[发明专利]小型自平衡机器人姿态模拟器

说明书

技术领域

本发明涉及一种小型自平衡机器人姿态模拟器，属于机器人姿态运动模拟仿真、惯导设备检测领域。

背景技术

自平衡机器人是一种质心高于支点,在重力作用下机身姿态本征不稳定的移动机器人，在运动中需要自身控制姿态维持平衡。提高自平衡机器人的运动姿态控制性能，首要提供的是姿态模拟平台，模拟自平衡机器人的运功姿态，验证姿态检测算法和传感器的性能。

姿态模拟器主要用于惯导设备测试和半实物仿真测试，应用于半实物仿真测试的姿态模拟器被称作仿真转台。转台是仿真技术的关键设备,由早期的单轴转台到目前的三轴转台,已经可以真实地模拟导弹或飞行器的动力学特性,在实验室条件下复现其在空中的各种飞行姿态,对导弹或飞行器的传感器件、制导系统和控制系统及各执行机构的性能加以测试，为成功的实际飞行提供充分的技术指标和实验数据。因此为了能够在自平衡机器人领域，实现通过实验仿真机器人的各种复杂的运动姿态，验证姿态控制算法和机身上的姿态传感器性能的目的，本发明提出了一种小型自平衡姿态模拟器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小型自平衡机器人姿态模拟器，该模拟器不但可以仿真小型自平衡机器人的俯仰角、航向角的变化，还可以通过导轨滑台水平移动和两轴转台部分两轴系运动的叠加仿真两轮自平衡机器人在水平面上复杂的运动姿态，包括自旋、匀速转向、机器人走“8”字等，并可作为类似相关运动仿真的试验平台。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种小型自平衡机器人姿态模拟器，该模拟器包括一个水平移动平台和一个两轴转台；其中，两轴转台部分，上轴系模拟自平衡机器人的俯仰姿态，下轴系模拟自平衡机器人的航向角，安装于水平移动平台的导轨滑台上；水平移动平台驱动导轨滑台，实现两轴转台进行水平位移，模拟机器人在空间的水平移动；通过步进电机细分驱动器提高步进电机的步距精度，上轴系采用由步进电机直接驱动支撑架，并由光电编码器组成闭环系统，避免产生失步，提高俯仰姿态的仿真精度；中层电机采用力矩较大的减速步进电机驱动L型框架，不加传动装置，减少定位误差，提高航向角的仿真精度；下层电机由步进电机驱动丝杆，丝杆将回转运动转化为导轨滑台的直线运动，并由光电编码器组成闭环系统，提高位移精度。

与现有技术先比，本发明具有如下有益效果。

小型自平衡机器人姿态模拟器可以模拟小型自平衡机器人的俯仰角、航向角的变化；同时水平移动滑台和两轴转台运动的叠加亦可以模拟两轮自平衡机器人在水平面上复杂的运动姿态，包括自旋、匀速转向、机器人走“8”字；采用非线性PD双回路控制器使姿态模拟器系统稳定性增强，同时提高了控制精度；L型外框的使用，减少了系统的重力不平衡力矩、提高系统精度。

附图说明

图1为小型自平衡机器人姿态模拟器的机械结构立体示意图。

图2为导轨滑台机械结构示意图。

图3为L型外框与中轴安装架结构图。

图4为固定平台的结构示意框图。

图5为电气系统结构示意图。

图中：1、底座，2、下层电机驱动器，3、联轴器，4、固定平台，5、L型外框，6、姿态传感器，7、支撑杆，8、导轨滑台，9、丝杆，10、导轨底座，11、开关电源，12、电源分配器，13、DSP控制器，14、上层电机，15、光电编码器a，16、中层电机，17、下层电机，18、中层安装架，19、上层安装架，20、中层电机驱动器，21、上层电机驱动器，22、光电编码器b，23、滚动轴承，24、滑轮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3、图4所示，一种小型自平衡机器人姿态模拟器，该模拟器包括底座1、下层电机驱动器2、联轴器3、固定平台4、L型外框5、姿态传感器6、支撑杆7、导轨滑台8、丝杆9、导轨底座10、开关电源11、电源分配器12、DSP控制器13、上层电机14、光电编码器a15、中层电机16、下层电机17、中层安装架18、上层安装架19、中层电机驱动器20、上层电机驱动器21、光电编码器b22、滚动轴承23、滑轮24。

其中，导轨底座10、下层电机驱动器2、中层电机驱动器20、上层电机驱动器21、DSP控制器13、开关电源11、电源分配器12均直接固定在底座1上。