CN108527442A - 稳定系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种稳定系统，包括机器人和至少一对所述陀螺稳定器，所述陀螺稳定器安装在所述机器人底盘上，所述陀螺稳定器包括检测装置、控制单元和执行单元，所述检测单元用于检测所述机器人的运动状态，并将检测的所述运动状态发送至所述控制单元；所述控制单元根据接收到的所述运动状态控制所述执行单元转动方向及转动产生的扭矩，每对所述陀螺稳定器所在直线经过所述机器人底盘的中心点.本申请通过在机器人底盘安装陀螺稳定器来检测机器人的运动状态，这降低了陀螺稳定器对机器人美观度的影响，解决了因机器人发生较快的翻转或机器人本体加速度超出正常设定值，通过陀螺稳定器产生陀螺力矩抵消机器人本体的翻转力矩。

Description

稳定系统

技术领域

本申请涉及机器人技术领域，具体而言，涉及一种稳定系统。

背景技术

仿生机器人是指模仿生物、从事生物特点工作的机器人。目前，仿生机器人在科研、商业、家庭生活中的应用逐渐广泛，机器人应用场景的复杂程度较高。仿生机器人在应用过程中可能因为外力碰撞、紧急制动等原因导致机身晃动甚至翻倒，对机器人自身及周边人员造成伤害。现有的技术主要通过以下几个角度解决问题：1.降低机器人重心，这种方法可以在一定程度上提高机器人的稳定性，但对于小底盘机器人应用效果不佳；2.增加底盘面积，底盘面积大于机身水平截面积，影响机器人外观，降低了机器人的通过性；3.采用辅助支撑增加机器人稳定性，结构复杂，需要提供额外的动力，应用有局限性。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种稳定系统，以解决检测机器人姿态，从而提高机器人稳定性的目的。

为了实现上述目的，本申请提供了一种稳定系统，包括机器人和至少一对所述陀螺稳定器，所述陀螺稳定器安装在所述机器人底盘上，所述陀螺稳定器包括检测装置、控制单元和执行单元，其中，所述检测单元用于检测所述机器人的运动状态，并将检测的所述运动状态发送至所述控制单元；所述控制单元根据接收到的所述运动状态控制所述执行单元转动方向及转动产生的扭矩，每对所述陀螺稳定器所在直线经过所述机器人底盘的中心点。

进一步，所述检测装置安装在所述陀螺稳定器的壳体外表面，所述控制单元和执行单元安装在所述壳体内，所述控制单元包括支撑板和分别安装在所述支撑板两侧的控制电机和陀螺室，所述陀螺室两端通过转动件安装在所述支撑板上，且所述控制电机与所述陀螺室一端的转动件连接，所述控制电机通过控制所述转动件控制所述陀螺室转动，其中，所述陀螺室内安装飞轮，所述陀螺室一端内凹形成半封闭区，所述半封闭区安装驱动所述飞轮的驱动电机；所述检测装置与所述控制电机、驱动电机连接。

进一步，所述检测装置包括控制器，所述控制器连接水平陀螺仪或加速度传感器。

进一步，所述控制器连接通信模块。

进一步，所述控制器连接存储模块、GPS定位模块和GPRS模块。

进一步，所述检测装置还连接显示模块。

进一步，所述转动件包括支撑轴承和与所述支撑轴承配合的转动轴。

进一步，所述陀螺室上设置电机盖，所述电机盖将所述驱动单机隔离在所述电机盖与所述半封闭区形成的封闭区。

进一步，所述驱动电机通过滑动轴承与所述飞轮连接。

进一步，所述壳体内还安装为所述检测装置、控制电机和驱动电机供电的电源装置。

在本申请实施例中，本申请通过在机器人底盘安装陀螺稳定器来检测机器人的运动状态，这降低了陀螺稳定器对机器人美观度的硬性，同时，实现调整机器人体态的目，解决了因机器人发生较快的翻转或机器人本体加速度超出正常设定值，通过陀螺稳定器产生陀螺力矩抵消机器人本体的翻转力矩，有效提高纠偏速度，提高纠错效率和成功率，从而解决机器人稳性性的技术方案。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本申请所述稳定系统一个实施例的结构示意图；

图2是本申请所述陀螺稳定器一个实施例的结构示意图；以及

图3是本申请所述陀螺稳定器一个实施例的翻转结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本实用新型及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1-3所示，本申请提供了本申请提供了一种稳定系统，包括机器人 21和至少一对所述陀螺稳定器22，所述陀螺稳定器安装在所述机器人底盘上，所述陀螺稳定器包括检测装置、控制单元和执行单元，其中，所述检测单元用于检测所述机器人的运动状态，并将检测的所述运动状态发送至所述控制单元；所述控制单元根据接收到的所述运动状态控制所述执行单元转动方向及转动产生的扭矩，每对所述陀螺稳定器所在直线经过所述机器人底盘的中心点。

本申请中，设置了两个陀螺稳定器。所述两个陀螺稳定器22安装在机器人本体21底盘上，两个陀螺稳定器水平放置，旋转轴垂直于水平面，两个陀螺稳定器旋转轴旋向相反。机器人本体进行前进、后退、转向等动作时陀螺稳定器旋转轴线方向不受影响，所以不会干扰机器人本体的正常运行；当机器人在外力撞击、紧急制动等情况下发生前后翻转时，陀螺稳定器随机器人本体倾斜，由于陀螺效应的存在，陀螺稳定器将产生与翻转力矩相反的陀螺力矩，抑制机器人本体的翻转动作，保持机器人本体的稳定性。当陀螺稳定器检测控制模块检测到机器人本体发生较快的翻转或机器人本体加速度超出正常设定值，可通过控制电机主动控制陀螺稳定器旋转轴线偏转，在机器人本体发生更大的偏转之前产生更大的陀螺力矩抵消机器人本体的翻转力矩，有效提高纠偏速度，提高纠错效率和成功率。

具体地，本申请所述的系统还可以采用多组陀螺稳定器作为执行单元，陀螺稳定器采用模块化制作，可根据机器人体积、高度、重心位置等实际情况安装，应用范围广泛。因所述陀螺稳定器单个体积小，对安装位置除了机械强度和水平度外无特殊要求，安装方便，对机器人外观无明显影响，也可以加装在成型机器人上；陀螺稳定器稳定工作状态下耗电较小，对机器人续航能力影响较小。

本申请中，外壳安装在机器人本体底盘上，为陀螺稳定器提供安装基础；同时外壳也对陀螺稳定器其他零部件起到了保护作用。支撑板安装在外壳底板上，控制电机、支撑轴承、主动轴和从动轴等零部件安装在支撑板上。

进一步，所述检测装置1安装在所述陀螺稳定器的壳体2外表面，所述控制单元和执行单元安装在所述壳体内，所述壳体2内设置支撑板4和分别安装在所述支撑板4两侧的控制电机3和陀螺室7，所述陀螺室7两端通过转动件安装在所述支撑板4上，且所述控制电机3与所述陀螺室一端的转动件连接，所述控制电机3通过控制所述转动件控制所述陀螺室7 转动，其中，所述陀螺室内安装飞轮10，所述陀螺室7一端内凹形成半封闭区，所述半封闭区安装驱动所述飞轮的驱动电机13；所述检测装置1与所述控制电机3、驱动电机13连接。

本实施例中，所述转动件包括支撑轴承5和与所述支撑轴承配合的转动轴，本实施例中与所述控制电机一端连接的转动件上转动轴为主动轴6，另一端为从动轴15。本实施例中，所述陀螺室上设置电机盖，所述电机盖将所述驱动单机隔离在所述电机盖与所述半封闭区形成的封闭区。所述驱动电机通过滑动轴承与所述飞轮连接。

检测控制模块通过检测机器人本体的运动状态，当陀螺稳定器检测控制模块检测到机器人本体发生较快的翻转或机器人本体加速度超出正常设定值，可通过控制电机主动控制陀螺稳定器旋转轴线偏转，在机器人本体发生更大的偏转之前产生更大的陀螺力矩抵消机器人本体的翻转力矩，有效提高纠偏速度，提高纠错效率和成功率。

控制电机与主动轴连接，可控制陀螺稳定器旋转轴线的方向，从而控制陀螺力矩的产生和释放。支承轴承对主动轴和从动轴起到支撑和润滑作用，保证机械强度，减少系统能量损失。主动轴和从动轴安装在陀螺室的两侧，在控制电机作用下与陀螺室一同转动。陀螺室、陀螺室上盖、电机盖为内部的飞轮、电机提供封闭的环境，避免外界干扰，减少能量损失，保证设备安全。飞轮上轴承、飞轮下轴承对飞轮起到支撑和润滑作用，轴承采用高速耐高温轴承，长时间连续高速运转下性能无衰减，保证飞轮的正常运转。

具体地，本申请所述飞轮采用金属制作，具有较大的转动惯量，高速运转下可产生足够的陀螺力矩，控制陀螺稳定器的稳定性。驱动电机为飞轮提供动力，完成飞轮的加速和匀速运动。

陀螺稳定器安装在机器人本体底盘上，根据实际需要可同时安装一组(两个)或者多组陀螺稳定器，各组稳定器之间相互不受影响。如果采用一组陀螺稳定器同向放置水平放置，旋转轴垂直于水平面，两个陀螺稳定器旋转轴旋向相反的安装方式，可有效控制机器人本体单一方向的稳定性；如果想要控制机器人另一垂直方向的稳定性，可增加与第一组安装方向垂直的第二组陀螺稳定器，两组陀螺稳定器分别控制机器人本体两个方向的稳定性。当机器人在外力撞击、紧急制动等情况下发生翻转时，陀螺稳定器随机器人本体倾斜，由于陀螺效应的存在，陀螺稳定器将产生与翻转力矩相反的陀螺力矩，抑制机器人本体的翻转动作，保持机器人本体的稳定性。

本申请中，所述陀螺稳定器单个体积小，对安装位置除了机械强度和水平度外无特殊要求，安装方便，对机器人外观无明显影响，也可以加装在成型机器人上。同时，陀螺稳定器控制单元集成在陀螺稳定器内部，独立控制，不需要外部接口。

进一步，所述检测装置包括控制器，所述控制器连接水平陀螺仪和/或加速度传感器，实现检测所述陀螺稳定器的姿态，从而进行调整。本实施例中，控制器连接有水平陀螺仪和加速度传感器。

在一些实施例中，所述控制器连接通信模块，通过通信模块实现与移动设备的通信连接，以便实现对所述陀螺稳定器的远程控制，具体地，所述通信模块可以设为蓝牙模块、wifi模块、lora模块、ZigBee模块等无线通信模块；同时，所述陀螺稳定器还可以通过通信模块所述陀螺稳定器检测的数据进行远程存储，以便远程监控。在一些实施例中，所述控制器连接存储模块、GPS定位模块和GPRS模块，具体使用时，通过GPS模块确定所述陀螺稳定器的位置后，利用所述GPRS模块发送，以便对不同的所述所述陀螺稳定器进行位置监控，防止丢失，同时，所述存储器为本地存储所述所述陀螺稳定器的位置提供基础。在一些实施例中，所述检测装置还连接显示模块。

需要说明的是，具体实施时，所述检测装置可选的包括水平陀螺仪、加速度传感器、通信模块、储模块、GPS定位模块、GPRS模块和显示模块中至少一种。

进一步，所述外壳内还安装为所述检测装置、控制电机和驱动电机供电的电源装置。

检测控制模块通过检测机器人本体的运动状态，当陀螺稳定器检测控制模块检测到机器人本体发生较快的翻转或机器人本体加速度超出正常设定值，可通过控制电机主动控制陀螺稳定器旋转轴线偏转，在机器人本体发生更大的偏转之前产生更大的陀螺力矩抵消机器人本体的翻转力矩，有效提高纠偏速度，提高纠错效率和成功率。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种稳定系统，其特征在于，包括机器人和至少一对所述陀螺稳定器，所述陀螺稳定器安装在所述机器人底盘上，所述陀螺稳定器包括检测装置、控制单元和执行单元，其中，所述检测单元用于检测所述机器人的运动状态，并将检测的所述运动状态发送至所述控制单元；所述控制单元根据接收到的所述运动状态控制所述执行单元转动方向及转动产生的扭矩，每对所述陀螺稳定器所在直线经过所述机器人底盘的中心点。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述检测装置安装在所述陀螺稳定器的壳体外表面，所述控制单元和执行单元安装在所述壳体内，所述控制单元包括支撑板和分别安装在所述支撑板两侧的控制电机和陀螺室，所述陀螺室两端通过转动件安装在所述支撑板上，且所述控制电机与所述陀螺室一端的转动件连接，所述控制电机通过控制所述转动件控制所述陀螺室转动，其中，所述陀螺室内安装飞轮，所述陀螺室一端内凹形成半封闭区，所述半封闭区安装驱动所述飞轮的驱动电机；所述检测装置与所述控制电机、驱动电机连接。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述检测装置包括控制器，所述控制器连接水平陀螺仪或加速度传感器。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器连接通信模块。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器连接存储模块、GPS定位模块和GPRS模块。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述检测装置还连接显示模块。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述转动件包括支撑轴承和与所述支撑轴承配合的转动轴。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述陀螺室上设置电机盖，所述电机盖将所述驱动单机隔离在所述电机盖与所述半封闭区形成的封闭区。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述驱动电机通过滑动轴承与所述飞轮连接。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述壳体内还安装为所述检测装置、控制电机和驱动电机供电的电源装置。