CN110017351B - 一种自平衡模组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种自平衡模组，属于机型技术领域。它解决了现有自平衡装置平衡能力较小、抵抗冲击能力较差等技术问题。本自平衡模组包括模组框架、自转电机和飞轮组件，模组框架上具有支撑板，飞轮组件包括壳体和飞轮，自转电机的输出轴与飞轮的第一转轴相固连，壳体的两侧具有第二转轴，第二转轴的一个端部上固定有角度编码器，第二转轴的另一个端部上固定有上同步轮，支撑板上固定有偏转电机，偏转电机的输出轴上固定有下同步轮，上同步轮和下同步轮上连接有同步带，模组框架上固定有倾角传感器，自平衡模组还包括控制器，角度编码器、倾角传感器和偏转电机均与控制器电连接。本自平衡模组具有良好的平衡能力及抗冲击能力。

Description

一种自平衡模组
技术领域
本发明属于机械技术领域，涉及一种自平衡模组。
背景技术
目前，现有技术中的自平衡装置中，有的是使用电机左右移动配重的位置，从而改变整个装置的重心位置，来实现侧向平衡；有的依靠向左右喷气，通过喷气产生的反作用力，来保持本身的侧向平衡。
上述的平衡装置的不足之处在于，平衡能力较小、抵抗突然冲击的能力差，并且大多是与设备一体，可移植性差。
发明内容
本发明针对现有的技术存在的上述问题，提供一种自平衡模组，它能够保持自身的平衡，还能够对基体的位置进行修正，具有良好的平衡能力。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
一种自平衡模组，其特征在于，包括模组框架、自转电机和飞轮组件，所述模组框架上具有两相对设置的支撑板，所述飞轮组件包括壳体和转动连接在所述壳体内的飞轮，所述自转电机的输出轴与飞轮的第一转轴相固连，所述壳体的两侧具有第二转轴，所述第二转轴转动连接在所述支撑板上，第二转轴的一个端部上固定有角度编码器，第二转轴的另一个端部上固定有上同步轮，所述支撑板上固定有偏转电机，所述偏转电机的输出轴上固定有下同步轮，所述上同步轮和下同步轮上连接有同步带，所述模组框架上固定有倾角传感器，所述自平衡模组还包括控制器，所述角度编码器、倾角传感器和偏转电机均与控制器电连接。
其工作原理是：使用时，模组框架固定于需要实现自平衡的设备上(简称基体)，倾角传感器固定于模组框架上，可实时检测到模组框架的偏斜角度，当基体偏离目标位置的时候，倾角传感器检测到该偏斜角度，并将该角度信息传递给控制器，控制器发出信号控制偏转电机输出轴的旋转方向和速度，经过同步带传动带动飞轮组件偏转，由于在自转电机的带动下飞轮在高速自转，故偏转电机带动飞轮组件的偏转能使飞轮产生陀螺效应，陀螺效应产生的陀螺力矩阻止模组框架的偏斜。飞轮的真实偏角可通过角度编码器实时测得，角度编码器将飞轮的偏角信息反馈给控制器，以实现闭环控制。如此，当有外力作用在基体上使基体偏离目标位置时，本自平衡模组便可对基体的位置进行修正，使基体保持在目标位置，具有良好的平衡能力及抗冲击能力，当基体需要多个方向实现自平衡，或者需要更大的修正力矩时，可采用多个自平衡模组进行搭配使用。
在上述的一种自平衡模组中，所述壳体上固定有电机座，所述自转电机固定在所述电机座内。
在上述的一种自平衡模组中，所述第一转轴的端部与自转电机的输出轴的端部之间连接有柔性联轴器。
在上述的一种自平衡模组中，所述第一转轴的上端部和下端部分别连接有第一轴承和第二轴承，所述第一轴承和第二轴承分别固定在所述壳体的上侧和下侧。设置第一轴承和第二轴承，能够提高第一转轴转动的稳定性。
在上述的一种自平衡模组中，所述壳体的底部固定有轴承盖，所述轴承盖位于第二轴承的外端部。
在上述的一种自平衡模组中，所述壳体的上侧和下侧分别固定有挡圈，各挡圈分别与第一轴承和第二轴承的外端部相抵靠。挡圈能够分别对第一轴承和第二轴承的内圈进行轴向限位，提高第一转轴与第一轴承和第二轴承之间连接的稳定性。
在上述的一种自平衡模组中，所述第二转轴的两个端部分别转动连接在各支撑板的顶部，所述偏转电机位于两支撑板之间，两支撑板相平行且两支撑板之间设置有堵转螺钉，所述堵转螺钉螺纹连接在所述模组框架上且沿所述支撑板的高度方向延伸。堵转螺钉的高度可调节，它用于限制飞轮组件绕第一转轴转动时的转动角度，避免飞轮组件与偏转电机发生碰撞。
在上述的一种自平衡模组中，所述第二转轴的左端部和右端部分别连接有第三轴承和第四轴承，所述第三轴承和第四轴承分别固定在各支撑板的顶部。设置第三轴承和第四轴承，能够提高第二转轴转动的稳定性，使第二转轴的转动角度更加精确。
在上述的一种自平衡模组中，所述壳体的顶部和底部分别固定有上罩和下罩。上罩和下罩分别固接于壳体的顶部和底部，可将高速旋转的飞轮罩在上罩和下罩之间。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1、本自平衡模组利用陀螺效应，不仅可以保持其自身的平衡，还能够对基体的位置进行修正，使基体保持在目标位置，具有良好的平衡能力及抗冲击能力。
2、通过更改自平衡模组在基体上的安装布局方式与数量，可以适应不同基体的自平衡的需求。
附图说明
图1是本自平衡模组的结构示意图。
图2是飞轮组件的结构示意图。
图中，1、模组框架；2、自转电机；3、飞轮组件；4、壳体；4a、第二转轴；5、飞轮；5a、第一转轴；6、角度编码器；7、上同步轮；8、偏转电机；9、下同步轮；10、同步带；11、倾角传感器；12、控制器；13、电机座；14、柔性联轴器；15、第一轴承；16、第二轴承；17、轴承盖；18、挡圈；19、支撑板；20、堵转螺钉；21、第三轴承；22、第四轴承；23、上罩；24、下罩；25、基体。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1-2所示，本自平衡模组包括模组框架1、自转电机2和飞轮组件3，模组框架1上具有两相对设置的支撑板19，飞轮组件3包括壳体4和转动连接在壳体4内的飞轮5，自转电机2的输出轴与飞轮5的第一转轴5a相固连，壳体4的两侧具有第二转轴4a，第二转轴4a转动连接在支撑板19上，第二转轴4a的一个端部上固定有角度编码器6，第二转轴4a的另一个端部上固定有上同步轮7，支撑板19上固定有偏转电机8，偏转电机8的输出轴上固定有下同步轮9，上同步轮7和下同步轮9上连接有同步带10，模组框架1上固定有倾角传感器11，自平衡模组还包括控制器12，角度编码器6、倾角传感器11和偏转电机8均与控制器12电连接。
使用时，模组框架1固定于需要实现自平衡的设备上(简称基体25)，倾角传感器11固定于模组框架1上，可实时检测到模组框架1的偏斜角度，当基体25偏离目标位置的时候，倾角传感器11检测到该偏斜角度，并将该角度信息传递给控制器12，控制器12发出信号控制偏转电机8输出轴的旋转方向和速度，经过同步带10传动带动飞轮组件3偏转，由于在自转电机2的带动下飞轮5在高速自转，故偏转电机8带动飞轮组件3的偏转能使飞轮5产生陀螺效应，陀螺效应产生的陀螺力矩阻止模组框架1的偏斜。飞轮5的真实偏角可通过角度编码器6实时测得，角度编码器6将飞轮5的偏角信息反馈给控制器12，以实现闭环控制，控制器12可以通过蓄电池充电，蓄电池安装固定在模组框架1上。如此，当有外力作用在基体25上使基体25偏离目标位置时，本自平衡模组便可对基体25的位置进行修正，使基体25保持在目标位置，具有良好的平衡能力及抗冲击能力，当基体25需要多个方向实现自平衡，或者需要更大的修正力矩时，可采用多个自平衡模组进行搭配使用。
如图1或2所示，本实施例中，壳体4上固定有电机座13，自转电机2固定在电机座13内。
如图2所示，优选的，第一转轴5a的端部与自转电机2的输出轴的端部之间连接有柔性联轴器14。
如图2所示，作为优选，第一转轴5a的上端部和下端部分别连接有第一轴承15和第二轴承16，第一轴承15和第二轴承16分别固定在壳体4的上侧和下侧。设置第一轴承15和第二轴承16，能够提高第一转轴5a转动的稳定性。
如图2所示，本实施例中，壳体4的底壁固定有轴承盖17，轴承盖17位于第二轴承16的外端部。
如图2所示，优选的，壳体4的上侧和下侧分别固定有挡圈18，各挡圈18分别与第一轴承15和第二轴承16的外端部相抵靠。挡圈18能够分别对第一轴承15和第二轴承16的内圈进行轴向限位，提高第一转轴5a与第一轴承15和第二轴承16之间连接的稳定性。
如图1所示，本实施例中，第二转轴5a的两个端部分别转动连接在各支撑板19的顶部，偏转电机8位于两支撑板19之间，两支撑板19相平行且两支撑板19之间设置有堵转螺钉20，堵转螺钉20螺纹连接在模组框架1上且沿支撑板19的高度方向延伸。堵转螺钉20的高度可调节，它用于限制飞轮组件3绕第一转轴5a转动时的转动角度，避免飞轮组件3与偏转电机8发生碰撞。
如图1所示，优选的，第二转轴4a的左端部和右端部分别连接有第三轴承21和第四轴承22，第三轴承21和第四轴承22分别固定在各支撑板19的顶部。设置第三轴承21和第四轴承22，能够提高第二转轴4a转动的稳定性，使第二转轴4a的转动角度更加精确。
如图2所示，本实施例中，壳体4的顶部和底部分别固定有上罩23和下罩24。上罩23和下罩24分别固接于壳体4的顶部和底部，可将高速旋转的飞轮5罩在上罩23和下罩24之间。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种自平衡模组，其特征在于，包括模组框架、自转电机和飞轮组件，所述模组框架上具有两相对设置的支撑板，所述飞轮组件包括壳体和转动连接在所述壳体内的飞轮，所述自转电机的输出轴与飞轮的第一转轴相固连，所述壳体的两侧具有第二转轴，所述第二转轴转动连接在所述支撑板上，第二转轴的一个端部上固定有角度编码器，第二转轴的另一个端部上固定有上同步轮，所述支撑板上固定有偏转电机，所述偏转电机的输出轴上固定有下同步轮，所述上同步轮和下同步轮上连接有同步带，所述模组框架上固定有倾角传感器，所述自平衡模组还包括控制器，所述角度编码器、倾角传感器和偏转电机均与控制器电连接；
所述倾角传感器用于检测模组框架的偏斜角度，偏斜角度信息传递给控制器，所述控制器用于发出信号控制偏转电机输出轴的旋转方向和速度，所述角度编码器用于检测飞轮的真实偏角，并将真实偏角信息反馈给控制器；
所述壳体上固定有电机座，所述自转电机固定在所述电机座内。
2.根据权利要求1所述的一种自平衡模组，其特征在于，所述第一转轴的端部与自转电机的输出轴的端部之间连接有柔性联轴器。
3.根据权利要求1所述的一种自平衡模组，其特征在于，所述第一转轴的上端部和下端部分别连接有第一轴承和第二轴承，所述第一轴承和第二轴承分别固定在所述壳体的上侧和下侧。
4.根据权利要求3所述的一种自平衡模组，其特征在于，所述壳体的底部固定有轴承盖，所述轴承盖位于第二轴承的外端部。
5.根据权利要求3所述的一种自平衡模组，其特征在于，所述壳体的上侧和下侧分别固定有挡圈，各挡圈分别与第一轴承和第二轴承的外端部相抵靠。
6.根据权利要求1所述的一种自平衡模组，其特征在于，所述第二转轴的两个端部分别转动连接在各支撑板的顶部，所述偏转电机位于两支撑板之间，两支撑板相平行且两支撑板之间设置有堵转螺钉，所述堵转螺钉螺纹连接在所述模组框架上且沿所述支撑板的高度方向延伸。
7.根据权利要求6所述的一种自平衡模组，其特征在于，所述第二转轴的左端部和右端部分别连接有第三轴承和第四轴承，所述第三轴承和第四轴承分别固定在各支撑板的顶部。
8.根据权利要求1所述的一种自平衡模组，其特征在于，所述壳体的顶部和底部分别固定有上罩和下罩。
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