[实用新型]一种可实现自平衡的独轮车机器人

说明书

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独轮车机器人。

背景技术

独轮车机器人是根据人类骑独轮车的力学机理设计的机器人系统，因其具有体型狭小、能源利用率高等优点而受到机器人研究人员的关注。不同于一般的静态平衡机器人，独轮车机器人属于静态不稳定而动态可稳定的力学系统，具有广阔的应用前景:利用其动态平衡特性，将它引入复杂地形环境，可进行运输和营救；利用其外形纤细转向灵活的特性，可实现对狭窄环境的监控与探测。

国外关于自平衡独轮车机器人进行了一系列研究。早期，美国加州大学的Jascha van Pommeren等人成功研制独轮车自平衡机器Unibot，它结合了轮式倒立摆以及惯性轮倒立摆的驱动方式自动保持平衡。但是Unibot缺少转向机构，因此这种独轮车机器缺少转弯避障的能力。国内对独轮车机器人研究较多的是北京工业大学的阮晓钢团队，他们制作了独轮车机器人样机并做了前后、左右的平衡实验。如公开号为CN102445944A的中国发明专利，一种独轮自平衡机器人系统，该机器人系统的机身上部含有一个可左右转动的竖直放置的腰盘，用来实现机器人的水平平衡控制；机身中间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系统，所述的竖直放置的腰盘和水平放置的腰盘，均是通过整体转向来实现机身的平衡控制，而对机身的偏航方向没有直接作用力，且转子转动惯量不变，并未考虑人骑独轮车时腰转动和上身质量分布动态变化对转弯平衡控制的影响，故应对复杂可变环境能力弱，在航向控制方面比较困难，并且由于腰盘是做整体转动，其控制精确度较低。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于可变转动惯量腰盘控制的可实现自平衡的独轮车机器人，该独轮车机器人不仅能实现前后左右平衡以及灵活转向，而且可在线调节摆杆的转动惯量以及调整车体质心分布，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。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

一种可实现自平衡的独轮车机器人，包括无线模块、陀螺仪、运动控制器、车架、摆杆、腰盘、独轮和伺服驱动器，所述伺服驱动器包括摆杆伺服驱动器、腰盘伺服驱动器和独轮伺服驱动器；所述摆杆伺服驱动器、腰盘伺服驱动器、独轮伺服驱动器分别通过导线与运动控制器连接，所述腰盘与腰盘伺服驱动器连接，所述独轮与独轮伺服驱动器连接，所述摆杆设置于车架上部，所述腰盘设置于车架的腰部，所述独轮则设置于车架的下部，

所述摆杆包括摆杆支架、摆杆转轴、摆杆滑块、摆杆电机、摆杆编码器，所述摆杆支架竖直设置在车架上，摆杆转轴则连接在摆杆支架的两侧之间，且摆杆转轴的一端与摆杆电机连接，摆杆转轴的另一端与摆杆编码器连接，摆杆电机和摆杆编码器通过导线分别与摆杆伺服驱动器连接；

所述摆杆滑块通过滑杆设置在摆杆支架内，摆杆滑块通过摆杆钢绳与蜗轮轴连接，蜗轮与蜗杆相配合，蜗杆与蜗杆驱动电机同轴连接，蜗轮的正反转带动摆杆滑块上下移动；

所述陀螺仪和摆杆编码器采集车身姿态，将信号反馈给运动控制器，在控制程序下将信号进行处理，从而发出控制指令至摆杆伺服驱动器；

所述摆杆伺服驱动器、腰盘伺服驱动器、独轮伺服驱动器均从运动控制器接受指令，分别控制摆杆、腰盘和独轮转动，对机器人的姿态进行调节控制。

为了可以动态改变腰盘的转动惯量，所述腰盘包括腰盘轴、腰盘轮缘、腰盘驱动电机、腰盘滑块驱动电机A和腰盘滑块驱动电机B；

所述腰盘轴一端与腰盘驱动电机连接，腰盘驱动电机固定在车身腰部，腰盘驱动电机通过导线与腰盘伺服驱动器连接；

所述腰盘轮缘通过腰盘轴与车架连接，在腰盘轮缘设有腰盘滑块，腰盘滑块与十字型摇杆通过键槽相配合，腰盘滑块与腰盘滑块之间通过连杆相互连接，腰盘滑块驱动电机B通过腰盘钢绳与腰盘滑块外面连接，可带动滑块向外移动，腰盘滑块驱动电机A通过腰盘钢绳与腰盘滑块内面连接，可带动滑块向内移动。

优选的，所述腰盘滑块为4块，分别设置于腰盘轮缘的2根垂直直径上，且两两对称。

优选的，所述腰盘驱动电机、腰盘滑块驱动电机A和腰盘滑块驱动电机B为步进电机。

优选的，所述独轮包括独轮轴、独轮电机和独轮编码器，