平衡车的工作原理和操控

2017-09-29 10:14:37 梦客 245

   双轮平衡车的工作原理与结构特点 

1.结构特点与构成 与其它机动车相同。双轮自平衡系统核心是智能平衡控制系统,后者可分为双轮自平衡、一级倒立摆动两个子系统,从空间分布上可分为直线旋转立体结构,工作原理类似于人行走过程,除自平衡系统外,整个载具还包括车体机械结构、电动机系统、传感器测量、电源系统共五个组成部分

1.1工作原理 通过具有测算重力的传感器、车体状态传感器等多个传感器,将获得数据依据制定好的程序发出相应的信号,这些信号经处理后,与预期数据进行对比,通过处理器据系统软件进行分析,计算合适的调整量,输出并控制驱动器,调整车轮转速、转矩,以实现行动,达到自身平衡状态。 

2.国内外研究现状 双轮平衡控制系统包括机器人控制系统以及载具控制系统,早在上世纪80年代,便已有双轮平衡控制机器人诞生,而后逐渐向载具领域扩展。不同于机器人控制,载具研发对安全性要求更高,因为人具有较强的能动性、不可预知性、复杂性,要求平衡控制系统具有更强的适应性,研发难度更大,但另一方面因人具有自我调节功能,控制难度更低。目前,国内外关于双轮平衡控制机器人系统与载具系统均较多,前者研发、制作、实验成本低,也不存在伦理学制约,研发成果较多。 

研究意义

3.特殊的代步工具 因具有平稳、占地面积小、灵活机动等优点,适用于单人、双人代步,机场、商场、体育馆等大型室内场所行驶,同时适用于短途、中途城市交通,使用人员可包括交警、巡警、安保人员、旅客、观众、个人等,适用于狭小空间行驶,速度不快较为安全可靠

  同时,因采用电能,能源获取方便,有助于减轻能源、环境负担。为相关技术研发、教学提供途径作为一种典型的自平衡系统,因具有较强的市场推广能力、潜力,可为自平衡系统研发提供市场动力,推动自控制算法、重力感应、仿生学、电动、机械制造等领域相关技术发展,为实验论证积累经验。 

研究要点 

  双轮自平衡系统控制方法研究要点应集中在以下几个方面:①电动机问题,电动机转矩控制、速度匹配;②平衡系统方面,对重心位置、负载的适应算法,特别是空载、带载方面模式切换;③传感器方面,传感器测量车体状态可靠性,传感器分布,对整个车辆各部件的协同问题。 涉及基本必备数据包括:控制杆偏离轴角度、车体转弯角度、质量重心与轮轴距离、车轮半径、载体质点、轮轴长度、左右轮转角、左右车轮质量、车体质量、左右电机转矩、左右轮相摩擦力。此外,还应尽可能考虑路面膜材料、风阻。 此外为提高系统适应性,还需构建一套补偿控制体系,以提高车辆的适应性。

 双轮自平衡电动车具有巨大的市场价值,这是推动该载具发展的根本动力。相信作为一种符合时代发展的新兴事物,其具有旺盛的生命力,前景广阔,市场广泛。作为工作者,积极创新,寻求突破,创造、创新双轮自平衡车控制系统贡献自己的力量。

        改革开放后,国城市规模迅速扩大、人口呈膨胀式发展,因历史、交通建设、观念等原因,城市交通出行困难、交通堵塞及环境污染已成为社会性问题,不仅影响运输效率和呼吸,还带来诸如环境污染、相关疾病社会负担增加等诸多问题。双轮平衡车是一种新型交通工具,具有灵活机动、占地面积小、节能环保等诸多优点,一种较为理想的日常代步工具,有望解决城市交通问题。双轮自平衡车其核心技术是自平衡控制,后者是保证其高机动、安全、低能耗等优点的关键。



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