基于Arduino的平衡台系统技术方案

本实用新型专利技术提供基于Arduino的平衡台系统，包括平衡台主体、电阻屏、Arduino控制器、手柄、X轴舵机、Y轴舵机、小球和万向节；所述平衡台主体顶部平面中央通过垂直向上的所述万向节转动连接在正方形的所述电阻屏上；所述电阻屏上放置有小球；所述平衡台主体的底座上分别通过螺栓对称安装有X轴舵机和Y轴舵机；所述平衡台主体的后端处于X轴舵机和Y轴舵机之间固定安装有Arduino控制器；所述X轴舵机和所述Y轴舵机的连接杆的末端通过转轴转动连接在电阻屏的底部平面上。本实用新型专利技术相较于传统的板球系统，该平衡台系统使用了电阻屏作为位置传感器，提高了对于小球控制的精确度与准确性。

Balance Platform System Based on Arduino

【技术实现步骤摘要】
基于Arduino的平衡台系统
本技术属于经典控制理论和现代控制理论
，更具体地说，特别涉及基于Arduino的平衡台系统。
技术介绍
板球系统是杆球系统的二维扩展，其基本原理是通过控制一个球盘的运动来实现球盘上小球的定向轨迹运动和定点镇定控制，而球盘的运动则由X轴和Y轴的两个直流电机驱动，球盘上小球的位置信息可使用摄像头或位置传感器获取。而板球系统的运行状态受多方面因素影响，例如小球的滚动速度、摩擦力的大小、机械耦合的精密程度等，造成了板球系统具有多变量、不确定、非线性、强耦合等特点，使得系统对小球的控制精度和准确性不足，致使小球易脱离平衡台，而现有的光控控制系统具有反应间隙，使得小球的控制难度增加。于是，有鉴于此，针对现有的结构及缺失予以研究改良，提供基于Arduino的平衡台系统，以期达到更具有更加实用价值性的目的。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本技术提供基于Arduino的平衡台系统，以解决现有板球系统的运行状态受多方面因素影响，例如小球的滚动速度、摩擦力的大小、机械耦合的精密程度等，造成了板球系统具有多变量、不确定、非线性、强耦合等特点，使得系统对小球的控制精度和准确性不足，致使小球易脱离平衡台，而现有的光控控制系统具有反应间隙，使得小球的控制难度增加的问题。本技术基于Arduino的平衡台系统的目的与功效，由以下具体技术手段所达成：基于Arduino的平衡台系统，包括平衡台主体、电阻屏、Arduino控制器、手柄、X轴舵机、Y轴舵机、小球和万向节；所述平衡台主体顶部平面中央通过垂直向上的所述万向节转动连接在正方形的所述电阻屏上；所述电阻屏上放置有小球；所述平衡台主体的底座上分别通过螺栓对称安装有X轴舵机和Y轴舵机；所述平衡台主体的后端处于X轴舵机和Y轴舵机之间固定安装有Arduino控制器；所述X轴舵机和所述Y轴舵机的连接杆的末端通过转轴转动连接在电阻屏的底部平面上。进一步的，所述电阻屏中内置有两颗光电池和330Ω电阻一起连接分压电路中，信号输入端分别连接在Arduino控制器的针脚上。进一步的，所述X轴舵机和Y轴舵机的输出端分别连接在Arduino控制器的PWM引脚上。进一步的，所述X轴舵机安装在平衡台主体的前端，而Y轴舵机则安装在平衡台主体的右端，使得所述X轴舵机和所述Y轴舵机恰好呈垂直角度设置。进一步的，所述Arduino控制器的下端通过数据传输线外接有手柄，其手柄通过内置的单片机将操作指令转换成数据发送给Arduino控制器。与现有技术相比，本技术具有如下有益效果：本技术相较于传统的板球系统，该平衡台系统使用了电阻屏作为位置传感器，提高了对于小球控制的精确度与准确性。本技术增加手柄操作功能，大大提高了系统的可控性与灵活性。附图说明图1是本技术的左前方轴视结构示意图。图2是本技术的左后方轴视结构示意图。图3是本技术的各部分结构分离状态结构示意图。图4是本技术的控制系统模块图。图中，部件名称与附图编号的对应关系为：1、平衡台主体；2、电阻屏；3、Arduino控制器；4、手柄；5、X轴舵机；6、Y轴舵机；7、小球；8、万向节。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本技术，但不能用来限制本技术的范围。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。实施例：如附图1至附图4所示：本技术提供基于Arduino的平衡台系统，包括平衡台主体1、电阻屏2、Arduino控制器3、手柄4、X轴舵机5、Y轴舵机6、小球7和万向节8；所述平衡台主体1顶部平面中央通过垂直向上的所述万向节8转动连接在正方形的所述电阻屏2上；所述电阻屏2上放置有小球7；所述平衡台主体1的底座上分别通过螺栓对称安装有X轴舵机5和Y轴舵机6；所述平衡台主体1的后端处于X轴舵机5和Y轴舵机6之间固定安装有Arduino控制器3；所述X轴舵机5和所述Y轴舵机6的连接杆的末端通过转轴转动连接在电阻屏2的底部平面上。其中，所述电阻屏2中内置有两颗光电池和330Ω电阻一起连接分压电路中，信号输入端分别连接在Arduino控制器3的针脚上，使得平衡台系统使用了电阻作为位置传感器，提高了对于小球控制的精确度与准确性。其中，所述X轴舵机5和Y轴舵机6的输出端分别连接在Arduino控制器3的PWM引脚上，使得Arduino控制器3的指令传输相对独立快捷，调节间隙缩短。其中，所述X轴舵机5安装在平衡台主体1的前端，而Y轴舵机6则安装在平衡台主体1的右端，使得所述X轴舵机5和所述Y轴舵机6恰好呈垂直角度设置，可以通过两点调节的方式改变整个电阻屏2的水平位置。其中，所述Arduino控制器3的下端通过数据传输线外接有手柄4，其手柄4通过内置的单片机将操作指令转换成数据发送给Arduino控制器3，增加手柄4的操作功能，大大提高了系统的可控性与灵活性。本实施例的具体使用方式与作用：本技术在使用时，该系统通过电阻屏2实时收集小球7在平衡台主体1上的位置参数，并将参数传给Arduino控制器3基于串级PID算法进行数据处理，再将处理好的数据转换成相应的PWM信号传给X轴舵机5和Y轴舵机6，控制X轴舵机5和Y轴舵机6进行相应的转动，继而带动电阻屏2的运动，最终实现小球7在电阻屏2上的平衡，并且系统还可控制小球7进行指定轨迹的运动，例如三角形、正方形、圆形和“8”字形等；此外，系统除了可以实现自动控制以外，还增加了手柄4，可实现手动操作，其通过手柄4将所进行的操作转换成数据发给Arduino控制器3，由Arduino控制器3进行数据处理并将处理好的数据传给X轴舵机5和Y轴舵机6执行相应指令的动作，控制电阻屏2的运动，当小球7受到干扰后再通过系统的自动控制功能实现小球7的镇定控制。本技术的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本技术限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本技术的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本技术从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于Arduino的平衡台系统，其特征在于：该基于Arduino的平衡台系统包括平衡台主体（1）、电阻屏（2）、Arduino控制器（3）、手柄（4）、X轴舵机（5）、Y轴舵机（6）、小球（7）和万向节（8）；所述平衡台主体（1）顶部平面中央通过垂直向上的所述万向节（8）转动连接在正方形的所述电阻屏（2）上；所述电阻屏（2）上放置有小球（7）；所述平衡台主体（1）的底座上分别通过螺栓对称安装有X轴舵机（5）和Y轴舵机（6）；所述平衡台主体（1）的后端处于X轴舵机（5）和Y轴舵机（6）之间固定安装有Arduino控制器（3）；所述X轴舵机（5）和所述Y轴舵机（6）的连接杆的末端通过转轴转动连接在电阻屏（2）的底部平面上。

【技术特征摘要】
1.基于Arduino的平衡台系统，其特征在于：该基于Arduino的平衡台系统包括平衡台主体（1）、电阻屏（2）、Arduino控制器（3）、手柄（4）、X轴舵机（5）、Y轴舵机（6）、小球（7）和万向节（8）；所述平衡台主体（1）顶部平面中央通过垂直向上的所述万向节（8）转动连接在正方形的所述电阻屏（2）上；所述电阻屏（2）上放置有小球（7）；所述平衡台主体（1）的底座上分别通过螺栓对称安装有X轴舵机（5）和Y轴舵机（6）；所述平衡台主体（1）的后端处于X轴舵机（5）和Y轴舵机（6）之间固定安装有Arduino控制器（3）；所述X轴舵机（5）和所述Y轴舵机（6）的连接杆的末端通过转轴转动连接在电阻屏（2）的底部平面上。2.如权利要求1所述基于Arduino的平衡台系统，其特征在于：所述电阻屏（...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈航涛，田尧，化天怡，赵岚，
申请(专利权)人：同济大学浙江学院，
类型：新型
国别省市：浙江,33