[发明专利]一种具有仿生学尾部结构的二轮平衡车

说明书

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，具体涉及一种具有仿生学尾部结构的二轮平衡车。

背景技术

传统二轮平衡车能通过双轮运动调节自身平衡以保持直立体态，可以用作运输载具或者应用某些需要在狭小空间作业的机器人，二轮车相对于传统的四轮车具有很大的优势。首先二轮车的灵活度要更高，自由度要更多。它能够实现很多传统的四轮车无法实现的各种动作，如原地打转。因此二轮车更适合在拥挤的环境中运动。其次二轮车所占空间更小，更加小巧轻便，这使得它更适合在城市中作为个人代步工具。由于二轮车比四轮车少了许多结构，因此制造成本要相对少很多。二轮平衡车能实现自动平衡，其在脱离地面以及未脱离地面但经受外力作用的情况下，难以实现自身直立状态或者不能在期望时间内回复直立状态。而本发明中叙述的带有尾部结构的二轮平衡车能有效的解决这个问题，仿生尾部结构的加入使得平衡车整体系统鲁棒性以及可控性大大提高。带有仿生学尾巴的二轮平衡车在商业、科研等诸多领域具有良好的应用前景。比如：在二轮平衡车广泛应用的无人操控载具方面，本研究项目成果可以直接提高载具稳定性从而提高乘客的乘坐体验；又如，在灾后救灾场景中，本项目成果可以有效提高探测器灵活性，原本二轮平衡车需要更多移动空间来维持平衡，而本成果可以通过控制体积较小的尾部来达到同样的效果；还有，本项目研制的平衡车可以在无人探测方面具有良好应用，二轮车需要前后移动来保持平衡的场景中，本项目成果可以通过调节尾部来最小化移动范围来保证视频视场的稳定性。

对于仿生尾部，现在已经出现了许多利用类似尾结构的机器人或载具系统，这些工作都展示出类似尾结构对整机平衡性有很大贡献，往往能大幅提高系统的稳定能力，比如加州大学伯克利分校Thomas Libby曾研究了四轮车在空中运动时尾巴的运动情况对车体平衡及落地状态的影响(Nature 481,181–184(12January 2012))，然而目前却没有出现过类似本发明中叙述的带有仿生尾部的二轮平衡车。而本发明中所述的仿生尾部结构被应用于二轮平衡车上之后展示出良好的平衡性能、大幅提高了整机系统的稳定性，因此具有深远的应用前景。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种具有仿生学尾部结构的能调节自身平衡性的二轮平衡车。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种具有仿生学尾部结构的二轮平衡车，由平衡车车体1和机械尾巴2组成，其中，机械尾巴2在平衡车车体1的上方后部，机械尾巴2有两个地方与平衡车车体1相连接，在下面介绍机械尾巴组成部件时机械尾巴2和平衡车1的连接方式会给出，机械尾巴2由尾部结构和控制系统组成，控制系统由控制尾巴水平方向运动的第一控制系统和控制尾巴竖直方向运动的第二控制系统组成。

第一控制系统为皮带传动，由小齿轮控制部分3、皮带4、大齿轮控制部分5组成，小齿轮控制部分3中的小齿轮6通过皮带4与大齿轮控制部分中的大齿轮7连接。小齿轮控制部分由小齿轮6、转动电机8、第一码盘9、第一光电编码器10、自攻螺丝11组成。转动电机8是直流减速电机，材质是塑料外壳。自攻螺丝11的头部直径大于小齿轮6中间圆孔的孔径，将自攻螺丝11从小齿轮中间穿过，再将自攻螺丝11从第一码盘9中间穿过，再将自攻螺丝11杆部末端攻入转动电机8的轴中，这样转动电机8可以带动小齿轮6及第一码盘9同步转动，将转动电机8用适当长度的铜柱固定在下层亚格力支架12上，适当长度的意思是选择适当长度的铜柱固定后使得小齿轮6和大齿轮7在同一水平面上，将光电编码器10的凹形槽夹在第一码盘9的两侧，光电编码器10的固定端用AB胶固定在下层亚格力支架12，大齿轮控制部分5由大齿轮7、轴承13、法兰盘14、螺栓15、螺母16组成，大齿轮7在下层亚格力支架12的上面，法兰盘14在下层亚格力支架12的下面，在下层亚格力支架12的相应位置打与轴承13轴部大小相同的圆，将轴承放入其中在相对于大齿轮7的另一侧用法兰盘14将轴承13固定在下层亚格力支架12上，将螺栓15的头部在下，自下而上的从轴承13中心孔中穿过，将大齿轮7穿入螺栓15中，在其上用螺母16固定。适当长度的螺栓15是螺栓15的长度足够穿上大齿7轮和拧上螺母16即可，大齿轮7即通过轴承13、法兰盘14固定在下层亚格力支架12，大齿轮7可以绕螺栓15自由转动。