[实用新型]一种立方体飞轮倒立摆系统

说明书

技术领域

本实用新型属于自动控制技术领域，尤其涉及一种立方体飞轮倒立摆系统。

背景技术

倒立摆控制系统是一个复杂、不稳定、非线性的系统，是控制领域内的经典研究对象，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。通过对倒立摆的平衡控制，可用来检验控制方法处理非线性和不稳定性问题的能力，其控制方法在航空航天、机器人等领域有广泛的用途，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。

专利号为CN201320135027.2、CN201110123423.9、CN201010151221.0的专利分别提出了飞轮倒立摆系统，但实用新型的倒立摆系统存在着结构复杂、旋转的飞轮系统未设置安全保护、实验操作不便等缺陷。

实用新型内容

为克服现有飞轮倒立摆系统的缺陷，本实用新型提供了一种立方体飞轮倒立摆系统，具有结构简单、操作安全的特点。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案：

一种立方体飞轮倒立摆系统,包括立方体框架、固定架、电机、联轴器、飞轮、姿态传感器、控制盒，其中，电机通过固定架固定在立方体框架上；所述的飞轮通过联轴器与电机输出轴固定；所述立方体框架上安装有姿态传感器和与所述姿态传感器连接的控制盒；所述控制盒包括：微型处理器和伺服驱动器，微型处理器连接姿态传感器，伺服驱动器连接电机。

有益效果

1.立方体飞轮倒立摆系统整体呈封闭的立方体结构，结构简单、紧凑，对回转的飞轮组件设置了保护壳体，操作安全。

2.立方体飞轮倒立摆系统，当以立方体的侧面为支撑时，本系统为稳定系统，当以立方体的一个棱边为支撑时为不稳定系统，可以用立方体侧面作为倒立摆的工作角度限位和支撑，不需要额外设置限位支架。

附图说明

图1为本实用新型结构剖视图；

图2为本实用新型结构示意图；

图3为本实用新型结构工作示意图；

图4位本实用新型的电路示意图。

图中：1、立方体框架，11、立方体的一个棱边，12、立方体的侧面，2、固定架，3、电机，4、联轴器，5、飞轮，6、姿态传感器，7、控制盒。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1为本实用新型结构剖视图，图2为本实用新型结构示意图，该立方体飞轮倒立摆系统包括立方体框架1、固定架2、电机3、联轴器4、飞轮5、姿态传感器6、控制盒7，其中电机3通过固定架2固定在立方体框架1上；所述的飞轮5通过联轴器4与电机3输出轴固定；所述立方体框架1上安装有姿态传感器6和控制盒7，控制盒7中设置有微型处理器和伺服驱动器，微型处理器连接姿态传感器，伺服驱动器连接电机3。

图4本实用新型的电路示意图，本实用新型的一种立方体飞轮倒立摆系统安装在立方体框架中，系统重心位于立方体中心，以立方体的一个棱边11为转动轴，本立方体倒立摆系统具有强不稳定性；飞轮本身具有一定的转动惯量，飞轮5回转时产生与回转角加速度成正比的惯性反作用力矩；控制盒7中的微型处理器通与上位机通讯，姿态传感器器用于检测倒立摆的倾转角和角加速度，微型处理器接收姿态传感器的数据，经运算后控制伺服驱动器驱动电机3转动，进而带动飞轮5回转产生惯性反作用力矩控制立方体飞轮倒立摆的姿态平衡。

图3为本实用新型的工作示意图，当以立方体的侧面12为支撑时，本系统为稳定系统，可以用立方体侧面12作为倒立摆的最大起摆角度限位和支撑，可以方便、快速的实现本实用新型在稳定系统和不稳定的倒立摆系统间的转换。