CN207065004U - 调节机构，及具有该调节机构的倒立摆装置和拍摄机器人 - Google Patents

Abstract

一种调节机构(1)，用于调节倒立摆装置(2)的摆臂(3)的重心，包括第一平台(11)、第二平台(12)和驱动件(13)，第一平台(11)设有下支撑座(151)，第二平台(12)上设有上支撑座(152)，上支撑座(152)与下支撑座(151)转动连接且位于第一平台(11)及第二平台(12)之间，驱动件(13)的两端分别固定于第一平台(11)和第二平台(12)上，第二平台(12)用于承载摆臂(3)，驱动件(13)的长度可调，用以调整摆臂(3)的重心。本实用新型还提供应用该调节机构(1)的倒立摆装置(2)和拍摄机器人(5)。

Description

调节机构，及具有该调节机构的倒立摆装置和拍摄机器人

技术领域

本实用新型涉及一种调节机构，及具有该调节机构的倒立摆装置和拍摄机器人。

背景技术

倒立摆控制系统是一个复杂的、不稳定的非线性系统。倒立摆的控制问题就是使摆臂尽快地达到一个平衡位置，并且使之没有大的振荡和过大的角度和速度。当摆臂到达期望的位置后，系统能克服随机扰动而保持稳定的位置。轮式倒立摆便是倒立摆中的一种，传统的轮式倒立摆中，由于车轮与摆臂属于刚性连接，所以在崎岖路面时，其摆臂的稳定性较差。

实用新型内容

有鉴于此，有必要提供一种能够调节摆臂重心的调节机构，还有必要提供使用该调节机构的倒立摆装置和拍摄机器人。

一种调节机构，用于调节倒立摆装置的摆臂的重心，所述调节机构包括第一平台、第二平台和驱动件，所述第二平台位于所述第一平台上方，所述第一平台上设有至少一下支撑座，所述第二平台上设有至少一上支撑座，所述上支撑座与所述下支撑座转动连接且位于所述第一平台及所述第二平台之间，所述驱动件的两端分别固定于所述第一平台和第二平台上，所述第二平台用于承载和固定所述摆臂，所述驱动件的长度可调，用以调整所述摆臂的重心。

进一步地，所述第二平台上设有一个所述上支撑座，所述上支撑座设于所述第二平台的中部位置，且垂直于所述第二平台设置，所述第一平台上设有一个所述下支撑座，所述下支撑座设于所述第一平台的中部位置，且垂直于所述第一平台设置。

进一步地，所述第二平台上设有两个所述上支撑座，所述第一平台上设有两个所述下支撑座，两个所述上支撑座分别和两个所述下支撑座转动连接。

进一步地，所述第二平台平行于所述第一平台时，两个所述上支撑座和两个所述下支撑座排列成一直线；或者所述调节机构还包括转轴，两个所述上支撑座的自由端和两个所述下支撑座的自由端均设有转轴孔，所述转轴穿设于所述转轴孔内，以使所述上支撑座和所述下支撑座转动连接。

进一步地，所述驱动件的一端固定于所述第一平台朝向所述第二平台的表面上，所述驱动件的另一端固定于所述第二平台朝向所述第一平台的表面上；或者所述驱动件采用直线电机。

进一步地，所述调节机构还包括至少一弹性件，所述弹性件的两端分别连接所述第一平台及所述第二平台。

进一步地，所述驱动件和所述弹性件关于所述下支撑座对称设置；或者所述弹性件包括伸缩杆和弹簧，所述伸缩杆的两端分别与所述第一平台和第二平台连接，所述弹簧套设在所述伸缩杆上；或者所述弹性件为两个，两个所述弹性件并排且间隔设置。

进一步地，所述调节机构还包括多个铰链，所述驱动件通过所述铰链与所述第一平台和所述第二平台铰接。

一种倒立摆装置，包括底座和至少一摆臂，所述倒立摆装置还包括上述调节机构，所述第一平台设于所述底座上，所述摆臂固定于所述第二平台上。

进一步地，所述第一平台可转动地固定于所述底座上，所述第一平台的转向与所述车轮的走向实时跟进保持一致。

进一步地，所述底座包括承载台和至少三个车轮，所述车轮固定于所述承载台的侧面。

进一步地，所述底座包括四个车轮，所述承载台呈四边形，四个所述车轮分别固定于所述承载台的四个角处。

进一步地，所述第一平台可转动地固定于所述承载台上，且位于中部位置。

进一步地，所述第一平台的转向与所述车轮的走向实时跟进保持一致。

进一步地，所述底座内设有传感器和控制器，所述传感器实时感测所述车轮的走向和所述摆臂的倾角，并将感测信号传输至所述控制器，所述控制器接收并分析该感测信号，驱动所述调节机构以调整所述摆臂的重心。

进一步地，所述控制器接收并分析该感测信号，驱动所述第一平台旋转，使得所述第一平台的长度方向与所述车轮的走向保持一致。

进一步地，所控制器接收并分析该感测信号，调整所述驱动件的长度，进而调整所述第二平台的倾角，以调整所述摆臂的重心。

进一步地，所述传感器为陀螺仪、惯性测量单元中的一种或者组合。

一种拍摄机器人，所述拍摄机器人还包括上述倒立摆装置，所述摆臂用于与相机连接。

进一步地，所述拍摄机器人还包括滑台，所述滑台可转动地固定于所述摆臂上，所述相机与所述滑台滑动连接。

进一步地，所述滑台垂直于所述摆臂设置，所述滑台和所述摆臂共同构成T型。

进一步地，所述拍摄机器人还包括旋转台，所述旋转台设于所述滑台和所述摆臂之间。

进一步地，所述旋转台固定于所述摆臂上，所述滑台可转动地固定于所述旋转台上。

进一步地，所述旋转台可转动地固定于所述摆臂上，所述滑台固定于所述旋转台上。

进一步地，所述拍摄机器人还包括云台，所述云台可滑动地固定于所述滑台上，所述相机固定于所述云台上。

相较于现有技术，上述的调节机构利用驱动件，通过改变驱动件的长度，改变所述第二平台的角度，从而调整承载于所述第二平台上的摆臂等机构的重心，达到得以保证所述倒立摆装置运行的稳定性的目的。

附图说明

图1为本实用新型的实施方式提供的调节机构立体示意图。

图2为本实用新型的另一实施方式提供的调节机构立体示意图。

图3为本实用新型的实施方式提供的倒立摆的立体示意图。

图4为本实用新型的实施方式提供的拍摄机器人的立体示意图。

图5为本实用新型的实施方式提供的调节机构运作的模块示意图。

主要元件符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实用新型实施方式提供一种调节机构，用于调节倒立摆装置的摆臂的重心，所述调节机构包括第一平台、第二平台和驱动件，所述第二平台位于所述第一平台上方，所述第一平台上设有至少一下支撑座，所述第二平台上设有至少一上支撑座，所述上支撑座与所述下支撑座转动连接且位于所述第一平台及所述第二平台之间，所述驱动件的两端分别固定于所述第一平台和第二平台上，所述第二平台用于承载和固定所述摆臂，所述驱动件的长度可调，用以调整所述摆臂的重心。

本实用新型实施方式还提供一种倒立摆装置，包括底座和至少摆臂，所述倒立摆装置还包括上述调节机构，所述第一平台设于所述底座上，所述摆臂固定于所述第二平台上。

本实用新型实施方式还提供一种拍摄机器人，所述拍摄机器人还包括上述倒立摆装置，所述摆臂用于与相机连接。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

请参阅图1和图3，本实用新型的一实施方式中的调节机构1用于调节倒立摆装置2的摆臂3的重心。所述调节机构1包括第一平台11、第二平台12、驱动件13和支撑件15。所述支撑件15包括设于所述第一平台11上的至少一下支撑座151和设于所述第二平台12上的至少一上支撑座152。所述上支撑座152与所述下支撑座151转动连接且位于所述第一平台11及所述第二平台12之间。所述驱动件13的两端分别固定于所述第一平台11和所述第二平台12上。所述第二平台12用于承载和固定所述摆臂3，所述驱动件13的长度可调，用以调整所述摆臂3的重心。

请参阅图1，在本实施方式中，所述第一平台11为金属硬板。在本实施方式中，所述第一平台11大致呈圆形。可以理解的，在其它实施方式中，所述第一平台11也可采用其它形状，如多边形、不规则曲边形等。所述第一平台11包括第一表面111和第二表面112。所述第一表面111和所述第二表面112相对设置。所述第一表面111背向所述第二平台12，所述第二表面112朝向所述第二平台12。

在本实施方式中，所述第二平台12为金属硬板。在本实施方式中，所述第二平台12大致呈长方形。可以理解的，在其它实施方式中，所述第一平台11也可采用其它形状，如圆形、不规则曲边形等。

在本实施方式中，所述驱动件13的一端固定于所述第一平台11的第二表面112上。所述驱动件13的另一端固定于所述第二平台12朝向所述第一平台11的表面上，且位于靠近端面的部位。具体地，所述驱动件13的另一端固定于所述第二平台12的侧面上靠近短边端面的部位。在本实施方式中，所述驱动件13采用直线电机，操作者通过控制该直线电机可以改变其伸缩量，进而改变所述第二平台12相对于水平面的倾斜角度，从而调整固定于所述第二平台12上的摆臂3的重心。

进一步地，所述调节机构1还包括至少一弹性件14。所述弹性件14的两端分别连接所述第一平台11及所述第二平台12。所述弹性件14和所述驱动件13分别位于所述第一平台11的圆心的两侧。均优选地，所述驱动件13和所述弹性件14相对于所述第一平台11的圆心对称设置。

在本实施方式中，所述弹性件14的一端固定于所述第一平台11的第二表面112上。所述弹性件14的另一端固定于所述第二平台12朝向所述第一平台11的一侧，且位于靠近端面的部位。所述弹性件14和所述驱动件13分别位于靠近所述第一平台11相对两端的部位。具体地，所述弹性件14的另一端固定于所述第二平台12的侧面上靠近另一短边的部位。

在本实施方式中，所述调节机构1包括两个弹性件14。两个所述弹性件14并排且间隔设置。具体地，两个所述弹性件14分别固定于所述第二平台12的侧面上靠近两角的部位。在所述驱动件13调整其长度时，所述弹性件14通过拉长或压缩以稳定所述第二平台12，使其达到平衡。优选地，两个所述弹性件14和所述驱动件13在第一平台11或第二平台12上的三个固定点的连线为等腰三角形。

在本实施方式中，每一所述弹性件14包括伸缩杆141和弹簧142。所述伸缩杆141的两端分别与所述第一平台11和第二平台12连接。所述弹簧142套设在所述伸缩杆141上。在本实施方式中，所述弹簧142采用螺旋弹簧。

进一步地，所述调节机构1还包括多个铰链16。所述铰链16固定于所述第一平台11和所述第二平台12上。所述弹性件14和所述驱动件13的两端均通过所述铰链16与所述第一平台11和所述第二平台12固定连接。

请再次参见图1，在图示的实施方式中，所述支撑件15包括两个所述上支撑座152和两个所述下支撑座151。所述上支撑座152和所述下支撑座151转动连接。在本实施方式中，所述上支撑座152固定于所述第二平台12朝向所述第一平台11的表面。所述下支撑座151固定于所述第一平台11的第二表面112上。两个所述上支撑座152分别和两个所述下支撑座151转动连接。具体地，所述支撑件15还包括转轴153。对应的，所述上支撑座152的自由端和所述下支撑座151的自由端均设有转轴孔154，所述转轴153穿设于所述转轴孔154内，以使所述上支撑座152和所述下支撑座151转动连接。

在图示的实施方式中，当所述第二平台12平行于所述第一平台11时，两个所述上支撑座152和两个所述下支撑座151排列成一直线，该直线为所述第一平台11的一直径，两个所述下支撑座151位于该直径的两端，即，两个所述下支撑座151分别固定于所述第一平台11上靠近边缘的部分。需要说明的是，所述驱动件13和所述弹性件14分别位于两个所述上支撑座152和两个所述下支撑座151所在直径的两侧。

可以理解的，在其它实施方式中，所述支撑件15也可只包括一个所述上支撑座152和一个所述下支撑座151，如图2所示。优选地，所述上支撑座152位于所述第二平台12的中部位置，且垂直于所述第二平台12设置。优选地，所述下支撑座151位于所述第一平台11的中部位置，且垂直于所述第一平台11设置。所述下支撑座151位于所述驱动件13所述弹性件14之间。优选地，所述驱动件13和所述弹性件14关于所述下支撑座151对称设置。

请参阅图3，本实用新型的一实施方式中的倒立摆装置2包括底座4、上述调节机构1和至少一摆臂3。所述调节机构1的第一平台11设于所述底座4上，所述摆臂3固定于所述调节机构1的第二平台12上。

所述摆臂3包括固定板31和伸缩臂32。所述伸缩臂32固定于所述固定板31上。在本实施方式中，所述固定板31为平面板。所述固定板31固定于所述第二平台12上。在本实施方式中，所述伸缩臂32为至少两级，以调节所述摆臂3的高度。

所述底座4包括承载台41和至少两个车轮42。所述车轮42固定于所述承载台41的周侧边。在本实施方式中，所述承载台41大致呈长方体。所述承载台41内设有电路(图未示)，用以控制所述驱动件13的伸缩。

在本实施方式中，所述车轮42的数量为四。四个所述车轮42分别固定于所述承载台41的四个角处，并将所述承载台41抬起以使其悬空，方便后续移动。在本实施方式中，每一所述车轮42均为万向轮。

所述调节机构1可旋转地固定于所述承载台41的顶面，且位于其中部位置。具体地，所述第一平台11可旋转地固定于所述承载台41的顶面。所述第一平台11的转向与所述车轮42的走向实时跟进保持一致，即，所述第一平台11的长度方向(所述驱动件13和所述弹性件14中心的连线方向)与所述车轮42的走向实时跟进保持一致，以使所述摆臂3的动方向一直与底盘的运动方向平行。

请参见图4，本实用新型的一实施方式中的拍摄机器人5为可移动的。所述拍摄机器人5包括上述倒立摆装置2和相机6。所述相机6与所述倒立摆装置2的摆臂3连接。操作者通过调节所述摆臂3的高度可调节所述相机6的高度。

进一步地，所述拍摄机器人5还包括滑台7。所述滑台7可转动地固定于所述摆臂3上。所述相机6可滑动地固定于所述滑台7上。所述滑台7垂直于所述摆臂3设置，且其连接处位于所述滑台7的中部位置。所述滑台7和所述摆臂3共同构成T型。

进一步地，所述拍摄机器人5还包括旋转台8。所述旋转台8设于所述滑台7和所述摆臂3之间。在本实施方式中，所述旋转台8固定于所述摆臂3上，所述滑台7可转动地固定于所述旋转台8上。可以理解的，在其它实施方式中，也可采用所述旋转台8可转动地连接于所述摆臂3上，所述滑台7固定于所述旋转台8上的方式。

进一步地，所述拍摄机器人5还包括云台9。所述云台9设于所述相机6和所述滑台7之间。所述云台9可滑动地固定于所述滑台7上，所述相机6固定于所述云台9上。

在本实施方式中，所述云台9为三轴云台。具体地，所述云台9包括第一支架91、第二支架92和第三支架93。所述第一支架91滑动地连接于所述滑台7上。所述第二支架92固定所述相机6。所述第三支架93连接所述第一支架91和所述第二支架92。所述第一支架91和第三支架93之间、所述第三支架93和第二支架92之间均通过转轴连接。所述支架内设有电机和电子调速器等结构(图未示)。该电机驱动支架转动，从而带动相机6转动。

所述拍摄机器人5通过所述车轮42进行移动，所述车轮42移动时，所述第一平台11实时转动，使得所述第一平台11的长度方向与所述车轮42的走向保持一致。当操作者通过旋转所述滑台7和移动所述云台9来调节所述相机6的拍摄角度和位置时，所述驱动件13调整其长度以改变所述第二平台12相对于水平面的角度，以调整所述拍摄机器人5中承载于所述第二平台12上的组合机构(即所述摆臂3、滑台7、旋转台8、相机6和云台9的组合)的重心，使得所述拍摄机器人5在移动可保持稳定。

具体地，请同时参见图5，所述底座4内设有传感器401和控制器402。所述拍摄机器人5通过所述车轮42进行移动时，所述传感器401实时感测所述机器人的姿态，如所述车轮42的走向，以及所述摆臂3和所述滑台7的倾角等，并将感测信号传输至所述控制器402。具体地，所述传感器401可以为陀螺仪、惯性测量单元(IMU)等中的一种或者组合。所述控制器402接收并分析该感测信号，驱动所述调节机构1以调整所述摆臂3的重心。具体地，所述控制器402接收并分析该感测信号，驱动所述第一平台11旋转，使得所述第一平台11的长度方向与所述车轮42的走向保持一致，同时调整所述驱动件13的长度，进而调整所述第二平台12的倾角，以调整所述拍摄机器人5中承载于所述第二平台12上的组合机构(即所述摆臂3、滑台7、旋转台8、相机6和云台9的组合)的重心，使得所述拍摄机器人5在移动可保持稳定。

相较于现有技术，本实用新型的所述调节机构1利用驱动件13，通过改变其伸缩量，进而调整承载于所述第一平台11上的摆臂3等组合机构的重心，达到提高稳定性的目的。

另外，本实用新型的所述倒立摆装置2将所述调节机构1旋转固定于所述底座4上，利用第一平台11的转向与所述车轮42的走向实时跟进保持一致，达到使所述摆臂3的动方向一直与底座4的运动方向平行的目的，进一步地提高了所述倒立摆装置2移动时的稳定性。

以上实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本实用新型技术方案的精神和范围。本领域技术人员还可在本实用新型精神内做其它变化等用在本实用新型的设计，只要其不偏离本实用新型的技术效果均可。这些依据本实用新型精神所做的变化，都应包含在本实用新型所要求保护的范围之内。

Claims (25)

1.一种调节机构，用于调节倒立摆装置的摆臂的重心，其特征在于，所述调节机构包括第一平台、第二平台和驱动件，所述第二平台位于所述第一平台上方，所述第一平台上设有至少一下支撑座，所述第二平台上设有至少一上支撑座，所述上支撑座与所述下支撑座转动连接且位于所述第一平台及所述第二平台之间，所述驱动件的两端分别固定于所述第一平台和第二平台上，所述第二平台用于承载和固定所述摆臂，所述驱动件的长度可调，用以调整所述摆臂的重心。

2.如权利要求1所述的调节机构，其特征在于，所述第二平台上设有一个所述上支撑座，所述上支撑座设于所述第二平台的中部位置，且垂直于所述第二平台设置，所述第一平台上设有一个所述下支撑座，所述下支撑座设于所述第一平台的中部位置，且垂直于所述第一平台设置。

3.如权利要求1所述的调节机构，其特征在于，所述第二平台上设有两个所述上支撑座，所述第一平台上设有两个所述下支撑座，两个所述上支撑座分别和两个所述下支撑座转动连接。

4.如权利要求3所述的调节机构，其特征在于，所述第二平台平行于所述第一平台时，两个所述上支撑座和两个所述下支撑座排列成一直线；或者所述调节机构还包括转轴，两个所述上支撑座的自由端和两个所述下支撑座的自由端均设有转轴孔，所述转轴穿设于所述转轴孔内，以使所述上支撑座和所述下支撑座转动连接。

5.如权利要求1所述的调节机构，其特征在于，所述驱动件的一端固定于所述第一平台朝向所述第二平台的表面上，所述驱动件的另一端固定于所述第二平台朝向所述第一平台的表面上；或者所述驱动件采用直线电机。

6.如权利要求1所述的调节机构，其特征在于，所述调节机构还包括至少一弹性件，所述弹性件的两端分别连接所述第一平台及所述第二平台。

7.如权利要求6所述的调节机构，其特征在于，所述驱动件和所述弹性件关于所述下支撑座对称设置；或者所述弹性件包括伸缩杆和弹簧，所述伸缩杆的两端分别与所述第一平台和第二平台连接，所述弹簧套设在所述伸缩杆上；或者所述弹性件为两个，两个所述弹性件并排且间隔设置。

8.如权利要求6所述的调节机构，其特征在于，所述调节机构还包括多个铰链，所述驱动件通过所述铰链与所述第一平台和所述第二平台铰接。

9.一种倒立摆装置，包括底座和至少一摆臂，其特征在于，所述倒立摆装置还包括如权利要求1-8中任意一项所述的调节机构，所述第一平台设于所述底座上，所述摆臂固定于所述第二平台上。

10.如权利要求9所述的倒立摆装置，其特征在于，所述第一平台可转动地固定于所述底座上，所述底座包括车轮，所述第一平台的转向与所述车轮的走向实时跟进保持一致。

11.如权利要求9所述的倒立摆装置，其特征在于，所述底座包括承载台和至少三个车轮，所述车轮固定于所述承载台的侧面。

12.如权利要求11所述的倒立摆装置，其特征在于，所述底座包括四个车轮，所述承载台呈四边形，四个所述车轮分别固定于所述承载台的四个角处。

13.如权利要求12所述的倒立摆装置，其特征在于，所述第一平台可转动地固定于所述承载台上，且位于中部位置。

14.如权利要求13所述的倒立摆装置，其特征在于，所述第一平台的转向与所述车轮的走向实时跟进保持一致。

15.如权利要求11所述的倒立摆装置，其特征在于，所述底座内设有传感器和控制器，所述传感器实时感测所述车轮的走向和所述摆臂的倾角，并将感测信号传输至所述控制器，所述控制器接收并分析该感测信号，驱动所述调节机构以调整所述摆臂的重心。

16.如权利要求15所述的倒立摆装置，其特征在于，所述控制器接收并分析该感测信号，驱动所述第一平台旋转，使得所述第一平台的长度方向与所述车轮的走向保持一致。

17.如权利要求16所述的倒立摆装置，其特征在于，所控制器接收并分析该感测信号，调整所述驱动件的长度，进而调整所述第二平台的倾角，以调整所述摆臂的重心。

18.如权利要求15所述的倒立摆装置，其特征在于，所述传感器为陀螺仪、惯性测量单元中的一种或者组合。

19.一种拍摄机器人，其特征在于，所述拍摄机器人还包括如权利要求9-18中任意一项所述的倒立摆装置，所述摆臂用于与相机连接。

20.如权利要求19所述的拍摄机器人，其特征在于，所述拍摄机器人还包括滑台，所述滑台可转动地固定于所述摆臂上，所述相机与所述滑台滑动连接。

21.如权利要求20所述的拍摄机器人，其特征在于，所述滑台垂直于所述摆臂设置，所述滑台和所述摆臂共同构成T型。

22.如权利要求20所述的拍摄机器人，其特征在于，所述拍摄机器人还包括旋转台，所述旋转台设于所述滑台和所述摆臂之间。

23.如权利要求22所述的拍摄机器人，其特征在于，所述旋转台固定于所述摆臂上，所述滑台可转动地固定于所述旋转台上。

24.如权利要求22所述的拍摄机器人，其特征在于，所述旋转台可转动地固定于所述摆臂上，所述滑台固定于所述旋转台上。

25.如权利要求20所述的拍摄机器人，其特征在于，所述拍摄机器人还包括云台，所述云台可滑动地固定于所述滑台上，所述相机固定于所述云台上。