CN102826113A - 复位机构及其自平衡电动两轮机器人转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复位机构，包括机架、转轴、齿轮、齿条、齿条复位装置和齿条限位装置。齿轮套设在转轴上，并与齿条啮合；齿条的背面设有第一限位部和第二限位部；齿条复位装置包括弹性元件以及第三限位部和第四限位部。齿条限位装置用于支撑齿条和弹性元件。当转轴和齿条均处于初始位置时，第一限位部与第三限位部相对，第二限位部与第四限位部相对，弹性元件的一端抵靠第一限位部和第三限位部，另一端抵靠第二限位部和第四限位部。本发明还公开了采用上述复位机构的自平衡电动两轮机器人转向装置。本发明在操作者撤销施加给自平衡电动两轮机器人的转向装置的转动力矩后，能够使自平衡电动两轮机器人的转向装置自动复位到初始位置。

Description

复位机构及其自平衡电动两轮机器人转向装置

技术领域

本发明涉及复位机构以及转向装置，尤其涉及一种用于自平衡电动两轮机器人转向装置的复位机构及其转向装置。

背景技术

目前，自平衡电动两轮机器人的转向装置主要有两种操作结构，一种是摆动式，另外一种是转动式。在摆动式的转向装置中，转轴水平地设置在自平衡电动两轮机器人的支撑平台上，转轴的一端与一摆杆相连，操作者在转向时操纵设置于摆杆上端的把手带动摆杆从初始的中间位置向左或向右摆动，进而带动与该摆杆相连的水平转轴由初始位置围绕该水平转轴的中轴线沿顺时针方向或逆时针方向转动，通过检测装置检测到该水平转轴转动角度的大小，并将反映该转动角度变化量的检测信号发送至该自平衡电动两轮机器人的控制系统，从而控制该自平衡电动两轮机器人的转向。在转动式的转向装置中，转轴竖立在自平衡电动两轮机器人的支撑平台上，操作者在转向时通过手或腿的操作带动设置于转轴上端的把手向顺时针方向或逆时针方向转动，进而带动与该把手相连的转轴由初始位置围绕该转轴的中轴线沿顺时针方向或逆时针方向转动，通过检测装置检测到该转轴转动角度的大小，并将反映该转动角度变化量的检测信号发送至该自平衡电动两轮机器人的控制系统，从而控制该自平衡电动两轮机器人的转向。

在上述的两种转向装置中，都需要考虑在操作者撤销施加给转向装置的转动力矩后、能够使该转向装置的转轴以及把手或摆杆自动回复到初始位置的复位问题。在现有的摆动式转向装置中，虽然设有复位机构，但存在着结构复杂、不耐用的缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种当驱使转轴转动的力矩消除后、能够使转轴复位到初始位置的复位机构，该复位机构结构简单，坚固耐用。

本发明所要解决的进一步的技术问题在于提供一种采用了上述复位机构的自平衡电动两轮机器人转向装置, 在操作者撤销施加给自平衡电动两轮机器人的转向装置的转动力矩后,该自平衡电动两轮机器人的转向装置的把手或摆杆可自动复位到初始位置。

本发明提供了一种复位机构，包括机架和竖立的转轴；其特点是，该复位机构还包括齿轮、齿条、齿条复位装置和齿条限位装置；齿轮套设在转轴上，并与齿条啮合；齿条的背面设有彼此相对的第一限位部和第二限位部；齿条复位装置包括弹性元件以及彼此相对的第三限位部和第四限位部；弹性元件位于该第三限位部与第四限位部之间；第三限位部和第四限位部固定在机架上；齿条限位装置用于支撑齿条和弹性元件；当转轴和齿条均处于初始位置时，第一限位部与第三限位部相对，第二限位部与第四限位部相对，弹性元件的一端抵靠第一限位部和第三限位部，另一端抵靠第二限位部和第四限位部。 

上述的复位机构，其中，机架包括机架本体和设置在机架本体上的一对轴承座；齿条复位装置还包括一基座部，基座部与机架本体固定连接，弹性元件的侧面抵在基座部上，第三限位部和第四限位部与基座部相连；一对轴承座分别位于齿条的上方和下方；转轴上套设有一对轴承，该一对轴承分别安装在一对轴承座上。

上述的复位机构，其中，齿条限位装置包括分别设置在一对轴承座的两相向侧面上、沿平行于齿条的方向延伸的凸台，齿条和弹性元件支撑在位于该齿条下方的所述凸台上。

上述的复位机构，其中，弹性元件为弹簧。

本发明还提供了一种自平衡电动两轮机器人转向装置，该转向装置包括把手和上述的复位机构；其中，该复位机构的转轴竖立在自平衡电动两轮机器人的支撑平台上；把手与转轴的上端连接，并可带动转轴围绕该转轴的中轴线转动；该复位机构的机架为自平衡电动两轮机器人的车架。

本发明还提供了一种复位机构，包括转轴和机架；转轴水平地安装于机架上；其特点是，该复位机构还包括齿轮、齿条和齿条复位装置；齿轮套设在转轴上，并与齿条啮合；齿条的背面设有彼此相对的第一限位部和第二限位部；齿条复位装置包括弹性元件以及彼此相对的第三限位部和第四限位部；弹性元件位于该第三限位部与第四限位部之间；第三限位部和第四限位部固定在机架上；当转轴和齿条均处于初始位置时，第一限位部与第三限位部相对，第二限位部与第四限位部相对，弹性元件的一端抵靠第一限位部和第三限位部，另一端抵靠第二限位部和第四限位部。

上述的复位机构，其中，机架包括机架本体和设置在机架本体上的一对轴承座；齿条复位装置还包括一基座部，基座部与机架本体固定连接，弹性元件支承于基座部上，第三限位部和第四限位部与基座部相连；一对轴承座分别位于齿条的左右两侧；转轴上套设有一对轴承，该一对轴承分别安装在一对轴承座上。

上述的复位机构，其中，还包括一齿条限位装置，该齿条限位装置包括分别设置在一对轴承座的两相向侧面上、沿平行于齿条的方向延伸的凸台，该一对凸台分别靠近齿条的左侧面和右侧面。

上述的复位机构，其中，弹性元件为弹簧。

本发明还提供了一种自平衡电动两轮机器人转向装置，该转向装置包括摆杆和上述的复位机构；其中，摆杆与复位机构的转轴的一端连接，并可带动转轴围绕该转轴的中轴线转动；该复位机构的机架为自平衡电动两轮机器人的支撑平台。

本发明具有以下优点：

1、本发明的复位机构主要通过齿条的复位来实现转轴的复位。当转轴由初始位置向顺时针或逆时针方向转动时，套设在转轴上的齿轮会带动齿条由初始位置向一侧或另一侧移动，从而压缩弹性元件；当驱使该转轴转动的力矩消除后，该受到压缩的弹性元件的弹性复位力会带动齿条以及转轴复位到初始位置。本发明结构简单，并且容易制造及安装；

2、本发明通过齿轮和齿条实现转轴的复位，更加坚固耐用，并且复位控制精度高。

附图说明

图1是采用本发明的复位机构的自平衡电动两轮机器人一个实施例的总体示意图。

图2是图1的局部放大示意图，示出了本发明复位机构的一个实施例。

图3是图2的A-A方向剖面示意图，其中，转轴和齿条处于初始位置。

图4是图2的A-A方向剖面结构示意图，其中，转轴由初始位置沿顺时针方向转过了一角度。

图5是本发明复位机构的另一个实施例的剖面结构示意图。

图6是图5的A-A方向剖面示意图，其中，摆杆处于初始位置。

图7是图5的A-A方向剖面结构示意图，其中，摆杆处于摆动位置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作出进一步说明。

图1示出了一种采用转动式转向装置的自平衡电动两轮机器人100的整体结构示意图。图2是图1的P部分的局部放大示意图。图3和图4是图2的A-A方向示意图。

参考图1至图4。根据本发明一实施例的复位机构包括转轴1、机架2、齿轮3、齿条4、齿条导向装置和齿条限位装置。转轴1竖立在自平衡电动两轮机器人100的支撑平台110上，转轴1的上端与自平衡电动两轮机器人的把手120相连，并可在把手120的带动下围绕该转轴的中轴线10转动。在本实施例中，机架2为自平衡电动两轮机器人的车架，车架设置在支撑平台110上。转轴1可以是一实心轴或一管状体。齿轮3套设在转轴1上，并与齿条4啮合。齿条4的背面设有彼此相对的第一限位部41和第二限位部42。齿条复位装置包括弹性元件51以及彼此相对的第三限位部53和第四限位部54。弹性元件51位于该第三限位部53与第四限位部54之间，第三限位部53与第四限位部54固定在机架2上。齿条限位装置用于支撑齿条4和弹性元件51。该齿条限位装置例如可以是设置于机架2上的凸台。

如图2所示，在一具体的实施例中，机架2包括机架本体21以及设置在机架本体上的一对轴承座23。齿条复位装置还包括一基座部52，基座部52与机架本体21固定连接，弹性元件51的侧面抵在基座部52上，第三限位部53和第四限位部54与基座部52相连。弹性元件51可采用弹簧。一对轴承座23分别位于齿条4的上方和下方。转轴1上套设有一对轴承（图中未示出），该一对轴承分别安装在一对轴承座23上。齿条限位装置包括分别设置在一对轴承座的两相向侧面上、沿平行于齿条的方向延伸的凸台231、232，齿条4和弹性元件51支撑在位于该齿条下方的凸台231上。凸台232靠近齿条的上侧面。

如图3所示，当转轴1和齿条4均处于初始位置时，第一限位部41与第三限位部53相对，第二限位部42与第四限位部54相对，作为弹性元件 51的弹簧的一端抵靠在第一限位部的内侧面411和第三限位部的内侧面531上，另一端抵靠在第二限位部的内侧面421和第四限位部的内侧面541上。最好是，第三限位部的内侧面531与第四限位部的内侧面541的间距小于弹簧的轴向长度，使得弹簧在初始位置时已经受到预压力。

当操作者要操作自平衡电动两轮机器人向一侧方向转弯时，可将把手120向该侧方向转动，从而对与把手120相连的转轴1施加一转动力矩，转轴1可从一初始位置向顺时针方向或逆时针方向转动，套设在转轴上的齿轮3会带动齿条4由初始位置向前或向后移动，从而压缩弹性元件。齿条的齿数可根据实际需要而定，可以是一个齿或多个齿，例如齿条只有一个齿，相应的，齿轮可以只有两个齿；当齿轮只有一个齿，而齿条相应的可以只有两个齿；齿轮车齿条当然也可以均有多个齿。如图4所示，齿轮3顺时针转动，齿条4向下移动，第一限位部的内侧面411离开弹性元件51的下端，同时，弹性元件51的下端的一部仍然抵靠在第三限位部的内侧面531上。第二限位部的内侧面421向弹性元件51的上端施加一压力，使弹性元件51压缩变形。当操作者松开把手120、驱使转轴1转动的力矩消除后，受到压缩的弹性元件的弹性复位力会带动齿条以及转轴复位到初始位置，并同时带动把手120回转至初始位置，同时压缩变形的弹性元件也恢复原状。

图5至图7示出了根据本发明又一实施例的应用于摆动式转向装置的复位机构的结构示意图。根据本发明另一实施例的复位机构包括转轴1a、机架2a、齿轮3a、齿条4a和齿条复位装置。在该实施例中，机架2a为自平衡电动两轮机器人的支撑平台。转轴1a水平地安装于机架2a（即支撑平台）上。转轴1a的一端与摆动式转向装置的摆杆6连接，并可在摆杆6的带动下围绕该转轴的中轴线10a转动。转轴1a可以是一实心轴或一管状体。齿轮3a套设在转轴1上，并与齿条4a啮合。齿条4a的背面设有彼此相对的第一限位部41a和第二限位部42a。齿条复位装置包括弹性元件51a以及彼此相对的第三限位部53a和第四限位部54a。弹性元件51a位于该第三限位部53a与第四限位部54a之间，第三限位部53a与第四限位部54a固定在机架2a上。

如图5所示，在一具体的实施例中，机架2a包括机架本体21a以及设置在机架本体上的一对轴承座23a。齿条复位装置还包括一基座部52a，基座部52a与机架本体21a固定连接，弹性元件51a支承于基座部52a上，第三限位部53a和第四限位部54a与基座部52a相连。弹性元件51a可采用弹簧。一对轴承座23a分别位于齿条4a的左右两侧。转轴1a上套设有一对轴承（图中未示出），该一对轴承分别安装在一对轴承座23a上。该复位机构还包括一齿条限位装置，该齿条限位装置包括分别设置在一对轴承座的两相向侧面上、沿平行于齿条的方向延伸的凸台231a、232a，该一对凸台分别靠近齿条4a的左侧面和右侧面，可起到限制齿条在移动时左右晃动、沿着齿条的轴向方向引导齿条移动的作用。

如图6所示，当转轴1a和齿条4a均处于初始位置时，第一限位部41a与第三限位部53a相对，第二限位部42a与第四限位部54a相对，作为弹性元件 51a的弹簧的一端抵靠在第一限位部的内侧面411a和第三限位部的内侧面531a上，另一端抵靠在第二限位部的内侧面421a和第四限位部54a的内侧面541a上。最好是，第三限位部的内侧面531a与第四限位部的内侧面541a的间距小于弹簧的轴向长度，使得弹簧在初始位置时已经受到预压力。

当操作者要操作自平衡电动两轮机器人向一侧方向转弯时，可将摆杆6向该侧方向摆动，从而对与摆杆6相连的转轴1a施加一转矩，使转轴1a从初始位置向顺时针方向或逆时针方向转动，套设在转轴上的齿轮3a会带动齿条4a由初始位置向左或向右移动，从而压缩弹性元件51a。如图7所示，齿轮3a顺时针转动，齿条4a向左移动，第一限位部的内侧面411a离开弹性元件51a的左端，同时，弹性元件51a的左端的一部仍然抵靠在第三限位部的内侧面531a上。第二限位部的内侧面421a向弹性元件51a的右端施加一压力，使弹性元件51a压缩变形。当操作者松开摆杆6、驱使转轴1a转动的力矩消除后，受到压缩的弹性元件的弹性复位力会带动齿条以及转轴复位到初始位置，并同时带动摆杆6回复至初始的中间位置，同时压缩变形的弹性元件也恢复原状。

Claims (10)

1.一种复位机构，包括机架和竖立的转轴；其特征在于，该复位机构还包括齿轮、齿条、齿条复位装置和齿条限位装置；

所述的齿轮套设在所述的转轴上，并与所述的齿条啮合；

所述齿条的背面设有彼此相对的第一限位部和第二限位部；

所述的齿条复位装置包括弹性元件以及彼此相对的第三限位部和第四限位部；所述的弹性元件位于该第三限位部与第四限位部之间；第三限位部和第四限位部固定在所述的机架上；

所述的齿条限位装置用于支撑所述齿条和所述弹性元件；

当转轴和齿条均处于初始位置时，所述的第一限位部与第三限位部相对，所述的第二限位部与第四限位部相对，所述弹性元件的一端抵靠第一限位部和第三限位部，另一端抵靠第二限位部和第四限位部。

2.如权利要求1所述的复位机构，其特征在于，所述的机架包括机架本体和设置在机架本体上的一对轴承座；

所述的齿条复位装置还包括一基座部，所述的基座部与所述机架本体固定连接，所述的弹性元件的侧面抵在所述的基座部上，所述的第三限位部和第四限位部与所述基座部相连；

所述的一对轴承座分别位于所述齿条的上方和下方；所述的转轴上套设有一对轴承，该一对轴承分别安装在所述的一对轴承座上。

3.如权利要求2所述的复位机构，其特征在于，所述齿条限位装置包括分别设置在所述的一对轴承座的两相向侧面上、沿平行于齿条的方向延伸的凸台，所述的齿条和弹性元件支撑在位于该齿条下方的所述凸台上。

4.如权利要求1所述的复位机构，其特征在于，所述的弹性元件为弹簧。

5.一种自平衡电动两轮机器人转向装置，其特征在于，该转向装置包括把手和如权利要求1至4中任何一项所述的复位机构；

其中，该复位机构的转轴竖立在自平衡电动两轮机器人的支撑平台上；所述的把手与转轴的上端连接，并可带动所述转轴围绕该转轴的中轴线转动；该复位机构的机架为自平衡电动两轮机器人的车架。

6.一种复位机构，包括转轴和机架；所述的转轴水平地安装于所述的机架上；其特征在于，该复位机构还包括齿轮、齿条和齿条复位装置；

所述的齿轮套设在所述的转轴上，并与所述的齿条啮合；

所述齿条的背面设有彼此相对的第一限位部和第二限位部；

所述的齿条复位装置包括弹性元件以及彼此相对的第三限位部和第四限位部；所述的弹性元件位于该第三限位部与第四限位部之间；第三限位部和第四限位部固定在所述的机架上；

当转轴和齿条均处于初始位置时，所述的第一限位部与第三限位部相对，所述的第二限位部与第四限位部相对，所述弹性元件的一端抵靠第一限位部和第三限位部，另一端抵靠第二限位部和第四限位部。

7.如权利要求6所述的复位机构，其特征在于，所述的机架包括机架本体和设置在机架本体上的一对轴承座；

所述的齿条复位装置还包括一基座部，所述的基座部与所述机架本体固定连接，所述的弹性元件支承于所述的基座部上，所述的第三限位部和第四限位部与所述基座部相连；

所述的一对轴承座分别位于所述齿条的左右两侧；所述的转轴上套设有一对轴承，该一对轴承分别安装在所述的一对轴承座上。

8.如权利要求7所述的复位机构，其特征在于，还包括一齿条限位装置，该齿条限位装置包括分别设置在所述的一对轴承座的两相向侧面上、沿平行于齿条的方向延伸的凸台，该一对凸台分别靠近所述齿条的左侧面和右侧面。

9.如权利要求6所述的复位机构，其特征在于，所述的弹性元件为弹簧。

10.一种自平衡电动两轮机器人转向装置，其特征在于，该转向装置包括摆杆和如权利要求6至9中任何一项所述的复位机构；

其中，所述的摆杆与所述复位机构的转轴的一端连接，并可带动所述转轴围绕该转轴的中轴线转动；该复位机构的机架为自平衡电动两轮机器人的支撑平台。

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