對(duì)，計(jì)算相應(yīng)誤差后向控制連接慣性輪的電機(jī)輸出相應(yīng)的矯正力矩，從而實(shí)現(xiàn)物體的穩(wěn)定。

該增穩(wěn)裝置主要由慣性輪、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、微處理器、姿態(tài)檢測(cè)裝置、加速度計(jì)組成, 驅(qū)動(dòng)電機(jī)與慣性輪機(jī)械上相連接，傳導(dǎo)力矩，微處理器分別與驅(qū)動(dòng)電機(jī)、姿態(tài)檢測(cè)裝置、加速度計(jì)在電路上連接。微處理器主要用于進(jìn)行計(jì)算和控制，包含ARM處理器，所述姿態(tài)檢測(cè)裝置能夠檢測(cè)承載著慣性輪輪的物體的平衡狀態(tài)，并發(fā)送檢測(cè)到的數(shù)據(jù)給處理器，典型的姿態(tài)檢測(cè)裝置如陀螺儀。

該增穩(wěn)裝置主要是運(yùn)用角動(dòng)量守恒原理，當(dāng)物體的平衡狀態(tài)改變時(shí)，姿態(tài)檢測(cè)裝置會(huì)發(fā)出改變的數(shù)據(jù)給處理器，處理器將當(dāng)前的姿態(tài)數(shù)據(jù)與穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的數(shù)據(jù)作比較，判斷是否在保持物體穩(wěn)定的誤差范圍內(nèi)，當(dāng)不在誤差范圍內(nèi)時(shí)，則控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)慣性輪旋轉(zhuǎn)，運(yùn)用角動(dòng)量守恒原理，通過(guò)控制慣性輪的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)平衡狀態(tài)的修正，從而實(shí)現(xiàn)增穩(wěn)的目的。

具體原理：轉(zhuǎn)向原理為，利用水平方向角動(dòng)量守恒，控制慣性輪旋轉(zhuǎn)來(lái)控制水平的轉(zhuǎn)矩；前進(jìn)后退原理為，通過(guò)改變小車(chē)俯仰方向的傾角來(lái)控制前后方向的加速度，進(jìn)而控制小車(chē)前進(jìn)速度。

為了進(jìn)一步擴(kuò)充本增穩(wěn)裝置的功能，還可以附加電子羅盤(pán)、舵機(jī)等裝置，電子羅盤(pán)具備水平指向穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)的顯示。舵機(jī)增加增穩(wěn)裝置在不同姿態(tài)下的增穩(wěn)表現(xiàn)。

在實(shí)際應(yīng)用中，通常不只需要一個(gè)方向的增穩(wěn)，可以通過(guò)在空間坐標(biāo)系的三個(gè)軸向上，任選兩個(gè)軸向，設(shè)置兩套增穩(wěn)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)軸向上的增穩(wěn)。當(dāng)然，還可以在三個(gè)軸向上均設(shè)置增穩(wěn)裝置。

本實(shí)用新型有如下有益效果：

（1）實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)修正物體的平衡狀態(tài)。

（2）對(duì)于自平衡獨(dú)輪車(chē)提出了一種更簡(jiǎn)潔的實(shí)現(xiàn)方案。

（3）整套裝置可擴(kuò)展，可以多套增穩(wěn)裝置并聯(lián)，也可以運(yùn)用到多軸增穩(wěn)上。

附圖說(shuō)明

圖1為空間坐標(biāo)系中前進(jìn)物體所對(duì)應(yīng)的偏航角、俯仰角、翻滾角的示意。

圖2為本實(shí)用新型所述的基于二軸增穩(wěn)裝置的獨(dú)輪小車(chē)側(cè)視圖。

圖3為本實(shí)用新型所述的基于二軸增穩(wěn)裝置的獨(dú)輪小車(chē)斜視圖。

圖1中，大的箭頭代表前進(jìn)的物體。圖2和圖3中，附圖標(biāo)記所對(duì)應(yīng)的名稱(chēng)：水平翻滾方向慣性輪-1、水平翻滾方向慣性輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)-2、微處理器控制系統(tǒng)-3、偏航方向慣性輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)及-4、偏航方向慣性輪-5、前進(jìn)行走輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)-6、行走輪-7。

具體實(shí)施方式

基于本增穩(wěn)裝置的一個(gè)典型應(yīng)用是獨(dú)輪小車(chē)，如圖2、圖3所示。所述的獨(dú)輪小車(chē)基于二軸增穩(wěn)裝置，其包含水平翻滾方向慣性輪-1、水平翻滾方向慣性輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)-2、水平翻滾方向姿態(tài)檢測(cè)裝置、微處理器控制系統(tǒng)-3、偏航方向慣性輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)及-4、偏航方向姿態(tài)檢測(cè)裝置、偏航方向慣性輪-5、前進(jìn)行走輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)-6、行走輪-7。其中，由行走輪保持前后俯仰方向的平衡，由1號(hào)慣性輪保持水平翻滾方向平衡，由5號(hào)慣性輪保持或者改變偏航角。2號(hào)電機(jī)帶動(dòng)1號(hào)慣性輪旋轉(zhuǎn)；4號(hào)電機(jī)帶動(dòng)5號(hào)慣性輪旋轉(zhuǎn)；6號(hào)電機(jī)帶動(dòng)7號(hào)行走輪旋轉(zhuǎn)。

上述實(shí)施方式僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，不能以此來(lái)限定本實(shí)用新型保護(hù)的范圍，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型的基礎(chǔ)上所做的任何非實(shí)質(zhì)的變化及替換均屬于本實(shí)用新型所要求保護(hù)的范圍。