[发明专利]一种基于倒立摆控制系统的自平衡代步两用鞋

说明书

技术领域

本发明是一种新型环保代步交通工具，涉及倒立摆自动控制，具体讲是一种基于倒立摆控制系统的自平衡两用代步鞋。

背景技术

交通工具的发明深刻改变着人类的生活，它们极大地解放了人类的双脚，扩展了人类的活动范围。从某种意义上说，它们加速了人类文明的进程。对于长程旅行，人们可以乘坐飞机、火车、汽车等交通工具，而短途交通工具常见的有自行车、电动自行车等。轮滑鞋和滑板由于其使用有一定难度以及安全性等因素，一般作为娱乐健身工具。本发明提供了一种安全可靠且方便的代步方案，需要步行时可作为普通鞋子，需要工具代步时又能作为一种简单易用的可穿戴交通工具。它不需要额外携带、并能节省人们徒步行走的体力。

倒立摆系统是一个经典的多变量、非线性、不稳定系统,现代控制理论已经有成熟的方法控制其倒立或移动。倒立摆控制方法和技术在半导体及精密仪器加工、机器人技术、导弹拦截控制系统和航空器对接控制技术等方面具有广阔的应用前景。美国Segway公司将倒立摆控制技术应用于双轮小车，开发出了Segway电动平衡车，而Solowheel公司更是将这种技术应用于单轮车，开发出了电动独轮平衡车。这些产品都获得了很大的成功，但也都有其局限性，比如Segway电动平衡车携带不是很方便，而Solowheel电动独轮平衡车虽然相对Segway电动平衡车较为便携，但其使用需要一定的技巧，需要较长时间的练习才能获得，这限制了这些产品的使用场合和使用人群。

本发明将倒立摆控制技术与人们日常需要穿着的鞋子有机融合，一举解决了便携性和易用性的困难，因为它不用额外携带、能自动行走、省心省力。它不同于传统的轮滑鞋需要使用者自身的平衡能力和控制技巧来控制平衡，自平衡鞋由于具有倒立摆控制系统，它能自动保持身体的平衡，使用者只需调整身体的姿态来控制移动的方向和速度。另外，传统轮滑鞋在行进中需要消耗大量的体力，本发明的自平衡鞋由于有供能系统，身体行进时消耗的体力极少。

我们可以设想在大型商场中使用本发明的情形，由于商场很大，徒步逛商场会消耗大量体力，极大降低购物的愉悦体验，而穿着自平衡鞋的购物者却能节省大量体力，在同一楼层可以用它代步，在上下楼时可以作为普通鞋子走楼梯。

发明内容

本发明目的是提高代步交通工具的便携性和易用性，提供一种安全可靠且方便环保的基于倒立摆控制系统的自平衡两用代步鞋。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于倒立摆控制系统的自平衡两用代步鞋，包括鞋体，鞋体上设置有滚轮、控制模块和用于交换双脚姿态信息的无线发射接收模块，滚轮内设置有电机，控制模块包括微处理器、电子陀螺仪和测量滚轮转速的速度传感器，电子陀螺仪、速度传感器分别与微处理器的输入端相连，微处理器的输出端与电机相连，无线发射接收模块与微处理器互联。

进一步地，所述控制模块还包括用于测量鞋体与地面倾斜角度的角度传感器，角度传感器与微处理器的输入端相连。

进一步地，所述滚轮上设置有滚轮伸缩机构。

进一步地，所述速度传感器为光电码盘或光电管。

进一步地，所述无线发射接收模块为红外模块或蓝牙模块。

进一步地，所述自平衡电动独轮车还包括电能回收模块，电能回收模块与供电电池相连。

本发明基于倒立摆控制系统的自平衡代步两用鞋，控制模块通过控制电机实现人体自平衡，并根据人体的姿态向各个方向自动运动。无线发射接收模块可以交换双脚的姿态信息，使控制模块能够协同两只脚上电机的工作。人体与鞋子整体构成一个倒立摆系统，控制模块能控制倒立摆直立行走。控制模块具有检测人体姿态的传感器，能检测人体的实时姿态，同时还能接收并处理电机的工作状态、速度及另一只脚的姿态信息，使双脚协同运动。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比，具有以下优点：本发明基于倒立摆控制系统的自平衡代步两用鞋,将倒立摆控制技术与人们日常需要穿着的鞋子有机融合，克服了普通代步工具便携性和易用性的困难。它利用倒立摆控制系统自动保持身体的平衡，并通过调整身体的姿态来控制移动的方向和速度，即便是腿脚不便的人也能方便使用。本发明拓展了普通代步工具的使用场合和使用人群，提高了代步工具的便携性。

附图说明

图1是本发明基于倒立摆控制系统的自平衡两用代步鞋的整体结构示意图。

图2是本发明基于倒立摆控制系统的自平衡两用代步鞋的控制原理示意图。