1.可全方位傾斜的小車蹺蹺板裝置,包括蹺蹺板平衡機構(gòu),其特征在于所述蹺蹺板平衡機構(gòu)包括蹺蹺板平臺和全向輪支撐組件(17):
①、全向輪支撐組件(17)包括分別通過對應(yīng)輪架(4)安裝且圓周均布的三個全向輪(3),三個全向輪(3)的軸線向下交匯于一點,各輪架(4)上分別設(shè)有檢測對應(yīng)全向輪(3)轉(zhuǎn)動參數(shù)的絕對式編碼器(5)和增量式編碼器(6);
②、所述蹺蹺板平臺包括同軸設(shè)置的上、下圓形軌槽(1、2),所述下圓形軌槽(2)通過其底部同軸設(shè)置的半球體(10)置于三個全向輪(3)上,上圓形軌槽(1)或下圓形軌槽(2)上設(shè)有可實時反饋蹺蹺板平臺姿態(tài)的陀螺儀傳感器(16);
③、一圓形軌槽內(nèi)設(shè)有可制造干擾因素使蹺蹺板平臺傾斜的自由運動小車(11),另一圓形軌槽內(nèi)設(shè)有使蹺蹺板平臺恢復(fù)平衡的可控小車(12),各圓形軌槽的底部和/或側(cè)部圓周均布設(shè)有檢測對應(yīng)小車位置的霍爾傳感器(13),各小車上設(shè)有檢測其自身運動速度的編碼器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可全方位傾斜的小車蹺蹺板裝置,其特征在于:所述自由運動小車(11)設(shè)于下圓形軌槽(2)內(nèi),所述可控小車(12)設(shè)于上圓形軌槽(1)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可全方位傾斜的小車蹺蹺板裝置,其特征在于:所述自由運動小車(11)設(shè)為一個,所述可控小車(12)設(shè)為兩個。
4.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項所述的可全方位傾斜的小車蹺蹺板裝置,其特征在于:上、下圓形軌槽(1、2)大小一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項所述的可全方位傾斜的小車蹺蹺板裝置,其特征在于:各輪架(4)通過對應(yīng)設(shè)置的支撐架(14)安裝于底座(15)上。
6.可全方位傾斜的小車蹺蹺板裝置平衡控制方法,其特征在于采用了如權(quán)利要求1~3中任意一項所述的可全方位傾斜的小車蹺蹺板裝置,其平衡控制步驟為:
①、建立蹺蹺板系統(tǒng)的坐標系,其中,Z軸垂直于蹺蹺板平臺,X軸和Y軸構(gòu)成的平面在初始時刻與水平面平行;
②、由上、下圓形軌槽(1、2)內(nèi)的霍爾傳感器(13)分別測出自由運動小車(11)和可控小車(12)在坐標系中的坐標,通過各小車上的編碼器確定各自的行走速度;
③、通過蹺蹺板平臺上的陀螺儀傳感器(16)以及各輪架(4)上的編碼器實時測量出蹺蹺板平臺的運動狀態(tài);
④、結(jié)合各小車位置坐標以及蹺蹺板平臺的運動狀態(tài)計算出自由運動小車(11)重力對半球體(10)球心產(chǎn)生的力矩和可控小車(12)重力對半球體(10)球心產(chǎn)生的力矩;
⑤、以自由運動小車(11)和可控小車(12)的合力矩為虛擬控制輸入量,以減小蹺蹺板平臺的傾角和傾角速度、恢復(fù)并保持蹺蹺板平臺水平為目標,計算得出可控小車(12)需要達到的位置;
⑥、根據(jù)可控小車(12)需要達到的位置,結(jié)合可控小車(12)的當前速度推算出可控小車(12)需要的輸入速度大小和方向;
⑦、按照步驟⑥的計算結(jié)果驅(qū)動可控小車(12)運動;
⑧、重復(fù)步驟②進行下一次控制循環(huán)。