[实用新型]单球运动式的代步机器人

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种代步机器人，特别是一种单球运动式的代步机器人。

背景技术

人们日常生活的智能化时代已经到来，各式各样的智能机器人频繁的出现在当下人们的日常生活中。

代步机器人是作为智能机器人的一种，由于具备在保持自平衡状态下的可控制空间移动功能，因此其在物品输送以及安全监控等领域均得到广泛应用。上述代步机器人的现有结构中移动执行部件一般均选用通过伺服系统控制及驱动的滚轮。例如，专利号为201120268600.8的已公开专利文献中就提供了一种基于STC单片机控制的无线遥控代步装置，其具体结构包括可移动底座，无线遥控所述可移动底座移动的无线遥控装置，所述可移动底座的支架底部前方设置万向轮，支架底部后方左右对称设有两个驱动轮。该结构设计的无线遥控代步装置与需要移动的物品底部固定连接后，便可以实现物品的远程输送。但是上述结构中通过伺服系统控制及驱动的滚轮在具体行程中存在转向灵活性差，特别是当代步机器人在高速行程中需要进行变相时，其滚轮需要相对较大的转角角度才能确保代步机器人整体平稳的完成变向动作，这就会导致上述结构的代步机器人在实际使用过程中，存在灵活性不足的技术缺陷。

因此，申请人认为有必要对上述现有的代步机器人作进一步的结构改进。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种运动相对灵活的单球运动式的代步机器人。

为了实现上述目的，本实用新型所设计的一种单球运动式的代步机器人，包括机器人主体与伺服控制系统，所述的机器人主体主要包括基座平台以及承载平台，其中所述的承载平台位于基座平台的上方，且通过均布在基座平台上的缓冲元件进行支撑，在上述的基座平台上设有至少三个的夹杆，该夹杆位于基座平台的下方，且共同围成一个球体空腔，且在每个夹杆的底端均设有一个球面形状的支撑点，上述的三个支撑点在空间水平位置上共同构成一个基准平面，在上述球体空腔内设有球体，该球体架在上述的三个支撑点上，且其底部的曲面部分始终低于上述的基准平面；所述伺服控制系统主要包括结合有倒立摆控制系统的控制器部分以及受该控制器部分控制的三组伺服电机，其中所述的控制器部分固定在上述的承载平台上，所述的三组伺服电机均匀排布，且其各电机轴上均联接有一个全向轮，每个全向轮的轮毂上的其中一个从动轮始终与球体表面相贴合；在上述的承载平台上还设有能够对机器人主体的平衡姿态以及位移进行实时监测，且与上述的伺服控制系统信号连接的传感器组件。

上述中的倒立摆控制系统，又称为Inverted Pendulum System，简称IPS；其是一个复杂的、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实验平台。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，如机器人行走过程中的平衡控制、火箭发射中的垂直度控制和卫星飞行中的姿态控制等。由此可见，上述的倒立摆控制系统是机器人生产领域内的常规公知技术，故申请人在此不对其再进行详细介绍。

上述中的全向轮，其包括轮毂和从动轮，该轮毂的外圆周处均匀开设有3个或3个以上的轮毂齿，每两个轮毂齿之间装设有一从动轮，该从动轮的径向方向与轮毂外圆周的切线方向垂直。其具体内容已经在专利号为200520052595.1的已公告实用新型专利文献中进行了详细的记载，故申请人在此对其不在多做详细介绍。

上述位于承载平台与基座平台两者之间的缓冲元件可以是缓冲气缸、缓冲弹簧或者其他橡胶缓冲元件。

上述中所提供的一种单球运动式的代步机器人，其结构中的传感器组件对机器人主体的平衡姿态以及位移进行实时监测，通过将上述监测到的数据参数进行信号反馈至所述伺服控制系统中结合有倒立摆控制系统的控制器部分，所述控制器部分通过PLC运算来实现对三组伺服电机的控制，保证机器人主体保持自平衡；如机器人主体将倾斜时，倒立摆控制系统能够分析出其具体倾斜方向及角度，并通过驱动对应伺服电机来调节对应全向轮的旋转速度，使机器人主体恢复平衡。同时，上述的机器人主体以一颗能够在空间上任意滚动的球体来替代传统的滚轮来进行移动，有效地避免了传统代步机器人因采用滚轮而存在全方位转动灵活差的技术缺陷。