一種應(yīng)用仿生學(xué)原理的機(jī)械尾巴的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用仿生學(xué)原理的機(jī)械尾巴。
【背景技術(shù)】
[0002]大多數(shù)移動(dòng)載具有保持自身平衡的要求，這樣的載具能夠現(xiàn)在地形與平臺(tái)穩(wěn)定的去耦合化，能夠使其上安裝的各種器械有一個(gè)穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境。大多提高平衡載具地形去耦合能力的嘗試在于采取特殊設(shè)計(jì)的輪結(jié)構(gòu)或者足腿結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)在機(jī)械上過(guò)于復(fù)雜、容易發(fā)生故障同時(shí)其具有較多冗余自由度而使得控制這樣的結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜。
[0003]對(duì)于仿生尾部，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了許多利用類(lèi)似尾結(jié)構(gòu)的機(jī)器人或載具系統(tǒng)，這些工作都展示出類(lèi)似尾結(jié)構(gòu)對(duì)整機(jī)平衡性有很大貢獻(xiàn)，往往能大幅提高系統(tǒng)的穩(wěn)定能力，比如加州大學(xué)伯克利分校Thomas Libby曾研究了四輪車(chē)在空中運(yùn)動(dòng)時(shí)尾巴的運(yùn)動(dòng)情況對(duì)車(chē)體平衡及落地狀態(tài)的影響(Nature 481, 181 - 184(12 January 2012))，然而目前卻沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)類(lèi)似本發(fā)明中敘述的帶有仿生尾部的二輪平衡車(chē)。而本發(fā)明中所述的仿生尾部結(jié)構(gòu)被應(yīng)用于二輪平衡車(chē)上之后展示出良好的平衡性能、大幅提高了整機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此具有深遠(yuǎn)的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供的一種應(yīng)用仿生學(xué)原理的機(jī)械尾巴由尾部結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)組成，控制系統(tǒng)由控制尾巴水平方向運(yùn)動(dòng)的第一控制系統(tǒng)和控制尾巴豎直方向運(yùn)動(dòng)的第二控制系統(tǒng)組成。
[0005]第一控制系統(tǒng)為皮帶傳動(dòng)，由小齒輪控制部分2、皮帶3、大齒輪控制部分4組成，小齒輪控制部分2中的小齒輪9通過(guò)皮帶3與大齒輪控制部分中的大齒輪14連接。小齒輪控制部分由小齒輪9、電機(jī)5、第一碼盤(pán)7、第一光電編碼器6、自攻螺絲8組成。電機(jī)5是直流減速電機(jī)，材質(zhì)是塑料外殼。自攻螺絲8的頭部直徑大于小齒輪9中間圓孔的孔徑，將自攻螺絲8從小齒輪中間穿過(guò)，再將自攻螺絲8從第一碼盤(pán)7中間穿過(guò)，再將自攻螺絲8桿部末端攻入電機(jī)5的軸中，這樣電機(jī)5可以帶動(dòng)小齒輪9及第一碼盤(pán)7同步轉(zhuǎn)動(dòng)，將電機(jī)5用適當(dāng)長(zhǎng)度的銅柱固定在下層亞格力支架10上，適當(dāng)長(zhǎng)度的意思是選擇適當(dāng)長(zhǎng)度的銅柱固定后使得小齒輪9和大齒輪14在同一水平面上，將光電編碼器6的凹形槽夾在第一碼盤(pán)7的兩側(cè)，光電編碼器6的固定端用AB膠固定在下層亞格力支架10，大齒輪控制部分4由大齒輪14、軸承13、法蘭盤(pán)15、螺栓11、螺母12組成，大齒輪14在下層亞格力支架10的上面，法蘭盤(pán)15在下層亞格力支架10的下面，在下層亞格力支架10的相應(yīng)位置打與軸承13軸部大小相同的圓，將軸承放入其中在相對(duì)于大齒輪14的另一側(cè)用法蘭盤(pán)15將軸承13固定在下層亞格力支架10上，將螺栓11的頭部在下，自下而上的從軸承13中心孔中穿過(guò)，將大齒輪14穿入螺栓11中，在其上用螺母12固定。適當(dāng)長(zhǎng)度的螺栓11是螺栓11的長(zhǎng)度足夠穿上大齒14輪和擰上螺母12即可，大齒輪14即通過(guò)軸承13、法蘭盤(pán)15固定在下層亞格力支架10，大齒輪14可以繞長(zhǎng)螺栓11自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0006]第二控制系統(tǒng)由拉繩電機(jī)23、第二碼盤(pán)29、第二光電編碼器30、繩子19、滑輪16、滑輪支架20、第一長(zhǎng)螺栓17、尾部平臺(tái)24構(gòu)成，繩子19選用魚(yú)線(xiàn)，尾部平臺(tái)24固定在大齒輪14上，在尾部平臺(tái)中上部鉆有與螺栓11相同孔徑的孔，在螺母12上放上孔徑相同的墊片，將尾部平臺(tái)穿到螺栓11上，并用螺母將其固定好。滑輪支架20由凹形槽18和和第二長(zhǎng)螺栓21組成，凹形槽18和第二長(zhǎng)螺栓21已經(jīng)通過(guò)電焊焊接成一整體，凹形槽18兩側(cè)面鉆有與第一長(zhǎng)螺栓17孔徑相同的孔，將滑輪16放入凹形槽18的凹槽內(nèi)，用第一長(zhǎng)螺栓17同時(shí)穿過(guò)凹形槽18兩側(cè)面與滑輪16，在凹形槽18兩側(cè)面外用螺母將其固定，在尾部平臺(tái)正中間鉆有與第二長(zhǎng)螺栓21相同孔徑的孔，將第二長(zhǎng)螺栓21穿過(guò)尾部平臺(tái)24兩側(cè)用螺母將其固定。將拉繩電機(jī)23用適當(dāng)長(zhǎng)度的銅柱固定在尾部平臺(tái)24上部，使其一側(cè)軸與尾部平臺(tái)中上部鉆有的與螺栓11相同孔徑的孔和尾部平臺(tái)正中間鉆有與第二長(zhǎng)螺栓21相同孔徑的孔在同一直線(xiàn)上，將這側(cè)的軸纏有繩子19，用自攻螺絲將第二碼盤(pán)29與另一側(cè)軸固定，使得第二碼盤(pán)29與拉繩電機(jī)19同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，將第二光電編碼器30的凹形槽夾在第二碼盤(pán)29的兩側(cè)，第二光電編碼器30的固定端用AB膠固定在尾部平臺(tái)24上，將繩子的從尾部結(jié)構(gòu)的尾下部底板22的兩孔穿過(guò)，選取可以使合頁(yè)成120度角為繩子19的最大長(zhǎng)度，將距離繩子兩頭相同位置處將兩個(gè)繩子打結(jié)，將繩子頭從拉繩電機(jī)23軸的中心孔穿入，沿軸繞半軸打結(jié)，最終繩子19可以隨約拉繩電機(jī)23軸的轉(zhuǎn)動(dòng)使繩子19伸長(zhǎng)或縮短，繩子19通過(guò)定滑輪作用在尾部結(jié)構(gòu)上。
[0007]尾部結(jié)構(gòu)由合頁(yè)27連接尾上部底板25、尾下部底板22構(gòu)成，尾下部底板14與繩子19相連，尾上部底板25與尾部平臺(tái)24通過(guò)鋁制轉(zhuǎn)接件28死固相連，同時(shí)在尾上部底板25與尾下部底板22之間用可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的合頁(yè)27連接，彈簧26 —端固定在尾上部底板25靠近尾下部底板22端末端，另一端固定在尾下部底板22靠近尾上部底板25端末端，并固定在尾下部底板22與尾上部底板25所成平面的背面(靠近機(jī)身面)，在仿生尾部結(jié)構(gòu)舒展開(kāi)時(shí)(即尾上部底板28與尾下部底板22在同一條直線(xiàn)上時(shí))彈簧處于完全放松狀態(tài)，于是當(dāng)仿生尾部受到繩子19的拉力大于彈簧的應(yīng)力時(shí)仿生尾部結(jié)構(gòu)卷曲(即尾上部底板25與尾下部底板22所成角度小于180度)、而當(dāng)繩子19的拉力小于彈簧的應(yīng)力時(shí)仿生尾部結(jié)構(gòu)舒張(即尾上部底板25與尾下部底板22所成角度向恢復(fù)180度彎曲)以此來(lái)控制仿生尾部結(jié)構(gòu)豎直方向上下運(yùn)動(dòng)(此處上下運(yùn)動(dòng)是指仿生尾部結(jié)構(gòu)末端上下運(yùn)動(dòng))；當(dāng)二輪平衡車(chē)平衡的在地面運(yùn)動(dòng)時(shí)，尾上部底板25和尾下部底板22的總長(zhǎng)小于尾部平臺(tái)24到地面的距離，且尾上部底板25的長(zhǎng)度小于尾下部底板22的長(zhǎng)度。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1 一種應(yīng)用仿生學(xué)原理的機(jī)械尾巴的整體示意圖
[0009]圖2 —種應(yīng)用仿生學(xué)原理的機(jī)械尾巴的第一控制系統(tǒng)俯視圖
[0010]其中:小齒輪控制部分2、皮帶3、大齒輪控制部分4 ；
[0011]圖3 —種應(yīng)用仿生學(xué)原理的機(jī)械尾巴的小齒輪部分的側(cè)視圖
[0012]其中:電機(jī)5、第一光電編碼器6、第一碼盤(pán)7、自攻螺絲8、小齒輪9、下層亞格力支架10 ;
[0013]圖4 一種應(yīng)用仿生學(xué)原理的機(jī)械尾巴的大齒輪部分的側(cè)視圖
[0014]其中:螺栓11、螺母12、軸承13、大齒輪14、法蘭盤(pán)15 ；
[0015]圖5 —種應(yīng)用仿生學(xué)原理的機(jī)械尾巴的第二控制系統(tǒng)的側(cè)視圖
[0016]其中:滑輪16、第一長(zhǎng)螺栓17、凹形槽18、繩子19、滑輪支架20、第二長(zhǎng)螺栓21、尾下部底板22、拉繩電機(jī)23、尾部平臺(tái)24、第二碼盤(pán)29、第二光電編碼器30 ;
[0017]圖6 —種應(yīng)用仿生學(xué)原理的機(jī)械尾巴的尾部結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖
[0018]其中:連接尾上部底板25、彈簧26、合頁(yè)27 ;
[0019]圖7 —種應(yīng)用仿生學(xué)原理的機(jī)械尾巴的尾部結(jié)構(gòu)與尾部平臺(tái)連接示意圖
[0020]其中:招制轉(zhuǎn)接件28;
【具體實(shí)施方式】
[0021 ] 機(jī)械尾巴由尾部結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)組成，控制系統(tǒng)由控制尾巴水平方向運(yùn)動(dòng)的第一控制系統(tǒng)和控制尾巴豎直方向運(yùn)動(dòng)的第二控制系統(tǒng)組成。
[0022]第一控制系統(tǒng)為皮帶傳動(dòng)，由小齒輪控制部分2、皮帶3、大齒輪控制部分4組成，小齒輪控制部分2中的小齒輪9通過(guò)皮帶3與大齒輪控制部分中的大齒輪14連接。小齒輪控制部分由小齒輪9、電機(jī)5、第一碼盤(pán)7、第一光電編碼器6、自攻螺絲8組成。電機(jī)5是直流減速電機(jī)，材質(zhì)是塑料外殼。自攻螺絲8的頭部直徑大于小齒輪9中間圓孔的孔徑，將自攻螺絲8從小齒輪中間穿過(guò)，再將自攻螺絲8從第一碼盤(pán)7中間穿過(guò)，再將自攻螺絲8桿部末端攻入電機(jī)5的軸中，這樣電機(jī)5可以帶動(dòng)小齒輪9及第一碼盤(pán)7同步轉(zhuǎn)動(dòng)，將電機(jī)5用適當(dāng)長(zhǎng)度的銅柱固定在下層亞格力支架10上，適當(dāng)長(zhǎng)度的意思是選擇適當(dāng)長(zhǎng)度的銅柱固定后使得小齒輪9和大齒輪14在同一水平面上，將光電編碼器6的凹形槽夾在第一碼盤(pán)7的兩側(cè)，光電編碼器6的固定端用AB膠固定在