專利名稱：基于平衡桿控制的剛?cè)狁詈献咪摻z機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種走鋼絲機(jī)器人，確切的說，涉及一種能夠在懸掛的柔性鋼絲上通過調(diào)整平衡桿而保持自平衡和前后移動(dòng)的雙輪機(jī)器人，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
走鋼絲機(jī)器人是一種依靠驅(qū)動(dòng)輪在柔性鋼絲上進(jìn)行平衡行走的機(jī)器人系統(tǒng)。這種機(jī)器人具有靜態(tài)不穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)可穩(wěn)定的特點(diǎn)，并具有明顯的欠驅(qū)動(dòng)特性，機(jī)器人本體與鋼絲繩之間通過動(dòng)力學(xué)耦合來產(chǎn)生相互的約束運(yùn)動(dòng)。其所體現(xiàn)動(dòng)力學(xué)特性的各種參數(shù)對于系統(tǒng)的平衡運(yùn)動(dòng)尤為重要。由于系統(tǒng)的復(fù)雜性，這些參數(shù)通常不能通過直接測量獲得，而是需要進(jìn)行機(jī)器人參數(shù)的在線辨識。因此，走鋼絲機(jī)器人的研究需要綜合考慮機(jī)器人的剛性運(yùn)動(dòng)和鋼絲繩的柔性擺動(dòng)，建立剛?cè)狁詈系南到y(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型；再基于非線性控制理論，為機(jī)器人設(shè)計(jì)控制器，提高系統(tǒng)的魯棒性。目前，國內(nèi)外都對具有獨(dú)輪特征的各類機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自穩(wěn)定平衡功能方面進(jìn)行了研究，但是，相關(guān)文獻(xiàn)資料還是非常少。尤其是基于人類走鋼絲的雜技表演運(yùn)動(dòng)原理，能夠模仿人類運(yùn)動(dòng)功能，并在三維空間中能夠在鋼絲上自平衡行走的機(jī)器人的研究更是至今未見有相關(guān)報(bào)道?，F(xiàn)在公開報(bào)道文獻(xiàn)主要有宋杰文等的中國科技論文在線《機(jī)器人走鋼絲的簡易模糊控制器》和上海交通大學(xué)周春林等的專利申請。文獻(xiàn)《機(jī)器人走鋼絲的簡易模糊控制器》 建立了一個(gè)機(jī)器人走鋼絲的數(shù)學(xué)模型，通過模糊控制方法控制平衡桿擺動(dòng)，但是，該文獻(xiàn)中未見關(guān)于鋼絲繩的柔性的考慮，而且該文獻(xiàn)未能制作走鋼絲機(jī)器人的物理樣機(jī)，只是對建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行簡單的仿真驗(yàn)證。上海交通大學(xué)的專利申請公布了一種包括外部殼體、 支撐輪、陀螺、內(nèi)環(huán)直行驅(qū)動(dòng)電機(jī)、內(nèi)環(huán)框架、外環(huán)框架、陀螺、直行驅(qū)動(dòng)電機(jī)、阻尼器與傳感器組成的走鋼絲機(jī)器人，同樣，該專利申請沒有考慮繩子的柔性對機(jī)器人穩(wěn)定平衡的影響， 而且，其所描述的走鋼絲機(jī)器人主要是依靠陀螺運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的陀螺效應(yīng)來保持平衡，而不是通過控制平衡桿來實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樽咪摻z機(jī)器人必須配備豐富、反應(yīng)快捷的感覺系統(tǒng)和思維決策系統(tǒng)，以它小巧輕便、節(jié)能的特點(diǎn)有可能成為代步工具。另外，在航天領(lǐng)域，基于走鋼絲機(jī)器人的原理還可以開發(fā)一種不受地形影響的，運(yùn)動(dòng)自如的月球車。走鋼絲機(jī)器人也可以用于電力或通訊系統(tǒng)中，比如在電力或通訊系統(tǒng)中完成線路巡視、線路維護(hù)、線路除冰等多種功能。因此，目前仍然有許多業(yè)內(nèi)科技人員在關(guān)注和研究走鋼絲機(jī)器人的科研課題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于平衡桿控制的剛?cè)狁詈献咪摻z機(jī)器人， 該機(jī)器人是通過控制平衡桿來實(shí)現(xiàn)自平衡，并能在鋼絲上行走，且結(jié)構(gòu)簡單，體積小巧，便于實(shí)施控制。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種基于平衡桿控制的剛?cè)狁詈献咪摻z機(jī)器人，其特征在于該機(jī)器人設(shè)有下述部件底盤及行進(jìn)電機(jī)組成的行走裝置，由傳感器、 執(zhí)行電機(jī)、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)動(dòng)桿與平動(dòng)構(gòu)件組成的平衡裝置，以及智能控制電器箱，其中，行走裝置的底盤是由承載機(jī)器人全部構(gòu)件的底板與垂直豎立于底板前側(cè)的立板組成的該機(jī)器人主體框架，底板下方中心線的前后兩端分設(shè)有前后兩個(gè)滾輪，兩個(gè)滾輪之間設(shè)有用于驅(qū)動(dòng)后輪轉(zhuǎn)動(dòng)、實(shí)現(xiàn)機(jī)器人前后移動(dòng)的行進(jìn)電機(jī)，藉由該前后兩個(gè)滾輪作為支撐點(diǎn)，該機(jī)器人站立與行走于鋼絲上；平衡裝置的執(zhí)行電機(jī)懸固安裝于立板上部后側(cè)，該執(zhí)行電機(jī)的轉(zhuǎn)軸伸出于立板前側(cè)，轉(zhuǎn)軸上安裝有兩組平衡部件聯(lián)軸件與轉(zhuǎn)動(dòng)桿構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)平衡部件和齒輪傳動(dòng)的四邊形平動(dòng)構(gòu)件組成的重心平移平衡部件；傳感器有兩個(gè)安裝在底版上的微型航向測量 MTI (motion tracker instrument)傳感器和檢測執(zhí)行電機(jī)的轉(zhuǎn)速與角度的光電碼盤；智能控制電器箱包括分別固裝在底版上的設(shè)有數(shù)字信號處理DSP(Digital Signal Processing)芯片及其外圍電路的控制電路板、執(zhí)行電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制箱和蓄電池。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明還提供了一種基于平衡桿控制的剛?cè)狁詈献咪摻z機(jī)器人的控制方法，其特征在于對與執(zhí)行電機(jī)轉(zhuǎn)軸聯(lián)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)平衡部件中的轉(zhuǎn)動(dòng)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)和四邊形平動(dòng)構(gòu)件中的平動(dòng)桿的平動(dòng)位移進(jìn)行控制，用于調(diào)整機(jī)器人的平衡藉由轉(zhuǎn)動(dòng)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩抵消機(jī)器人重力力矩的作用，同時(shí)，由平動(dòng)桿產(chǎn)生的質(zhì)心偏移來抵消機(jī)器人的重心偏移；該兩項(xiàng)操作的平衡調(diào)整因子取決于大小齒輪的齒數(shù)比與四邊形平動(dòng)構(gòu)件中連架桿的長度。本發(fā)明走鋼絲機(jī)器人的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新特點(diǎn)是通過控制與執(zhí)行電機(jī)轉(zhuǎn)軸聯(lián)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)平衡部件中的轉(zhuǎn)動(dòng)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)和四邊形平動(dòng)構(gòu)件中的平動(dòng)桿的平動(dòng)位移，來調(diào)整和實(shí)現(xiàn)該機(jī)器人的自平衡藉由轉(zhuǎn)動(dòng)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩抵消機(jī)器人重力力矩的作用，同時(shí)，由平動(dòng)桿產(chǎn)生的質(zhì)心偏移來抵消機(jī)器人的重心偏移。


圖1是本發(fā)明基于平衡桿控制的剛?cè)狁詈献咪摻z機(jī)器人的結(jié)構(gòu)組成示意圖。圖2是本發(fā)明基于平衡桿控制的剛?cè)狁詈献咪摻z機(jī)器人的前視圖。圖3是本發(fā)明基于平衡桿控制的剛?cè)狁詈献咪摻z機(jī)器人的后視圖。圖4是本發(fā)明基于平衡桿控制的剛?cè)狁詈献咪摻z機(jī)器人的左視圖。圖5是本發(fā)明基于平衡桿控制的剛?cè)狁詈献咪摻z機(jī)器人的右視圖。圖6是本發(fā)明基于平衡桿控制的剛?cè)狁詈献咪摻z機(jī)器人的上視圖。圖7是本發(fā)明基于平衡桿控制的剛?cè)狁詈献咪摻z機(jī)器人的下視圖。圖8是本發(fā)明平衡裝置中執(zhí)行電機(jī)處于轉(zhuǎn)動(dòng)中的機(jī)器人的整體前視圖。圖9是本發(fā)明平衡裝置中大小齒輪嚙合傳動(dòng)圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。參見圖1 圖9，介紹本發(fā)明基于平衡桿控制的剛?cè)狁詈献咪摻z機(jī)器人的結(jié)構(gòu)組成該裝置設(shè)有下述三個(gè)部件底盤及行進(jìn)電機(jī)12組成的行走裝置，由傳感器2與11、執(zhí)
5行電機(jī)10、轉(zhuǎn)動(dòng)桿4、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與四邊形平動(dòng)構(gòu)件組成的平衡裝置，以及智能控制電器箱。其中，行走裝置的底盤是由承載機(jī)器人全部構(gòu)件的底板1與垂直豎立于底板1前側(cè)的立板3組成的該機(jī)器人主體框架，底板1下方中心線的前后兩端分設(shè)有前輪17和后輪15， 兩個(gè)滾輪17和15之間設(shè)有用于驅(qū)動(dòng)后輪15轉(zhuǎn)動(dòng)、實(shí)現(xiàn)機(jī)器人前后移動(dòng)的行進(jìn)電機(jī)16，藉由該前后兩個(gè)滾輪17和15作為支撐點(diǎn)，該機(jī)器人站立與行走于鋼絲上。本發(fā)明基于平衡桿控制的剛?cè)狁詈献咪摻z機(jī)器人的關(guān)鍵部件平衡裝置的執(zhí)行電機(jī)10懸固安裝于立板3的上部后側(cè)，該執(zhí)行電機(jī)10的轉(zhuǎn)軸伸出于立板3的前側(cè)，其轉(zhuǎn)軸上分別固裝的小齒輪6和緊固于轉(zhuǎn)軸頂端的聯(lián)軸件5組成兩組平衡部件聯(lián)軸件5與轉(zhuǎn)動(dòng)桿 4構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)平衡部件和齒輪傳動(dòng)的四邊形平動(dòng)構(gòu)件組成的重心平移平衡部件。其中的聯(lián)軸件5設(shè)有通孔，一個(gè)具有相當(dāng)長度的轉(zhuǎn)動(dòng)桿4固裝在聯(lián)軸件5的通孔內(nèi)，藉由該轉(zhuǎn)動(dòng)桿4 的順時(shí)針或逆時(shí)針的左右轉(zhuǎn)動(dòng)，以使該機(jī)器人保持其在鋼絲上的平衡狀態(tài)。小齒輪6的兩側(cè)的左右上方分別與兩個(gè)大齒輪9相嚙合，該兩個(gè)大齒輪9的輪軸通過滾動(dòng)軸承固裝于立板3 ；該兩個(gè)大齒輪9和固設(shè)于其輪軸上方的兩個(gè)連架桿7，以及與連架桿7頂端聯(lián)成一體的一個(gè)平動(dòng)桿8組成一個(gè)能夠隨大齒輪7轉(zhuǎn)動(dòng)而使該平動(dòng)桿8產(chǎn)生平動(dòng)位移的四邊形平動(dòng)構(gòu)件。根據(jù)大齒輪9的半徑在與小齒輪6相互嚙合的情況下，選擇該兩個(gè)大齒輪9的軸承孔在立板3的安裝位置，并調(diào)整連架桿7，使得兩個(gè)連架桿7處于相互平行狀態(tài)，且其頂部的平動(dòng)桿8與轉(zhuǎn)動(dòng)桿4也要相互平行。執(zhí)行電機(jī)10轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的狀況可參看圖8所示，其中大齒輪9小齒輪6的嚙合傳動(dòng)關(guān)系可參看圖9所示。兩個(gè)傳感器分別是安裝在底版1上的用于檢測機(jī)器人位置信息的微型航向測量MTI (motion tracker instrument)傳感器2和檢測執(zhí)行電機(jī)10的轉(zhuǎn)速與角度的光電碼盤11。本發(fā)明的執(zhí)行電機(jī)10是帶有減速機(jī)構(gòu)與靈敏控制特性和穩(wěn)定性的空心杯電機(jī)， 其型號為SAEG motors，為北京博創(chuàng)興盛機(jī)器人技術(shù)有限公司的產(chǎn)品。因?yàn)樵揝AEG motors 型號的執(zhí)行電機(jī)附屬帶有檢測、監(jiān)控其電機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速與角度的光電碼盤；此時(shí)，平衡裝置只需配置微型航向測量MTI傳感器2。智能控制電器箱包括分別固裝在底版1上的設(shè)有數(shù)字信號處理DSP(Digital Signal Processing)芯片及其外圍電路的控制電路板13、固裝在立板3的執(zhí)行電機(jī)10下方的驅(qū)動(dòng)控制箱12和蓄電池14?？刂齐娐钒?3垂直安裝在蓄電池14上方，以便利于調(diào)試電路。本發(fā)明基于平衡桿控制的剛?cè)狁詈献咪摻z機(jī)器人的工作過程如下機(jī)器人啟動(dòng)后，當(dāng)鋼絲發(fā)生擺動(dòng)或機(jī)器人受干擾而傾斜，該機(jī)器人會因重力作用而發(fā)生傾斜，使得其重心偏離鋼絲垂直正上方時(shí)，微型航向測量MTI傳感器檢測到該機(jī)器人位置的橫滾角度和俯仰角度的偏離信息后，立即將這兩個(gè)角度信息轉(zhuǎn)化為電信號，并傳送給控制電路板，控制電路板中的數(shù)字信號處理芯片根據(jù)這兩個(gè)角度變化信息利用模型算法計(jì)算和輸出相應(yīng)的電壓控制信息給執(zhí)行電機(jī)，其中的轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)值經(jīng)由聯(lián)軸件使得轉(zhuǎn)動(dòng)桿旋轉(zhuǎn)，所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩用于抵消重力力矩的偏離；同時(shí)，轉(zhuǎn)軸上的小齒輪帶動(dòng)大齒輪旋轉(zhuǎn)，再經(jīng)兩個(gè)連架桿的連接與擺動(dòng)，使得平行四邊形構(gòu)件中的平動(dòng)桿相對機(jī)器人產(chǎn)生平動(dòng)位移，使該機(jī)器人重心維持在鋼絲正上方，保持機(jī)器人平衡。另外，該執(zhí)行電機(jī)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)軸位置信息被光電碼盤檢測并上傳到控制電路板，形成閉環(huán)反饋控制；機(jī)器人在保持自身平衡基礎(chǔ)上，控制電路板根據(jù)機(jī)器人的當(dāng)前傾角和執(zhí)行電機(jī)的轉(zhuǎn)軸位置信息，逐步給出相應(yīng)控制信號，使得平動(dòng)桿和轉(zhuǎn)動(dòng)桿恢復(fù)到其初始位置。再者，控制電路板根據(jù)設(shè)定指令控制行進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，以使該機(jī)器人在保持自身平衡基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)前后移動(dòng)。本發(fā)明的另一創(chuàng)新是提供一種走鋼絲機(jī)器人的控制方法對與執(zhí)行電機(jī)轉(zhuǎn)軸聯(lián)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)平衡部件中的轉(zhuǎn)動(dòng)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)和四邊形平動(dòng)構(gòu)件中的平動(dòng)桿的平動(dòng)位移進(jìn)行控制，用于調(diào)整機(jī)器人的平衡藉由轉(zhuǎn)動(dòng)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩抵消機(jī)器人重力力矩的作用，同時(shí)，由平動(dòng)桿產(chǎn)生的質(zhì)心偏移來抵消機(jī)器人的重心偏移；該兩項(xiàng)操作的平衡調(diào)整因子取決于大小齒輪的齒數(shù)比與四邊形平動(dòng)構(gòu)件中連架桿的長度。該控制方法包括下列操作步驟(1)機(jī)器人啟動(dòng)后，微型航向測量MTI傳感器檢測該機(jī)器人包括其橫滾角度和俯仰角度的當(dāng)前狀態(tài)信息，并將檢測信息實(shí)時(shí)傳送至該智能控制電器箱中的控制電路板；(2)控制電路板根據(jù)接收到的該機(jī)器人當(dāng)前狀態(tài)信息分別設(shè)定執(zhí)行電機(jī)和行進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向指令；(3)執(zhí)行電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并驅(qū)動(dòng)聯(lián)軸件帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)桿順時(shí)針或逆時(shí)針傳動(dòng)，以使其相應(yīng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩抵消機(jī)器人重力力矩的作用；(4)執(zhí)行電機(jī)的轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)小齒輪嚙合大齒輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，通過四邊形平動(dòng)構(gòu)件將執(zhí)行電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為平動(dòng)桿的平動(dòng)位移，藉由平動(dòng)桿質(zhì)心的移動(dòng)來改變機(jī)器人的重心，以使該機(jī)器人重心保持于鋼絲上；(5)光電碼盤將執(zhí)行電機(jī)的轉(zhuǎn)軸速度和位置信息反饋給控制電路板，形成閉環(huán)控制，以使該機(jī)器人保持其在鋼絲上的自平衡；該步驟( 是與步驟(3)、同時(shí)執(zhí)行的；(6)在機(jī)器人處于平衡狀態(tài)下，控制電路板設(shè)定行進(jìn)電機(jī)控制命令，完成機(jī)器人在鋼絲上的行走。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于平衡桿控制的剛?cè)狁詈献咪摻z機(jī)器人，其特征在于該機(jī)器人設(shè)有下述部件底盤及行進(jìn)電機(jī)組成的行走裝置，由傳感器、執(zhí)行電機(jī)、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)動(dòng)桿與平動(dòng)構(gòu)件組成的平衡裝置，以及智能控制電器箱，其中，行走裝置的底盤是由承載機(jī)器人全部構(gòu)件的底板與垂直豎立于底板前側(cè)的立板組成的該機(jī)器人主體框架，底板下方中心線的前后兩端分設(shè)有前后兩個(gè)滾輪，兩個(gè)滾輪之間設(shè)有用于驅(qū)動(dòng)后輪轉(zhuǎn)動(dòng)、實(shí)現(xiàn)機(jī)器人前后移動(dòng)的行進(jìn)電機(jī)，藉由該前后兩個(gè)滾輪作為支撐點(diǎn)， 該機(jī)器人站立與行走于鋼絲上；平衡裝置的執(zhí)行電機(jī)懸固安裝于立板上部后側(cè)，該執(zhí)行電機(jī)的轉(zhuǎn)軸伸出于立板前側(cè)， 轉(zhuǎn)軸上安裝有兩組平衡部件聯(lián)軸件與轉(zhuǎn)動(dòng)桿構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)平衡部件和齒輪傳動(dòng)的四邊形平動(dòng)構(gòu)件組成的重心平移平衡部件；傳感器有兩個(gè)安裝在底版上的微型航向測量MTI傳感器和檢測執(zhí)行電機(jī)的轉(zhuǎn)速與角度的光電碼盤；智能控制電器箱包括分別固裝在底版上的設(shè)有數(shù)字信號處理DSP芯片及其外圍電路的控制電路板、執(zhí)行電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制箱和蓄電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的走鋼絲機(jī)器人，其特征在于所述執(zhí)行電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上分別固裝有小齒輪和聯(lián)軸件，其中，小齒輪兩側(cè)的左右上方分別與兩個(gè)大齒輪相嚙合，該兩個(gè)大齒輪的輪軸通過滾動(dòng)軸承固裝于立板；該兩個(gè)大齒輪和固設(shè)于輪軸上方的兩個(gè)連架桿，以及與連架桿頂端聯(lián)成一體的一個(gè)平動(dòng)桿組成一個(gè)能夠隨大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)而使該平動(dòng)桿產(chǎn)生平動(dòng)位移的四邊形平動(dòng)構(gòu)件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的走鋼絲機(jī)器人，其特征在于所述執(zhí)行電機(jī)的轉(zhuǎn)軸頂端緊固的聯(lián)軸件設(shè)有通孔，一個(gè)具有相當(dāng)長度的轉(zhuǎn)動(dòng)桿固裝在聯(lián)軸件的通孔內(nèi)，藉由該轉(zhuǎn)動(dòng)桿的順時(shí)針或逆時(shí)針的左右轉(zhuǎn)動(dòng)，以使該機(jī)器人保持其在鋼絲上的平衡狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的走鋼絲機(jī)器人，其特征在于所述執(zhí)行電機(jī)是帶有減速機(jī)構(gòu)與靈敏控制特性和穩(wěn)定性的空心杯電機(jī)，其型號為SAEG motors，為北京博創(chuàng)興盛機(jī)器人技術(shù)有限公司的產(chǎn)品。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的走鋼絲機(jī)器人，其特征在于所述型號為=SAEGmotors的執(zhí)行電機(jī)附屬帶有檢測、監(jiān)控其電機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速與角度的光電碼盤；此時(shí)，平衡裝置只需配置微型航向測量MTI傳感器。
6.一種基于平衡桿控制的剛?cè)狁詈献咪摻z機(jī)器人的控制方法，其特征在于對與執(zhí)行電機(jī)轉(zhuǎn)軸聯(lián)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)平衡部件中的轉(zhuǎn)動(dòng)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)和四邊形平動(dòng)構(gòu)件中的平動(dòng)桿的平動(dòng)位移進(jìn)行控制，用于調(diào)整機(jī)器人的平衡藉由轉(zhuǎn)動(dòng)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩抵消機(jī)器人重力力矩的作用， 同時(shí)，由平動(dòng)桿產(chǎn)生的質(zhì)心偏移來抵消機(jī)器人的重心偏移；該兩項(xiàng)操作的平衡調(diào)整因子取決于大小齒輪的齒數(shù)比與四邊形平動(dòng)構(gòu)件中連架桿的長度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于所述方法包括下列操作步驟(1)機(jī)器人啟動(dòng)后，微型航向測量MTI傳感器檢測該機(jī)器人包括其橫滾角度和俯仰角度的當(dāng)前狀態(tài)信息，并將檢測信息實(shí)時(shí)傳送至該智能控制電器箱中的控制電路板；(2)控制電路板根據(jù)接收到的該機(jī)器人當(dāng)前狀態(tài)信息分別設(shè)定執(zhí)行電機(jī)和行進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向指令；(3)執(zhí)行電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并驅(qū)動(dòng)聯(lián)軸件帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)桿順時(shí)針或逆時(shí)針傳動(dòng)，以使其相應(yīng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩抵消機(jī)器人重力力矩的作用；(4)執(zhí)行電機(jī)的轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)小齒輪嚙合大齒輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，通過四邊形平動(dòng)構(gòu)件將執(zhí)行電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為平動(dòng)桿的平動(dòng)位移，藉由平動(dòng)桿質(zhì)心的移動(dòng)來改變機(jī)器人的重心，以使該機(jī)器人重心保持于鋼絲上；(5)光電碼盤將執(zhí)行電機(jī)的轉(zhuǎn)軸速度和位置信息反饋給控制電路板，形成閉環(huán)控制，以使該機(jī)器人保持其在鋼絲上的自平衡；該步驟( 是與步驟(3)、同時(shí)執(zhí)行的；(6)在機(jī)器人處于平衡狀態(tài)下，控制電路板設(shè)定行進(jìn)電機(jī)控制命令，完成機(jī)器人在鋼絲上的行走。
全文摘要
一種基于平衡桿控制的剛?cè)狁詈献咪摻z機(jī)器人，設(shè)有三個(gè)部件由底版與立板構(gòu)成的底盤及行進(jìn)電機(jī)組成的行走裝置，由傳感器、執(zhí)行電機(jī)、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)動(dòng)桿與平動(dòng)構(gòu)件組成的平衡裝置，以及智能控制電器箱。其中關(guān)鍵部件平衡裝置的執(zhí)行電機(jī)轉(zhuǎn)軸上裝有兩組平衡部件聯(lián)軸件與轉(zhuǎn)動(dòng)桿構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)平衡部件和齒輪傳動(dòng)的四邊形平動(dòng)構(gòu)件組成的重心平移平衡部件。通過對與執(zhí)行電機(jī)轉(zhuǎn)軸聯(lián)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)平衡部件中轉(zhuǎn)動(dòng)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)和四邊形平動(dòng)構(gòu)件中平動(dòng)桿的平動(dòng)位移進(jìn)行控制，調(diào)整機(jī)器人的平衡藉由轉(zhuǎn)動(dòng)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩抵消機(jī)器人重力力矩作用，同時(shí)，由平動(dòng)桿產(chǎn)生的質(zhì)心偏移抵消機(jī)器人的重心偏移；從而使得該機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自平衡，并能行走于鋼絲上。
文檔編號B62D57/02GK102424075SQ20111037313
公開日2012年4月25日 申請日期2011年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月22日
發(fā)明者盧光磊, 郭磊, 魏世民 申請人:北京郵電大學(xué)