CN114083552A - 自平衡轮式机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开自平衡轮式机器人，该自平衡轮式机器人包括机器人主体、承载部以及行走机构，其中，行走机构包括承载部的两侧分别安装一个驱动轮；承载部的内部设置有第一丝杆传动机构、第二丝杆传动机构和配重，机器人主体被限定在第一丝杆传动机构和第二丝杆传动机构之间，第一丝杆传动机构和第二丝杆传动机构安装在配重的两侧，其中，配重可转动地设置在承载部的底部；第一丝杆传动机构用于在被配重触碰时维持机器人主体处于竖直设置；或者，第二丝杆传动机构用于在被配重触碰时维持机器人主体处于竖直设置。

Description

自平衡轮式机器人

技术领域

本发明涉及自主移动的智能机器人的技术领域，特别是自平衡轮式机器人。

背景技术

不倒翁是一个重心很低、底部是圆弧形的结构。当不倒翁静止时，重力作用线刚好与支承点重合。而当不倒翁倒向一侧时，随着支承点（理解为不倒翁与地表面的着地点）的变化，重心偏向另一侧，从而产生向另一侧的力矩，促使不倒翁向另一侧摆动，所以不倒翁无论如何摇摆，总是不倒的。

目前自主移动式智能机器人大多数采用轮式结构，这类机器人都是平面式底盘设计，当受到外力被推倒、或被障碍物绊倒、或在爬坡时容易倾倒后，不能够自主站起，需要人扶起。这使得这类移动机器人的应用受到限制。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了自平衡轮式机器人，是一种两轮的自平衡机器人，也属于一种球形行走机器人，利用自身的传动机械结构便能做到机体主要部分保持平衡，具体应用到机器人的机身被外力推倒、或被障碍物绊倒、或在爬坡时倾倒的移动场景中能够自主恢复机体为直立稳定状态。具体的技术方案如下：

自平衡轮式机器人，该自平衡轮式机器人包括机器人主体、承载部以及行走机构，其中，行走机构包括承载部的两侧分别安装一个驱动轮；承载部的内部设置有第一丝杆传动机构、第二丝杆传动机构和配重，机器人主体被限定在第一丝杆传动机构和第二丝杆传动机构之间，第一丝杆传动机构和第二丝杆传动机构安装在配重的两侧，其中，配重可转动地设置在承载部的底部；第一丝杆传动机构用于在被配重触碰时维持机器人主体处于竖直设置；或者，第二丝杆传动机构用于在被配重触碰时维持机器人主体处于竖直设置。

进一步地，所述第一丝杆传动机构和所述第二丝杆传动机构沿着所述自平衡轮式机器人的前进方向安装在所述配重的两侧；其中，在所述机器人主体处于竖直设置时，所述配重没有与所述第一丝杆传动机构相触碰，所述配重没有与所述第二丝杆传动机构相触碰。

进一步地，所述配重与所述承载部的接触点的外切面在所述自平衡轮式机器人处于竖直设置时，保持与所述自平衡轮式机器人所处的行进平面平行；其中，所述配重是半球体，所述承载部是椭圆体壳体，所述配重可转动地安装在所述承载部的底壁上设置的滑动槽内；其中，所述第一丝杆传动机构设置在所述承载部内设的第一固定安装槽位中，所述第二丝杆传动机构设置在所述承载部内设的第二固定安装槽位中，所述滑动槽设置于第一固定安装槽位和第二固定安装槽位之间。

进一步地，所述第一丝杆传动机构包括第一感触元件、第一步进电机、第一丝杆、第一联轴器、第一丝杆螺母和第一承接板；第一感触元件设置在所述承载部的底壁上并位于所述配重的一侧面，第一感触元件通过电线与第一步进电机连接；第一步进电机的输出轴通过第一联轴器与第一丝杆的一端连接，第一丝杆的另一端连接到第一承接板但不贯穿第一承接板，第一步进电机存在一端与所述第一固定安装槽位固定连接，第一丝杆间隙配合第一丝杆螺母，第一丝杆螺母螺栓连接第一承接板；第一承接板用于抵顶或放置机器人主体；其中，所述承载部的上方开设第一通孔，用于容纳第一丝杆和第一丝杆螺母移动。

进一步地，所述第二丝杆传动机构包括第二感触元件、第二步进电机、第二丝杆、第二联轴器、第二丝杆螺母和第二承接板；第二感触元件设置在所述承载部的底壁上，第二感触元件通过电线与第二步进电机连接，其中，第一感触元件设置在所述配重的一侧面，第二感触元件设置在所述配重的另一侧面；第二步进电机的输出轴通过第二联轴器与第二丝杆的一端连接，第二丝杆的另一端连接到第二承接板但不贯穿第二承接板，第二步进电机存在一端与所述第二固定安装槽位固定连接，第二丝杆间隙配合第二丝杆螺母，第二丝杆螺母螺栓连接第二承接板；第二承接板用于配合第一承接板来放置机器人主体，起到限定机器人主体在所述承载部的上方的位置的作用；其中，所述承载部的上方开设第二通孔，用于容纳第二丝杆和第二丝杆螺母移动。

进一步地，所述第一感触元件和所述第二感触元件都是压力传感器或接触开关；其中，所述承载部顺时针倾斜时，所述第一感触元件接受到配重的碰触作用，第一步进电机启动以通过第一丝杆带动第一丝杆螺母下降，直至机器人主体由朝一侧倾斜恢复为竖直设置；其中，所述承载部逆时针倾斜时，所述第二感触元件接受到配重的碰触作用，第二步进电机启动以通过第二丝杆带动第二丝杆螺母下降，直至机器人主体由朝一侧倾斜恢复为竖直设置。

进一步地，所述自平衡轮式机器人处于静止平衡状态或行走平衡状态时，所述配重在所述承载部的底壁的支撑点位于机器人主体的重力作用线上，所述自平衡轮式机器人的重心位于所述承载部的底壁所在的曲面的几何中心的正下方，所述配重的重量与所述机器人主体的重量相匹配，以使得所述承载部被抬高时，所述配重将所述承载部拉回原来的位置，其中，所述机器人主体在这一过程中保持竖直设置。

进一步地，所述机器人主体与所述承载部之间还铰接有支撑杆，支撑杆的一端铰接于所述机器人主体的底部，支撑杆的另一端铰接于所述承载部的顶部，以使得所述机器人主体与所述承载部可转动地连接；支撑杆，用于在第一丝杆带动第一丝杆螺母上下移动的过程中或在第二丝杆带动第二丝杆螺母上下移动的过程中，被限定为与机器人主体的重力作用线保持重合，并允许所述承载部和所述机器人主体出现摇晃。

进一步地，所述两个驱动轮的转轴中心到所述承载部的底壁的距离小于所述两个驱动轮的直径，使得所述机器人主体不接触地面且支持所述承载部绕所所述两个驱动轮的转轴自由转动；其中，所述两个驱动轮中的其中一个驱动轮的直径与另一个驱动轮的直径相等。

进一步地，所述机器人主体中可拆卸地安装有显示屏，在所述承载部出现倾斜、或第一丝杆螺母作直线移动、或第二丝杆螺母作直线移动时，所述机器人主体保持竖直设置，所述显示屏对外显示的视角维持不变；其中，所述机器人主体是可拆卸地安装在所述自平衡轮式机器人中。

进一步地，所述机器人主体可拆卸地安装有视觉传感器，在所述承载部出现倾斜、或第一丝杆螺母作直线移动、或第二丝杆螺母作直线移动时，所述机器人主体保持竖直设置，且所述视觉传感器的探测方向维持不变；其中，所述机器人主体是可拆卸地安装在所述自平衡轮式机器人中。

与现有技术相比，本发明将前述第一丝杆传动机构、第二丝杆传动机构及配重组成自平衡结构，在自平衡轮式机器人底部的配重发生倾倒并偏向其中一侧时，利用两个丝杆传动结构去调节机器人主体维持竖直设置，让自平衡轮式机器人在受到外力作用、因行进地表面的变化而受阻或被抬升时保持机体竖直稳定的状态，依靠所述配重的碰触作用及该配重的两侧的丝杆传动结构的机械协同调节作用来维持整个机器人的重心稳定，以保证自平衡轮式机器人在任何倾斜状态下都可以自动恢复到静置时直立状态，能产生自平衡的技术效果；当机器人的机体上安装显示屏或传感器时，前述机械结构能避免机器人移动时显示屏或传感器出现较大幅度的晃动，保证传感器或显示屏的正常工作。

附图说明

图1是本发明公开的一种自平衡轮式机器人的结构示意图。

图2 是本发明公开的自平衡轮式机器人的内部结构示意框图。

图3是本发明公开的自平衡轮式机器人在朝箭头A指向倾倒的状态下，自主往箭头B指向恢复直立的示意图。

图4是本发明公开的自平衡轮式机器人在朝箭头B1指向倾倒的状态下，自主往箭头A1指向恢复直立的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细描述。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。

机器人(Robot)是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作，机器人是自动执行工作的机器装置，它既可以接受人类的指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动，它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。

机器人在具有一定坡度的地面上行走时往往不能保持平衡，在水平地面上行走时也容易被小型的障碍物（比如小型玩具、台阶、门槛）绊倒后容易倾倒，则机器人的主体部位不能维持平衡，影响机器人依靠其主体部位发挥正常的功能；因此本发明在不需调节前轮和后轮高度的变化，依靠内部的自平衡结构，维持整个机器人主体的平衡效果，维持机器人在各种平面行走过程中的正常运转。

作为一种实施例，公开一种自平衡轮式机器人，结合图1和图2可知，该自平衡轮式机器人包括机器人主体1、承载部2以及行走机构，其中，行走机构包括承载部2的两侧分别安装一个驱动轮，驱动轮3是图1的承载部2的左侧的驱动轮，对应到图2和图3的承载部2的底部只显示部分结构的驱动轮3，值得注意的是，相对于现有技术的不倒翁机器人，本实施例公开的自平衡轮式机器人的机器人主体1没有与地面点接触，即使在行走过程中除了驱动轮之外的机体部分也不会与地表面接触，不用考虑机体的壳体与地面的摩擦力问题，尤其是机体的壳体的具体形状、硬度、表面的平滑程度与地面的摩擦力的关系。承载部2的内部设置有第一丝杆传动机构、第二丝杆传动机构和配重4，本实施例将第一丝杆传动机构、第二丝杆传动机构和配重4组成一种自平衡结构。在本实施例中，机器人主体1分别通过第一丝杆传动机构和第二丝杆传动机构与承载部连接，第一丝杆传动机构和第二丝杆传动机构安装在配重的两侧，在一些实施例中，第一丝杆传动机构安装在配重4的左侧，也等效于承载部2的后侧面；第二丝杆传动机构安装在配重4的右侧，也等效于承载部2的前侧面；在本实施例中，配重4可转动地设置在承载部2的底部，以使得自平衡轮式机器人的重心处于两个驱动轮的中心轴的下方，其中，配重4的底部与承载部2的底部保持接触以支持在承载部2内活动并能够碰触到第一丝杆传动机构或第二丝杆传动机构，但是配重4的重心是比较稳定的，不容易发生倾倒，除非承载部2或机器人主体1的外部受力较明显或在特定的地形表面的受阻程度较大。

在一种实施例中，第二丝杆传动机构用于在被配重4触碰时，维持机器人主体1成竖直设置，具体地，所述自平衡轮式机器人爬坡或上台阶时，对应到图3中，所述自平衡轮式机器人被配置为朝其右侧前进并爬坡，所述承载部2向左侧倾斜，即所述承载部2或所述自平衡轮式机器人整体开始逆时针倾斜，并带动机器人主体1逆时针倾斜，则第二丝杆传动机构通过下降高度的方式将机器人主体1恢复至原来位置，即调节机器人主体1为竖直设置，此时，第一丝杆传动机构保持不变，即由于没有被同一个配重4触碰到则没有改变其内部的高度,自身没有起到调节作用，只是配合第二丝杆传动机构发挥调节作用，以维持机器人主体1处于竖直设置或将机器人主体1由向左侧倾斜恢复为竖直设置。

在另一种实施例中，第一丝杆传动机构用于在被配重4触碰时，维持机器人主体1为竖直设置，具体地，所述自平衡轮式机器人下坡或下台阶时，对应到图4中，所述自平衡轮式机器人被配置为朝其右侧下台阶或下坡，所述承载部2向右侧倾斜，即所述承载部2或所述自平衡轮式机器人整体开始顺时针倾斜，并带动机器人主体1顺时针倾斜，则第一丝杆传动机构通过下降高度的方式将机器人主体1恢复至原来位置，即调节机器人主体1为竖直设置，此时，第二丝杆传动机构保持不变，即由于没有被同一个配重4触碰到则没有改变其内部的高度,自身没有起到调节作用，只是配合第一丝杆传动机构发挥调节作用，以维持机器人主体1处于竖直设置或将机器人主体1由向右侧倾斜恢复为竖直设置。

在前述实施例中，所述承载部2的上方开设有两个通孔，包括第一通孔和第二通孔，其中，第一通孔用于容纳第一丝杆传动机构直线移动以使得第一丝杆传动机构贯穿所述承载部2，第二通孔用于容纳第二丝杆传动机构直线移动以使得第二丝杆传动机构贯穿所述承载部2。

值得注意的是，在上述实施例中，所述第一丝杆传动机构和所述第二丝杆传动机构沿着所述自平衡轮式机器人的前进方向安装在所述配重4的两侧，对应到图2至图4中，其中，第二丝杆传动机构安装在配重4的右侧，即第二丝杆传动机构相对于配重4的安装方向是所述自平衡轮式机器人的前进方向；第一丝杆传动机构安装在配重4的左侧，即第一丝杆传动机构相对于配重4的安装方向是所述自平衡轮式机器人的前进方向的反方向。在图1中，在所述自平衡轮式机器人处于竖直设置下，所述配重没有与所述第一丝杆传动机构相触碰，所述配重没有与所述第二丝杆传动机构相触碰，此时，所述机器人主体1处于平衡状态，所述承载部2也处于平衡状态，则所述自平衡轮式机器人整体处于平衡状态。具体地，所述自平衡轮式机器人的竖直设置指的是所述自平衡轮式机器人处于直立时的位姿，包括所述机器人主体1处于直立的位姿、以及所述承载部2也处于直立的位姿，所述自平衡轮式机器人可以保持稳定的静止状态，也可以保持行走移动的状态。所述自平衡轮式机器人被外力推倒或被台阶抬升或被障碍物绊倒，是相对于所述自平衡轮式机器人的自立稳定状态（成竖直设置）而言的。当所述承载部2或所述机器人主体1偏离原本的竖直设置的时候可以被视作偏离所述自平衡轮式机器人的自立稳定状态，在本实施例中，在所述第二丝杆传动机构和/或所述第一丝杆传动机构的调节作用下，所述机器人主体1先从任何偏离竖直设置恢复为自立稳定状态的状态，所述承载部2再从任何偏离竖直设置恢复为自立稳定状态的状态，才使得所述自平衡轮式机器人恢复到自立稳定状态（处于竖直设置）。

在上述实施例中，所述配重4与所述承载部2的接触点的外切面在所述自平衡轮式机器人处于竖直设置时，保持与所述自平衡轮式机器人所处的行进平面平行；如图2至图4所示，所述配重4是半球体，所述承载部2是椭圆体壳体，是属于一种空腔体，同时与所述机器人主体1和驱动轮相连接；由于所述配重4的重力作用，所述配重4可转动地安装在所述承载部2的底壁上设置的滑动槽内，由于所述承载部2的底壁是圆弧曲面，摩擦力小，便于所述配重4在所述滑动槽内施力和回到原来位置，其中，所述滑动槽限定出的所述配重4的一点距离能适应所述自平衡轮式机器人所能跨越的最大坡面；所述承载部2的重心被所述配重4拉低到接近地面，所述自平衡轮式机器人被外力推倒或被台阶抬升或被障碍物绊倒或自身绕着转轴倾倒时，所述承载部2先发生倾斜，引发其内部配重4转动以抬升其重心，则配重4的重心与接触点（配重4与所述承载部2的底壁的接触点）之间产生力矩，且所述自平衡轮式机器人的重心升高，由于这个力矩的作用，让所述承载部2要恢复原来的位置状态，因此，这种状态的平衡会保证所述承载部2不会朝其中一个方向倾倒至行进地面。

需要说明的是，所述第一丝杆传动机构设置在所述承载部2内设的第一固定安装槽位中，所述第二丝杆传动机构设置在所述承载部2内设的第二固定安装槽位中，所述滑动槽设置于第一固定安装槽位和第二固定安装槽位之间。第一固定安装槽位是开设在所述承载部2的内部的固定槽位，不会因为所述承载部2或所述自平衡轮式机器人朝某一个方向的倾斜而改变所述第一丝杆传动机构在所述承载部2内的相对安装位置；第二固定安装槽位是开设在所述承载部2的内部的固定槽位，不会因为所述承载部2或所述自平衡轮式机器人朝某一个方向的倾斜而改变所述第二丝杆传动机构在所述承载部2内的相对安装位置。保证结构精密准确。

作为一种实施例，如图2所示，所述第一丝杆传动机构包括第一感触元件21、第一步进电机23、第一丝杆25、第一丝杆螺母27和第一承接板29；第一感触元件21设置在所述承载部2的底壁上并位于所述配重4的一侧面，对应到图2是第一感触元件21设置在所述配重4的左侧面，第一感触元件21通过电线与第一步进电机23连接，第一感触元件21与第一步进电机23也都通过电线与电源相连接。第一步进电机23的输出轴通过第一联轴器与第一丝杆25的一端连接，其中，第一联轴器用来将第一步进电机23的输出轴（视为主动轴）和第一丝杆25的一端（视为从动轴）联接起来一同旋转，并传递运动和扭矩；第一丝杆25的另一端连接到第一承接板29但不贯穿第一承接板29，第一步进电机23存在一端与所述第一固定安装槽位固定连接，其中，第一步进电机23设置有两端，一端是其输出轴，第一步进电机23的除了输出轴的一端与所述第一固定安装槽位固定连接；在本实施例中，所述第一固定安装槽位中设置有电机支撑架，电机支撑架通过螺栓固定连接第一步进电机23以及第一感触元件21。第一丝杆25间隙配合第一丝杆螺母27，第一丝杆螺母27螺栓连接第一承接板29，第一承接板29用于抵顶或放置机器人主体1；第一步进电机23启动后，第一步进电机23的输出轴带动第一丝杆25旋转或做回转运动，根据丝杆传动原理，第一丝杆25带动第一丝杆螺母27作上下直线移动，第一丝杆螺母27带动第一承接板29做出相应方向上的移动，使得第一承接板29到达所需高度时所述机器人主体1处于竖直设置；其中，在所述承载部2处于直立的位姿（处于竖直设置）时，所述机器人主体1处于直立的位姿（处于竖直设置），第一承接板29则完整地放置机器人主体1的部分端面；在所述承载部2没有处于直立的位姿（不是竖直设置）时，第一承接板29则抵顶住机器人主体1的部分端点，以维持所述机器人主体1处于直立的位姿（成竖直设置）。

在一些实施例中，第一丝杆螺母27与第一步进电机23的输出轴连接的一端设置有与第一丝杆螺母27的外螺纹相配合的内螺纹，然后将第一联轴器的内侧和第一丝杆螺母27内侧的其余部分设置有滚珠螺纹轨道，第一丝杆25通过第一联轴器穿入第一步进电机23的输出轴的中心孔内，将第一丝杆螺母27旋接到第一步进电机23的输出轴上并可以选择用顶丝加以固定，第一步进电机23的输出轴通过第一联轴器带动第一丝杆螺母27转动，第一丝杆螺母27通过滚珠在滚珠螺纹轨道内的滑动，从而实现第一丝杆25带动第一丝杆螺母27直线运动，进而通过第一丝杆25带动第一承接板29运动，使得第一承接板29在所述承载部2朝一个方向倾斜时由部分的承受面抵顶机器人主体1变为完全的承受面承接机器人主体1的底部，或由完全的承受面承接机器人主体1的底部变为部分的承受面抵顶机器人主体1。如图2至图4所示，第一承接板29面向所述机器人主体1的一侧设置有梯形的承受面。

在上述实施例的基础上，如图2所示，所述第二丝杆传动机构包括第二感触元件22、第二步进电机24、第二丝杆26、第二联轴器、第二丝杆螺母28和第二承接板29；第二感触元件22设置在所述承载部2的底壁上，第二感触元件22通过电线与第二步进电机24连接，第二感触元件22与第二步进电机24也都通过电线与电源相连接。其中，第一感触元件21设置在所述配重4的一侧面，第二感触元件22设置在所述配重4的另一侧面，对应到图2，第一感触元件21设置在所述配重4的左侧面，第二感触元件22设置在所述配重4的右侧面；第二步进电机24的输出轴通过第二联轴器与第二丝杆26的一端连接，其中，第二联轴器用来将第二步进电机24的输出轴（视为主动轴）和第二丝杆26的一端（视为从动轴）联接起来一同旋转，并传递运动和扭矩；第二丝杆26的另一端连接到第二承接板30但不贯穿第二承接板30，第二步进电机24存在一端与所述第二固定安装槽位固定连接，其中，第二步进电机24设置有两端，一端是其输出轴，第二步进电机24的除了输出轴的一端与所述第一固定安装槽位固定连接；在本实施例中，所述第二固定安装槽位中设置有电机支撑架，电机支撑架通过螺栓固定连接第二步进电机24以及第二感触元件22；第二丝杆26间隙配合第二丝杆螺母28，第二丝杆螺母28螺栓连接第二承接板30以将第二承接板30固定连接在一起，稳定地承接机器人主体1；第二步进电机24启动后，第一步进电机24的输出轴带动第二丝杆26做回转运动，根据丝杆传动原理，第二丝杆26带动第二丝杆螺母28进行直线移动（上下直线运动），第二丝杆螺母28实现带动第二承接板30做出相应方向上的移动，使得第二承接板30到达所需高度时所述机器人主体1处于竖直设置；其中，在所述承载部2处于直立的位姿（成竖直设置）时，所述机器人主体1处于直立的位姿（成竖直设置），第二承接板30用于配合第一承接板29来放置机器人主体1；在所述承载部2没有处于直立的位姿（不是竖直设置）时，第一承接板29和第二承接板30分别抵顶住机器人主体1的两个端点部位，以维持所述机器人主体1处于直立的位姿（成竖直设置），从而起到限定机器人主体1在所述承载部2的上方的位置的作用。

在一些实施例中，第二丝杆螺母28与第二步进电机24的输出轴连接的一端设置与第二丝杆螺母28的外螺纹相配合的内螺纹，然后将第二联轴器的内侧和第二丝杆螺母28内侧的其余部分设置有滚珠螺纹轨道，第二丝杆26穿入第二步进电机24的输出轴的中心孔内，将第二丝杆螺母28旋接到第二步进电机24的输出轴上并选择使用顶丝加以固定，第二步进电机24的输出轴的转动通过第二联轴器带动第二丝杆螺母28转动，第二丝杆螺母28通过滚珠在滚珠螺纹轨道内的滑动带动第二丝杆26进行运动，从而实现第二丝杆26的直线向下运动，进而通过第二丝杆26带动第二承接板30沿着第二丝杆26所在的轴线方向下降运动，使得第二承接板30和所述第一承接板29在所述承载部2朝一个方向倾斜时由部分的承受面抵顶机器人主体1变为完全的承受面承接机器人主体1的底部，或由全部的承受面承接机器人主体1的底部变为由部分的承受面抵顶机器人主体1的底部。如图2至图4所示，第二承接板30面向所述机器人主体1的一侧设置有梯形的承受面。

在上述实施例中，所述承载部2的上方开设有两个通孔，包括第一通孔和第二通孔；其中，第一通孔用于容纳第一丝杆螺母27沿着第一丝杆25上下移动，以使得第一丝杆25和第一丝杆螺母27贯穿所述承载部2；第二通孔用于容纳第二丝杆螺母28沿着第二丝杆26上下移动，以使得第二丝杆26和第二丝杆螺母28贯穿所述承载部2。其中，第二丝杆螺母28的下表面支持完全嵌入第二通孔，第一丝杆螺母27的下表面支持完全嵌入第一通孔。

优选地，所述第一感触元件21和所述第二感触元件22都是压力传感器或接触开关，可选地，所述第一感触元件21和所述第二感触元件22安装在所述承载部2的底壁开设的滑动槽内，其中，在所述机器人主体处于竖直设置下，所述配重4没有与所述第一感触元件21相触碰，所述配重4也没有与所述第二感触元件22相触碰。

作为一种实施例，如图3所示，所述承载部2逆时针倾斜时，即所述承载部2沿着箭头A指示的方向倾倒时，所述自平衡轮式机器人正朝其右侧前进并爬坡或绕着驱动轮3的转轴逆时针倾斜（由于重力作用），则将会带动第二承接板30和所述第一承接板29上方放置的机器人主体1也发生逆时针倾斜，当倾斜角度增加到一定程度时，由于重力作用，配重4为了维持其重心位置的平衡状态，配重4会先接触到所述第二感触元件22，然后，所述第二感触元件22接受到配重4的碰触作用，第二步进电机24启动以通过第二丝杆26带动第二丝杆螺母28下降，即第二丝杆螺母28沿着第二丝杆26直线下降，第二承接板30也作下降，第二承接板30抵顶的机器人主体1的一端相对于所述承载部2的底壁（或者相对于所述承载部2的几何中心）的高度也会减小，直至调节机器人主体1由朝一侧倾倒恢复为竖直设置，此时机器人主体1在适应的高度处维持竖直设置，其中，适应的高度可以跟随所述自平衡轮式机器人爬坡的高度及坡度的变化而变化，避免机器人主体1的重心不稳定而直接从坡面上或台阶上滚下，对机器人的机体造成损伤，需要说明的是，在图3所示的调节过程中，所述第一感触元件21由于没有被同一个配重4触碰到，所以第一丝杆25没有带动第一丝杆螺母27作直线运动，则第一承接板29抵顶的机器人主体1的一端相对于所述承载部2的底壁的高度不变，而第二承接板30抵顶的机器人主体1的一端相对于所述承载部2的底壁（或者相对于所述承载部2的几何中心）的高度会减小，所以，带动机器人主体1沿着箭头B指示的方向回复到竖直设置。

作为一种实施例，如图4所示，所述承载部2顺时针倾斜时，即所述承载部2沿着箭头B1指示的方向倾斜时，所述自平衡轮式机器人正朝其右侧前进并下坡或绕着驱动轮3的转轴顺时针倾斜（由于重力作用），则将会带动第一承接板30和所述第一承接板29上方放置的机器人主体1也发生顺时针倾斜，当倾斜角度增加到一定程度时，由于重力作用，配重4为了维持其重心位置的平衡状态，配重4会先接触到所述第一感触元件21，然后，所述第一感触元件21接受到配重4的碰触作用，第一步进电机23启动以通过第一丝杆25带动第一丝杆螺母27下降，即第一丝杆螺母27沿着第一丝杆25直线下降，第一承接板29也沿着第一丝杆25直线下降，直至机器人主体1由朝箭头B1指示的方向倾斜恢复为竖直设置，从而在所述自平衡轮式机器人下坡或下台阶的过程中调节机器人主体1由朝一侧倾斜恢复为竖直设置；此时机器人主体1在适应的高度处维持竖直设置，其中，适应的高度可以跟随所述自平衡轮式机器人下坡或下台阶的高度及坡度的变化而变化，避免机器人主体1的重心不稳定而直接从坡面上或台阶上滚下，对机器人的机体造成损伤，需要说明的是，在图4所示的调节过程中，所述第二感触元件22由于没有被同一个配重4触碰到，所以第二丝杆26没有带动第二丝杆螺母28作直线运动，则第二承接板30抵顶的机器人主体1的一端相对于所述承载部2的底壁的高度不变，而第一承接板29抵顶的机器人主体1的一端相对于所述承载部2的底壁（或者相对于所述承载部2的几何中心）的高度会减小，所以，带动机器人主体1沿着箭头A1指示的方向回复到竖直设置。

作为一种实施例，所述自平衡轮式机器人处于静止平衡状态或行走平衡状态时，如图2所示，所述配重4在所述承载部2的底壁的支撑点位于机器人主体1的重力作用线上，所述自平衡轮式机器人的重心位于所述承载部2的底壁所在的曲面的几何中心的正下方，所述配重4的重量与所述机器人主体2的重量相匹配，其中，所述配重4的重量较重，以使得所述承载部2被抬高时，所述配重4将所述承载部2拉回原来的位置，所述配重4自然也不会与所述第一感触元件21相触碰，也没有与所述第二感触元件22相触碰，则所述机器人主体2在这一过程中保持竖直设置。结合图3可知，所述自平衡轮式机器人爬坡或上台阶或受到障碍物的阻碍时，所述承载部2的右侧被抬高时，当所述自平衡轮式机器人跨越坡度或台阶而回到水平地面时，所述配重4将所述承载部2拉回竖直设置，按照前述的实施例的第二丝杆传动机构的调节方式，所述机器人主体2在这一过程中保持竖直设置；结合图4可知，所述自平衡轮式机器人下坡或下台阶时，所述承载部2的左侧被抬高时，当所述自平衡轮式机器人跨越坡度或台阶而回到水平地面时，所述配重4将所述承载部2拉回竖直设置，按照前述的实施例的第一丝杆传动机构的调节方式，所述机器人主体2在这一过程中保持竖直设置。

优选地，所述机器人主体1与所述承载部2之间还铰接有支撑杆，支撑杆的一端铰接于所述机器人主体1的底部，支撑杆的另一端铰接于所述承载部2的顶部，以使得所述机器人主体1与所述承载部2可转动地连接；支撑杆，用于在第一丝杆25带动第一丝杆螺母27上下移动（等效于上下直线运动）的过程中或在第二丝杆26带动第二丝杆螺母28上下移动（等效于上下直线运动）的过程中，被限定为与机器人主体1的重力作用线保持重合，并允许所述承载部2和所述机器人主体1出现摇晃，包括所述承载部2和所述机器人主体1之间的相对晃动。支撑杆起到在第一丝杆螺母27直线移动或第二丝杆螺母28直线移动过程中辅助所述配重4维持机器人主体1的重心稳定，也能限定所述机器人主体1与所述承载部2的相对安装位置，使得所述机器人主体1稳定地安装到所述承载部2的顶部，也让第二承接板30和第一承接板29稳定地抵顶并卡住所述机器人主体1，机器人主体1则不容易从第二承接板30和第一承接板29内倾倒到地面，避免机器人主体1出现损伤，也使自平衡轮式机器人整体容易恢复至竖直设置。

需要补充的是，所述行走机构包括承载部的两侧安装的两个驱动轮，以及控制驱动轮的驱动电机，驱动电机分为安装在承载部的一侧的驱动电机和安装在承载部的另一侧的驱动电机；每个驱动轮由对应的一个驱动电机控制转动，其中，所述两个驱动轮中的其中一个驱动轮的直径与另一个驱动轮的直径相等。两个驱动轮在驱动电机的驱动下实现滚动，当两个驱动电机同时向前同速转动时实现所述自平衡轮式机器人前进，当两个驱动电机同时向后同速转动时实现所述自平衡轮式机器人后退，当第一侧的驱动电机向前转第二侧电机同速向后转时实现所述自平衡轮式机器人原地朝第一侧指示的方向转动，当第二侧的驱动电机向前转第一侧电机同速向后转时实现所述自平衡轮式机器人原地朝第二侧指示的方向转动，其中，第一侧指示的方向与第二侧指示的方向是相对所述承载部的底壁所在的曲面的几何中心对称的一对方向。优选地，所述两个驱动轮的转轴中心到所述承载部的底壁的距离小于所述两个驱动轮的直径，使得所述机器人主体1不接触地面且支持所述承载部2绕着两个驱动轮的转轴自由转动，将所述自平衡轮式机器人的着地点转移到驱动轮上，降低所述机器人主体1接触地面的风险。

作为一种实施例，所述机器人主体1中可拆卸地安装有显示屏；其中，所述机器人主体1是可拆卸地安装在所述自平衡轮式机器人中并与所述承载部2构成一种自平衡结构，使得显示屏不容易朝某一方向倾斜，也形成一种开放式的自平衡机器人开发平台。如图1所示，该显示屏设置在所述机器人主体1的壳体的前侧，该显示屏的平面形状优选地设置为圆角矩形；在所述承载部2出现倾倒、或第一丝杆螺母27作直线移动、或第二丝杆螺母28作直线移动时，所述机器人主体1保持竖直设置，所述显示屏对外显示的视角维持不变，优选地，在机器人主体1处于竖直设置时，该显示屏也是处于竖直设置，该显示屏的界面垂直于地面；从而，所述显示屏能够在自平衡轮式机器人上下坡或被障碍物绊倒的情况下都能以固定的视角（或者视为均匀晃动的视角）将信息的内容显示出来，不降低用户的视觉体验程度，增加用户体验的好感。

作为另一种实施例，所述机器人主体1可拆卸地安装有视觉传感器，其中，所述机器人主体1是可拆卸地安装在所述自平衡轮式机器人中并与所述承载部2构成一种自平衡结构，使得视觉传感器的探测方向不容易朝某一方向倾斜。在所述承载部2出现倾斜、或第一丝杆螺母27作直线移动、或第二丝杆螺母28作直线移动时，所述机器人主体1不受影响而保持竖直设置或允许出现左右均匀晃动的现象，且所述视觉传感器的探测方向在探测误差的范围内维持不变，这样一来，自平衡轮式机器人不会因为爬坡而只是探测到墙体或因为下坡而只是探测到地表面。有利于实时维持自平衡轮式机器人的正常导航，自平衡轮式机器人的视觉传感器保持探测其水平前方的环境信息，获取到实际工作区域，用于后续的路径规划。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (11)

1.自平衡轮式机器人，其特征在于，该自平衡轮式机器人包括机器人主体、承载部以及行走机构，其中，行走机构包括承载部的两侧分别安装一个驱动轮；

承载部的内部设置有第一丝杆传动机构、第二丝杆传动机构和配重，机器人主体被限定在第一丝杆传动机构和第二丝杆传动机构之间，第一丝杆传动机构和第二丝杆传动机构安装在配重的两侧，其中，配重可转动地设置在承载部的底部；

第一丝杆传动机构用于在被配重触碰时维持机器人主体处于竖直设置；或者，第二丝杆传动机构用于在被配重触碰时维持机器人主体处于竖直设置。

2.根据权利要求1所述自平衡轮式机器人，其特征在于，所述第一丝杆传动机构和所述第二丝杆传动机构沿着所述自平衡轮式机器人的前进方向安装在所述配重的两侧；

其中，在所述机器人主体保持竖直设置时，所述配重没有与所述第一丝杆传动机构相触碰，所述配重没有与所述第二丝杆传动机构相触碰。

3.根据权利要求1或2所述自平衡轮式机器人，其特征在于，所述配重与所述承载部的接触点的外切面在所述自平衡轮式机器人处于竖直设置下，保持与所述自平衡轮式机器人所处的行进平面平行；

其中，所述配重是半球体，所述承载部是椭圆体壳体，所述配重可转动地安装在所述承载部的底壁上设置的滑动槽内；

其中，所述第一丝杆传动机构设置在所述承载部内设的第一固定安装槽位中，所述第二丝杆传动机构设置在所述承载部内设的第二固定安装槽位中，所述滑动槽设置于第一固定安装槽位和第二固定安装槽位之间。

4.根据权利要求3所述自平衡轮式机器人，其特征在于，所述第一丝杆传动机构包括第一感触元件（21）、第一步进电机（23）、第一丝杆（25）、第一联轴器、第一丝杆螺母（27）和第一承接板（29）；

第一感触元件（21）设置在所述承载部（2）的底壁上并位于所述配重（4）的一侧面，第一感触元件（21）通过电线与第一步进电机（23）连接；

第一步进电机（23）的输出轴通过第一联轴器与第一丝杆（25）的一端连接，第一丝杆（25）的另一端连接到第一承接板（29）但不贯穿第一承接板（29），第一步进电机（23）存在一端与所述第一固定安装槽位固定连接，第一丝杆（25）间隙配合第一丝杆螺母（27），第一丝杆螺母（27）螺栓连接第一承接板（29）；

第一承接板（29）用于抵顶或放置机器人主体（1）；

其中，所述承载部（2）的上方开设第一通孔，用于容纳第一丝杆（25）和第一丝杆螺母（27）移动。

5.根据权利要求4所述自平衡轮式机器人，其特征在于，所述第二丝杆传动机构包括第二感触元件（22）、第二步进电机（24）、第二丝杆（26）、第二联轴器、第二丝杆螺母（28）和第二承接板（29）；

第二感触元件（22）设置在所述承载部（2）的底壁上，第二感触元件（22）通过电线与第二步进电机（24）连接，其中，第一感触元件（21）设置在所述配重（4）的一侧面，第二感触元件（22）设置在所述配重（4）的另一侧面；

第二步进电机（24）的输出轴通过第二联轴器与第二丝杆（26）的一端连接，第二丝杆（26）的另一端连接到第二承接板（30）但不贯穿第二承接板（30），第二步进电机（24）存在一端与所述第二固定安装槽位固定连接，第二丝杆（26）间隙配合第二丝杆螺母（28），第二丝杆螺母（28）螺栓连接第二承接板（30）；

第二承接板（30）用于配合第一承接板（29）来放置机器人主体（1）；

其中，所述承载部（2）的上方开设第二通孔，用于容纳第二丝杆（26）和第二丝杆螺母（28）移动。

6.根据权利要求5所述自平衡轮式机器人，其特征在于，所述第一感触元件（21）和所述第二感触元件（22）都是压力传感器或接触开关；

其中，所述承载部（2）顺时针倾斜时，所述第一感触元件（21）接受到配重（4）的碰触作用，第一步进电机（23）启动以通过第一丝杆（25）带动第一丝杆螺母（27）下降，直至机器人主体（1）由朝一侧倾斜恢复为竖直设置；

其中，所述承载部（2）逆时针倾斜时，所述第二感触元件（22）接受到配重（4）的碰触作用，第二步进电机（24）启动以通过第二丝杆（26）带动第二丝杆螺母（28）下降，直至机器人主体（1）由朝一侧倾斜恢复为竖直设置。

7.根据权利要求5所述自平衡轮式机器人，其特征在于，所述自平衡轮式机器人处于静止平衡状态或行走平衡状态时，所述配重（4）在所述承载部（2）的底壁的支撑点位于机器人主体的重力作用线上，所述自平衡轮式机器人的重心位于所述承载部（2）的底壁所在的曲面的几何中心的正下方，所述配重（4）的重量与所述机器人主体（2）的重量相匹配，以使得所述承载部（2）被抬高时，所述配重（4）将所述承载部（2）拉回原来的位置，其中，所述机器人主体（2）在这一过程中保持竖直设置。

8.根据权利要求7所述自平衡轮式机器人，其特征在于，所述机器人主体（1）与所述承载部（2）之间还铰接有支撑杆，支撑杆的一端铰接于所述机器人主体（1）的底部，支撑杆的另一端铰接于所述承载部（2）的顶部，以使得所述机器人主体（1）与所述承载部（2）可转动地连接；

支撑杆，用于在第一丝杆（25）带动第一丝杆螺母（27）上下移动的过程中或在第二丝杆（26）带动第二丝杆螺母（28）上下移动的过程中，被限定为与机器人主体的重力作用线保持重合，并允许所述承载部（2）和所述机器人主体（1）出现摇晃。

9.根据权利要求8所述自平衡轮式机器人，其特征在于，所述两个驱动轮的转轴中心到所述承载部（2）的底壁的距离小于所述两个驱动轮的直径，使得所述机器人主体（1）不接触地面且支持所述承载部（2）绕所所述两个驱动轮的转轴自由转动；

其中，所述两个驱动轮中的其中一个驱动轮的直径与另一个驱动轮的直径相等。

10.根据权利要求6所述自平衡轮式机器人，其特征在于，所述机器人主体（1）中可拆卸地安装有显示屏，在所述承载部（2）出现倾斜、或第一丝杆螺母（27）作直线移动、或第二丝杆螺母（28）作直线移动时，所述机器人主体（1）保持竖直设置，所述显示屏对外显示的视角维持不变；

其中，所述机器人主体（1）是可拆卸地安装在所述自平衡轮式机器人中。

11.根据权利要求6所述自平衡轮式机器人，其特征在于，所述机器人主体（1）可拆卸地安装有视觉传感器，在所述承载部（2）出现倾斜、或第一丝杆螺母（27）作直线移动、或第二丝杆螺母（28）作直线移动时，所述机器人主体（1）保持竖直设置，且所述视觉传感器的探测方向维持不变；

其中，所述机器人主体（1）是可拆卸地安装在所述自平衡轮式机器人中。

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