双飞轮走钢丝机器人结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种双飞轮走钢丝机器人结构，其平衡装置包括上、下平衡框架和上、下平衡飞轮，上、下平衡框架安装于基板上的支撑架内，上、下平衡飞轮分别水平安装于上、下平衡框架内，支撑架上设有通过联动机构驱动上、下平衡框架小角度同步反向转动的平衡框架电机，支撑架上设有分别检测上、下平衡框架转动幅度的平衡框架编码器，平衡框架上设有驱动平衡飞轮高速旋转的平衡飞轮电机和检测转速的平衡飞轮编码器；其行走装置包括安装于基板底部的前、后钢丝行走轮并设置驱动一个钢丝行走轮的行走轮电机和检测转速的行走轮编码器。本实用新型专利技术有效控制了机体在倾斜时的姿态，实现了机体在刚性或柔性钢丝上的自平衡控制。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及走钢丝机器人结构，具体为一种双飞轮走钢丝机器人结构。
技术介绍
走钢丝机器人是一种在柔性钢丝上能够保持自平衡并能够行走的一种机械装置，主要是通过平衡杆的转动及平动来实现自平衡。上海交通大学申请的《走钢丝机器人》专利技术专利(申请号为03129064.7)。该专利技术的技术方案是通过陀螺作为稳定装置，利用陀螺的稳定性实现自平衡。但该专利机器人没有考虑钢丝的柔性对机器人的平衡影响，陀螺高速旋转所产生的扭矩会使柔性钢丝发生变形，从而增加了控制的难度以及不确定性。贾书慧在《力学与实践》的2002年第1期撰写的《飞轮的妙用》一文中，提出可以通过驱动飞轮获得反力矩从而控制物体的方位，这一原理不仅可以控制航天器的姿态，而且可以增加机器人、走钢丝杂技演员的稳定性，该文只提出了一种利用飞轮控制平衡的可能，并未展开深入探讨提出有效的解决方案。
技术实现思路
为此，本技术提出了一种利用上、下飞轮的高速旋转产生控制侧向平衡的力矩实现自平衡，并能通过行走轮在钢丝上行走的双飞轮走钢丝机器人结构。本技术双飞轮走钢丝机器人结构，其技术方案包括基于基板设置的平衡装置和行走装置以及控制装置，所述平衡装置包括上、下平衡框架以及上、下平衡飞轮，上、下平衡框架分别通过左、右平衡框架转轴安装于基板上的支撑架内，上、下平衡飞轮通过平衡飞轮转轴分别水平安装于上、下平衡框架内，所述支撑架上设有通过联动机构驱动上、下平衡框架小角度同步反向转动的平衡框架电机，支撑架上还设有分别检测上、下平衡框架转动幅度的上、下平衡框架编码器，上、下平衡框架上分别设有驱动对应平衡飞轮高速旋转的平衡飞轮电机和检测平衡飞轮转速的平衡飞轮编码器；所述行走装置包括通过轮架安装于基板底部的前、后钢丝行走轮，将一个钢丝行走轮设为主动轮，并于对应轮架上设置驱动主动轮的行走轮电机和检测主动轮转速的行走轮编码器。所述联动机构的一种形式包括上、下平衡框架从动齿轮和平衡框架主动齿轮，所述平衡框架主动齿轮安装在平衡框架电机，上、下平衡框架从动齿轮分别安装于上、下平衡框架转轴上，平衡框架主动齿轮设于上、下平衡框架从动齿轮中间并分别与两者啮合。为节省齿轮制作材料，所述平衡框架主动齿轮采用于转动中心上、下对称的扇形齿，为减小传动距离，与上平衡框架从动齿轮、或与下平衡框架从动齿轮或与上、下平衡框架从动齿轮啮合的扇形齿为内齿。所述控制装置包括通过相关电路连接的电池组、陀螺仪、运动控制器和伺服驱动器，陀螺仪实时检测机体姿态并根据机体姿态向各电机发出驱动信号、同时接收各编码器的反馈信号以进一步修正各电机运转。本技术的有益效果：1、本技术双飞轮走钢丝机器人结构的平衡控制主要通过上、下平衡飞轮的高速旋转以及上、下平衡框架的小角度转动调节来实现，有效控制了机体在倾斜时的姿态，实现了机体在刚性或柔性钢丝上的自平衡控制。2、本技术中，上、下平衡飞轮在机械结构上相互独立，上、下平衡飞轮高速反向旋转，产生了一对在航向上相互抵消的分力矩，可以更好的抵消对柔性钢丝的作用力，从而降低了控制难度。3、本技术中，上、下外圈框架一直处于小角度的转动调整范围，而平衡飞轮相对于平衡框架处于高速自转状态，从而产生调节机构姿态变化的陀螺力矩。附图说明图1为本技术一种实施例的左等轴侧视图。图2为图1的右等轴侧视图。图号标识：1、基板；2、平衡框架；3、平衡飞轮；4、平衡框架转轴；5、支撑架；6、平衡飞轮转轴；7、平衡框架编码器；8、平衡飞轮编码器；9、钢丝行走轮；10、轮架；11、行走轮电机；12、行走轮编码器；13、平衡框架从动齿轮；14、平衡飞轮电机；15、平衡框架主动齿轮；16、电池组；17、陀螺仪；18、运动控制器；19、伺服驱动器；20、平衡框架电机。具体实施方式下面结合附图所示实施方式对本技术的技术方案作进一步说明。本技术双飞轮走钢丝机器人结构之技术方案包括基于基板1设置的平衡装置和行走装置以及控制装置。所述基板1为平板，基板1上设置支撑架5，所述支撑架5由左、右侧板构成，如图1、图2所示。所述平衡装置包括上、下平衡框架2以及上、下平衡飞轮3，上、下平衡框架2水平横置(平衡框架2的长度方向为左、右向，平衡框架2的内空部位为前、后方向)于支撑架5的左、右侧板之间，各平衡框架2通过左、右平衡框架转轴4安装在左、右侧板上，右侧上、下平衡框架转轴4之间通过联动机构连接；所述联动机构包括上、下平衡框架从动齿轮13和平衡框架主动齿轮15，上、下平衡框架从动齿轮13于右侧板外分别安装于上、下平衡框架转轴4的轴端，于右侧板外，所述平衡框架主动齿轮15的上、下扇形齿置于上、下平衡框架从动齿轮13之间并分别与两者啮合，其中上扇形齿采用内齿与上平衡框架从动齿轮13的外齿啮合，驱动上、下平衡框架2小角度同步反向转动的平衡框架电机20安装于右侧板内，所述平衡框架电机20的输出轴伸出右侧板外与平衡框架主动齿轮15安装连接，对应于上、下平衡框架转轴4于左侧板外分别设置上、下平衡框架编码器7，上、下平衡框架编码7分别通过相同传动比的齿轮传动机构连接上、下平衡框架转轴4；上、下平衡飞轮3分别水平置于上、下平衡框架2内并通过竖直的平衡飞轮转轴6安装，各平衡框架2上均设有平衡飞轮电机14和平衡飞轮编码器8，驱动平衡飞轮3高速旋转的平衡飞轮电机14通过齿轮传动机构连接平衡飞轮转轴6，所述平衡飞轮编码器8通过相同传动比的齿轮传动机构连接平衡飞轮转轴6，如图1、图2所示。所述行走装置包括前、后钢丝行走轮9(带有V形槽的滚轮)，前、后钢丝行走轮9分别通过前、后轮架10安装于基板1底部，将前钢丝行走轮9设为主动轮，前钢丝行走轮9的V形槽两侧的轮面上开设外齿，所述轮架10的左、右两侧上分别安装行走轮电机11和行走轮编码器12，所述行走轮电机11输出轴上的主动齿轮啮合前钢丝行走轮9上对应侧的外齿，所述行走轮编码器12输出轴上的从动齿轮啮合前钢丝行走轮9上对应侧的外齿，如图1、图2所示。所述控制装置包括电池组16、陀螺仪17、运动控制器18和伺服驱动器19，所述电池组16、陀螺仪17、运动控制器18和伺服驱动器19通过相关电路连接，陀螺仪17实时检测机体姿态并根据机体姿态向各电机发出驱动信号、同时接收各编码器的反馈信号以进一步修正各电机运转。本技术的运行方式：机器人在钢丝本文档来自技高网...

【技术保护点】
双飞轮走钢丝机器人结构，其特征在于：包括基于基板(1)设置的平衡装置和行走装置以及控制装置，所述平衡装置包括上、下平衡框架(2)以及上、下平衡飞轮(3)，上、下平衡框架(2)分别通过左、右平衡框架转轴(4)安装于基板(1)上的支撑架(5)内，上、下平衡飞轮(3)通过平衡飞轮转轴(6)分别水平安装于上、下平衡框架(2)内，所述支撑架(5)上设有通过联动机构驱动上、下平衡框架(2)小角度反向同步转动的平衡框架电机(14)，支撑架(5)上还设有分别检测上、下平衡框架(2)转动幅度的上、下平衡框架编码器(7)，上、下平衡框架(2)上分别设有驱动对应平衡飞轮(3)高速旋转的平衡飞轮电机(14)和检测平衡飞轮(3)转速的平衡飞轮编码器(8)；所述行走装置包括通过轮架(10)安装于基板(1)底部的前、后钢丝行走轮(9)，将一个钢丝行走轮(9)设为主动轮，并于对应轮架(10)上设置驱动主动轮的行走轮电机(11)和检测主动轮转速的行走轮编码器(12)。

【技术特征摘要】
1.双飞轮走钢丝机器人结构，其特征在于：包括基于基板(1)设置
的平衡装置和行走装置以及控制装置，所述平衡装置包括上、下平衡框架
(2)以及上、下平衡飞轮(3)，上、下平衡框架(2)分别通过左、右平
衡框架转轴(4)安装于基板(1)上的支撑架(5)内，上、下平衡飞轮
(3)通过平衡飞轮转轴(6)分别水平安装于上、下平衡框架(2)内，
所述支撑架(5)上设有通过联动机构驱动上、下平衡框架(2)小角度反
向同步转动的平衡框架电机(14)，支撑架(5)上还设有分别检测上、下
平衡框架(2)转动幅度的上、下平衡框架编码器(7)，上、下平衡框架
(2)上分别设有驱动对应平衡飞轮(3)高速旋转的平衡飞轮电机(14)
和检测平衡飞轮(3)转速的平衡飞轮编码器(8)；所述行走装置包括通
过轮架(10)安装于基板(1)底部的前、后钢丝行走轮(9)，将一个钢
丝行走轮(9)设为主动轮，并于对应轮架(10)上设置驱动主动轮的行
走轮电机(11)和检测主动轮转速的行走轮编码器(12)。
2.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄用华，张明明，钟艳如，庄未，李天生，何淑通，刘成举，江汉，钟永全，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：新型
国别省市：广西;45