[发明专利]一种基于反力矩旋转机构的倒立摆系统

摘要

基于反力矩旋转机构的倒立摆系统，包括基座，导轨，滑块直流伺服电机，驱动轮，从动轮，皮带，摆杆支座，连接杆，摆杆，球形关节，飞轮，飞轮驱动电机、飞轮驱动电机角度编码器、传感器盒、控制单元、飞轮转动内圈、阻尼器、飞轮固定外圈，直流伺服电机角度编码器。本倒立摆系统具有前后方向和侧向两个方向自由度，侧向平衡主要使用基于阻尼器技术的产生反力矩辅助以一个惯性飞轮实现，前后方向平衡用滑块沿导轨前后运动实现。本发明系统设计简单可靠，结构清晰明了，为独轮机器人等研究提供实验平台，同时也扩展了已有的倒立摆实验仪功能，在控制领域可用于检验某种理论或方法的正确性。

主权项

基于反力矩旋转机构的倒立摆系统，包括基座(1)、导轨(2)、滑块(3)直流伺服电机(4)、驱动轮(5)、从动轮(6)、皮带(7)、摆杆支座(8)、连接杆(9)、摆杆(10)、球形关节(11)、飞轮(12)、飞轮驱动电机(13)、飞轮驱动电机角度编码器(14)、传感器盒(15)、控制单元(16)、飞轮转动内圈(17)、阻尼器(18)、飞轮固定外圈(19)，直流伺服电机角度编码器(20)；其特征在于：基座(1)上固定有两条平行的导轨(2)，滑块(3)穿过两导轨(2)并可在导轨上运动，直流伺服电机(4)与驱动轮(5)连接，且位于基座(1)一端，从动轮(6)位于基座另一端，皮带(7)绕过驱动轮(5)和从动轮(6)并穿过滑块(3)并与可与皮带同步运动的滑块(3)固定连接；摆杆支座(8)固定在滑块(3)上并与连接杆(9)相连，连接杆(9)与摆杆(10)通过球形关节(11)连接，摆杆(10)上端固定有飞轮驱动电机(13)和飞轮驱动电机角度编码器(14)，飞轮驱动电机(13)与飞轮(12)连接，直流伺服电机(4)亦与直流伺服电机角度编码器(20)相连，摆杆(10)上位置安放传感器盒(15)，传感器盒(15)内安装有前后方向倾角传感器、前后方向倾斜角速度传感器、左右方向倾角传感器、左右方向倾斜角速度传感器，检测摆杆(10)各个方向的摆动位置；控制单元(16)安放在基座(1)的一端，分别与传感器盒(15)内四个传感器、飞轮驱动电机角度编码器(14)、直流伺服电机角度编码器(20)和直流伺服电机(4)、飞轮驱动电机(13)连接，飞轮旋转内圈(17)嵌在飞轮固定外圈(19)内侧，阻尼器(18)在飞轮旋转内圈(17)和飞轮固定外圈(19)中间；所述的控制单元(16)为单片机芯片，DSP芯片或ARM芯片，或为微机。