CN110979128A - 一种可自行调节平衡的平台装置 - Google Patents

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陶福邦
陆一鸣
寇江伟
刘超
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郭鑫
贾寒阳
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    • B60N—SEATS SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLES; VEHICLE PASSENGER ACCOMMODATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

本发明涉及一种可自行调节平衡的平台装置，包括：外部连接平台、调节机构、倾角传感器和腿支架；调节机构为两组，交叉分布在外部连接平台顶端；腿支架为四组，均匀设置在外部连接平台底端，腿支架包括大腿和小腿，大腿和小腿上分别设有驱动其各自旋转的大腿驱动装置和小腿驱动装置；倾角传感器连接控制器；利用倾角传感器检测外部连接平台与地面之间的水平倾角变化，与控制器之间进行串口通讯，控制器收到倾角变化信息后，通过重心算法处理程序与控制程序，自动做出回应去控制电机驱动芯片，从而驱动大小腿驱动装置与配重转块驱动部，直至倾角传感器检测出水平或近乎水平状态，最终形成一个闭环控制系统，使平台相对于地面趋于水平稳定。

Description

一种可自行调节平衡的平台装置
技术领域
本发明涉及一种平衡调节机构，尤其是涉及一种可自行调节平衡的平台装置。
背景技术
交通工具的乘员舱往往设置有桌板，方便乘客书写、使用电脑和放置物品。通常，交通工具内的桌面固定在车体的地板上或者固定在前座的座椅上，并用螺栓固定，使用时由于行驶工况复杂，颠簸严重，这些振动直接通过车体传导给桌面，使得桌面的使用体验感大幅降低，甚至无法正常使用。这种振动还会使零部件的寿命降低。现有的解决办法大多是通过改进交通工具的底盘悬挂，降低振动感。并通过减震结构，将振动分解，但是这种做法很难根治桌面颠簸的问题。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种可自行调节平衡的平台装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可自行调节平衡的平台装置，包括：外部连接平台、调节机构和腿支架；其中，
所述调节机构为两组，交叉分布在外部连接平台顶端；
所述腿支架为四组，均匀设置在外部连接平台底端，所述腿支架包括大腿和小腿，所述大腿一端通过关节转动的连接外部连接平台底端，另一端通过关节转动的连接小腿，所述小腿另一端固定在交通工具上，所述大腿和小腿上分别设有驱动其各自旋转的大腿驱动装置和小腿驱动装置，所述大腿驱动装置和小腿驱动装置分别连接控制器；
倾角传感器，所述倾角传感器设置在外部连接平台上，且所述倾角传感器连接控制器；
所述外部连接平台为方形，四组所述腿支架分别倾斜的设置在外部连接平台底端，且所述小腿与水平面间形成锐角，每两个腿支架与外部连接平台、水平面间均形成梯形。
在本发明的一个较佳实施例中，调节机构包括相对设置在外部连接平台两端上的两个丝杆支座，两个所述丝杆支座间设有丝杆，所述丝杆上滑动的设有配重转块，所述配重转块连接配重转块驱动部，所述配重转块驱动部驱动配重转块在丝杆上移动；遇到颠簸时，所述控制器控制其中两组腿支架的作相同旋转抬起动作.
在本发明的一个较佳实施例中，两个调节机构上的两个所述丝杆间相互垂直设置，两组所述调节机构分别为第一调节机构和第二调节机构，所述第一调节机构包括第一丝杆和设置在第一丝杆上的第一配重转块，所述第二调节机构包括第二丝杆和设置在第二丝杆上的第二配重转块，所述第二丝杆与第一丝杆垂直设置，且第二丝杆位于第一丝杆上部。
在本发明的一个较佳实施例中，腿支架包括第一腿支架、第二腿支架、第三腿支架和第四腿支架，四组腿支架分别设置在外部连接平台底端的四个角处，遇到颠簸时，两组腿支架中的所述小腿驱动装置驱动小腿沿小腿与大腿连接处旋转角度的公式为：
Δα1＝α1'-α1,Δα4＝α4'-α4
其中，
Figure BDA0002350515140000021
(拟牛顿法，编程计算)
α1'＝θ2-θ1,α4'＝θ1+θ4
式中，△α1为其中一个小腿沿小腿与大腿连接处旋转的角度，△α4为相邻的另一个腿支架的小腿沿小腿与大腿连接处旋转的角度，式中，r1为相邻的两小腿驱动关节之间距离，r2为同一个腿支架中的小腿关节与大腿关节之间距离，r3为相近两大腿驱动关节之间距离，r4为相邻的一个腿支架的小腿关节与大腿关节之间距离，单位mm；α1为视向两小腿驱动关节之间连线与一侧大腿的初始夹角，α4为视向两小腿驱动关节之间连线与相邻的大腿的初始夹角，α1'为视向两小腿驱动关节之间连线与一侧大腿改变后的夹角，α4'为视向两小腿驱动关节之间连线与相邻的大腿改变后的夹角，单位°；θ1为视向两小腿驱动关节之间连线与水平面的夹角(也即倾角传感器检测到的角)，θ2为视向一侧大腿与水平面的夹角，θ3为视向外部连接平台与水平面的夹角(应为0°)，θ4为视向相邻的大腿与水平面的夹角，单位°。
所述大腿驱动装置驱动大腿沿外部连接平台底端旋转的角度的公式为：
Δα2＝α2'-α2,Δα3＝α3'-α3；
其中，α2'＝180°-θ2，α3'＝180°-θ4；
式中，α2为视向一侧大腿与外部连接平台的初始夹角，α3为视向相邻的另一侧大腿与外部连接平台的初始夹角，α2'为视向一侧大腿与外部连接平台改变后的夹角，α3'为视向相邻另一侧大腿与外部连接平台改变后的夹角，单位°；
所述配重转块驱动部驱动配重转块在丝杆上移动距离的公式为：
Figure BDA0002350515140000031
其中，
Figure BDA0002350515140000032
式中，m0为除滑块和电机外机构总质量，m1和m2分别为第一配置转块和第二配置转块质量，m3为配置转块的驱动电机质量，单位kg；x轴正方向侧运动极限点到两滑块的重心的距离分别为s1和s2，到原点的距离为l，单位mm；θ为导轨与x轴的夹角，单位°；两滑块整体重心坐标为(x',y'),两电机整体重心坐标为(x3，y3)，除滑块和电机外其余整体重心坐标为(x0,y0)，机构整体重心坐标为(x,y)。
在本发明的一个较佳实施例中，倾角传感器设置在外部连接平台底端处。
本发明的有益效果是：利用倾角传感器检测外部连接平台与地面之间的水平倾角变化，与控制器之间进行串口通讯，控制器收到倾角变化信息后，通过重心算法处理程序与控制程序，自动做出回应去控制电机驱动芯片，从而驱动大小腿驱动装置与配重转块驱动部，直至倾角传感器检测出水平或近乎水平状态，最终形成一个闭环控制系统，使平台相对于地面趋于水平稳定。
附图说明
图1是本发明结构示意图一；
图2是本发明结构示意图二；
图3是本发明结构示意图三；
图4是本发明相邻的腿支架的原始尺寸和发生颠簸后相邻腿支架变化后的尺寸；
图5是本发明相邻的腿支架上小腿与大腿间的原始角度和发生颠簸后相邻腿支架上小腿与大腿间变化后的角度；
图6是本发明调节机构在外部连接平台上的结构示意图；
图7是本发明电路控制图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例一：如图1、图2和图7所示一种可自行调节平衡的平台装置，包括：外部连接平台6、调节机构和腿支架；其中，
所述调节机构为两组，交叉分布在外部连接平台6顶端，所述调节机构包括相对设置在外部连接平台两端上的两个丝杆支座8，两个所述丝杆支座8间设有丝杆9，所述丝杆9上滑动的设有配重转块10，所述配重转块10连接配重转块驱动部11，两个调节机构上的两个所述丝杆9间相互垂直设置；
所述腿支架为四组，均匀设置在外部连接平台底端，所述腿支架包括大腿3和小腿1，所述大腿3一端通过关节转动的连接外部连接平台6底端，另一端通过关节转动的连接小腿1，所述小腿1另一端固定在交通工具上，所述大腿3和小腿1上分别设有大腿驱动装置7和小腿驱动装置2，所述大腿驱动装置7和小腿驱动装置2分别连接控制器；
倾角传感器，所述倾角传感器设置在外部连接平台6上，且所述倾角传感器连接控制器，具体地，倾角传感器设置在外部连接平台底端的倾角传感器放置槽12处；
所述外部连接平台6为方形，四组所述腿支架分别倾斜的设置在外部连接平台6底端，且所述小腿1与水平面间形成锐角，每两个腿支架与外部连接平台、水平面间均形成梯形，通过四组腿支架实现对外部连接平台的支撑；
所述大腿驱动装置7、小腿驱动装置2分别驱动大腿3、小腿1旋转，所述配重转块驱动部11驱动配重转块10在丝杆9上移动；遇到颠簸时，所述控制器控制其中两组腿支架的作相同旋转抬起动作。
如图2所示，两组所述调节机构分别为第一调节机构和第二调节机构，所述第一调节机构包括第一丝杆901和设置在第一丝杆901上的第一配重转块1001，所述第二调节机构包括第二丝杆902和设置在第二丝杆902上的第二配重转块1002，所述第二丝杆902与第一丝杆901垂直设置，且第二丝杆902位于第一丝杆901上部。
该装置模拟动物四肢，由小腿驱动装置2与大腿驱动装置7驱动一条腿支架上的小腿1和大腿3，当遇到颠簸和倾斜时，倾角传感器捕捉倾斜角度，外部连接平台向离地一侧倾斜，此时配重转块驱动部分别驱动第一配重转块1001和第二配重转块1002，配重转块旋转到离地的腿支架的另一侧，使整个装置的重心回归原位置，确保外部连接平台处于平衡状态。四条腿支架的机械仿生结构对于颠簸的过滤效果很好，使得桌面一直处于平衡状态，可以安心的放置水杯和电脑等物品，提提高桌面的利用率。
实施例二：如图3所示，腿支架包括第一腿支架1a、第二腿支架1b、第三腿支架1c和第四腿支架1d，四组腿支架分别设置在外部连接平台底端的四个角处，遇到颠簸时，如图4至6所示，两组腿支架中的所述小腿驱动装置2驱动小腿1沿小腿与大腿连接处旋转角度的公式为：
Δα1＝α1'-α1,Δα4＝α4'-α4；
其中，
Figure BDA0002350515140000071
(拟牛顿法，编程计算)
α1'＝θ2-θ1,α4'＝θ1+θ4；
式中，△α1为其中一个小腿沿小腿与大腿连接处旋转的角度，△α4为相邻的另一个腿支架的小腿沿小腿与大腿连接处旋转的角度，式中，r1为相邻的两小腿驱动关节之间距离，r2为同一个腿支架中的小腿关节与大腿关节之间距离，r3为相近两大腿驱动关节之间距离，r4为相邻的一个腿支架的小腿关节与大腿关节之间距离，单位mm；α1为视向两小腿驱动关节之间连线与一侧大腿的初始夹角，α4为视向两小腿驱动关节之间连线与相邻的大腿的初始夹角，α1'为视向两小腿驱动关节之间连线与一侧大腿改变后的夹角，α4'为视向两小腿驱动关节之间连线与相邻的大腿改变后的夹角，单位°；θ1为视向两小腿驱动关节之间连线与水平面的夹角(也即倾角传感器检测到的角)，θ2为视向一侧大腿与水平面的夹角，θ3为视向外部连接平台与水平面的夹角(应为0°)，θ4为视向相邻的大腿与水平面的夹角，单位°。
所述大腿驱动装置驱动大腿沿外部连接平台底端旋转的角度的公式为：
Δα2＝α2'-α2,Δα3＝α3'-α3；
其中，α2'＝180°-θ2，α3'＝180°-θ4；
式中，α2为视向一侧大腿与外部连接平台的初始夹角，α3为视向相邻的另一侧大腿与外部连接平台的初始夹角，α2'为视向一侧大腿与外部连接平台改变后的夹角，α3'为视向相邻另一侧大腿与外部连接平台改变后的夹角，单位°；
因为交通工具正常颠簸所造成的倾角不会很大，所以重心在竖直方向上的位移暂且忽略不计，以两导轨中轴线交点为坐标原点O构建如图6所示二维坐标系。
所述配重转块驱动部驱动配重转块在丝杆上移动距离的公式为：
Figure BDA0002350515140000081
其中，
Figure BDA0002350515140000082
式中，m0为除滑块和电机外机构总质量，m1和m2分别为第一配置转块和第二配置转块质量，m3为配置转块的驱动电机质量，单位kg；x轴正方向侧运动极限点到两滑块的重心的距离分别为s1和s2，到原点的距离为l，单位mm；θ为导轨与x轴的夹角，单位°；两滑块整体重心坐标为(x',y'),两电机整体重心坐标为(x3，y3)，除滑块和电机外其余整体重心坐标为(x0,y0)，机构整体重心坐标为(x,y)。
具体地，四组腿支架顶端即大腿分别通过螺钉4连接到外部连接平台6底端处，且大腿与外部连接平台间还有铜垫片5，加强了大腿与外部连接平台连接的稳定性；当车发生倾斜或颠簸时，经过外部连接平台6下方安装的倾角传感器的反馈，由小腿驱动装置2与大腿驱动装置7驱动四条腿；当被驱动的大腿和小腿之间形成一定夹角时，外部连接平台6向车倾斜方向的反方向移动。此时配重转块驱动部11通过驱动配重转块10控制其沿丝杆9移动；使整个装置的重心回归原位置；确保件外部连接平台6处于平衡状态。
利用倾角传感器检测外部连接平台与地面之间的水平倾角变化，与控制器之间进行串口通讯，控制器收到倾角变化信息后，通过重心算法处理程序与控制程序，自动做出回应去控制电机驱动芯片，从而驱动大小腿驱动装置与配重转块驱动部，直至倾角传感器检测出水平或近乎水平状态，最终形成一个闭环控制系统，使外部连接平台相对于地面趋于水平稳定，以保持通过螺柱连接紧固在外部连接平台上方与其上表面平行的桌板平稳。
本发明结构简单，没有复杂的机械结构，占用乘用空间少，采用成熟技术；通用性强，适用于所有交通工具的桌面平台应用；解决了交通工具内桌面设备的长期痛点。
当设备在失稳状态下，通过控制器控制四条腿支架，使桌面与路面始终保持一致。当发生颠簸时，通过改变四条腿的高度及设备内部转动部件的重心位置及旋转过程产生的角加速度及角动量变化，从而使设备重心恢复平稳状态。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (5)

1.一种可自行调节平衡的平台装置，其特征在于，包括：外部连接平台、调节机构和腿支架；其中，
所述调节机构为两组，交叉分布在外部连接平台顶端；
所述腿支架为四组，所述腿支架包括大腿和小腿，所述大腿一端通过关节转动的连接外部连接平台底端，另一端通过关节转动的连接小腿，所述小腿另一端固定在交通工具上，所述大腿和小腿上分别设有驱动其各自旋转的大腿驱动装置和小腿驱动装置，所述大腿驱动装置和小腿驱动装置分别连接控制器；
倾角传感器，所述倾角传感器设置在外部连接平台上，且所述倾角传感器连接控制器；
所述外部连接平台为方形，四组所述腿支架分别倾斜的设置在外部连接平台底端，且所述小腿与水平面间形成锐角，每两个腿支架与外部连接平台、水平面间均形成梯形。
2.根据权利要求1所述可自行调节平衡的平台装置，其特征在于，所述调节机构包括相对设置在外部连接平台两端上的两个丝杆支座，两个所述丝杆支座间设有丝杆，所述丝杆上滑动的设有配重转块，所述配重转块连接配重转块驱动部，所述配重转块驱动部驱动配重转块在丝杆上移动；遇到颠簸时，所述控制器控制其中两组腿支架的作相同旋转抬起动作，两个调节机构上的两个所述丝杆间相互垂直设置。
3.根据权利要求1所述可自行调节平衡的平台装置，其特征在于，两组所述调节机构分别为第一调节机构和第二调节机构，所述第一调节机构包括第一丝杆和设置在第一丝杆上的第一配重转块，所述第二调节机构包括第二丝杆和设置在第二丝杆上的第二配重转块，所述第二丝杆与第一丝杆垂直设置，且第二丝杆位于第一丝杆上部。
4.根据权利要求2或3所述可自行调节平衡的平台装置，其特征在于，所述腿支架包括第一腿支架、第二腿支架、第三腿支架和第四腿支架，四组腿支架分别设置在外部连接平台底端的四个角处，遇到颠簸时，两组腿支架中的所述小腿驱动装置驱动小腿沿小腿与大腿连接处旋转角度的公式为：
Δα1＝α1'-α1,Δα4＝α4'-α4
其中，
Figure FDA0002350515130000021
α1'＝θ2-θ1,α4'＝θ1+θ4
式中，Δα1为其中一个小腿沿小腿与大腿连接处旋转的角度，Δα4为相邻的另一个腿支架的小腿沿小腿与大腿连接处旋转的角度，式中，r1为相邻的两小腿驱动关节之间距离，r2为同一个腿支架中的小腿关节与大腿关节之间距离，r3为相近两大腿驱动关节之间距离，r4为相邻的一个腿支架的小腿关节与大腿关节之间距离，单位mm；α1为视向两小腿驱动关节之间连线与一侧大腿的初始夹角，α4为视向两小腿驱动关节之间连线与相邻的大腿的初始夹角，α1'为视向两小腿驱动关节之间连线与一侧大腿改变后的夹角，α4'为视向两小腿驱动关节之间连线与相邻的大腿改变后的夹角，单位°；θ1为视向两小腿驱动关节之间连线与水平面的夹角(也即倾角传感器检测到的角)，θ2为视向一侧大腿与水平面的夹角，θ3为视向外部连接平台与水平面的夹角(应为0°)，θ4为视向相邻的大腿与水平面的夹角，单位°；
所述大腿驱动装置驱动大腿沿外部连接平台底端旋转的角度的公式为：
Δα2＝α2'-α2,Δα3＝α3'-α3；
其中，α2'＝180°-θ2，α3'＝180°-θ4；
式中，α2为视向一侧大腿与外部连接平台的初始夹角，α3为视向相邻的另一侧大腿与外部连接平台的初始夹角，α2'为视向一侧大腿与外部连接平台改变后的夹角，α3'为视向相邻另一侧大腿与外部连接平台改变后的夹角，单位°；
所述配重转块驱动部驱动配重转块在丝杆上移动距离的公式为：
Figure FDA0002350515130000031
其中，
Figure FDA0002350515130000032
式中，m0为除滑块和电机外机构总质量，m1和m2分别为第一配置转块和第二配置转块质量，m3为配置转块的驱动电机质量，单位kg；x轴正方向侧运动极限点到两滑块的重心的距离分别为s1和s2，到原点的距离为l，单位mm；θ为导轨与x轴的夹角，单位°；两滑块整体重心坐标为(x',y'),两电机整体重心坐标为(x3，y3)，除滑块和电机外其余整体重心坐标为(x0,y0)，机构整体重心坐标为(x,y)。
5.根据权利要求1所述可自行调节平衡的平台装置，其特征在于，所述倾角传感器设置在外部连接平台底端处。
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