[实用新型]可全方位倾斜的小车跷跷板装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及平衡控制技术，具体为一种可全方位倾斜的小车跷跷板装置。

背景技术

小车跷跷板平衡控制实验装置具有结构简单、运动机理易于分析等良好的物理特性，是进行运动控制理论研究的一种实验平台，目前常运用于大学生电子设计大赛、智能车大赛等表演展示领域。

现有的小车跷跷板实验平台通常是由可以绕固定方向倾斜的跷跷板以及可以在跷跷板上自由运动的小车组成，其基本的控制原理是通过单轴的倾角传感器检测跷跷板的倾斜状态，并实时调整小车相对跷跷板的位置来使跷跷板保持动态平衡。然而，现有的小车跷跷板实验装置，其中的跷跷板只能单方向倾斜，以这种小车跷跷板实验系统进行控制理论研究时，其研究的范围会受到一定的限制，比如控制系统的维数。

如果能够将只能绕固定方向转动的单自由度跷跷板改为可以绕空间任意方向转动的空间多自由度跷跷板，则可以大大地提高小车跷跷板平衡控制系统的维度，从而扩大小车跷跷板控制理论研究的范围与深度。

目前尚未见到有可以绕任意轴转动的小车跷跷板实验平台。

实用新型内容

为此，本实用新型提出了一种可全方位倾斜的小车跷跷板装置。

本实用新型可全方位倾斜的小车跷跷板装置，其技术方案包括跷跷板平衡机构，所不同的是所述跷跷板平衡机构包括跷跷板平台和全向轮支撑组件：

1、全向轮支撑组件包括分别通过对应轮架安装且圆周均布的三个全向轮，三个全向轮的轴线向下交汇于一点，各轮架上分别设有检测对应全向轮转动参数(转动幅度和转动速度)的绝对式编码器和增量式编码器。

2、所述跷跷板平台包括同轴设置的上、下圆形轨槽，所述下圆形轨槽通过其底部同轴设置的半球体置于三个全向轮上，上圆形轨槽或下圆形轨槽上设有可实时反馈跷跷板平台姿态的陀螺仪传感器。

3、一圆形轨槽内设有可制造干扰因素使跷跷板平台倾斜的自由运动小车，另一圆形轨槽内设有使跷跷板平台恢复平衡的可控小车，各圆形轨槽的底部和/或侧部圆周均布设有检测对应小车位置的霍尔传感器，各小车上设有检测其自身运动速度的编码器。

进一步，所述自由运动小车设于下圆形轨槽内，所述可控小车设于上圆形轨槽内。

更进一步，所述自由运动小车设为一个，所述可控小车设为两个。

按常规，上、下圆形轨槽的大小设计为一致。

按常规，所述轮架通过的支撑架设于底座上。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型可全方位倾斜的小车跷跷板装置解决了由于干扰因素导致跷跷板平台向任意方向倾斜的问题，为研究复杂的平衡控制问题提供一种简洁的通用平台。

2、本实用新型在一定的程度上提高了小车跷跷板平衡控制系统的维度，并在结构原理上扩大了小车跷跷板控制理论研究的范围与深度，从而更有效的训练使用者的控制系统设计开发能力。

3、本实用新型通过各种编码器和传感器实时测量小车以及跷跷板平台的运动参数实现实时平衡，更具有动态效果。

附图说明：

图1为本实用新型一种实施方式的立体结构示意图。

图2为图1实施方式中全向轮支撑组件的立体结构示意图。

图3(a)为图1实施方式中下圆台及下环形轨槽的俯视图。

图3(b)为图3(a)中的A-A剖视图。

图号标识：1、上圆形轨槽；2、下圆形轨槽；3、全向轮；4、轮架；5、绝对式编码器；6、增量式编码器；7、上圆台；8、下圆台；9、支撑柱体；10、半球体；11、自由运动小车；12、可控小车；13、霍尔传感器；14、支撑架；15、底座；16、陀螺仪传感器；17、全向轮支撑组件。

具体实施方式

下面结合附图所示实施方式对本实用新型的技术方案作进一步说明。

本实用新型可全方位倾斜的小车跷跷板装置的技术方案包括跷跷板平衡机构，所述跷跷板平衡机构包括跷跷板平台和全向轮支撑组件17，如图1所示。

所述全向轮支撑组件17包括于同一水平层面上圆周内均布的三个全向轮3，各全向轮3安装于对应的“U”型轮架4内，各轮架4分别通过各自的支撑架14安装于底座15上，三个全向轮3的轴线向下交汇于底座15中心处；所述轮架4上设有与对应全向轮3的两轮轴分别连接的绝对式编码器5和增量式编码器6，如图1、图2所示。