CN106904153B - 一种双轮自平衡机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种双轮自平衡机器人，包括车体、在车体下端设置有用于行走的双轮行走系统，还包括控制器和充电变形机构，所述充电变形机构设置在所述车体上，所述充电变形机构用于在充电时变形着地实现对双轮自平衡机器人的充电和支撑，非充电状态时收起，所述充电变形机构和所述控制器电连接。通过本发明解决了现有技术中的双轮自平衡机器人存在的充电操作繁琐，能量消耗大的问题。

Description

一种双轮自平衡机器人
技术领域
本发明涉及一种双轮自平衡机器人结构的改进。
背景技术
现有技术中的双轮自平衡机器人结构为：右车轮、右电机、左电机、左车轮和车体组成，在车身上固定有左右两个电机，左右两个电机分别驱动左右两个车轮，两轮共轴、独立驱动、车身重心位于车轮轴上方，主要通过车轮运动保持车体平衡。该机器人转弯半径为0，可以在狭窄空间运行；无刹车系统，控制方便，被广泛应该于各个领域。但双轮自平衡机器人需要靠充电来提供能源，现有技术中的双轮自平衡机器人充电一般是通过人为手工操作将充电线插入到机器人上来实现，操作过程比较繁琐；后期也出现了利用双轮自平衡机器人在双轮直立时状态进行无线充电，但是此时机器人需要实时保持动态平衡，操作复杂；且在保持动态平衡的过程中两个电机需要实时输出力矩，消耗能量大。
发明内容
本发明提供一种双轮自平衡机器人，解决现有技术中的双轮自平衡机器人存在的充电操作繁琐，能量消耗大的问题。
为达到解决上述技术问题的目的，本发明采用所提出的双轮自平衡机器人采用以下技术方案予以实现：
一种双轮自平衡机器人，包括车体、在车体下端设置有用于行走的双轮行走系统，还包括控制器和充电变形机构，所述充电变形机构设置在所述车体上，所述充电变形机构用于在充电时变形着地实现对双轮自平衡机器人的充电和支撑，非充电状态时收起，所述充电变形机构和所述控制器电连接。
本发明还包括以下附加技术特征：
进一步的，所述充电变形机构包括有变形机构和可与设置在地面上的充电端进行通讯充电的充电接口。
进一步的，所述变形机构包括双曲柄机构和万向轮，所述曲柄机构由第一曲柄、第二曲柄、连杆和车体构成，所述第一曲柄和一驱动装置传动连接，所述第一曲柄铰接于车体上的一点，所述第二曲柄铰接于所述车体上的另一点，所述连杆两端分别与所述第一曲柄和第二曲柄铰接，在所述第二曲柄上设置有所述万向轮和所述充电接口。
进一步的，所述双曲柄机构为不等长双曲柄机构、平行双曲柄机构或反向双曲柄机构。
进一步的，所述变形机构包括有曲柄摇杆机构和落地轮，所述曲柄摇杆结构由曲柄、摇杆、连杆和车体构成，所述曲柄与一驱动电机传动连接，所述曲柄铰接于所述车体上一点，所述摇杆铰接于所述车体的另一点，所述连杆分别与所述曲柄和摇杆铰接，所述摇杆上设置有落地轮和充电接口。
进一步的，所述充电接口为无线接收端充电线圈，所述充电端为无线发送端充电线圈。
进一步的，所述双轮行走系统包括左驱动装置、左转动轮、右驱动装置和右转动轮，所述左驱动装置与所述左转动轮传动连接，所述右驱动装置与所述右转动轮传动连接，所述左转动轮与所述右转动轮位于同一轴线上。
进一步的，所述充电接口和充电端间为无线充电或有线充电。
进一步的，所述充电接口配置为机器人处于无线充电状态时位于所述充电端的正上方且与充电端间存在有间隙。
进一步的，还包括有可进行自主导航的导航器。
本发明存在以下优点和积极效果：
本发明提出一种双轮自平衡机器人，在车体上设置有充电变形机构，在机器人电量不足时，可通过控制器控制充电变形机构动作着地，此时通过通电变形机构对机器人进行支撑和充电，当充电完毕后可通过控制器控制充电变形机构再次动作将其收起即可，通过充电变形机构，无需人工手动操作对机器人进行充电，可自动进行充电操作简单方便且在充电时不仅仅通过双轮自平衡机器人的双轮实现对其支撑，避免了双轮的动态力矩的输出，无需额外的消耗能量。
附图说明
图1为本发明双轮自平衡机器人充电状态时的结构示意图；
图2为本发明双轮自平衡机器人非充电状态时的结构示意图；
图3为本发明的双轮自平衡机器人的第一种实施方式的立体结构图；
图4为本发明的双轮自平衡机器人的第一种实施方式的结构分解图；
图5为本发明的双轮自平衡机器人的第一种实施方式的结构示意图；
图6为本发明的双轮自平衡机器人的第一种实施方式中充电完毕后的结构示意图；
图7为本发明的双轮自平衡机器人的第二种实施方式的结构示意图；
图8为本发明的双轮自平衡机器人的第二种实施方式中充电完毕后的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明，本发明提出一种双轮自平衡机器人的实施例，参照图1-图8所示，包括车体1、在车体1下端设置有用于行走的双轮行走系统2，具体的，双轮行走系统2包括左驱动装置21、左转动轮22、右驱动装置23和右转动轮24，所述左驱动装置21与所述左转动轮22传动连接，所述右驱动装置23与所述右转动轮24传动连接，所述左转动轮22与所述右转动轮24位于同一轴线上。本实施例中的左驱动装置21和右驱动装置23均选用驱动电机，当然，也可选用其它类型的驱动装置，在此不做具体限制。本实施例中的双轮自平衡机器人还包括有控制器和充电变形机构3，充电变形机构3设置在车体1上，充电变形机构3和控制器电连接，在充电时，充电变形机构3可在控制器的控制作用下发生变形着地，一方面发生变形后可对应对双轮自平衡机器人进行充电动作，另一方面其着地后可与双轮行走系统2共同形成对双轮自平衡机器人的支撑，使机器人由现有的两轮支撑即两点支撑变为3点支撑，通过3点的支撑结构可有效的确保对车体1支撑的稳定性，使双轮自平衡机器人只需要支撑固定好之后即可稳定的进行充电，即无需双轮直立不断输出力矩来实现，减少了能量的消耗，同时也增强了充电过程中整个车体1结构的稳定性。此外，充电过程完全通过充电变形机构3动作进行充电，无需人工手动操作参与接线，充电更加简单方便，在充电完成后可通过控制器控制充电变形机构3发生变形收纳起来即可，不影响双轮自平衡机器人的正常运行和使用。
优选的，本实施例中的充电变形机构3包括有变形机构31和可与设置在地面上的充电端4进行通讯充电的充电接口32。充电接口32设置在变形机构31上，通过变形机构31的变形使双轮自平衡机器人进行变身，实现着地或收纳动作，同时通过设置在其上的充电接口32和在地面上的充电端4进行通讯连接后充电。
进一步的，所述充电接口32和充电端4间为无线充电或有线充电。优选的，充电接口32和充电端4之间为无线通讯充电，两者无需直接接触通过无线连接即可进行充电，操作更加简单方便快捷。具体的，在双轮自平衡机器人进行无线充电时，充电接口32位于所述充电端4的正上方且与充电端4间存在有间隙。优选的，充电接口32为无线接收端充电线圈，所述充电端4为无线发送端充电线圈。
当然，充电接口43和充电端4之间也可以选用有线连接充电，在充电接口32上设置有第一电触点，在充电端4上设置有第二电触点，通过将第一电触点和第二电触点插接导通后实现充电接口32和充电端4之间的有线连接充电即可。
进一步的，还包括有可进行自主导航的导航器，机器人通过自主导航使其运行到位于地面的充电端4位置处，使充电接口32可对应和充电端4进行匹配充电。
作为本实施例中变形机构31的第一种实施方式为：所述变形机构31包括双曲柄机构和万向轮311，所述曲柄机构由第一曲柄312、第二曲柄313、连杆314和车体1构成，所述第一曲柄312和一驱动装置5传动连接，所述第一曲柄312铰接于车体1上的一点，所述第二曲柄313铰接于所述车体1上的另一点，所述连杆314两端分别与所述第一曲柄312和第二曲柄313铰接，在所述第二曲柄313上设置有所述万向轮311和所述充电接口32。
在进行充电时，可通过控制器控制驱动装置5动作，优选的，驱动装置为驱动电机，驱动装置5带动第一曲柄312转动，第一曲柄312带动连杆314和第二曲柄313转动，第二曲柄313转动后着地，带动设置在其上方的万向轮311和充电接口32着地，优选的，万向轮311和充电接口32设置在第二曲柄313的底端，此时，双轮自平衡机器人变形成为三轮差速机器人，此时机器人运动平稳，承重能力高。机器人到达充电端4进行充电，双轮行走系统2的两驱动电机此时不需要实时输出力矩和动态平衡算法来保持动态平衡，可有效的节约能量消耗，操作简单可靠。
当充电完成后，控制器控制双曲柄机构动作，使第二曲柄313挂起，带动设置在其上方的万向轮311挂起，实现收纳，且收纳完成后的第一曲柄312、第二曲柄313和连杆314位于一条直线上，不但不会占用较大空间而且不会影响到双轮自平衡机器人的正常使用。同时由于本实施例中采用的为双曲柄机构，机器人重心在双转动轮的轴线附近，使机器人更容易保持动态自平衡。
优选的，双曲柄机构为反向双曲柄机构，当然，也可以选用不等长双曲柄机构或平行双曲柄机构，若选用不等长双曲柄机构或平行双曲柄机构则应根据不等长双曲柄机构或平行双曲柄机构的成立条件对应修改第一曲柄313、第二曲柄313、连杆314和车体1上铰接的两点之间的尺寸关系值，在此不做赘述。
作为本实施例中变形机构31的第二种实施方式为：变形机构31包括有曲柄摇杆机构和落地轮315，所述曲柄摇杆结构由曲柄316、摇杆317、连杆318和车体1构成，所述曲柄316与一驱动电机6传动连接，所述曲柄316铰接于所述车体1上一点，所述摇杆317铰接于所述车体1的另一点，所述连杆318分别与所述曲柄316和摇杆317铰接，所述摇杆317上设置有落地轮315和充电接口32。落地轮315和上述实施方式中的万向轮311结构相同，本实施方式中对应的具体使用过程与双曲柄结构相似，在此不做赘述。变形机构31选用曲柄摇杆机构可对应调整机器人的相关参数与曲柄316、摇杆317、连杆318和车体1上铰接两点之间的位置关系，使其满足条件即可，在此不做一一赘述。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (13)

1.一种双轮自平衡机器人，包括车体、在车体下端设置有用于行走的双轮行走系统，其特征在于，还包括控制器和充电变形机构，所述充电变形机构设置在所述车体上，所述充电变形机构用于在充电时变形着地实现对双轮自平衡机器人的充电和支撑，非充电状态时收起，所述充电变形机构和所述控制器电连接；
所述充电变形机构包括有变形机构和可与设置在地面上的充电端进行通讯充电的充电接口，所述变形机构包括双曲柄机构和万向轮，所述曲柄机构由第一曲柄、第二曲柄、连杆和车体构成，所述第一曲柄和一驱动装置传动连接，所述第一曲柄铰接于车体上的一点，所述第二曲柄铰接于所述车体上的另一点，所述连杆两端分别与所述第一曲柄和第二曲柄铰接，在所述第二曲柄上设置有所述万向轮和所述充电接口。
2.根据权利要求1所述的双轮自平衡机器人，其特征在于，所述双曲柄机构为不等长双曲柄机构、平行双曲柄机构或反向双曲柄机构。
3.根据权利要求1所述的双轮自平衡机器人，其特征在于，所述充电接口为无线接收端充电线圈，所述充电端为无线发送端充电线圈。
4.根据权利要求1所述的双轮自平衡机器人，其特征在于，所述双轮行走系统包括左驱动装置、左转动轮、右驱动装置和右转动轮，所述左驱动装置与所述左转动轮传动连接，所述右驱动装置与所述右转动轮传动连接，所述左转动轮与所述右转动轮位于同一轴线上。
5.根据权利要求1所述的双轮自平衡机器人，其特征在于，所述充电接口和充电端间为无线充电或有线充电。
6.根据权利要求1所述的双轮自平衡机器人，其特征在于，所述充电接口配置为机器人处于无线充电状态时位于所述充电端的正上方且与充电端间存在有间隙。
7.根据权利要求1所述的双轮自平衡机器人，其特征在于，还包括有可进行自主导航的导航器。
8.一种双轮自平衡机器人，其特征在于，包括车体、在车体下端设置有用于行走的双轮行走系统，其特征在于，还包括控制器和充电变形机构，所述充电变形机构设置在所述车体上，所述充电变形机构用于在充电时变形着地实现对双轮自平衡机器人的充电和支撑，非充电状态时收起，所述充电变形机构和所述控制器电连接；
所述充电变形机构包括有变形机构和可与设置在地面上的充电端进行通讯充电的充电接口，所述变形机构包括有曲柄摇杆机构和落地轮，所述曲柄摇杆机构由曲柄、摇杆、连杆和车体构成，所述曲柄与一驱动电机传动连接，所述曲柄铰接于所述车体上一点，所述摇杆铰接于所述车体的另一点，所述连杆分别与所述曲柄和摇杆铰接，所述摇杆上设置有落地轮和充电接口。
9.根据权利要求8所述的双轮自平衡机器人，其特征在于，所述充电接口为无线接收端充电线圈，所述充电端为无线发送端充电线圈。
10.根据权利要求9所述的双轮自平衡机器人，其特征在于，所述双轮行走系统包括左驱动装置、左转动轮、右驱动装置和右转动轮，所述左驱动装置与所述左转动轮传动连接，所述右驱动装置与所述右转动轮传动连接，所述左转动轮与所述右转动轮位于同一轴线上。
11.根据权利要求10所述的双轮自平衡机器人，其特征在于，所述充电接口和充电端间为无线充电或有线充电。
12.根据权利要求10所述的双轮自平衡机器人，其特征在于，所述充电接口配置为机器人处于无线充电状态时位于所述充电端的正上方且与充电端间存在有间隙。
13.根据权利要求8所述的双轮自平衡机器人，其特征在于，还包括有可进行自主导航的导航器。
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