CN204229226U - 一种可实现自平衡的变结构独轮车机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可实现自平衡的变结构独轮车机器人，包括侧向平衡装置、航向控制装置、前后平衡装置，侧向平衡装置包括摆杆转动机构、摆杆丝杠滑块驱动机构，摆杆滑块置于摆杆内部用于实现摆杆转动惯量的调节；航向控制装置包括腰盘转动机构、腰盘丝杠传动机构、腰盘滑块驱动机构，腰盘滑块置于腰盘内部用于实现腰盘转动惯量的调节；本实用新型不仅能实现独轮车机器人的前后平衡、侧向平衡以及灵活转向，而且可在线调节摆杆与腰盘的转动惯量，从而加强了独轮车机器人平衡和转向的控制能力，使可控倾角更大，转弯半径更小，从而增强了机器人对动态复杂环境的适应性。

Description

一种可实现自平衡的变结构独轮车机器人

技术领域

本实用新型涉及智能机器人技术领域，具体涉及一种可实现自平衡的变结构独轮车机器人。

背景技术

目前，国际上对于独轮车机器人的研究尚处于研究性阶段，国内对该种机器也有少许研究。例如北京工业大学提出的《一种独轮自平衡机器人系统》发明专利（申请号：201110304597.5）该机器人系统的机身上部含有一个竖直放置的摆盘，用来实现机器人的侧向平衡控制；机身中部含有可转动的水平放置的腰盘，用来实现机器人的转弯；机身下部为一个可前后转动的独轮，用来实现机器人的前后平衡。所述的竖直摆盘和水平腰盘转动惯量固定不变，并未考虑质量分布动态变化对平衡控制的影响，故应对复杂可变环境能力弱，控制方式单一。东南大学提出的《一种可实现自平衡的独轮机器人》实用新型专利（专利授权号：CN202362674U）该机器人利用平衡杆实现机器人侧向平衡控制。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种以独轮作为机器人前后平衡控制机构、以腰盘作为航向调整机构、以摆杆作为侧向平衡控制机构来实现自平衡的独轮车机器人，该独轮车机器人是基于可变转动惯量腰盘与摆杆控制而设计的，不仅能实现前后平衡、侧向平衡以及灵活转向，而且可在线调节摆杆与腰盘的转动惯量，从而加强了独轮车机器人平衡和转向的控制能力，使可控倾角更大，转弯半径更小，从而增强了机器人对动态复杂环境的适应性。

所述侧向平衡的调节是通过包括摆杆、摆杆架、摆杆转轴、摆杆滑块、摆杆丝杠、光杆、摆杆驱动电机、摆杆滑块驱动电机及滑块驱动机构等构成的侧向平衡装置来实现的；所述航向控制是通过包括腰盘、腰盘架、腰盘轮缘、腰盘滑块、腰盘丝杠、光杆、腰盘驱动电机、腰盘滑块驱动电机及腰盘丝杠传动机构组成的航向控制装置来是实现的；所述前后平衡的调节是通过包括独轮、独轮驱动机构组成的前后平衡装置来实现的。

能够解决上述技术问题的独轮车机器人，包括摆杆、腰盘和独轮。

所述摆杆位于车身上部，包括摆杆架、摆杆转轴、摆杆滑块、摆杆丝杠、光杆、摆杆驱动电机、摆杆滑块驱动电机，摆杆驱动电机一端与摆杆架固连，另一端输出轴与摆杆连接，可驱动摆杆加减速正反转。

所述摆杆滑块与摆杆丝杠连接，构成丝杠滑块运动机构，摆杆丝杠一端与摆杆支架轴承连接，另一端与摆杆滑块驱动电机同轴连接。

所述摆杆滑块驱动电机一端与摆杆固连，另一端输出轴与丝杆同轴连接。摆杆滑块驱动电机的正反转可驱动滑块沿着丝杆内外移动。摆杆上装有两个滑块，由不同电机分别控制。动态调节双滑块的不同位置，实现摆杆转动惯量的调节。

所述光杆对滑块起定位作用，保证滑块沿着丝杠移动，防止滑块转动。

所述腰盘位于车身中部，包括腰盘架、腰盘轮缘、腰盘滑块、腰盘丝杠、光杆、腰盘驱动电机、腰盘滑块驱动电机，腰盘驱动电机一端与腰盘架固连，另一端与腰盘轴连接，可驱动腰盘水平加减速正反转，构成腰盘丝杠传动机构。 

所述腰盘丝杠传动机构包括腰盘滑块驱动电机、锥齿轮传动副；所述锥齿轮转动副包括相啮合的主动锥齿轮和从动锥齿轮。

所述腰盘滑块与腰盘丝杠连接，构成丝杠滑块运动机构，腰盘丝杆一端与腰盘轮缘轴承连接，另一端与锥齿轮连接。

所述滑块驱动机构包括摆杆滑块驱动电机、腰盘滑块驱动电机、丝杠滑块传动副；所述丝杠滑块传动副包括相啮合的摆杆滑块和摆杆丝杠，相啮合的腰盘滑块和腰盘丝杠。

所述腰盘滑块驱动电机，一端与腰盘固连，另一端输出轴与锥齿轮连接并与四个丝杠锥齿轮分别啮合。丝杠轴与电机轴通过锥齿轮组成相交轴间的齿轮传动。腰盘滑块驱动电机的的正反转可驱动腰盘滑块沿着丝杆内外移动。腰盘四个滑块由一个电机同步控制。动态调节滑块的不同位置，实现腰盘转动惯量的调节。

所述独轮位于车身下部，和独轮驱动机构一起构成了前后平衡装置，用于实现前后平衡的控制。

所述独轮驱动机构包括轮缘齿轮、独轮电机、独轮编码器。

本实用新型具有以下有益效果。

1.本实用新型所设计的自平衡独轮车机器人，可以实现机器人原地定车平衡运动、直线平衡运动和转弯平衡运动。

2.本实用新型将摆杆与腰盘设计成转动惯量可调机构，提高了独轮车机器人自身调节能力，使机器人可以适应不同环境的控制要求。

3.本实用新型将摆杆与腰盘设计成转动惯量可调机构，方便研究人员对改变摆杆与腰盘转动惯量对机器人影响的研究。

附图说明

图1为本实用新型一种实施方式的立体图。

图2为本实用新型一种实施方式的前视图。

图3为图1中腰盘结构示意图。

图4为图3中丝杠滑块结构示意图。

图5为图1中摆杆结构示意图。

图6为图5中丝杠滑块结构示意图。

图中标号：1、摆杆；2、摆杆架；3、摆杆转轴；4、摆杆滑块；5、摆杆丝杠；6、摆杆光杆；7、摆杆驱动电机；8、摆杆滑块驱动电机；9、腰盘；10、腰盘架；11、腰盘轮缘；12、锥齿轮；13、腰盘滑块；14、腰盘丝杠；15、腰盘光杆；16、腰盘驱动电机；17、独轮轮毂、18、腰盘滑块驱动电机；19、独轮；20、轮缘齿轮；21、独轮电机；22、独轮编码器。

具体实施方式

为了更清楚说明本方案的技术特点，下面结合附图和具体实施方式对本方案进行详细说明。

本实用新型一种可实现自平衡的变结构独轮车机器人包括摆杆1、腰盘9和独轮19。

如图1所示，所述独轮部分包括独轮19、独轮轮毂17、轮缘齿轮20、独轮电机21、独轮编码器22。

所述轮缘齿轮20与独轮轮毂17一体形成，轮缘齿轮20分别与独轮电机21齿轮和独轮编码器22齿轮分别啮合。

如图5、6所示，所述摆杆部分为可调节机械体，其包括摆杆1、摆杆架2、摆杆转轴3、摆杆滑块4、摆杆丝杠5、摆杆光杆6、摆杆驱动电机7、摆杆滑块驱动电机8。

所述摆杆驱动电机7机壳与摆杆架2固连，输出轴与摆杆1连接。

所述摆杆滑块4与摆杆丝杠5连接，摆杆丝杠5一端与摆杆架2轴承连接，另一端与摆杆滑块驱动电机8同轴连接。

所述摆杆滑块驱动电机8机壳与摆杆1固连，输出轴与摆杆丝杆5同轴连接。摆杆上装有两个滑块，由不同摆杆滑块驱动电机分别控制。

如图3、4所示，所述腰盘部分为可调节机械体，其包括腰盘9、腰盘架10、腰盘轮缘11、锥齿轮12、腰盘滑块13、腰盘丝杠14、腰盘光杆15、腰盘驱动电机16、腰盘滑块驱动电机18。

所述腰盘驱动电机16机壳与腰盘架10固连，输出轴与腰盘轴连接，可驱动腰盘水平加减速正反转。

所述腰盘滑块13与腰盘丝杠14连接，腰盘丝杠14一端与腰盘轮缘11轴承连接，另一端与锥齿轮12连接。

所述腰盘滑块驱动电机18机壳与腰盘9固连，输出轴与锥齿轮12连接并与四个丝杠锥齿轮12分别啮合。丝杠轴与电机轴通过锥齿轮组成相交轴间的齿轮传动。腰盘滑块驱动电机18的的正反转可驱动腰盘丝杠14转动，从而控制腰盘滑块13沿着丝杠14内外移动。腰盘四个滑块由一个电机同步控制。

Claims (4)

1.一种可实现自平衡的变结构独轮车机器人，包括侧向平衡装置、航向控制装置、前后平衡装置，其特征在于：所述侧向平衡装置包括摆杆（1）、摆杆架（2）、摆杆转轴（3）、摆杆滑块（4）、摆杆丝杠（5）、光杆（6）、摆杆驱动电机（7）、摆杆滑块驱动电机（8）及滑块驱动机构；

所述摆杆驱动电机（7）机壳与摆杆架（2）固连，输出轴与摆杆（1）连接；

所述摆杆滑块（4）与摆杆丝杠（5）连接，摆杆丝杠（5）一端与摆杆架（2）轴承连接，另一端与摆杆滑块驱动电机（8）同轴连接；

所述摆杆滑块驱动电机（8）机壳与摆杆固连，输出轴与摆杆丝杆（5）同轴连接。

2.根据权利要求1所述的一种可实现自平衡的变结构独轮车机器人，其特征在于：所述航向控制装置包括腰盘（9）、腰盘架（10）、腰盘轮缘（11）、锥齿轮（12）、腰盘滑块（13）、腰盘丝杠（14）、腰盘光杆（15）、腰盘驱动电机（16）、腰盘滑块驱动电机（18）及腰盘丝杠传动机构；

所述腰盘驱动电机（16）机壳与腰盘架（10）固连，输出轴与腰盘轴连接；

所述腰盘滑块（13）与腰盘丝杠（14）连接，腰盘丝杠（14）一端与腰盘轮缘（11）轴承连接，另一端与锥齿轮（12）连接；

所述腰盘滑块驱动电机（18）机壳与腰盘（9）固连，输出轴与四个丝杆锥齿轮（12）分别连接。

3.根据权利要求1所述的一种可实现自平衡的变结构独轮车机器人其特征在于：所述前后平衡装置包括独轮（19）及独轮驱动机构。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的一种可实现自平衡的变结构独轮车机器人，其特征在于：所述滑块驱动机构包括摆杆滑块驱动电机（8）、腰盘滑块驱动电机（18）、丝杠滑块传动副；所述丝杠滑块传动副包括相啮合的摆杆滑块（4）和摆杆丝杠（5），相啮合的腰盘滑块（13）和腰盘丝杠（14）；

所述腰盘丝杠传动机构包括腰盘滑块驱动电机（18）、锥齿轮传动副；所述锥齿轮传动副包括相啮合的主动锥齿轮和从动锥齿轮（12）。