[实用新型]一种基于悬架机构的轮式倒立摆

说明书

技术领域

本实用新型是关于一种用于科研或教学的实验装置，尤其是一种倒立摆。

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，是进行控制理论教学及开展各种控制实验的理想平台。对倒立摆系统的研究能有效的反映控制中的许多典型问题：如非线性问题、鲁棒性问题、镇定问题、随动问题以及跟踪问题等。通过对倒立摆的控制，用来检验新的控制方法是否有较强的处理非线性和不稳定性问题的能力；同时，其控制方法在军工、航天、机器人和一般工业过程领域中都有着广泛的用途。

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，其物理模型是建立在由两个车轮左右平行布置、可移动的小车车体上，每个车轮都与电机的输出轴相连接。通过控制电机的转速来控制两个车轮使车体在运动时，能够保持倒立摆的摆臂在二维平面内的平衡。

倒立摆按照摆臂的数量分为单级倒立摆、二级倒立摆、多级倒立摆，其控制难度也随之增加。随着控制技术的增长，单级倒立摆由于摆臂数量有限，并且只能在二维平面摆动，因此人们早已不满足于单级倒立摆，正在向着多级倒立摆方向发展。另外，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。

发明内容

为了克服目前倒立摆系统中的摆臂只能在二维平面中摆动，本实用新型提出一种基于悬架机构的轮式倒立摆，其中的摆臂能在三维方向上摆动，增强了科研试验的难度，并且遭遇崎岖路面时，摆臂的稳定性更高。

为了解决上述技术问题，本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于悬架机构的轮式倒立摆，包括摆臂、控制箱、支架、车轮、弹簧、底座和电机，摆臂、控制箱固定在支架上，电机与车轮相连，电机固定在底座上，底座与支架之间装有悬架机构。悬架机构由四个弹簧组成。 

本实用新型的有益效果是：一种基于悬架机构的轮式倒立摆，摆臂能够在三维方向上摆动，同时在崎岖路面上，具有很好的稳定性。

附图说明

图1是基于悬架机构的轮式倒立摆结构图。

具体实施例

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，一种基于悬架机构的轮式倒立摆，包括摆臂（1）、控制箱（2）、支架（3）、车轮（4）、弹簧（5）、底座（6）和电机（7），摆臂（1）、控制箱（2）固定在支架（3）上，电机（7）与车轮（4）相连，电机（7）固定在底座（6）上，底座（6）与支架（3）之间装有悬架机构，悬架机构由四个弹簧（5）组成，弹簧（5）在支架（3）与底座（6）之间通过螺栓螺母连接。 

控制箱（2）内装有控制轮式倒立摆的单片机和测量摆臂角度、角速度、角加速度的传感器，电机（7）上也装有传感器，用于测量电机的转速，单片机通过电机驱动模块控制电机转速，传感器则测量摆臂和电机，将相关数据反馈回单片机，单片机根据反馈回来的测量数据，进行计算，再次控制电机，如此循环反馈，那么基于悬架机构的轮式倒立摆则能保持平衡。