本實用新型涉及車載運輸領(lǐng)域，尤其涉及一種智能車載體平衡自穩(wěn)裝置。
背景技術(shù)：
：隨著國家經(jīng)濟不斷的發(fā)展，各行各業(yè)的技術(shù)水平不斷提高，交通運輸工具的平穩(wěn)度越來越成為人們關(guān)注的焦點。使得對穩(wěn)定平臺的需求量越來越大，特別是運輸條件要求較高的快遞運輸業(yè)，保持運輸貨物的完好性和安全性?？梢源蟠鬁p少運輸中帶來的交通事故和經(jīng)濟損失。所以平衡自穩(wěn)裝置的研究具有強烈的現(xiàn)實和理論指導意義。與國外相比，我國對穩(wěn)定平臺的開發(fā)和研制相對于世界先進水平國家晚了將近十幾年，自主研發(fā)的穩(wěn)定平臺使用的慣性元件存在精度較低等問題，嵌入式技術(shù)也遠遠跟不上實際需要。此外，我國在此方面研究歷史較為短暫，總體上落后于歐美發(fā)達國家。但是隨著國內(nèi)慣性元件的研究、電子技術(shù)以及數(shù)字技術(shù)的不斷進步和提高，涉及機械設計技術(shù)，機構(gòu)動力學和運動學，傳感器技術(shù)，數(shù)據(jù)采集技術(shù)，信號分析和處理技術(shù)，現(xiàn)代控制技術(shù)等多個領(lǐng)域不斷地在完善。對穩(wěn)定平臺的研究也越來越受重視，正在逐漸縮小與世界上先進國家的差距。技術(shù)實現(xiàn)要素：為了實現(xiàn)自穩(wěn)裝置根據(jù)實際路面的情況作出相應的角度調(diào)整，保證平臺始終處于平衡狀態(tài)，本實用新型提供一種智能車載體平衡自穩(wěn)裝置，該裝置根據(jù)實際路面的情況作出相應的角度調(diào)整，保證平臺始終處于平衡狀態(tài)，作為一種安放在移動物體上的設備，具有隔離運動物體擾動的功能。所述技術(shù)方案如下：一種智能車載體平衡自穩(wěn)裝置，包括正交式四桿機構(gòu)、底盤、平臺支柱、平臺、萬向節(jié)框架、萬向節(jié)、3D支柱底座，所述正交式四桿機構(gòu)包括直線電動機、電動伸縮缸、電動缸連接桿、連桿、平臺旋轉(zhuǎn)軸、軸承和軸承機架，所述直線電動機通過所述電動伸縮缸與所述電動缸連接桿連接，所述電動缸連接桿一端與所述底盤活動連接、另一端與所述連桿的一端活動連接，所述連桿的另一端與所述平臺旋轉(zhuǎn)軸一端活動連接，所述平臺旋轉(zhuǎn)軸另一端穿過軸承與所述萬向節(jié)連接，所述萬向節(jié)外設置萬向節(jié)框架，所述萬向節(jié)框架與所述平臺連接，所述萬向節(jié)框架通過平臺支柱與所述3D支柱底座連接，所述3D支柱底座安裝在底盤上，所述正交式四桿機構(gòu)數(shù)量為2組，兩組正交式四桿機構(gòu)的平臺旋轉(zhuǎn)軸相互垂直，所述直線電動機為行程150mm、24V直流直線電動機。進一步的，所述3D支柱底座通過法蘭盤固定在所述底盤上。進一步的，所述底盤下方安裝4個全向輪。進一步的，所述萬向節(jié)由兩個球銷副相互呈90°鑲嵌連接組成。進一步的，所述軸承采用型號為KFL08的軸承。進一步的，還包括SDB支架，所述直線電動機通過SDB支架與所述底盤連接。本實用新型的有益效果是：本實用新型所述的智能車載體平衡自穩(wěn)裝置能根據(jù)實際路面的情況作出相應的角度調(diào)整，保證平臺始終處于平衡狀態(tài)，作為一種安放在移動物體上的設備，具有隔離運動物體擾動的功能。附圖說明圖1為本實用新型裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型中萬向節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型實施例3中平臺坐標系示意圖；圖4為本實用新型實施例3中運動分析圖；圖5為本實用新型實施例3中運動工程圖；圖6為本實用新型實施例3中速度分析坐標圖；圖7為本實用新型實施例3中模仿小車上坡動態(tài)圖；圖8為本實用新型實施例3中時間t與小車車頭轉(zhuǎn)角速度關(guān)系圖。其中：1.底盤、2.平臺支柱、3.平臺、4.萬向節(jié)框架、5.萬向節(jié)、6.3D支柱底座、7.直線電動機、8.電動伸縮缸、9.電動缸連接桿、10.連桿、11.平臺旋轉(zhuǎn)軸、12.軸承、13.軸承機架、14、SDB支架。具體實施方式實施例1：一種智能車載體平衡自穩(wěn)裝置，包括正交式四桿機構(gòu)、底盤、平臺支柱、平臺、萬向節(jié)框架、萬向節(jié)、3D支柱底座，所述正交式四桿機構(gòu)包括直線電動機、電動伸縮缸、電動缸連接桿、連桿、平臺旋轉(zhuǎn)軸、軸承和軸承機架，所述直線電動機通過所述電動伸縮缸與所述電動缸連接桿連接，所述電動缸連接桿一端與所述底盤活動連接、另一端與所述連桿的一端活動連接，所述連桿的另一端與所述平臺旋轉(zhuǎn)軸一端活動連接，所述平臺旋轉(zhuǎn)軸另一端穿過軸承與所述萬向節(jié)連接，所述萬向節(jié)外設置萬向節(jié)框架，所述萬向節(jié)框架與所述平臺連接，所述萬向節(jié)框架通過平臺支柱與所述3D支柱底座連接，所述3D支柱底座安裝在底盤上，所述正交式四桿機構(gòu)數(shù)量為2組，兩組正交式四桿機構(gòu)的平臺旋轉(zhuǎn)軸相互垂直，所述直線電動機為行程150mm、24V直流直線電動機，所述3D支柱底座通過法蘭盤固定在所述底盤上，所述底盤下方安裝4個全向輪，所述萬向節(jié)由兩個球銷副相互呈90°鑲嵌連接組成，所述軸承采用型號為KFL08的軸承，還包括SDB支架，所述直線電動機通過SDB支架與所述底盤連接。一種智能車載體平衡自穩(wěn)驗證方法，步驟如下：S1、采用以下關(guān)系式限定平臺角度θ與X4的變化關(guān)系：其中X4是連桿超出經(jīng)過平臺支柱頂點水平線的長度，L4是連桿的長度，θ是平臺與水平線的夾角，θ2是連桿與水平線的夾角；S2、采用以下關(guān)系式限定輔助角度θ2與X3的變化關(guān)系：其中X3是電動缸連接桿和連桿的連接點到經(jīng)過平臺支柱頂點水平線與電動缸連接桿延長線相交點的距離,L5是連桿與平臺的交點到平臺支柱與平臺的交點的距離，θ3是電動缸連接桿與水平面的夾角；S3、采用以下關(guān)系式限定主動件旋轉(zhuǎn)角度θ3與X2的變化關(guān)系：其中X2是電動缸連接桿和連桿的連接點到連桿延長線與3D支柱底座交點的距離，L3是電動伸縮缸的長度；S4、采用以下關(guān)系式限定平臺支柱的高度H與輔助角度θ2的變化關(guān)系：S5、采用以下關(guān)系式限定輔助角度θ2與平臺角度θ和主動件旋轉(zhuǎn)角度θ3的關(guān)系：其中θ5是穿過電動缸連接桿和連桿的連接點與電動伸縮缸和底盤的連接點的直線與水平線的夾角；S6、根據(jù)S1-S5的關(guān)系式限定出直線電機伸長量L和平臺與水平線的夾角θ的關(guān)系：其中其中L1是電動伸縮缸與底盤的交點到電動缸連接桿與底盤的交點的距離，L6是電動缸連接桿的長度。實施例2：一種智能車載體平衡自穩(wěn)裝置，包括正交式四桿機構(gòu)、底盤、平臺支柱、平臺、萬向節(jié)框架、萬向節(jié)、3D支柱底座，所述正交式四桿機構(gòu)包括直線電動機、電動伸縮缸、電動缸連接桿、連桿、平臺旋轉(zhuǎn)軸、軸承和軸承機架，所述直線電動機通過所述電動伸縮缸與所述電動缸連接桿連接，所述電動缸連接桿一端與所述底盤活動連接、另一端與所述連桿的一端活動連接，所述連桿的另一端與所述平臺旋轉(zhuǎn)軸一端活動連接，所述平臺旋轉(zhuǎn)軸另一端穿過軸承與所述萬向節(jié)連接，所述萬向節(jié)外設置萬向節(jié)框架，所述萬向節(jié)框架與所述平臺連接，所述萬向節(jié)框架通過平臺支柱與所述3D支柱底座連接，所述3D支柱底座安裝在底盤上。所述正交式四桿機構(gòu)數(shù)量為2組，兩組正交式四桿機構(gòu)的平臺旋轉(zhuǎn)軸相互垂直，所述直線電動機為行程150mm、24V直流直線電動機，所述3D支柱底座通過法蘭盤固定在所述底盤上，所述底盤下方安裝4個全向輪，所述萬向節(jié)由兩個球銷副相互呈90°鑲嵌連接組成，所述軸承采用型號為KFL08的軸承，還包括SDB支架，所述直線電動機通過SDB支架與所述底盤連接。每個球銷副有軸承和軸與軸承機架連接構(gòu)成旋轉(zhuǎn)體，在xy軸平面內(nèi)，能夠擺動角度范圍為20°至160°。假如用一個定長為L的擺動桿連接在萬向節(jié)上，作定點掃描實驗，可得面積S的范圍，也可以確定平臺在空間旋轉(zhuǎn)角和傾向角變化范圍，而且平臺在20°～160°范圍內(nèi)擺動沒有任何的死點。(20°<α<160°)其中α為萬向節(jié)擺動角度范圍。采用軸承連接構(gòu)成萬向節(jié)可以使平臺在調(diào)節(jié)過程中更加潤滑穩(wěn)定的擺動。增加整個機構(gòu)的平穩(wěn)度和靈敏度。萬向節(jié)機構(gòu)實現(xiàn)平臺同時在x和y軸方向上運動的功能，它對整個系統(tǒng)來說是不可或缺。實施例3：實施例1中所述的一種智能車載體平衡自穩(wěn)裝置，采用以下方法對其平衡性進行驗證。直線電機伸長量與平臺角度變化關(guān)系：分析非慣性系下平臺的運動采用兩個坐標系，如附圖3所示，坐標系固定在機構(gòu)載體本身，其原點與地面坐標系原點重合，x軸指向直線電機1伸出方向，y軸指向直線電機2伸長方向，o-xyz坐標系隨著路面地形變化，在平衡狀態(tài)下，坐標系原點O_xyz與平臺坐標原點重合,平臺繞著此坐標系的x軸和y軸的運動稱為旋轉(zhuǎn)和側(cè)偏。整個機構(gòu)是將直線電機的線位移量轉(zhuǎn)化為平臺的角位移量，通過四桿機構(gòu)實現(xiàn)之間的轉(zhuǎn)化。車載平臺在道路上運動時，會導致二維的搖晃之間的耦合，平臺在四桿機構(gòu)之上，因此平臺在x軸方向上旋轉(zhuǎn)主要是由y軸方向上的直線電機提供的，同理y軸方向上側(cè)偏是由x軸方向上的直線電機提供，因此它們存在著兩個自由度之間的耦合，通過平臺上面的物體分析可知，x軸方向上的旋轉(zhuǎn)和y軸方向上側(cè)偏對物體的平穩(wěn)度影響非常大，所以通過電機線運動來補償由于道路狀況改變引發(fā)的平臺角度變化值。保證物體在平臺上平穩(wěn)移動。通過多次實驗和數(shù)據(jù)分析得出下面的表格：路況平地上坡下坡右偏上坡左偏上坡右偏下坡左偏下坡x軸無旋轉(zhuǎn)右旋轉(zhuǎn)左旋轉(zhuǎn)右旋轉(zhuǎn)右旋轉(zhuǎn)左旋轉(zhuǎn)左旋轉(zhuǎn)y軸無側(cè)偏無側(cè)偏無側(cè)偏前側(cè)偏后側(cè)偏前側(cè)偏后側(cè)偏直線電機的伸長量與平臺角度的關(guān)系通過計算可知，它們存在著一定的對應幾何關(guān)系，通過附圖4和附圖5可知。在ΔDCE中，可求出平臺角度θ與X4的變化關(guān)系：在ΔBEF中，可以求出輔助角度θ2與X3的變化關(guān)系：在ΔABG和ΔBEF中，可以求出主動件旋轉(zhuǎn)角度θ3與X2的關(guān)系：由定長支柱A計算可得：在ΔABI和ΔBIG中，可以求出輔助角度θ2與平臺角度θ和主動件旋轉(zhuǎn)角度θ3的關(guān)系：由上述式子可得直線電機伸長量L與平臺角度θ的關(guān)系：其中：直線電機和平臺運動時速度和加速度之間的關(guān)系：車載移動自穩(wěn)平臺的驅(qū)動原件是直線電機，它的運動速度直接影響著平臺耦合時角位移變化的速度，因此為了保證平臺反應速率達到實際汽車運行時的反應速率，需要分析直線電機的反應速率和直線電機與平臺之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。來了解直線電機提供的運動速度是否滿足平臺要求的反應速度。分析平臺轉(zhuǎn)角位移度度與直線電機運動速度之間的關(guān)系，由附圖6可知，直線電機運動效果作用在主動件AB上，并以定點A為圓心做圓周運動，將導致角θ3的角度變化，同理主動件AB運動效果作用在連桿CB上，通過連桿CB使連架桿CD繞圓心定點D,做半徑為L5圓弧運動。為了進一步對機構(gòu)進行計算分析，得到直線電機運動速度與平臺速度vθ的大小關(guān)系。建立如下坐標系，并將各構(gòu)件表示為桿矢量。結(jié)構(gòu)封閉矢量方程式的復數(shù)矢量形式，應用歐拉公式eiθ＝cosθ+isinθ將2-1的實部、虛部分離，得：L3cos(π-θ3)+L4cosθ2＝L2+L5cos(π-θ)L3sin(π-θ3)+L4sinθ2＝L5sin(π-θ)由此方程可求兩個未知方位角θ和θ2，當要求解θ3時，應將θ2消去可得:L4＝L52+L32+L22-2L3L5cos(θ-θ3)-2L2L5cosθ+2L2L3cosθ3整理可得：同理：所以：其中:A＝L4+L1cosθ3B＝-L1sinθ3即連架桿CD上的動點所走過的位移S：S＝L5θ速度vθ為:主動件AB與坐標系x軸夾角θ3的角速度與直線電機的關(guān)系：由公式上訴公式可得：汽車運動和平臺旋轉(zhuǎn)位移之間的速度和加速度關(guān)系：車載平臺主要運用在汽車上，因此對平臺反應速度的要求是非常高。只有在平臺耦合轉(zhuǎn)角的速度遠大于汽車運行俯仰角速度時，才能夠保證平臺在有效的時間里調(diào)整好變化的角度，使平臺始終保持平衡。為了分析汽車運行的速度和平臺轉(zhuǎn)角角速度的關(guān)系，模擬汽車上坡時的運動狀態(tài)，由附圖7可知，汽車上坡時假定汽車車身長為J,上坡時運行的速度為V(m/s),上坡坡角為α，通過分析計算可得:其中，ω為角速度；通過一個系數(shù)可以算出汽車剛好在坡上時車頭轉(zhuǎn)角的速度VZ(m/s)。其中，系數(shù)γ通過Matlab數(shù)據(jù)仿真得到的。通過對比可知，平臺轉(zhuǎn)角速度vθ和汽車上坡時車頭轉(zhuǎn)角的速度VZ，兩個速度的大小關(guān)系直接影響著平臺是否在有效的時間里做出反應，如果要保證車載平臺的反應達到要求，即平臺轉(zhuǎn)角速度vθ要大于或等于車頭轉(zhuǎn)角的速度VZ。通過上式2-2可知直線電機的反應速度和汽車上坡時速度的關(guān)系。由附圖8分析知道，假設小車上坡坡角為30°，車身長度為8m，勻速運行的速度在7m/s，仿真出來小車車頭轉(zhuǎn)角速度跟時間的關(guān)系。讀圖可知，車頭轉(zhuǎn)角速度vz變化區(qū)間在100～480mm/s，根據(jù)上面分析可知，平臺的轉(zhuǎn)角速度可以到120～490mm/s。通過數(shù)據(jù)對比可知，平臺的轉(zhuǎn)角速度滿足車頭轉(zhuǎn)角速度。以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員在本實用新型披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本實用新型的技術(shù)方案及其實用新型構(gòu)思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。當前第1頁1 2 3