可实现全方位运动解耦的独轮车装置的制造方法
[0027]所述转弯调节机构设于基体1正上方，包括支撑架14、转弯调节框架15(框架呈水平，其长度方向为前、后的纵向，其内部空间为上、下方向)和转弯调节转盘16(盘体呈竖直状)，所述支撑架14由底板和前、后侧板构成，支撑架14的底板安装于基体1的左、右侧板上，左、右两个转弯调节框架15分别通过前、后两侧的转弯调节框架转轴17安装在支撑架14的前、后侧板之间，支撑架14的前侧板上设有一对传动比为1: 1的转弯调节框架齿轮传动副24(扇形齿轮构成)，所述转弯调节框架齿轮传动副24连接前侧的左、右转弯调节框架转轴17，左、右两个转弯调节转盘16分别通过横向转盘转轴19 (左右方向的水平轴)居中安装于左、右转弯调节框架15内；支撑架14的前侧板上设置转弯调节框架驱动电机20，所述转弯调节框架驱动电机20通过齿轮传动副连接前侧左方的转弯调节框架转轴17，对应于左、右转弯调节框架15于支撑架14的后侧板上分别设置左、右转弯调节框架编码器22，左、右转弯调节框架编码器22分别通过齿轮传动副连接后侧的左、右转弯调节框架转轴17，各转弯调节框架15上均设有转弯调节转盘驱动电机21和转弯调节转盘编码器23，所述转弯调节转盘驱动电机21和转弯调节转盘编码器23分别通过齿轮传动副连接横向转盘转轴19，如图1、图2、图3、图4所示。
[0028]上述结构中，高速旋转的转弯调节转盘16与小角度转动的转弯调节框架15同时运动产生陀螺力矩，而左、右两转弯调节转盘16和两转弯调节框架15的运动方向实时相反，由此产生一对关于一平面完全对称的陀螺力矩，该平面垂直于支撑架14的底板且位于两转弯调节框架15的正中间，使得这一对陀螺力矩在垂直方向上分量的合成力矩能够调节车体的转弯，并在水平方向上的分量能够相互抵消，从而避免对侧向的影响。
[0029]本发明的控制系统设于基体1的底板上，包括通过相关电路连接的电池组25、陀螺仪26、无线模块27、伺服驱动器29和运动控制器28，控制系统实时检测车体姿态并根据车体姿态向各电机发出驱动信号、同时接收各编码器的反馈信号以进一步修正各电机的运转，如图1所示。
[0030]本发明的运行方式:
[0031]机器人(独轮车装置)在运动过程中，陀螺仪25实时检测车体的姿态，当车体发生侧向倾倒时，陀螺仪25检测到姿态信号，将数据传送给运动控制器28，运动控制器28通过伺服驱动器29控制侧向平衡调节机构的侧向平衡框架驱动电机6旋转的速度，通过侧向平衡框架齿轮传动副18小角度的旋转，从而带动上、下侧向平衡框架2实时反向转动，同时运动控制器28通过伺服驱动器29驱动侧向平衡转盘3高速旋转，对应的两侧向平衡转盘3的运动方向实时相同，两侧向平衡框架2的运动方向实时相反，由此产生一对关于一平面完全对称的陀螺力矩，由于该平面平行于基体1的底板且位于两侧向平衡框架2的正中间，使得这一对陀螺力矩在水平方向上分量的合成力矩能够克服车体倾倒的重力矩，并在垂直方向上的分量能够相互抵消，从而避免对转弯的影响。
[0032]与此同理，当陀螺仪25检测到转弯的航向信号时，将数据传送给运动控制器28，运动控制器28通过伺服驱动器29控制转弯调节机构的两个转弯调节转盘16高速旋转，同时运动控制器28通过伺服驱动器29控制两个转弯调节框架15小角度转动，所述的转动使得所产生的这对陀螺力矩在垂直方向上分量的合成力矩能够调节车体的转弯，并在水平方向上的分量能够相互抵消，从而避免对侧向的影响。
[0033]车轮编码器13采集独轮10的转速，反馈给运动控制器28控制车体的前、后俯仰运动。
【主权项】
1.可实现全方位运动解耦的独轮车装置，其特征在于:包括基于基体(I)设置的俯仰平衡调节行走机构、侧向平衡调节机构和转弯调节机构，其中 ①、所述侧向平衡调节机构包括上、下侧向平衡框架⑵和上、下侧向平衡转盘⑶，各侧向平衡框架(2)通过左、右两侧的侧向平衡框架转轴(4)安装于基体(I)内部，上、下侧向平衡转盘(3)通过竖直转盘转轴(5)分别安装于上、下侧向平衡框架(2)内，所述基体(I)上设有控制一个侧向平衡框架(2)作小角度转动的侧向平衡框架驱动电机￠)，同侧的上、下侧向平衡框架转轴(4)之间由传动比为1:1的侧向平衡框架齿轮传动副(18)连接，各侧向平衡框架(2)上设有驱动对应侧向平衡转盘(3)高速旋转的侧向平衡转盘驱动电机(7)，基体(I)上设有分别检测各侧向平衡框架(2)转动幅度的侧向平衡框架编码器(8)，各侧向平衡框架(2)上设有检测对应侧向平衡转盘(3)转速的侧向平衡转盘编码器(9); ②、所述俯仰平衡调节行走机构设于基体(I)下方，包括独轮(10)和车叉(11)，所述车叉(11)安装在基体(I)底部，所述独轮(10)于车叉(11)内安装，车叉(11)上设有驱动独轮(10)转动的薄饼电机(12)和检测独轮(10)转速的车轮编码器(13)； ③、所述转弯调节机构设于基体(I)上方，包括基于支撑架(14)设置的左、右转弯调节框架(15)和左、右转弯调节转盘(16)，各转弯调节框架(15)通过前、后两侧的转弯调节框架转轴(17)安装于支撑架(14)内部，左、右转弯调节转盘(16)通过横向转盘转轴(19)分别安装于左、右转弯调节框架(15)内，所述支撑架(14)上设有控制一个转弯调节框架(15)作小角度转动的转弯调节框架驱动电机(20)，同侧的左、右转弯调节框架转轴(17)之间由传动比为1:1的转弯调节框架齿轮传动副(24)连接，各转弯调节框架(15)上设有驱动对应转弯调节转盘(16)高速旋转的转弯调节转盘驱动电机(21)，支撑架(14)上设有分别检测各转弯调节框架(15)转动幅度的转弯调节框架编码器(22)，各转弯调节框架(15)上设有检测对应转弯调节转盘(16)转速的转弯调节转盘编码器(23)。2.根据权利要求1所述的可实现全方位运动解耦的独轮车装置，其特征在于:所述侧向平衡框架齿轮传动副(18)和转弯调节框架齿轮传动副(24)均为扇形齿轮传动副。3.根据权利要求1或2所述的可实现全方位运动解耦的独轮车装置，其特征在于:所述基体(I)上设有实时检测车体姿态并根据车体姿态向各电机发出驱动信号、同时接收各编码器的反馈信号以进一步修正各电机运转的控制系统，所述控制系统包括通过相关电路连接的电池组(25)、陀螺仪(26)、无线模块(27)、运动控制器(28)和伺服驱动器(29)。
【专利摘要】本发明公开了一种可实现全方位运动解耦的独轮车装置，其侧向平衡调节机构设于基体内，包括上、下侧向平衡框架和基于上、下侧向平衡框架分别设置的上、下侧向平衡转盘，上、下侧向平衡转盘高速旋转，上、下侧向平衡框架作小角度相对转动；其俯仰平衡调节行走机构设于基体底部，包括独轮和车叉；其转弯调节机构设于基体顶部，包括基于支撑架设置的左、右转弯调节框架和基于左、右转弯调节框架分别设置的左、右转弯调节转盘，左、右转弯调节转盘高速旋转，左、右转弯调节框架作小角度相对转动。本发明的结构在俯仰、侧向和转弯的数学模型上得到解耦，从而大大降低了独轮车车体运动的控制难度。
【IPC分类】G05D1/02
【公开号】CN105302142
【申请号】CN201510791866
【发明人】庄未, 江汉, 黄用华, 何淑通, 刘成举, 张明明, 张 杰, 王昌盛, 钟永全
【申请人】桂林电子科技大学
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年11月16日
文档序号 :
【 9546533 】
技术研发人员：庄未,江汉,黄用华,何淑通,刘成举,张明明,张杰,王昌盛,钟永全
技术所有人：桂林电子科技大学
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
声 明 ：此信息收集于网络，如果你是此专利的发明人不想本网站收录此信息请联系我们，我们会在第一时间删除
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