專利名稱：自行車騎行學習自動輔助平衡裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種自行車騎行學習自動輔助平衡裝置。
背景技術：
自行車騎行學習過程中，一般采用他人人工輔助平衡。輔助人需要隨車跟跑，在自行車失去平衡時，通過扶持自行車確保學習人的安全，該過程輔助人相當消耗體力，且一般無法全程跟隨。自行車輔助平衡也有采用輔助桿的方式，輔助桿連接自行車，輔助人通過把持輔助桿盡量避免自行車傾倒，該方式減輕輔助人的體力消耗有限，其實質與人工輔助相同。因此傳統的自行車騎行學習保持平衡困難，存在一定的安全隱患。本發明采用3D重力加速度傳感器探測自行車具體的狀態，以機電方式升降兩側輔助輪，實現自行車騎行輔助平衡的功能。隨著3D重力加速度傳感器越來越廣泛的應用，成本大幅下降。蓄電池的小型化與低成本化，使該裝置能實現應用在普通自行車上。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種自行車騎行學習自動輔助平衡裝置，利用本裝置可實現自行車騎行學習過程的自動平衡，可無需它人跟隨輔助平衡，避免了騎行學習過程中的安全隱患，方便了自行車的騎行學習。為解決上述技術問題，本實用新型自行車騎行學習自動輔助平衡裝置包括自行車、重力加速度傳感器、控制器、升降機構、左輔助輪和右輔助輪，所述重力加速度傳感器設于所述自行車車架，所述控制器和升降機構設于所述自行車后輪上方或兩側，所述左輔助輪和右輔助輪中心設有輪軸并位于所述自行車后輪兩側，所述升降機構連接所述左輔助輪和右輔助輪中心輪軸一端并驅動左輔助輪和右輔助輪升降，所述重力加速度傳感器信號輸出端連接所述控制器信號輸入端，所述控制器信號輸出端連接所述升降機構信號輸入端。進一步,上述升降機構包括電動推桿、連接桿、左連桿和右連桿,所述電動推桿設于所述自行車后輪上方，所述左連桿和右連桿中部分別鉸接于所述自行車后輪轉軸兩端，所述左輔助輪和右輔助輪中心輪軸一端分別連接所述左連桿和右連桿底端，所述連接桿兩端分別連接所述左連桿和右連桿頂端，所述電動推桿頂端連接所述連接桿中部并推拉連接桿，所述連接桿驅動所述左連桿和右連桿繞所述自行車后輪轉軸轉動并帶動所述左輔助輪和右輔助輪同步上升或下降。進一步，上述升降機構包括兩個安裝支架和兩個電動推桿，所述兩個安裝支架位于所述自行車后輪兩側并通過螺栓安裝于后輪轉軸兩端，所述兩個電動推桿分別通過壓板固定于所述兩個安裝支架上，所述兩個電動推桿頂端分別通過接套連接所述左輔助輪和右輔助輪中心輪軸一端并驅動左輔助輪和右輔助輪升降。進一步，上述升降機構包括兩個安裝支架、兩個直流電機、兩個蝸輪蝸桿減速箱和兩根擺動接桿，所述兩個安裝支架位于所述自行車后輪兩側并通過螺栓安裝于后輪轉軸兩端，所述兩個蝸輪蝸桿減速箱分別設于所述兩個安裝支架上，所述兩個直流電機分別連接所述兩個蝸輪蝸桿減速箱，所述兩個蝸輪蝸桿減速箱輸出軸分別通過兩根擺動接桿連接所述左輔助輪和右輔助輪中心輪軸一端并驅動左輔助輪和右輔助輪升降。進一步，上述升降機構還包括兩個定位盤和四個行程開關，所述兩個定位盤分別設于所述兩個蝸輪蝸桿減速箱外側并沿圓周方向開有一段弧形槽，所述四個行程開關分別設于所述兩個定位盤上和弧形凹槽內，所述每個定位盤上的兩個行程開關分別位于所述擺動接桿的兩側，其中安裝于弧形凹槽內的行程開關可在弧形凹槽內移動到相應位置并定位，從而可控制輔助輪升起的極限位置，起到行程保護作用，所述四個行程開關的信號輸出端連接所述控制器的信號輸入端。進一步，上述控制器包括微處理器、電機驅動電路、存儲 芯片和串行接口，所述重力加速度傳感器信號輸出端連接所述微處理器信號輸入端，所述微處理器與存儲芯片和串行接口雙向連接，所述微處理器信號輸出端連接所述電機驅動電路信號輸入端，所述電機驅動電路連接所述升降機構。由于本實用新型自行車騎行學習自動輔助平衡裝置采用了上述技術方案，即本裝置包括自行車、重力加速度傳感器、控制器、升降機構、左輔助輪和右輔助輪，重力加速度傳感器設于自行車車架，控制器和升降機構設于自行車后輪上方或兩側，左輔助輪和右輔助輪中心設有輪軸并位于自行車后輪兩側，升降機構連接左輔助輪和右輔助輪中心輪軸一端并驅動左輔助輪和右輔助輪升降，重力加速度傳感器信號輸出端連接控制器信號輸入端，控制器信號輸出端連接升降機構信號輸入端。本裝置可實現自行車騎行學習過程的自動平衡，無需它人跟隨輔助平衡，避免了騎行學習過程中的安全隱患，方便了自行車的騎行學習。
以下結合附圖
和實施方式對本實用新型作進一步的詳細說明圖I為本實用新型自行車騎行學習自動輔助平衡裝置的結構示意圖；圖2為本平衡裝置中一種升降機構的示意圖；圖3為圖2的側視圖(省略車架部分)；圖4為本平衡裝置中另一種升降機構的示意圖；圖5為圖4的側視圖(省略車架部分)；圖6為本平衡裝置中控制器的原理框圖。
具體實施方式
如圖I所示，本實用新型自行車騎行學習自動輔助平衡裝置包括自行車I、重力加速度傳感器2、控制器3、升降機構、左輔助輪和右輔助輪7，所述重力加速度傳感器設于2所述自行車I車架，所述控制器3和升降機構設于所述自行車后輪11上方或兩側，所述左輔助輪和右輔助輪7中心設有輪軸71并位于所述自行車后輪11兩側，所述升降機構連接所述左輔助輪和右輔助輪7中心輪軸71 一端并驅動左輔助輪和右輔助輪7升降，所述重力加速度傳感器2信號輸出端連接所述控制器3信號輸入端，所述控制器3信號輸出端連接所述升降機構信號輸入端。進一步,上述升降機構包括電動推桿4、連接桿5、左連桿和右連桿6,所述電動推桿4設于所述自行車后輪11上方，所述左連桿和右連桿6中部分別鉸接于所述自行車后輪11轉軸兩端，所述左輔助輪和右輔助輪7中心輪軸71 一端分別連接所述左連桿和右連桿6底端，所述連接桿5兩端分別連接所述左連桿和右連桿6頂端，所述電動推桿4頂端連接所述連接桿5中部并推拉連接桿5，所述連接桿5驅動所述左連桿和右連桿6繞所述自行車后輪11轉軸轉動并帶動所述左輔助輪和右輔助輪7同步上升或下降。如圖2和圖3所示，進一步，上述升降機構包括兩個安裝支架81和兩個電動推桿82，所述兩個安裝支架81位于所述自行車后輪11兩側并通過螺栓83固定于后輪11轉軸兩端，所述兩個電動推桿82分別通過壓板84固定于所述兩個安裝支架81上，所述兩個電動推桿82頂端分別通過接套85連接所述左輔助輪和右輔助輪7中心輪軸71 一端并驅動左輔助輪和右輔助輪7升降。·[0022]如圖4和圖5所示，進一步，上述升降機構包括兩個安裝支架81、兩個直流電機91、兩個蝸輪蝸桿減速箱92和兩根擺動接桿93，所述兩個安裝支架81位于所述自行車后輪11兩側并通過螺母83設于后輪11轉軸兩端，所述兩個蝸輪蝸桿減速箱92分別設于所述兩個安裝支架81上，所述兩個直流電機91分別連接所述兩個蝸輪蝸桿減速箱92，所述兩個蝸輪蝸桿減速箱92輸出軸分別通過兩根擺動接桿93連接所述左輔助輪和右輔助輪7中心輪軸71 一端并驅動左輔助輪和右輔助輪7升降。如圖4和圖5所示，上述升降機構還包括兩個定位盤94和四個行程開關96、97，所述兩個定位盤94分別設于所述兩個蝸輪蝸桿減速箱92外側并沿圓周方向開有一段弧形槽95，所述四個行程開關96、97分別設于所述兩個定位盤94上和弧形凹槽95內，所述每個定位盤上的兩個行程開關分別位于所述擺動接桿93的兩側，所述四個行程開關96、97的信號輸出端連接所述控制器2的信號輸入端。每個定位盤上的兩個行程開關用于限定輔助輪的升降位置，其中一個行程開關用于限定輔助輪最低下降位置，另一個行程開關用于限定輔助輪最高提升位置，且該行程開關可通過定位盤上的一段弧形凹槽滑動后緊固，以調整輔助輪最高提升位置的限定，行程開關信號輸出至控制器，由控制器控制直流電機的相應動作，實現輔助輪最低和最高位置的限定。如圖6所示，進一步，上述控制器3包括微處理器31、電機驅動電路33、存儲芯片32和串行接口 34，所述重力加速度傳感器2信號輸出端連接所述微處理器31信號輸入端，所述微處理器31與存儲芯片32和串行接口 34雙向連接，所述微處理器31信號輸出端連接所述電機驅動電路33信號輸入端，所述電機驅動電路33連接所述升降機構。本裝置可以小型化的24V鋰電池作為電力供應，鋰電池和控制器可一并安裝于自行車后輪上方的車架上，通過控制器控制升降機構雙向運動，升降機構帶動設于自行車后輪兩側的輔助輪升降，以保證自行車騎行中的平衡，避免自行車的傾倒。本裝置的升降機構可以有多種形式，如一個電動推桿帶動鉸接于所述自行車后輪轉軸兩端的左連桿和右連桿轉動，從而使設于左連桿和右連桿底端的左輔助輪和右輔助輪同步升降；如二個電動推桿通過安裝支架設于自行車后輪兩側，二個電動推桿的頂端分別通過接套連接左輔助輪和右輔助輪中心轉軸的一端并直接帶動左輔助輪和右輔助輪實現升降；再有兩個直流電機和蝸輪蝸桿減速箱通過兩個安裝支架分別設于自行車后輪兩側，兩個蝸輪蝸桿減速箱的輸出軸通過擺動接桿連接左輔助輪和右輔助輪中心轉軸的一端并帶動左輔助輪和右輔助輪實現升降。[0026]本裝置中控制器的微處理器連續采集安裝于自行車的重力加速度傳感器數據，根據自行車傾斜角度及運動趨勢判斷，控制升降機構動作實現輔助輪的升降。在自行車出現傾倒趨勢時，重力加速度傳感器發出信號給控制器，控制器通過升降機構驅動兩個輔助輪同步下降或自行車傾倒側的輔助輪下降，以使自行車回復平衡，當自行車恢復平衡后，重力加速度傳感器信號使控制器驅動兩個輔助輪同步提升或自行車傾倒側的輔助輪提升，回復到自行車的正常騎行狀態，從而起到自行車騎行學習的自動輔助平衡作用。在升降機構為電動推桿或直流電機時，本裝置的控制器可實現對電動推桿或直流電機轉速無級調速，實現輔助輪升降速度控制，也可實現對輔助輪升降高度的控制。根據重力加速度傳感器數據通過控制器、升降機構實現對自行車狀態的自動智能調整。應用本裝置后自行車學騎過程中可無需他人跟隨輔助平衡，可保證自行車的平衡，避免學騎過程的安全隱患；同時控制器的微處理器和存儲芯片可將一定時間學騎過程中的狀態數據存儲，通過串行接口上傳到計 算機中，供學騎自行車的仿真、分析；微處理器也可根據采集到的數據判斷學騎人的熟練程度，控制輔助輪的升降行程及速度，智能地輔助自行車學騎；以提高自行車學騎的效率。
權利要求1.一種自行車騎行學習自動輔助平衡裝置，包括自行車，其特征在于還包括重力加速度傳感器、控制器、升降機構、左輔助輪和右輔助輪，所述重力加速度傳感器設于所述自行車車架，所述控制器和升降機構設于所述自行車后輪上方或兩側，所述左輔助輪和右輔助輪中心設有輪軸并位于所述自行車后輪兩側，所述升降機構連接所述左輔助輪和右輔助輪中心輪軸一端并驅動左輔助輪和右輔助輪升降，所述重力加速度傳感器信號輸出端連接所述控制器信號輸入端，所述控制器信號輸出端連接所述升降機構信號輸入端。
2.根據權利要求I所述的自行車騎行學習自動輔助平衡 裝置，其特征在于所述升降機構包括電動推桿、連接桿、左連桿和右連桿，所述電動推桿設于所述自行車后輪上方，所述左連桿和右連桿中部分別鉸接于所述自行車后輪轉軸兩端，所述左輔助輪和右輔助輪中心輪軸一端分別連接所述左連桿和右連桿底端，所述連接桿兩端分別連接所述左連桿和右連桿頂端，所述電動推桿頂端連接所述連接桿中部并推拉連接桿，所述連接桿驅動所述左連桿和右連桿繞所述自行車后輪轉軸轉動并帶動所述左輔助輪和右輔助輪同步上升或下降。
3.根據權利要求I所述的自行車騎行學習自動輔助平衡裝置，其特征在于所述升降機構包括兩個安裝支架和兩個電動推桿，所述兩個安裝支架位于所述自行車后輪兩側并通過螺栓安裝于后輪轉軸兩端，所述兩個電動推桿分別通過壓板固定于所述兩個安裝支架上，所述兩個電動推桿頂端分別通過接套連接所述左輔助輪和右輔助輪中心輪軸一端并驅動左輔助輪和右輔助輪升降。
4.根據權利要求I所述的自行車騎行學習自動輔助平衡裝置，其特征在于所述升降機構包括兩個安裝支架、兩個直流電機、兩個蝸輪蝸桿減速箱和兩根擺動接桿，所述兩個安裝支架位于所述自行車后輪兩側并通過螺栓安裝于后輪轉軸兩端，所述兩個蝸輪蝸桿減速箱分別安裝于所述兩個安裝支架上，所述兩個直流電機分別連接所述兩個蝸輪蝸桿減速箱，所述兩個蝸輪蝸桿減速箱輸出軸分別通過兩根擺動接桿連接所述左輔助輪和右輔助輪中心輪軸一端并驅動左輔助輪和右輔助輪升降。
5.根據權利要求4所述的自行車騎行學習自動輔助平衡裝置，其特征在于所述升降機構還包括兩個定位盤和四個行程開關，所述兩個定位盤分別設于所述兩個蝸輪蝸桿減速箱外側并沿圓周方向開有一段弧形槽，所述四個行程開關分別設于所述兩個定位盤上和弧形凹槽內，所述每個定位盤上的兩個行程開關分別位于所述擺動接桿的兩側，其中安裝于所述弧形凹槽內的行程開關可在弧形凹槽內移動并定位，所述四個行程開關的信號輸出端連接所述控制器的信號輸入端。
6.根據權利要求I至5任一項所述的自行車騎行學習自動輔助平衡裝置，其特征在于所述控制器包括微處理器、電機驅動電路、存儲芯片和串行接口，所述重力加速度傳感器信號輸出端連接所述微處理器信號輸入端，所述微處理器與存儲芯片和串行接口雙向連接，所述微處理器信號輸出端連接所述電機驅動電路信號輸入端，所述電機驅動電路連接所述升降機構。
專利摘要本實用新型公開了一種自行車騎行學習自動輔助平衡裝置，即本裝置包括自行車、重力加速度傳感器、控制器、升降機構、左輔助輪和右輔助輪，重力加速度傳感器設于自行車車架，控制器和升降機構設于自行車后輪上方或兩側，左輔助輪和右輔助輪中心設有輪軸并位于自行車后輪兩側，升降機構連接左輔助輪和右輔助輪中心輪軸一端并驅動左輔助輪和右輔助輪升降，重力加速度傳感器信號輸出端連接控制器信號輸入端，控制器信號輸出端連接升降機構信號輸入端。本裝置可實現自行車騎行學習過程的自動平衡，無需它人跟隨輔助平衡，避免了騎行學習過程中的安全隱患，方便了自行車的騎行學習。
文檔編號G05D1/08GK202694150SQ20122021133
公開日2013年1月23日 申請日期2012年5月11日 優先權日2012年5月11日
發明者朱弘 申請人:朱弘