[发明专利]双飞轮走钢丝机器人结构

说明书

技术领域

本发明涉及走钢丝机器人结构，具体为一种双飞轮走钢丝机器人结构。

背景技术

走钢丝机器人是一种在柔性钢丝上能够保持自平衡并能够行走的一种机械装置，主要是通过平衡杆的转动及平动来实现自平衡。

上海交通大学申请的《走钢丝机器人》发明专利(申请号为03129064.7)。该发明的技术方案是通过陀螺作为稳定装置，利用陀螺的稳定性实现自平衡。但该专利机器人没有考虑钢丝的柔性对机器人的平衡影响，陀螺高速旋转所产生的扭矩会使柔性钢丝发生变形，从而增加了控制的难度以及不确定性。

贾书慧在《力学与实践》的2002年第1期撰写的《飞轮的妙用》一文中，提出可以通过驱动飞轮获得反力矩从而控制物体的方位，这一原理不仅可以控制航天器的姿态，而且可以增加机器人、走钢丝杂技演员的稳定性，该文只提出了一种利用飞轮控制平衡的可能，并未展开深入探讨提出有效的解决方案。

发明内容

为此，本发明提出了一种利用上、下飞轮的高速旋转产生控制侧向平衡的力矩实现自平衡，并能通过行走轮在钢丝上行走的双飞轮走钢丝机器人结构。

本发明双飞轮走钢丝机器人结构，其技术方案包括基于基板设置的平衡装置和行走装置以及控制装置，所述平衡装置包括上、下平衡框架以及上、下平衡飞轮，上、下平衡框架分别通过左、右平衡框架转轴安装于基板上的支撑架内，上、下平衡飞轮通过平衡飞轮转轴分别水平安装于上、下平衡框架内，所述支撑架上设有通过联动机构驱动上、下平衡框架小角度同步反向转动的平衡框架电机，支撑架上还设有分别检测上、下平衡框架转动幅度的上、下平衡框架编码器，上、下平衡框架上分别设有驱动对应平衡飞轮高速旋转的平衡飞轮电机和检测平衡飞轮转速的平衡飞轮编码器；所述行走装置包括通过轮架安装于基板底部的前、后钢丝行走轮，将一个钢丝行走轮设为主动轮，并于对应轮架上设置驱动主动轮的行走轮电机和检测主动轮转速的行走轮编码器。

所述联动机构的一种形式包括上、下平衡框架从动齿轮和平衡框架主动齿轮，所述平衡框架主动齿轮安装在平衡框架电机，上、下平衡框架从动齿轮分别安装于上、下平衡框架转轴上，平衡框架主动齿轮设于上、下平衡框架从动齿轮中间并分别与两者啮合。

为节省齿轮制作材料，所述平衡框架主动齿轮采用于转动中心上、下对称的扇形齿，为减小传动距离，与上平衡框架从动齿轮、或与下平衡框架从动齿轮或与上、下平衡框架从动齿轮啮合的扇形齿为内齿。

所述控制装置包括通过相关电路连接的电池组、陀螺仪、运动控制器和伺服驱动器，陀螺仪实时检测机体姿态并根据机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。

本发明的有益效果：

1、本发明双飞轮走钢丝机器人结构的平衡控制主要通过上、下平衡飞轮的高速旋转以及上、下平衡框架的小角度转动调节来实现，有效控制了机体在倾斜时的姿态，实现了机体在刚性或柔性钢丝上的自平衡控制。

2、本发明中，上、下平衡飞轮在机械结构上相互独立，上、下平衡飞轮高速反向旋转，产生了一对在航向上相互抵消的分力矩，可以更好的抵消对柔性钢丝的作用力，从而降低了控制难度。

3、本发明中，上、下外圈框架一直处于小角度的转动调整范围，而平衡飞轮相对于平衡框架处于高速自转状态，从而产生调节机构姿态变化的陀螺力矩。

附图说明

图1为本发明一种实施例的左等轴侧视图。

图2为图1的右等轴侧视图。

图号标识：1、基板；2、平衡框架；3、平衡飞轮；4、平衡框架转轴；5、支撑架；6、平衡飞轮转轴；7、平衡框架编码器；8、平衡飞轮编码器；9、钢丝行走轮；10、轮架；11、行走轮电机；12、行走轮编码器；13、平衡框架从动齿轮；14、平衡飞轮电机；15、平衡框架主动齿轮；16、电池组；17、陀螺仪；18、运动控制器；19、伺服驱动器；20、平衡框架电机。

具体实施方式

下面结合附图所示实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明双飞轮走钢丝机器人结构之技术方案包括基于基板1设置的平衡装置和行走装置以及控制装置。

所述基板1为平板，基板1上设置支撑架5，所述支撑架5由左、右侧板构成，如图1、图2所示。