專利名稱：一種獨輪自平衡機器人系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于智能機器人范疇，尤其是一種能夠自主進行運動平衡控制進而自主騎行獨輪車實現(xiàn)多功能的動態(tài)平衡機器人系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
機器人技術(shù)作為21世紀非常重要的技術(shù)，與網(wǎng)路技術(shù)、通信技術(shù)、基因技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等一樣，屬于高新技術(shù)。在機器人技術(shù)發(fā)展過程中，運動平衡控制問題是機器人系統(tǒng)普遍存在的問題。同時人們對智能機器人的要求越來越高，智能機器人能夠進行人機交互，具有小巧的外形，能在狹窄空間內(nèi)運動靈活等性能。這些要求都是靜態(tài)平衡機器人很難達到的，因此從某種程度上說，動態(tài)平衡機器人是將來智能機器人研究的必然方向和趨勢。 獨輪機器人結(jié)構(gòu)屬于典型的輪式自平衡機器人移動機器人，其將機器人與地面的接觸點減小到最小，有效降低外界環(huán)境對機器人本體的影響，擴展了機器人的應用范圍。獨輪自平衡機器人作為一種技術(shù)系統(tǒng)或人工系統(tǒng)，具有人工智能系統(tǒng)的典型形式和最高目標模擬人的智能行為；使機器思維，使機器具有智能。具體的，以獨輪自平衡機器人為平臺，研究智能行為模式，可以增進對生物智能行為的理解，例如學習、條件反射機制甚至進化過程等；模擬生物的智能行為使獨輪自平衡機器人具有學習、條件反射機制甚至進化等能力。獨輪機器人比一般靜態(tài)平衡機器特點更明顯，具有廣闊的應用前景利用其動態(tài)平衡特性，將它引入復雜地形環(huán)境，進行運輸、營救和礦物探測；利用其外形纖細的特性將它用作監(jiān)控機器人，實現(xiàn)對狹窄地方的監(jiān)控等。獨輪機器人是一個高階次、多耦合、不完整的非線性系統(tǒng)，與一般靜態(tài)平衡機器人相比，獨輪機器人的動態(tài)不平衡特性更明顯。將系統(tǒng)與地面接觸點將到最低，受動態(tài)干擾少。同時它的不穩(wěn)定性對控制理論和方法提出更高要求和挑戰(zhàn)，在自動化領域中具有更重要的理論價值和實踐價值，更能體現(xiàn)人類的控制水平。獨輪機器人相比于一般的不需要運動平衡的靜態(tài)平衡機器人，獨輪機器人具有以下顯著特點1)從仿生角度看，獨輪機器人的水平平衡系統(tǒng)模擬人類軀干，尤其是腰部結(jié)構(gòu)的左右扭動動作，獨輪自平衡機器人系統(tǒng)及其模型比其它機器人及其模型更適用于研究仿人姿態(tài)平衡控制。2)機器人的運動過程首先能夠穩(wěn)定直立，才能夠進行其他運動，并且這種運動平衡過程是個動態(tài)過程；機器人在平衡點附近不停地變化進行調(diào)節(jié)以保持平衡。這雖然增加了機器人的控制難度，但也同時使其可以完成許多復雜的運動平衡任務；3)若在機器人機構(gòu)上加入一個水平的轉(zhuǎn)向機構(gòu)，機器人能夠以一種特有的動態(tài)平衡的方式實現(xiàn)相應的任務，如在極窄的路徑上騎行，騎過很窄的平衡木、轉(zhuǎn)彎、原地轉(zhuǎn)身，甚至可以完成走鋼絲的高難度動作。對于獨輪機器人的控制， 目前許多研究者都是基于飛輪旋轉(zhuǎn)的平衡控制，但是目前在國內(nèi)還沒有一個能夠獨立行走、轉(zhuǎn)彎的獨輪車，所以本發(fā)明的研制，無疑會對獨輪車的研究起到十分重要的推動作用?，F(xiàn)有的獨輪機器人大部分依靠電機驅(qū)動車輪前后運動，控制機器人的前后穩(wěn)定。 這種方法直接、簡單、易實現(xiàn)，同時靠豎直飛輪旋轉(zhuǎn)來控制側(cè)向平衡。例如美國加州大學研制成功獨輪自平衡機器Unibot，它結(jié)合了著名的“輪式倒立擺”和“慣性輪倒立擺”兩種思想，使用了類似Segway的技術(shù)以保持直立姿態(tài)該機器人采用的傾斜角測量系統(tǒng)的加位移計和陀螺儀，并LQR控制的豎直飛輪和底部的行走輪控制算法，成功地實現(xiàn)其自身的平衡。 但是Unibot沒有轉(zhuǎn)向機構(gòu)，同時傳動方式為鏈式傳動，較為復雜、沒有可以靈活擴展的調(diào)試用腳輪組件等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明設計了一種基于飛輪平衡控制的獨輪自平衡機器人的系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅可以作為一種控制科學中的研究平臺，為機器人學、人工智能等領域的研究和教學提供實驗對象，還可以成為娛樂、展示的極具特色的工具。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案一種獨輪自平衡機器人系統(tǒng)，包括豎直飛輪(1)，豎直飛輪連接軸承(2)，豎直飛輪的電機(3)，豎直飛輪的電機的伺服驅(qū)動器(4)，上身支架(5)，水平飛輪(6)，水平飛輪的電機(7)，水平飛輪的電機的伺服驅(qū)動器(8)，慣導傳感器(9)，運動控制器(10)，電源 (11)，電源轉(zhuǎn)接板(12)，獨輪電機(13)，獨輪電機的伺服驅(qū)動器(14)，獨輪電機連接軸承 (15)，下身支架(16)，獨輪(17)，保護支架(18)，調(diào)節(jié)支架(19)，腳輪(20)，仿真器(21)；主體結(jié)構(gòu)由上身支架(5)、下身支架(16)和保護支架(18)組成，下身支架(16)上端與上身支架(5)固定連接，下身支架(16)兩側(cè)與保護支架(18)固定連接；豎直飛輪(1)和豎直飛輪的電機(3)通過豎直飛輪連接軸承(2)連接在一起，豎直飛輪連接軸承(2)固定在上身支架(5)上面；在豎直飛輪(1)的下面依次裝有水平飛輪(6)、水平飛輪的電機(7)、慣導傳感器(9)和電源(11)，且水平飛輪(6)、水平飛輪的電機(7)、慣導傳感器(9)和電源 (11)均與上身支架(5)固定連接；在上身支架的兩側(cè)，裝有運動控制器(10)、三個伺服驅(qū)動器(4、8、14)、電源轉(zhuǎn)接板(12)、仿真器(21)；獨輪通過獨輪電機連接軸承(15)和下身支架(16)連接在一起；保護支架(18)的前后兩側(cè)各安裝一個調(diào)節(jié)支架(19)，每個調(diào)節(jié)支架 (19)上安裝一個腳輪(20)，同時在保護支架(18)左右兩側(cè)各安裝一個腳輪(20)；運動控制器(10)的輸出端分別與豎直飛輪的電機的伺服驅(qū)動器(4)、水平飛輪的電機的伺服驅(qū)動器⑶和獨輪電機的伺服驅(qū)動器(14)、慣導傳感器(9)、電源轉(zhuǎn)換板(12)、仿真器(21)連接；豎直飛輪的電機的伺服驅(qū)動器(4)的輸出端與豎直飛輪的電機(3)連接，豎直飛輪的電機(3)驅(qū)動豎直飛輪(1)的旋轉(zhuǎn)；水平飛輪的電機的伺服驅(qū)動器(8)的輸出端與水平飛輪的電機(7)連接，水平飛輪的電機(7)驅(qū)動水平飛輪(6)的旋轉(zhuǎn)；獨輪電機的伺服驅(qū)動器 (14)的輸出端與獨輪電機(13)連接，獨輪電機(13)驅(qū)動獨輪(17)的滾動；獨輪電機的伺服驅(qū)動器(14)、豎直飛輪的電機的伺服驅(qū)動器(4)、水平飛輪的電機的伺服驅(qū)動器(8)、豎直飛輪的電機(3)、水平飛輪的電機(7)、獨輪電機(13)分別由電源(11)直接供電，慣導傳感器(9)和運動控制器(10)由電源經(jīng)過電源轉(zhuǎn)接板(12)轉(zhuǎn)換后的電壓供電。設置了一個套在獨輪(17)四周的可上下調(diào)節(jié)的帶有四個可拆卸的腳輪(20)的調(diào)節(jié)支架(19)。所述的調(diào)試支架(19)上的腳輪(20)可拆除。獨輪自平衡機器人系統(tǒng)，包括機械本體和控制系統(tǒng)機械本體下部為一個可前后轉(zhuǎn)動的獨輪(17)，在獨輪(17)四周套有一個可上下調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)支架(19)和保護支架 (18)；機械本體含有可轉(zhuǎn)動的豎直飛輪(1)和水平飛輪(6)；獨輪(17)和飛輪在平衡控制系統(tǒng)的控制下運轉(zhuǎn)，來保持機器人平衡、運動和轉(zhuǎn)向；控制系統(tǒng)由運動控制器(10)、傳感器
(9)和3個伺服驅(qū)動器以及電源系統(tǒng)構(gòu)成。運動控制器接收慣導傳感器采集的姿態(tài)、位移、 速度信號，在控制程序下將信號進行處理，從而發(fā)出控制指令，三個伺服器從控制器接收指令，分別通過獨輪電機(13)、豎直飛輪的電機(3)和水平飛輪的電機(7)控制獨輪(17)和飛輪的轉(zhuǎn)動，對機器人的姿態(tài)進行控制。本發(fā)明的基于飛輪平衡控制的獨輪自平衡機器人的系統(tǒng)可按功能結(jié)構(gòu)分為5個主要部件1.側(cè)向平衡運動機構(gòu)組件包括豎直飛輪(1)和豎直飛輪的電機。豎直飛輪的電機控制豎直飛輪，實現(xiàn)機器人左右方向的平衡控制，為機器人系統(tǒng)的平衡提供力矩。2.前后平衡運動機構(gòu)組件包括獨輪(17)和獨輪電機(13)，獨輪電機選控制獨輪，實現(xiàn)機器人前后方向的平衡控制，為機器人系統(tǒng)的平衡提供力矩。3.轉(zhuǎn)向運動機構(gòu)組件包括水平飛輪(6)和水平飛輪的電機(7)，水平飛輪的電機控制水平飛輪，實現(xiàn)機器人轉(zhuǎn)向運動控制，為機器人系統(tǒng)的提供旋轉(zhuǎn)力矩。4.身軀支架組件包括上身支架(5)，下身支架(16)，獨輪(17)，運動控制器
(10)、3個伺服驅(qū)動器(4、8、14)、慣導傳感器(9)，電源(11)，電源轉(zhuǎn)接板(12)和仿真器 (21)。5.底部支架保護機構(gòu)組件包括保護支架(18)、調(diào)節(jié)支架(19)和腳輪(20)。保護支架起到防止機器人由于控制失敗而發(fā)生傾倒。調(diào)節(jié)支架為了方便機器人在不同的實驗當中進行位置控制。設計原則模塊化的總體設計思想，每個組件都是一個整體，可以方便地拆卸、更換，不同的模塊只要符合接口標準就可以完全通用。飛輪、獨輪、調(diào)試支架等全部設計為可以拆卸、更換，或者變換高度。本發(fā)明具有以下優(yōu)點第一，本發(fā)明作為一種智能機器人，可作為機器人學、控制科學和智能控制領域交叉的綜合研究對象，滿足多學科科研教學的需要。第二，本發(fā)明所設計的新型的獨輪自平衡機器人控制系統(tǒng)，因其具有獨特的形態(tài)、 結(jié)構(gòu)和控制方法，具有新的應用價值，是一種與工程實際問題聯(lián)系緊密，實用價值較高的研究、示教、展示、娛樂設備。并且，在一些實際應用中，如火箭發(fā)射，存在重心在支點之上的控制問題，本系統(tǒng)很好的模擬了這類問題，可作為研究這類特定系統(tǒng)控制問題的理想對象。第三，本發(fā)明中的三個自由度的耦合使得系統(tǒng)的非線性和不確定性增加，更加適合非線性控制、魯棒控制、智能控制和學習控制的研究。第四，本發(fā)明的所有組件均采用模塊化的設計思想，某種組件都可以拆卸更換，這為系統(tǒng)的維護和升級提供了極大的方便。第五，本發(fā)明的可調(diào)式底部支架不僅可以根據(jù)機器人調(diào)試的需要改變底部支撐高度，而且作為機器人的保護裝置，避免機器人在調(diào)試過程中的意外傾倒而摔壞。以下結(jié)合


和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的相信說明。

圖1基于獨輪自平衡機器人系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)等角軸側(cè)圖2基于獨輪自平衡機器人系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)前視圖；圖3基于獨輪自平衡機器人系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)后視圖；圖4基于獨輪自平衡機器人系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)右視圖；圖5基于獨輪自平衡機器人系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)的保護支架側(cè)視圖；圖6基于獨輪自平衡機器人系統(tǒng)電氣系統(tǒng)原理圖；圖7基于獨輪自平衡機器人系統(tǒng)電氣系統(tǒng)接線圖；圖中1_豎直飛輪，2-豎直飛輪連接軸承，3-豎直飛輪的電機，4-豎直飛輪的電機的伺服驅(qū)動器，5-上身支架，6-水平飛輪，7-水平飛輪的電機，8-水平飛輪的電機的伺服驅(qū)動器，9-慣導傳感器，10-運動控制器，11-電源，12-電源轉(zhuǎn)接板，13-獨輪電機，14-獨輪電機的伺服驅(qū)動器，15-獨輪電機連接軸承，16-下身支架，17-獨輪，18-保護支架，19-調(diào)節(jié)支架、20-腳輪、21-仿真器。
具體實施例方式下面結(jié)合圖1 圖7對本發(fā)明進行詳細說明下面介紹具體系統(tǒng)實施例。1.電氣系統(tǒng)選型機器人的獨輪電機13和豎直飛輪的電機3選用Maxon公司的直流無刷電機套件， 24V供電，90W功率，14 1的行星齒輪減速器GP32C，電機配有增量式光電編碼器RE35，精度為500線。水平飛輪電機7采用Maxon公司的盤式直流無刷電機套件EC90，3. 5 1的行星齒輪減速器GP52C，電機配有增量式光電編碼器，精度為500線。3個伺服驅(qū)動器選用 ACJ-55-18，慣導傳感器選用 INNALABS AHRS0運動控制器選用颶風數(shù)字系統(tǒng)(北京)有限公司MSK2812系統(tǒng)板10。該系統(tǒng)的處理器采用TI公司TMS320F2812DSP，系統(tǒng)為5V直流供電。MSK2812的仿真器選用颶風數(shù)字系統(tǒng)(北京)有限公司的XDS510USB，USB2. 0 接口。伺服驅(qū)動控制器選用Copley Motion公司的伺服驅(qū)動器ACJ-55-18。傳感器選用 INNALABS AHRS高性能的捷聯(lián)慣導系統(tǒng)。充電電池模塊選用LBS-100C標準鋰電池11，標稱電壓29. 6V，工作范圍 33. 6V-24V，標稱容量150Wh，保護電路內(nèi)置過充、過放、過流及短路保護，集成電量監(jiān)控。電源轉(zhuǎn)接卡12選用華北工控的PW-4512電源模塊，給控制器及其他電子設備供電，輸入電壓16-40V DC，輸出電壓:ATX +3. 3Vi5A, +5V/+5VSBi5A, +12Vi5A, -12ViO. 8A。2.機械結(jié)構(gòu)與電氣元件布局本實施例總重量13kg，高度130cm，寬度30cm，長度22cm，獨輪17的直徑210mm。 機器人的機械結(jié)構(gòu)和電器元件布局如下如圖1所示，整個機器人為鋁合金框架，豎直飛輪和豎直飛輪電機通過軸承固定于上身支架。上身支架為前后左右敞口的立柱支撐結(jié)構(gòu)，便于各種電子器件的安裝以及飛輪、電機、驅(qū)動器的固定。上身支架的外部前立面，利用亞克力板自上而下分別固定豎直飛輪的電機的伺服驅(qū)動器、仿真器和運動控制器，電源轉(zhuǎn)換板固定在仿真器表面。上身支架的外部后立面，自上而下分別固定水平飛輪的電機的伺服驅(qū)動器和獨輪電機的伺服驅(qū)動器。 上身支架中間空出充足的空間，在豎直飛輪的下方依次加裝多個固定板，分別將水平飛輪、水平飛輪的電機、慣導傳感器、電源固定于上身支架上。電源為可插拔的塊狀電池，在實際使用過程中相當方便，當電池沒電時，只要按一下電池塊旁邊的開關(guān)，電池就可以順利取下來，不用擰取任何一個螺絲，更換新電池時，順著插槽，只需輕輕一推就可以了。上身支架固定鏈接于下身支架上端，下身支架兩側(cè)固定連接保護支架，獨輪通過獨輪電機連接軸承和下身支架連接在一起。保護支架的前后兩側(cè)各安裝一個調(diào)節(jié)支架，每個調(diào)節(jié)支架上安裝一個腳輪，同時在保護支架左右兩側(cè)各安裝一個腳輪。3.電氣系統(tǒng)連接如圖7所示，電氣系統(tǒng)各部分的連接方法如下MSK2812板(圖7，10)由PW-4512電源模塊(圖7，11)的+5V輸出供電，它的J7 接口的36，35腳，即A/D轉(zhuǎn)換輸入通道，38，39腳，即SPI引腳，分別與傳感器SPI信號輸出端連接；慣導傳感器(圖7，9)由MSK2812的J7接口提供+5V輸出供電；仿真器(圖7，21) 和MSK2812的JTAG 口連接，編寫的程序通過仿真器(圖7，21)寫入DSP的Flash里，同時可以讀出RAM中的實時數(shù)據(jù)。MSK2812板(圖7，10)與三個伺服驅(qū)動器ACJ-55-18 (圖7，4、8、14)間的連接包括控制信號線和編碼器反饋信號線?？刂菩盘柊姍C使能信號、電機轉(zhuǎn)動方向信號和 PWM轉(zhuǎn)速控制量信號。其中，MSK2812的J5接口的3、7、9腳分別與獨輪電機的伺服驅(qū)動器 (圖7，14)、豎直飛輪的電機的伺服驅(qū)動器(圖7，4)、水平飛輪的電機的伺服驅(qū)動器(圖7， 8)的J5接口的3腳連接，作為伺服驅(qū)動器ACJ-55-18的使能信號線；MSK2812的J5接口的5、1、11腳分別與獨輪電機的伺服驅(qū)動器(圖7，14)、豎直飛輪的電機的伺服驅(qū)動器(圖 7，4)、水平飛輪的電機的伺服驅(qū)動器(圖7，8)的J5接口的6腳連接，作為電機轉(zhuǎn)動方向選擇信號線；MSK2812的J7接口 17、18、19腳為PWM輸出，分別控制獨輪電機的伺服驅(qū)動器 (圖7，14)、豎直飛輪的電機伺服驅(qū)動器(圖7，4)、水平飛輪的電機的伺服驅(qū)動器(圖7，8) ACJ-55-18的J5接口的20腳連接，作為轉(zhuǎn)速控制量信號線。飛輪、獨輪電機編碼器的反饋信號經(jīng)伺服驅(qū)動器ACJ-55-18緩存后連接至MSK2812，具體接線為飛輪的伺服驅(qū)動器、獨輪電機的伺服驅(qū)動器ACJ-55-18的J5接口的10、11腳，分別接MSK2812的J7接口的27、28 腳和J6接口的13、14、15、16腳。三個伺服驅(qū)動器ACJ-55-18的J3接口的3、4、5腳為電源輸入端，分別接電源輸出的+24V和GND ;J2接口的3、4腳為控制電壓的輸出端，分別與電機的+/-輸入端連接，其中 3腳與電機+輸入端之間串接一個電機開關(guān)；J4接口的4、6分別為+5V和GND，分別與編碼器排線的2、3線連接，J4接口的1、8、2、9、3、10腳為編碼器A通道、B通道和零位信號的共模輸入端，分別接編碼器排線的5、6、7、8、9、10線。LBS-100C標準鋰電池(圖7，13)經(jīng)一個雙刀雙擲的船型開關(guān)與PW-4512電源模塊 (圖7，14)連接。PW-4512電源模塊的+/-輸入端連接LBS-100C標準鋰電池的+/-端，分別連接各對應設備的供電端。4.電氣系統(tǒng)的工作原理本實施例機器人的主要功能是在保持機身俯仰姿態(tài)平衡和左右姿態(tài)平衡的前提下，能夠?qū)崿F(xiàn)控制機器人實現(xiàn)前后向及轉(zhuǎn)彎的運動。由此，機器人電氣系統(tǒng)工作原理如圖6 所示機器人的運動控制器10得到慣導傳感器9采集到的姿態(tài)、角度、速度信號，經(jīng)過伺服驅(qū)動器讀取編碼器反饋信號，然后綜合接收得到控制命令和反饋信號，按預定的運動平衡控制算法計算出電機的轉(zhuǎn)矩控制量，發(fā)送對應的PWM信號給伺服驅(qū)動控制器執(zhí)行；獨輪電機的伺服驅(qū)動控制器14控制獨輪電機13運動，獨輪電機13帶動獨輪17保持機器人前后方向的平衡并且實現(xiàn)前后方向的運動。側(cè)向平衡的豎直飛輪的電機的伺服驅(qū)動控制器4控制豎直飛輪的電機3，使豎直飛輪電機3帶動豎直飛輪1使機器人維持機身左右方向的平衡。 平衡的方式是慣導傳感器將檢測到當前的傾斜角信息送給控制單元，控制單元依據(jù)PID控制算法或其他智能算法控制飛輪轉(zhuǎn)動，如當機器人倒向左邊時，這時豎直飛輪1往左邊轉(zhuǎn)動，豎直飛輪1會對機器人產(chǎn)生一個向右的力矩，在該力矩左右下機器人向右擺動。當機器人超調(diào)后倒向右方時豎直飛輪1再向右邊方向轉(zhuǎn)動，對機器人產(chǎn)生一個向左邊方向的力矩使機器人調(diào)節(jié)身軀向左邊平衡。這樣機器人在左右方向上就被平衡了。水平飛輪的電機伺服驅(qū)動控制器8控制水平飛輪的電機7旋轉(zhuǎn)運動，水平飛輪的電機7帶動水平飛輪6使機器人機身轉(zhuǎn)彎。
權(quán)利要求
1.一種獨輪自平衡機器人系統(tǒng)，包括豎直飛輪(1)，豎直飛輪連接軸承(2)，豎直飛輪的電機(3)，豎直飛輪的電機的伺服驅(qū)動器(4)，上身支架(5)，水平飛輪(6)，水平飛輪的電機(7)，水平飛輪的電機的伺服驅(qū)動器(8)，慣導傳感器(9)，運動控制器(10)，電源(11)， 電源轉(zhuǎn)接板(12)，獨輪電機(13)，獨輪電機的伺服驅(qū)動器(14)，獨輪電機連接軸承(15)，下身支架(16)，獨輪(17)，保護支架(18)，調(diào)節(jié)支架(19)，腳輪(20)，仿真器(21)；其特征在于主體結(jié)構(gòu)由上身支架(5)、下身支架(16)和保護支架(18)組成，下身支架(16)上端與上身支架(5)固定連接，下身支架(16)兩側(cè)與保護支架(18)固定連接；豎直飛輪(1)和豎直飛輪的電機(3)通過豎直飛輪連接軸承(2)連接在一起，豎直飛輪連接軸承(2)固定在上身支架(5)上面；在豎直飛輪(1)的下面依次裝有水平飛輪(6)、水平飛輪的電機(7)、 慣導傳感器(9)和電源(11)，且水平飛輪(6)、水平飛輪的電機(7)、慣導傳感器(9)和電源(11)均與上身支架(5)固定連接；在上身支架的兩側(cè)，裝有運動控制器(10)、三個伺服驅(qū)動器(4、8、14)、電源轉(zhuǎn)接板(12)、仿真器(21)；獨輪通過獨輪電機連接軸承(15)和下身支架(16)連接在一起；保護支架(18)的前后兩側(cè)各安裝一個調(diào)節(jié)支架(19)，每個調(diào)節(jié)支架(19)上安裝一個腳輪(20)，同時在保護支架(18)左右兩側(cè)各安裝一個腳輪(20)；運動控制器(10)的輸出端分別與豎直飛輪的電機的伺服驅(qū)動器(4)、水平飛輪的電機的伺服驅(qū)動器⑶和獨輪電機的伺服驅(qū)動器(14)、慣導傳感器(9)、電源轉(zhuǎn)換板(12)、仿真器(21)連接；豎直飛輪的電機的伺服驅(qū)動器(4)的輸出端與豎直飛輪的電機(3)連接，豎直飛輪的電機(3)驅(qū)動豎直飛輪(1)的旋轉(zhuǎn)；水平飛輪的電機的伺服驅(qū)動器(8)的輸出端與水平飛輪的電機(7)連接，水平飛輪的電機(7)驅(qū)動水平飛輪(6)的旋轉(zhuǎn)；獨輪電機的伺服驅(qū)動器 (14)的輸出端與獨輪電機(13)連接，獨輪電機(13)驅(qū)動獨輪(17)的滾動；獨輪電機的伺服驅(qū)動器(14)、豎直飛輪的電機的伺服驅(qū)動器(4)、水平飛輪的電機的伺服驅(qū)動器(8)、豎直飛輪的電機(3)、水平飛輪的電機(7)、獨輪電機(13)分別由電源(11)直接供電，慣導傳感器(9)和運動控制器(10)由電源經(jīng)過電源轉(zhuǎn)接板(12)轉(zhuǎn)換后的電壓供電。
2.如權(quán)利要求1所述的一種獨輪機器人系統(tǒng)，其特征在于設置了一個套在獨輪(17) 四周的可上下調(diào)節(jié)的帶有四個可拆卸的腳輪(20)的調(diào)節(jié)支架(19)。
3.如權(quán)利要求4所述的一種獨輪自平衡機器人系統(tǒng)，其特征在于所述的調(diào)試支架 (19)上的腳輪(20)可拆除。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種獨輪自平衡機器人系統(tǒng)，屬于智能機器人范疇，尤其是一種能夠自主進行運動平衡控制進而自主騎行獨輪車的靜態(tài)不平衡機器人。本發(fā)明的獨輪自平衡機器人系統(tǒng)包括機械本體和電氣控制系統(tǒng)，其特征在于機身上部含有一個可左右轉(zhuǎn)動的豎直放置的飛輪，用來實現(xiàn)機器人的水平平衡控制；機身中間含有可轉(zhuǎn)動的水平放置的飛輪，用來實現(xiàn)機器人的轉(zhuǎn)彎；機身下部為一個可前后轉(zhuǎn)動的獨輪，用來實現(xiàn)機器人的前后平衡行走；電氣控制系統(tǒng)由驅(qū)動電機、運動控制器及與其連接的姿態(tài)傳感器、伺服驅(qū)動控制器組成。本發(fā)明系統(tǒng)設計提供一種控制平臺，除了機器人學，還涉及控制科學和智能控制領域，可滿足多學科科研、教學的需要。
文檔編號G05D1/02GK102445944SQ20111030459
公開日2012年5月9日 申請日期2011年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月10日
發(fā)明者劉湘, 李星輝, 潘琦, 鄧文波, 阮曉鋼, 龔道雄 申請人:北京工業(yè)大學