一種基于懸架機(jī)構(gòu)的輪式倒立擺的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種倒立擺系統(tǒng)，輪式倒立擺便是倒立擺系統(tǒng)中的一類。一種基于懸架機(jī)構(gòu)的輪式倒立擺，包括擺臂、控制箱、支架、車輪、彈簧、底座和電機(jī)，擺臂、控制箱固定在支架上，電機(jī)與車輪相連，電機(jī)固定在底座上，底座與支架之間裝有懸架機(jī)構(gòu)，懸架機(jī)構(gòu)由四個(gè)彈簧組成，彈簧在支架與底座之間通過螺栓螺母連接。傳統(tǒng)倒立擺系統(tǒng)中的擺臂只能在二維平面中擺動，但是基于懸架機(jī)構(gòu)的輪式倒立擺，由于有懸架機(jī)構(gòu)連接著底座與支架，因此擺臂能夠在三維方向上擺動，并且遭遇崎嶇路面時(shí)，具有很好的穩(wěn)定性。
【專利說明】一種基于懸架機(jī)構(gòu)的輪式倒立擺
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型是關(guān)于一種用于科研或教學(xué)的實(shí)驗(yàn)裝置，尤其是一種倒立擺。
【背景技術(shù)】
[0002]倒立擺控制系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的、不穩(wěn)定的、非線性系統(tǒng)，是進(jìn)行控制理論教學(xué)及開展各種控制實(shí)驗(yàn)的理想平臺。對倒立擺系統(tǒng)的研究能有效的反映控制中的許多典型問題:如非線性問題、魯棒性問題、鎮(zhèn)定問題、隨動問題以及跟蹤問題等。通過對倒立擺的控制，用來檢驗(yàn)新的控制方法是否有較強(qiáng)的處理非線性和不穩(wěn)定性問題的能力；同時(shí)，其控制方法在軍工、航天、機(jī)器人和一般工業(yè)過程領(lǐng)域中都有著廣泛的用途。
[0003]倒立擺的控制問題就是使擺臂盡快地達(dá)到一個(gè)平衡位置，并且使之沒有大的振蕩和過大的角度和速度。當(dāng)擺臂到達(dá)期望的位置后，系統(tǒng)能克服隨機(jī)擾動而保持穩(wěn)定的位置。
[0004]輪式倒立擺便是倒立擺中的一種，其物理模型是建立在由兩個(gè)車輪左右平行布置、可移動的小車車體上，每個(gè)車輪都與電機(jī)的輸出軸相連接。通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制兩個(gè)車輪使車體在運(yùn)動時(shí)，能夠保持倒立擺的擺臂在二維平面內(nèi)的平衡。
[0005]倒立擺按照擺臂的數(shù)量分為單級倒立擺、二級倒立擺、多級倒立擺，其控制難度也隨之增加。隨著控制技術(shù)的增長，單級倒立擺由于擺臂數(shù)量有限，并且只能在二維平面擺動，因此人們早已不滿足于單級倒立擺，正在向著多級倒立擺方向發(fā)展。另外，傳統(tǒng)的輪式倒立擺中，由于車輪與擺臂屬于剛性連接，所以在崎嶇路面時(shí)，其擺臂的穩(wěn)定性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服目前倒立擺系統(tǒng)中的擺臂只能在二維平面中擺動，本實(shí)用新型提出一種基于懸架機(jī)構(gòu)的輪式倒立擺，其中的擺臂能在三維方向上擺動，增強(qiáng)了科研試驗(yàn)的難度，并且遭遇崎嶇路面時(shí)，擺臂的穩(wěn)定性更高。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種基于懸架機(jī)構(gòu)的輪式倒立擺，包括擺臂、控制箱、支架、車輪、彈簧、底座和電機(jī)，擺臂、控制箱固定在支架上，電機(jī)與車輪相連，電機(jī)固定在底座上，底座與支架之間裝有懸架機(jī)構(gòu)。懸架機(jī)構(gòu)由四個(gè)彈簧組成。
[0008]本實(shí)用新型的有益效果是:一種基于懸架機(jī)構(gòu)的輪式倒立擺，擺臂能夠在三維方向上擺動，同時(shí)在崎嶇路面上，具有很好的穩(wěn)定性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是基于懸架機(jī)構(gòu)的輪式倒立擺結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例
[0010]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
[0011]如圖1所示，一種基于懸架機(jī)構(gòu)的輪式倒立擺，包括擺臂(I)、控制箱(2)、支架(3)、車輪(4)、彈簧(5)、底座(6)和電機(jī)(7)，擺臂(I)、控制箱(2)固定在支架(3)上，電機(jī)
(7)與車輪(4)相連，電機(jī)(7)固定在底座(6)上，底座(6)與支架(3)之間裝有懸架機(jī)構(gòu)，懸架機(jī)構(gòu)由四個(gè)彈簧(5)組成，彈簧(5)在支架(3)與底座(6)之間通過螺栓螺母連接。
[0012]控制箱(2)內(nèi)裝有控制輪式倒立擺的單片機(jī)和測量擺臂角度、角速度、角加速度的傳感器，電機(jī)(7)上也裝有傳感器，用于測量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，單片機(jī)通過電機(jī)驅(qū)動模塊控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，傳感器則測量擺臂和電機(jī)，將相關(guān)數(shù)據(jù)反饋回單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)反饋回來的測量數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算，再次控制電機(jī)，如此循環(huán)反饋，那么基于懸架機(jī)構(gòu)的輪式倒立擺則能保持平衡。
【權(quán)利要求】
1.一種基于懸架機(jī)構(gòu)的輪式倒立擺，包括擺臂、控制箱、支架、車輪、彈簧、底座和電機(jī)，其特征在于，擺臂、控制箱固定在支架上，電機(jī)與車輪相連，電機(jī)固定在底座上，底座與支架之間裝有懸架機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于懸架機(jī)構(gòu)的輪式倒立擺，其特征在于，懸架機(jī)構(gòu)由四個(gè)彈簧組成。
【文檔編號】G09B23/08GK203520712SQ201320657596
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】石祥, 許哲, 何青義, 魏鵬, 牟曉華 申請人:上海海洋大學(xué)