一種可實現(xiàn)自平衡的變結(jié)構(gòu)獨輪車機器人的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種可實現(xiàn)自平衡的變結(jié)構(gòu)獨輪車機器人，包括側(cè)向平衡裝置、航向控制裝置、前后平衡裝置，側(cè)向平衡裝置包括擺桿轉(zhuǎn)動機構(gòu)、擺桿絲杠滑塊驅(qū)動機構(gòu)，擺桿滑塊置于擺桿內(nèi)部用于實現(xiàn)擺桿轉(zhuǎn)動慣量的調(diào)節(jié)；航向控制裝置包括腰盤轉(zhuǎn)動機構(gòu)、腰盤絲杠傳動機構(gòu)、腰盤滑塊驅(qū)動機構(gòu)，腰盤滑塊置于腰盤內(nèi)部用于實現(xiàn)腰盤轉(zhuǎn)動慣量的調(diào)節(jié)；本實用新型不僅能實現(xiàn)獨輪車機器人的前后平衡、側(cè)向平衡以及靈活轉(zhuǎn)向，而且可在線調(diào)節(jié)擺桿與腰盤的轉(zhuǎn)動慣量，從而加強了獨輪車機器人平衡和轉(zhuǎn)向的控制能力，使可控傾角更大，轉(zhuǎn)彎半徑更小，從而增強了機器人對動態(tài)復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性。
【專利說明】一種可實現(xiàn)自平衡的變結(jié)構(gòu)獨輪車機器人

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及智能機器人【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種可實現(xiàn)自平衡的變結(jié)構(gòu)獨輪車機器人。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，國際上對于獨輪車機器人的研宄尚處于研宄性階段，國內(nèi)對該種機器也有少許研宄。例如北京工業(yè)大學(xué)提出的《一種獨輪自平衡機器人系統(tǒng)》發(fā)明專利(申請?zhí)?201110304597.5)該機器人系統(tǒng)的機身上部含有一個豎直放置的擺盤，用來實現(xiàn)機器人的側(cè)向平衡控制；機身中部含有可轉(zhuǎn)動的水平放置的腰盤，用來實現(xiàn)機器人的轉(zhuǎn)彎；機身下部為一個可前后轉(zhuǎn)動的獨輪，用來實現(xiàn)機器人的前后平衡。所述的豎直擺盤和水平腰盤轉(zhuǎn)動慣量固定不變，并未考慮質(zhì)量分布動態(tài)變化對平衡控制的影響，故應(yīng)對復(fù)雜可變環(huán)境能力弱，控制方式單一。東南大學(xué)提出的《一種可實現(xiàn)自平衡的獨輪機器人》實用新型專利(專利授權(quán)號:CN202362674U)該機器人利用平衡桿實現(xiàn)機器人側(cè)向平衡控制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種以獨輪作為機器人前后平衡控制機構(gòu)、以腰盤作為航向調(diào)整機構(gòu)、以擺桿作為側(cè)向平衡控制機構(gòu)來實現(xiàn)自平衡的獨輪車機器人，該獨輪車機器人是基于可變轉(zhuǎn)動慣量腰盤與擺桿控制而設(shè)計的，不僅能實現(xiàn)前后平衡、側(cè)向平衡以及靈活轉(zhuǎn)向，而且可在線調(diào)節(jié)擺桿與腰盤的轉(zhuǎn)動慣量，從而加強了獨輪車機器人平衡和轉(zhuǎn)向的控制能力，使可控傾角更大，轉(zhuǎn)彎半徑更小，從而增強了機器人對動態(tài)復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性。
[0004]所述側(cè)向平衡的調(diào)節(jié)是通過包括擺桿、擺桿架、擺桿轉(zhuǎn)軸、擺桿滑塊、擺桿絲杠、光桿、擺桿驅(qū)動電機、擺桿滑塊驅(qū)動電機及滑塊驅(qū)動機構(gòu)等構(gòu)成的側(cè)向平衡裝置來實現(xiàn)的；所述航向控制是通過包括腰盤、腰盤架、腰盤輪緣、腰盤滑塊、腰盤絲杠、光桿、腰盤驅(qū)動電機、腰盤滑塊驅(qū)動電機及腰盤絲杠傳動機構(gòu)組成的航向控制裝置來是實現(xiàn)的；所述前后平衡的調(diào)節(jié)是通過包括獨輪、獨輪驅(qū)動機構(gòu)組成的前后平衡裝置來實現(xiàn)的。
[0005]能夠解決上述技術(shù)問題的獨輪車機器人，包括擺桿、腰盤和獨輪。
[0006]所述擺桿位于車身上部，包括擺桿架、擺桿轉(zhuǎn)軸、擺桿滑塊、擺桿絲杠、光桿、擺桿驅(qū)動電機、擺桿滑塊驅(qū)動電機，擺桿驅(qū)動電機一端與擺桿架固連，另一端輸出軸與擺桿連接，可驅(qū)動擺桿加減速正反轉(zhuǎn)。
[0007]所述擺桿滑塊與擺桿絲杠連接，構(gòu)成絲杠滑塊運動機構(gòu)，擺桿絲杠一端與擺桿支架軸承連接，另一端與擺桿滑塊驅(qū)動電機同軸連接。
[0008]所述擺桿滑塊驅(qū)動電機一端與擺桿固連，另一端輸出軸與絲桿同軸連接。擺桿滑塊驅(qū)動電機的正反轉(zhuǎn)可驅(qū)動滑塊沿著絲桿內(nèi)外移動。擺桿上裝有兩個滑塊，由不同電機分別控制。動態(tài)調(diào)節(jié)雙滑塊的不同位置，實現(xiàn)擺桿轉(zhuǎn)動慣量的調(diào)節(jié)。
[0009]所述光桿對滑塊起定位作用，保證滑塊沿著絲杠移動，防止滑塊轉(zhuǎn)動。
[0010]所述腰盤位于車身中部，包括腰盤架、腰盤輪緣、腰盤滑塊、腰盤絲杠、光桿、腰盤驅(qū)動電機、腰盤滑塊驅(qū)動電機，腰盤驅(qū)動電機一端與腰盤架固連，另一端與腰盤軸連接，可驅(qū)動腰盤水平加減速正反轉(zhuǎn)，構(gòu)成腰盤絲杠傳動機構(gòu)。
[0011]所述腰盤絲杠傳動機構(gòu)包括腰盤滑塊驅(qū)動電機、錐齒輪傳動副；所述錐齒輪轉(zhuǎn)動副包括相嚙合的主動錐齒輪和從動錐齒輪。
[0012]所述腰盤滑塊與腰盤絲杠連接，構(gòu)成絲杠滑塊運動機構(gòu)，腰盤絲桿一端與腰盤輪緣軸承連接，另一端與錐齒輪連接。
[0013]所述滑塊驅(qū)動機構(gòu)包括擺桿滑塊驅(qū)動電機、腰盤滑塊驅(qū)動電機、絲杠滑塊傳動副；所述絲杠滑塊傳動副包括相嚙合的擺桿滑塊和擺桿絲杠，相嚙合的腰盤滑塊和腰盤絲杠。
[0014]所述腰盤滑塊驅(qū)動電機，一端與腰盤固連，另一端輸出軸與錐齒輪連接并與四個絲杠錐齒輪分別嚙合。絲杠軸與電機軸通過錐齒輪組成相交軸間的齒輪傳動。腰盤滑塊驅(qū)動電機的的正反轉(zhuǎn)可驅(qū)動腰盤滑塊沿著絲桿內(nèi)外移動。腰盤四個滑塊由一個電機同步控制。動態(tài)調(diào)節(jié)滑塊的不同位置，實現(xiàn)腰盤轉(zhuǎn)動慣量的調(diào)節(jié)。
[0015]所述獨輪位于車身下部，和獨輪驅(qū)動機構(gòu)一起構(gòu)成了前后平衡裝置，用于實現(xiàn)前后平衡的控制。
[0016]所述獨輪驅(qū)動機構(gòu)包括輪緣齒輪、獨輪電機、獨輪編碼器。
[0017]本實用新型具有以下有益效果。
[0018]1.本實用新型所設(shè)計的自平衡獨輪車機器人，可以實現(xiàn)機器人原地定車平衡運動、直線平衡運動和轉(zhuǎn)彎平衡運動。
[0019]2.本實用新型將擺桿與腰盤設(shè)計成轉(zhuǎn)動慣量可調(diào)機構(gòu)，提高了獨輪車機器人自身調(diào)節(jié)能力，使機器人可以適應(yīng)不同環(huán)境的控制要求。
[0020]3.本實用新型將擺桿與腰盤設(shè)計成轉(zhuǎn)動慣量可調(diào)機構(gòu)，方便研宄人員對改變擺桿與腰盤轉(zhuǎn)動慣量對機器人影響的研宄。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型一種實施方式的立體圖。
[0022]圖2為本實用新型一種實施方式的前視圖。
[0023]圖3為圖1中腰盤結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖4為圖3中絲杠滑塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖5為圖1中擺桿結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖6為圖5中絲杠滑塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖中標(biāo)號:1、擺桿；2、擺桿架；3、擺桿轉(zhuǎn)軸；4、擺桿滑塊；5、擺桿絲杠；6、擺桿光桿；7、擺桿驅(qū)動電機；8、擺桿滑塊驅(qū)動電機；9、腰盤；10、腰盤架；11、腰盤輪緣；12、錐齒輪；13、腰盤滑塊；14、腰盤絲杠；15、腰盤光桿；16、腰盤驅(qū)動電機；17、獨輪輪轂、18、腰盤滑塊驅(qū)動電機；19、獨輪；20、輪緣齒輪；21、獨輪電機；22、獨輪編碼器。

【具體實施方式】
[0028]為了更清楚說明本方案的技術(shù)特點，下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0029]本實用新型一種可實現(xiàn)自平衡的變結(jié)構(gòu)獨輪車機器人包括擺桿1、腰盤9和獨輪19。
[0030]如圖1所示，所述獨輪部分包括獨輪19、獨輪輪轂17、輪緣齒輪20、獨輪電機21、獨輪編碼器22。
[0031]所述輪緣齒輪20與獨輪輪轂17 —體形成，輪緣齒輪20分別與獨輪電機21齒輪和獨輪編碼器22齒輪分別嚙合。
[0032]如圖5、6所示，所述擺桿部分為可調(diào)節(jié)機械體，其包括擺桿1、擺桿架2、擺桿轉(zhuǎn)軸3、擺桿滑塊4、擺桿絲杠5、擺桿光桿6、擺桿驅(qū)動電機7、擺桿滑塊驅(qū)動電機8。
[0033]所述擺桿驅(qū)動電機7機殼與擺桿架2固連，輸出軸與擺桿I連接。
[0034]所述擺桿滑塊4與擺桿絲杠5連接，擺桿絲杠5 —端與擺桿架2軸承連接，另一端與擺桿滑塊驅(qū)動電機8同軸連接。
[0035]所述擺桿滑塊驅(qū)動電機8機殼與擺桿I固連，輸出軸與擺桿絲桿5同軸連接。擺桿上裝有兩個滑塊，由不同擺桿滑塊驅(qū)動電機分別控制。
[0036]如圖3、4所示，所述腰盤部分為可調(diào)節(jié)機械體，其包括腰盤9、腰盤架10、腰盤輪緣11、錐齒輪12、腰盤滑塊13、腰盤絲杠14、腰盤光桿15、腰盤驅(qū)動電機16、腰盤滑塊驅(qū)動電機18。
[0037]所述腰盤驅(qū)動電機16機殼與腰盤架10固連，輸出軸與腰盤軸連接，可驅(qū)動腰盤水平加減速正反轉(zhuǎn)。
[0038]所述腰盤滑塊13與腰盤絲杠14連接，腰盤絲杠14 一端與腰盤輪緣11軸承連接，另一端與錐齒輪12連接。
[0039]所述腰盤滑塊驅(qū)動電機18機殼與腰盤9固連，輸出軸與錐齒輪12連接并與四個絲杠錐齒輪12分別嚙合。絲杠軸與電機軸通過錐齒輪組成相交軸間的齒輪傳動。腰盤滑塊驅(qū)動電機18的的正反轉(zhuǎn)可驅(qū)動腰盤絲杠14轉(zhuǎn)動，從而控制腰盤滑塊13沿著絲杠14內(nèi)外移動。腰盤四個滑塊由一個電機同步控制。
【權(quán)利要求】
1.一種可實現(xiàn)自平衡的變結(jié)構(gòu)獨輪車機器人，包括側(cè)向平衡裝置、航向控制裝置、前后平衡裝置，其特征在于:所述側(cè)向平衡裝置包括擺桿(I)、擺桿架(2)、擺桿轉(zhuǎn)軸(3)、擺桿滑塊(4)、擺桿絲杠(5)、光桿(6)、擺桿驅(qū)動電機(7)、擺桿滑塊驅(qū)動電機(8)及滑塊驅(qū)動機構(gòu)； 所述擺桿驅(qū)動電機(7)機殼與擺桿架(2)固連，輸出軸與擺桿(I)連接； 所述擺桿滑塊(4)與擺桿絲杠(5)連接，擺桿絲杠(5)—端與擺桿架(2)軸承連接，另一端與擺桿滑塊驅(qū)動電機(8)同軸連接； 所述擺桿滑塊驅(qū)動電機(8)機殼與擺桿固連，輸出軸與擺桿絲桿(5)同軸連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可實現(xiàn)自平衡的變結(jié)構(gòu)獨輪車機器人，其特征在于:所述航向控制裝置包括腰盤(9 )、腰盤架(10 )、腰盤輪緣(11)、錐齒輪(12 )、腰盤滑塊(13 )、腰盤絲杠(14)、腰盤光桿(15)、腰盤驅(qū)動電機(16)、腰盤滑塊驅(qū)動電機(18)及腰盤絲杠傳動機構(gòu)； 所述腰盤驅(qū)動電機(16)機殼與腰盤架(10)固連，輸出軸與腰盤軸連接； 所述腰盤滑塊(13)與腰盤絲杠(14)連接，腰盤絲杠(14) 一端與腰盤輪緣(11)軸承連接，另一端與錐齒輪(12)連接； 所述腰盤滑塊驅(qū)動電機(18)機殼與腰盤(9)固連，輸出軸與四個絲桿錐齒輪(12)分別連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可實現(xiàn)自平衡的變結(jié)構(gòu)獨輪車機器人其特征在于:所述前后平衡裝置包括獨輪(19)及獨輪驅(qū)動機構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任意一項所述的一種可實現(xiàn)自平衡的變結(jié)構(gòu)獨輪車機器人，其特征在于:所述滑塊驅(qū)動機構(gòu)包括擺桿滑塊驅(qū)動電機(8)、腰盤滑塊驅(qū)動電機(18)、絲杠滑塊傳動副；所述絲杠滑塊傳動副包括相嚙合的擺桿滑塊(4)和擺桿絲杠(5)，相嚙合的腰盤滑塊(13)和腰盤絲杠(14)； 所述腰盤絲杠傳動機構(gòu)包括腰盤滑塊驅(qū)動電機(18)、錐齒輪傳動副；所述錐齒輪傳動副包括相嚙合的主動錐齒輪和從動錐齒輪(12)。
【文檔編號】G05D1/02GK204229226SQ201420383330
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月12日
【發(fā)明者】莊未, 李勝勇, 黃渭, 黃用華, 羅嘉欣, 毛甲琦, 劉夫云, 黃美發(fā), 鐘永全 申請人:桂林電子科技大學(xué)