电动自平衡单轮滑板车.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103191558A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103191558103191558A(43)申请公布日2013.07.10(21)申请号201310127406.1(22)申请日2013.04.11(71)申请人何志波地址523000广东省东莞市东城区牛山创富工业园宿舍申请人朱淑娟(72)发明人何志波朱淑娟(51)Int.Cl.A63C17/08(2006.01)A63C17/12(2006.01)A63C17/26(2006.01)权权利要求书2页利要求书2页说明书5页说明书5页附图2页附图2页(54)发明名称电动自平衡单轮滑板车(57)摘要本发明公开一种电动自平衡单轮滑板车，通过动态平衡原理对滑板车进行姿态平衡控制，采用角速度传感器进行倾斜角速度检测，采用加速度传感器进行倾斜角度检测，通过卡尔曼滤波运算模块将倾角数值和角速度数值进行卡尔曼滤波运算，融合计算出滑板车在静止状态和高速运动状态下的准确倾角数值，再经逻辑运算计算出维持滑板车架平衡时所需的平衡电压控制信号；同时，将电机设定速度与电机实际转速进行PID运算，并根据PID运算结果输出用于控制电机速度的速度电压控制信号，平衡电压控制信号和速度电压控制信号经叠加后通过PWM接口电路输出给电机驱动电路，从而使滑板车自平衡运行，使驾驶者行驶更加安全。CN103191558ACN103958ACN103191558A权利要求书1/2页1.一种电动自平衡单轮滑板车，包括滑板车架、安装于所述滑板车架背面的车轮、用于驱动所述车轮转动的电机、用于控制所述电机动力输出的控制电路板以及电源模块，其特征在于，还包括用于测量所述电机转速的转速传感器，在所述控制电路板上设有用于检测所述滑板车架的倾斜角度的加速度传感器和用于测量所述滑板车架倾斜的角速度的角速度传感器，所述控制电路板包括微处理器CPU和电机驱动电路，所述电机驱动电路与所述电机连接，所述微处理器CPU通过PWM接口电路与所述电机驱动电路连接，所述加速度传感器、所述角速度传感器的输出端通过模数转换接口与所述微处理器CPU连接，所述转速传感器的输出端与所述微处理器CPU连接；所述加速度传感器用于将检测到的加速度电压信号经所述模数转换接口输出给所述微处理器CPU；所述角速度传感器用于将检测到的角速度电压信号经所述模数转换接口输出给所述微处理器CPU；所述模数转换接口用于将所述加速度电压信号和所述角速度电压信号转换成相应的加速度数值和角速度数值；所述转速传感器用于测量所述电机的转速，并将测量所得的电机转速信号输出给所述微处理器CPU；所述微处理器CPU用于将输入的加速度数值进行系数转换形成倾角数值，将所述倾角数值和所述角速度数值进行卡尔曼滤波运算，计算出所述滑板车架的准确倾角数值，将所述准确倾角数值进行逻辑运算，计算出维持所述滑板车架平衡所需运行的速度的平衡电压控制信号；同时，将所述电机转速信号进行PID调速控制，根据PID运算结果输出用于控制电机速度的速度电压控制信号，所述平衡电压控制信号和所述速度电压控制信号经叠加后通过所述PWM接口电路输出给所述电机驱动电路，所述电机驱动电路根据叠加的控制信号驱动所述电机转动，使所述滑板车自平衡运行。2.根据权利要求1所述的电动自平衡单轮滑板车，其特征在于，所述微处理器CPU包括用于对加速度数值进行系数转换的比例系数转换模块、用于对所述倾角数值和所述角速度数值进行卡尔曼滤波运算的卡尔曼滤波运算模块、用于将所述准确倾角数值进行逻辑运算的逻辑运算模块、用于对电机速度进行PID运算控制的PID速度控制模块以及用于将所述平衡电压控制信号和所述速度电压控制信号进行信号叠加的信号叠加模块，所述加速度传感器经所述模数转换接口与所述比例系数转换模块连接，所述比例系数转换模块与所述卡尔曼滤波运算模块连接；所述角速度传感器经所述模数转换接口与所述卡尔曼滤波运算模块连接；所述卡尔曼滤波运算模块的输出端与所述逻辑运算模块连接，所述逻辑运算模块的输出端与所述信号叠加模块连接，所述转速传感器的输出端与所述PID速度控制模块连接，所述PID速度控制模块的输出端与所述信号叠加模块连接；所述信号叠加模块的输出端与所述PWM接口电路连接。3.根据权利要求2所述的电动自平衡单轮滑板车，其特征在于，所述加速度传感器为倾角传感器，所述转速传感器为光电编码器，所述光电编码器轴接在所述电机的输出轴上，所述光电编码器的输出端通过所述微处理器CPU的计数器端口与所述PID速度控制模块连接。4.根据权利要求3所述电动自平衡单轮滑板车，其特征在于，所述PWM接口电路包括两2CN103191558A权利要求书2/2页个PWM接口，一个PWM接口用于输出控制所述电机正转的PWM控制