基于独轮平衡式智能机器人设计

基于独轮平衡式智能机器人设计
发布时间：2021-07-28T10:26:46.387Z 来源：《中国科技信息》2021年9月上作者：陈泳伊[1] 赵华[1] 郭洋[2] [导读] 独轮平衡车已经成为新一代的节能环保的新型代步工具之一，它的运动比较灵活，便于携带，适用于便捷出行与局限空间运动。

沈阳航空航天大学设计艺术学院1 陈泳伊[1] 赵华[1] 沈阳 110136 锦州师范高等专科学校锦州2 郭洋[2] 121000摘要：独轮平衡车已经成为新一代的节能环保的新型代步工具之一，它的运动比较灵活，便于携带，适用于便捷出行与局限空间运动。

本设计基于平衡车的工作原理，优化机器人的功能和外观结构设计，结合物联网应用APP设计，实现了带有蓝牙定位等多功能应用的一款双驱动双电池的独轮平衡式智能机器人设计。

关键词：平衡车；智能；机器人；物联网APP；
引言
由于如今城市交通拥挤、环境污染导致地球变暖、青年人的“拖延症”以及新冠状病毒的爆发等近年来发现的一系列问题，“减少拥挤”、“节能环保”、“智能高效”成了设计产品的关键词。

为了缓解社会压力，共享单车、共享电车、平衡车等逐渐成为绿色出行的首选，其中独轮平衡车更受到年轻人的青睐，它有着低碳环保及便携轻巧的优势，为疫情防御期间的安全出行提供了保障。

随着人工智能服务型机器人需求量的增多，基于平衡车的工作原理，设计开发智能型机器人，既能满足人们日常的代步工具及休闲娱乐，又能在无人状态下，按照规定的路线，进行配送取货等，在民用及教学研究上都有一定的应用前景。

1平衡车设计分析根据市场调研分析报告，市面的电动平衡车分为独轮式和双轮式两类，但是存在着部分产品体积大、不便于携带、耗电快以及爬坡能力弱等欠缺，从而导致一系列的安全性问题。

采用网络问卷调查的形式对产品进行调研，通过问卷调研进行设计产品柱形图分析，总结出用户参考的选购要点有：品牌的口碑；对传统的铅酸电池以及锂电池的选择；重量是否方便携带——高科技材质选择；手提携带以及储存部分的需求；自动平衡功能的安全性以及针对空转的需求设计；爬坡角度以及重心转移能力以及电池管理休眠和续航距离的长短等。

本产品设计是根据用户的选购需求为设计思路，融入互联网智能设计及机器人设计，优化设计产品的材质以及外观结构和产品功能，设计出既满足市场上的大众需求又能在多领域实现应用前景的智能机器人产品。

2独轮平衡式智能机器人产品设计 2.1 产品外观及结构功能设计 1)产品在外观设计上以黑灰色(#2a2829)为主色，蓝色(#0c85be)为点缀色，外壳材料采用碳纤维复合材料和ABS塑料组成，重量大概约14.5kg，厚度约149mm的一款超薄超轻的便携车。

2)保证美观轻便的同时，结构上设计了储物空间。

考虑到货物空间会影响整体的重心和安全问题，所以我们在轮子上方、两腿之间的空间设计了带有可伸缩臂的储物架，可以根据不同尺寸的货物，调节可伸缩臂的长度与角度。

双杆储物架之间设有车身一体化的提手，用户进入室内场所后可以像拉杆箱一样方便携带。

3)为了避免车轮离开地面后形成空转，可能造成不必要的伤害，车体上设有防空转按键。

按下按钮时，即使在车体电源开启时，车轮离开地面后，车轮也不会飞快空转，增加了安全性。

4)两侧踏板是黑色白钢材质的磨砂粗纹理的防滑踏板，吸磁设计可以收放自如，防止踏板松落以及丢失等问题。

5)硬件配置上设有双电机双锂电池以及双驱动设计，主要解决产品在路上超速、遇到突发事件时失去平衡、续航时间过短等问题；双电池设计是考虑到锂电池的重量较小，续航能力强可将续航延长到55-60千米，爬坡能力角度在30度；双驱动设计可以降低电路功率，增加了可靠性。

6)产品前侧设置了可视化摄像头。

蓝牙定位的两个全方位摄像头，不但可以蓝牙导航探测路况也兼有行车记录仪的作用。

可视化摄像头上侧设有高亮的LED照明灯，这样无论是白天还是黑夜，我们可以通过手机APP实时跟踪控制，产品含有语音提醒功能，起到服务型机器人助理作用。

7)独轮平衡式机器人结构采用独轮式，结构尺寸相对紧凑，运动灵活，可以更好地在小空间范围内活动。

独轮平衡式机器人既可以单独接单完成运送工作，运送一定体积的小货物，也可以几个机器人组合，完成较大货物的运送。

机器人之间具有相互协同系统，可以更灵活的进行货物的运输。

2.2物联网技术APP设计
随着物联网技术的高速发展，独轮平衡式智能机器人设计的同时融入了一款与机器人联动的APP，分为APP启动页、广场界面，设备信息界面、设备搜索界面、导航界面、操控界面、设备教学界面、我的界面。

界面的主色调以绿色为主，界面简单直观，用户可以通过简单的操作进行APP应用。

其中广场界面是用户在APP中上传自己的今日心得，车友们可以进行交流交友等互动活动，方便线下约车、车友会等社交性活动；设备信息界面实时记录设备的行驶速度，电池消耗量，每次的里程公里数等实时信息；设备搜索界面和导航界面都是通过蓝牙定位系统，进行设备实时跟踪位置以及有目标地点时进行路况分析，并提供最佳最安全的路线；操控界面是监控设备的状态可以手动休眠设备激活设备等；设备教学界面，新手可以通过教学视频以及要领学习如何运用平衡车，掌握更多技巧；最后是我的界面是个人的信息以及互动好友信息等个人所有相关信息的界面。

3 结论
本次独轮平衡式智能机器人设计，产品外壳材料采用碳纤维复合材料和ABS塑料组成，优化外观设计的同时使其更加轻薄便携；在结构上增加了可拆卸的伸缩货物架，方便存储和运输货物；融入物联网APP的服务性设计，使产品可用性增强的同时还通过互联网让更多的人了解到这个节能环保的独轮平衡式智能机器人。

开拓市场的同时又能积极呼应国家政策，采取避免人群拥挤的政策，无论是在宽敞的大道还是狭小拥挤的空间，平衡车机器人无疑会有很大的优势成为最优选的交通工具及服务型货物快递工具。

参考文献：
[1]申晓峰.自平衡载人电动独轮车的控制系统研究[D].浙江大学,2015
[2]王启源.独轮自平衡机器人建模与控制研究[D].北京：北京工业大学，2011
[3]陈根.图解产品设计材料与工艺[M].北京：化学工业出版社，2020.7 作者介绍：
1.陈泳伊，2000.09.27性别：女，汉族，籍贯：辽宁省绥中市，学生，学历：本科专业：产品设计
2.赵华，198
3.07.18，性别：女，汉族，籍贯：辽宁锦州市，讲师，学历：硕士，研究方向：产品设计
3.郭洋，1980.07.15，性别：女，汉族，籍贯：辽阳市，讲师，研究方向：机械设计及理论项目来源：辽宁省大学生创新创业训练计划项目（X202010143183）。