CN110802596A - 一种机器人掌控自身平衡的监测感应器 - Google Patents

Abstract

机器人掌控自身平衡的监测感应器是主要用于机器人及其它可活动的人造装置平衡自动控制中的平衡监测装置，可高精度、全方位实时自动监测机器人或其它可活动人造装置的倾斜方向和倾斜度，并实时通过电信号传递。通过即时调整平衡，与减振关节配合，可保证机器人快速活动时的平稳。

Description

一种机器人掌控自身平衡的监测感应器

技术领域：

机器人

技术背景：

机器人要想像动物一样灵活自如，应基本具备中枢电脑系统、精控传动系统、减振关节系统、自动平衡系统，其中自动平衡的关键是及时检测到失衡，准确讲就是随时准确掌握倾斜的方向和倾斜度，并在最短的时间内通过自身肢体活动调整自身重心，使倾斜恢复为平衡。及时检测不如实时监测，最短时间就是最快，电的传输速度就很快。所以，可以全方位实时监测到自身细微的倾斜，包括倾斜方向和倾斜度，同时以电信号传输给中枢电脑，是机器人可以像动物一样灵活自如、快速运动的基础之一。

发明内容：(参见附图)

球壳内放入水平沙、顶针及角度球、平衡板、方向圈，使球壳、平衡板、方向圈、角度球帽圆心重合，平衡板上画出尽量多的直径线、每条直径线的两个端点用不等长的导线连接，方向圈两端连接电源、角度球及角度球帽连接电源。平衡板与方向圈监测倾斜方向，角度球监测倾斜度，并实时以电信号导入计算机。

附图说明：

附图1为机器人掌控自身平衡的监测感应器剖面图

附图2为导线连接平衡板直径线两端示意图

附图3为倾斜方向监测原理示意图

附图4为倾斜度监测原理示意图

附图5为角度球盘线方法示意图

具体实施方式：

一，球壳

采用具有绝缘性、可加工性、一定的支撑性及其热膨胀系数小的固体材料，制成内部呈球形空心的物件。外形及具体规格可根据具体情况确定，为便于组装可先制作成两个内部呈半球形的物件。

二、方向圈

采用不易被腐蚀、热膨胀系数小、电阻值相对较大的导体材料，制成与球壳直径相等的不闭合环形裸导线圈，圆圈开口两端可连接外接电源。

三、平衡板

平衡板是一块热膨胀系数小的硬质绝缘材料圆形薄板，直径与球壳内径相等，中心有直径等于角度球帽外径的圆孔；在平衡板上画出尽量多的直径线，每条直径线两端都用一条电阻值小且包有绝缘层的导线连接，连接好导线后重心应该还在板的中心，所有连接直径线端点的导线中，不能有任何两条的电阻值相等。

四、水平沙

水平沙是热膨胀系数小、不导电、表面光滑、摩擦不容易产生静电的硬质小圆珠。

五、角度球

包括球和球帽，一般用硬质绝缘材料制作，球帽为半个空心球形，扣在球上完全吻合，球的下半部涂绝缘胶，用一条尽可能细的、包有绝缘层的导线盘满，然后刮去表面的绝缘层，球帽内与球的下半部同样处理，球下半部的线圈层与球帽内的线圈层正好可合成一个完整的球形，线圈层组成一个电路时球动则电阻变化。

六、顶针

顶针是在球壳内支撑、固定角度球的小棍儿，一般用不锈钢制作。

七、组合

半个球壳内正中心插好顶针，顶针上安稳角度球，装满水平沙，沿球壳内周长嵌入方向圈，平衡板中心安角度球帽、有连接直径线两端导线的一面向上放在水平沙上，方向圈接通电源，角度球、球帽连接好电源，扣好另半个球壳。组合完成后，平衡板、方向圈、角度球帽、球壳的圆心重合成一个圆心。

八、效果

球壳无论如何活动，重合的圆心始终保持不变，流动的水平沙上平面总是自动保持水平、平衡板始终保持平衡，且总有一条平衡板的直径线与一条方向圈的直径线相重合，由于平衡板直径的两个端点是由电阻小的导线连接的，所以方向圈的电流会短路从这条电阻小的导线上通过，导致电流短路的导线的两个连接点之间的直径线，是平衡板与方向圈形成夹角的轴线，也就是相重合的直径线，而所有连接平衡板直径两端的导线，电阻都不一样，所以就可以根据不同电阻值确定这条相重合的直径线，平衡板上与重合的直径线垂直的直径线的方向，就是球壳的倾斜方向；平衡板保持平衡，球壳产生倾斜时，角度球的导电线圈层与角度球帽内的导电线圈层会产生重叠，重叠部分的多少变化导致两个有线圈层的半球之间电阻变化，角度球和角度球帽的导电线圈层没有重叠部分就是整体平衡。实时电信号通过计算机，可及时、准确地转化为数据，确定倾斜方向、倾斜度。失衡态的及时调整，与减振关节配合可保证机器人在快速活动中的平稳、正常活动。

Claims (6)

1.一种机器人掌控自身平衡的监测感应器，其具体特征是：球壳内，中心立一根顶针，顶针上有角度球，角度球下半个球外面盘有导电线圈层，顶针周围是水平沙，水平沙占满半个球壳，方向圈水平绕球壳直径一圈，方向圈为不闭合裸导线圈，开口两端接线可使方向圈通电，平衡板直径与球壳内径相等，平衡板上画出尽量多的直径线，每条直径线的两个端点都用电阻小于方向圈的导线连接，所有连接直径线的导线中没有两条电阻值相等，平衡板中心嵌有角度球帽，角度球帽为空心半球形，内有导电线圈层，角度球帽带在角度球上完全吻合，球壳、平衡板、方向圈、角度球帽圆心重合；水平沙上平面始终保持水平、平衡板始终保持平衡，球壳如果活动，方向圈通电，通过短路以及每条连接平衡板直径两端的导线电阻值不等，确定球壳的倾斜方向；角度球和角度球帽通电，通过线圈的电阻变化确定球壳的倾斜度。

2.根据权利要求1中的球壳是：具有绝缘性、可加工性、一定的支撑性及其热膨胀系数小的固体材料制成的、内部呈空心球形的物件。

3.根据权利要求1中的方向圈是：不易腐蚀、热膨胀系数小、电阻值相对较大的导线制成的、和球壳内径相等的不闭合圆圈，两头可连接导线。

4.根据权利要求1中的平衡板是：热膨胀系数小的绝缘薄圆板，直径与球壳内径相等，中心有直径等于角度球帽外径的圆孔，能画出的直径的两端都有导线连接，每条导线的电阻值都不相等，整体的重心位于板的中心。

5.根据权利要求1中的水平沙是：热膨胀系数小、不导电、表面光滑、摩擦不易产生静电的硬质小圆珠。

6.根据权利要求1中的角度球是：硬质绝缘材料球和帽，帽为半个空心球形，球扣在帽上完全吻合，球的下半部表面、帽的内表面分别有导电线圈层，球和帽的导电线圈层正好合成一个球形，球和帽的线圈层成为一个闭合电路时，球动则电路中的电阻随球动变化。

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