基于陀螺仪的自动平衡起重机制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于陀螺仪的自动平衡起重机，该装置包括两个斜齿齿轮，加速度传感器，陀螺仪，电机，两个直齿齿轮，配重块等部件。加速度传感器可以得到所吊货物的重量以及运动情况，将这个信息传送给陀螺仪，其可以控制电机来移动配重块，使整个装置处于最稳定的状态。

Auto-balancing crane based on Gyroscope

The utility model relates to an automatic balancing crane based on a gyroscope, which comprises two helical gears, an acceleration sensor, a gyroscope, a motor, two spur gears, a counterweight block and other components. The accelerometer can get the weight and movement of the goods, and transmit this information to the gyroscope, which can control the motor to move the counterweight block, so that the whole device is in the most stable state.

【技术实现步骤摘要】
基于陀螺仪的自动平衡起重机
本技术涉及一种自动平衡的起重机，具体地说，涉及一种含有陀螺仪的起重机。
技术介绍
随着现在社会的发展，高楼大厦也越来越多，建造此类的房屋时必不可少的一种起吊工具便是起重机。如今人们使用的起重机大多是如中国专利说明书206692223(2017年12月1日公布)所公开的类型，包括桥梁、移行机构、提升机构、操纵室等。由于吊起的重物各不相同，起重机后面的称重块的位置和重量是固定的，那么重物的重量范围一定会受到限制，这时候如果想让起吊的物体的重量的范围扩大，就一定要让配重重力与起重机整体的物理重心之矩变为可调。使力对点之矩变化的方法又两种：一是改变配重块的质量；二是改变配重块的位置。显然的，想改变配重块的质量是十分难以实现的，所以我们可以做的也就是使配重物体可以水平移动通过改变距离来调节所产生的力矩。这样起吊的物体质量的范围将扩大，也就可以达到我们说需要的效果。
技术实现思路
本技术需要解决的技术问题在于改变配重块与起吊重物产生的力矩，使得起重机可以起吊重物的质量范围更大。为了解决上述的技术问题，本技术提供了一种基于陀螺仪的自动平衡起重机，该装置包括两个斜齿齿轮，加速度传感器，陀螺仪，电机，两个直齿齿轮，配重块等部件。本装置通过陀螺仪测出起重机的偏离平衡位置的角度，发出反馈信号输入单片机。该利用杠杆原理使起重机保持平衡。利用传感器所采集到的信息经过陀螺仪的分析来控制电机调节配重块的位置使得整个装置保持最稳定的状态。本技术引用MMA72603轴加速度传感器。MMA7260是一款三轴低g半导体加速度计，可以同时输出三个方向上的加速度模拟信号。通过设置可以使得MMA7260各轴信号最大输出灵敏度为800mV/g，这个信号无需要在进行放大，直接可以送到单片机进行AD转换。只需要测量其中一个方向上的加速度值，就可以计算出起重机倾角，比如使用Z轴方向上的加速度信号。起重机直立时，固定加速度器在Z轴水平方向，此时输出信号为零偏电压信号。当起重机发生倾斜时，重力加速度g便会在Z轴方向形成加速度分量，从而使该轴输出电压变化。当倾角θ比较小的时候，输出电压的变化可以近似与倾角成正比。再对此信号进行微分便可以获得倾角速度。但在实际起重机运行过程中，由于起重机本身的摆动所产生的加速度会产生很大的干扰信号，它叠加在上述测量信号上使得输出信号无法准确反映起重机的倾角。起重机运动产生的加速度使得输出电压在实际倾角电压附近波动。这些波动噪声可以通过数据平滑滤波将其滤除。但是平滑滤波一方面会使得信号无法实时反映起重机倾角变化，从而减缓对于起重机电机控制。另一方面也会将起重机速度变化信息滤掉。上述两方面的滤波效果使得起重机无法保持平衡。因此对于起重机直立控制所需要的倾角信息需要通过另外一种器件获得，那就是角速度传感器-陀螺仪。陀螺仪可以用来测量物体的旋转角速度。在起重机上安装陀螺仪，可以测量起重机倾斜角速度，将角速度信号进行积分便可以得到起重机的倾角。由于陀螺仪输出的是起重机的角速度，不会受到起重机运动的影响，因此该信号中噪声很小。起重机的角度又是通过对角速度积分而得，这可进一步平滑信号，从而使得角度信号更加稳定。因此起重机控制所需要的角度和角速度可以使用陀螺仪所得到的信号。由于从陀螺仪角速度获得角度信息，需要经过积分运算。如果角速度信号存在微小的偏差和漂移，经过积分运算之后，变化形成积累误差。这个误差会随着时间延长逐步增加，最终导致电路饱和，无法形成正确的角度信号。为了消除这个累积误差，一种简单的方法就是通过上面的加速度传感器获得的角度信息对此进行校正。通过对比积分所得到的角度与重力加速度所得到的角度，使用它们之间的偏差改变陀螺仪的输出，从而积分的角度逐步跟踪到加速度传感器所得到的角度。本技术中，步进电机内置陀螺仪，可以检测装置偏离垂直方向角度。步进电机的输出轴通过联轴器与第一斜齿轮相啮合，防止电机轴与第一斜齿轮发生相对滑动。第二斜齿轮中心穿过带键的中心轴，中心轴两侧通过键连接有第一直齿轮与第二直齿轮，通过键连接齿轮与中心轴可防止发生相对滑动。，第一直齿轮与第二直齿轮分别与第一齿条和第二齿条相啮合，当第一直齿轮与第二直齿轮转动时，第一齿条和第二齿条会通过机械传动而发生滑动，进而带动起重机平衡配重运动，使起重机平衡配重的位置发生变化。本技术中，带陀螺仪的步进电机检测到装置在垂直方向发生角度偏移时，会驱动带陀螺仪的步进电机输出扭矩，带动第一斜齿轮转动，第一斜齿轮带动与之啮合的第二斜齿轮转动，第二斜齿轮通过中心轴带动中心轴两侧的第一直齿轮和第二直齿轮转动，进而带动第一齿条与第二齿条发生滑动，使得起重机平衡配重也发生相对滑动，实现让起重机平衡配重的位置发生变化的最终目的。附图说明下面结合附图对本技术作进一步详细说明。图1是本技术的配重装置工作时的总体示意图。图2是本技术的配重装置工作时的侧视图。图3是本技术的配重装置工作时电机及锥齿轮的传动情况。图4是本技术的配重装置的剖视图。图5是本技术的配重装置俯视剖视图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。参照图1-1，一种自平衡起重机配重装置，包括起重机平衡配重1，第一齿条2，第二齿条3，第二斜齿轮4，第一斜齿轮5，带陀螺仪的步进电机6，第一挡板7，第二挡板8，第一直齿轮9，第二直齿轮10，中心轴11，起重机整车12，本技术中，步进电机6内置陀螺仪，可以检测装置偏离垂直方向角度。步进电机6的输出轴通过联轴器与第一斜齿轮5相啮合，防止电机轴与第一斜齿轮5发生相对滑动。第二斜齿轮4中心穿过带键的中心轴11，中心轴11两侧通过键连接有第一直齿轮9与第二直齿轮10，通过键连接齿轮与中心轴可防止发生相对滑动。，第一直齿轮9与第二直齿轮10分别与第一齿条2和第二齿条3相啮合，当第一直齿轮9与第二直齿轮10转动时，第一齿条2和第二齿条3会通过机械传动而发生滑动，进而带动起重机平衡配重1运动，使起重机平衡配重1的位置发生变化。本技术中，带陀螺仪的步进电机6检测到装置在垂直方向发生角度偏移时，会驱动带陀螺仪的步进电机6输出扭矩，带动第一斜齿轮5转动，第一斜齿轮带动与之啮合的第二斜齿轮4转动，第二斜齿轮4通过中心轴11带动中心轴11两侧的第一直齿轮9和第二直齿轮10转动，进而带动第一齿条2与第二齿条3发生滑动，使得起重机平衡配重1也发生相对滑动，实现让起重机平衡配重1的位置发生变化的最终目的。以上所述，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
的技术人员在本技术揭露的技术范围内，根据本技术的技术方案及其技术构思加以等同替换或改变，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于陀螺仪的自动平衡起重机，包括起重机平衡配重(1)、第一齿条(2)、第二齿条(3)、第二斜齿轮(4)、第一斜齿轮(5)、带陀螺仪的步进电机(6)、第一挡板(7)、第二挡板(8)、第一直齿轮(9)、第二直齿轮(10)、中心轴(11)、起重机整车(12)、单片机，其特征是：带陀螺仪的步进电机(6)固定安装在起重机的吊臂上，带陀螺仪的步进电机(6)的输出轴通过联轴器与第一斜齿轮(5)相啮合，防止电机轴与第一斜齿轮(5)发生相对滑动；第一挡板(7)和第二挡板(8)竖直安装在吊臂上，中心轴(11)铰接在第一挡板(7)和第二挡板(8)之间；第二斜齿轮(4)中心穿过带键的中心轴(11)，中心轴(11)两侧通过键连接有第一直齿轮(9)与第二直齿轮(10)，第一直齿轮(9)与第二直齿轮(10)分别与第一齿条(2)和第二齿条(3)相啮合，第一齿条(2)和第二齿条(3)分别固定在平衡配重(1)上；陀螺仪连接单片机；陀螺仪安装在吊臂上，单片机安装在起重机整车(12)上。

【技术特征摘要】
1.一种基于陀螺仪的自动平衡起重机，包括起重机平衡配重(1)、第一齿条(2)、第二齿条(3)、第二斜齿轮(4)、第一斜齿轮(5)、带陀螺仪的步进电机(6)、第一挡板(7)、第二挡板(8)、第一直齿轮(9)、第二直齿轮(10)、中心轴(11)、起重机整车(12)、单片机，其特征是：带陀螺仪的步进电机(6)固定安装在起重机的吊臂上，带陀螺仪的步进电机(6)的输出轴通过联轴器与第一斜齿轮(5)相啮合，防止电机轴与第一斜齿轮(5)发生相对...

【专利技术属性】
技术研发人员：李光辉，侯嘉琳，孙东名，周子豪，黄天皓，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：新型
国别省市：河北,13