一种自适应稳定平衡的单足机器人制造技术

一种自适应稳定平衡的单足机器人，属于机器人应用领域。是由控制构件与运动构件组成的，运动构件上具有螺旋桨、飞轮、运动控制箱、上拨叉、下拨叉、平衡控制箱、上控制凸台、电磁弹射器、下控制凸台等结构，运动控制箱内部安装有电机，电机可带动飞轮及螺旋桨转动。当需要弹射足够高度时，该装置螺旋桨使整体机器人提供升力提高位置，使探测结果更加准确；在需要稳定降落时，螺旋桨的设计使整体机器人提供很小的升力与重力抗衡，使机器人缓慢降落。

【技术实现步骤摘要】
一种自适应稳定平衡的单足机器人
本专利技术涉及一种自适应稳定平衡的单足机器人，具体地说是采用了特殊结构的机器人，安装上可调整稳定平衡的飞轮的一种机械装置，属于机器人应用领域。
技术介绍
单足自平衡机器人是一种特殊的移动机器人，其本质为自主移动机器人。单足自平衡机器人属于仿生足式机器人，单足自平衡机器人通过模拟生物的弹跳过程来跨越环境中的障碍物，提高了地形适应能力以及活动范围，特别是在星际探索中，那些重力加速度远低于地球的星球，弹跳运动能够适应实际的工作环境并且节省燃料。在灾难救援中，弹跳运动也能够适应实际的工作环境并且工作效率高。相比于轮式机器人，跳跃机器人的灵活性更好，能量应用效率更高，响应性更快。其自身的优势为它在各个方面的应用提供了良好的发展前景。在探测机器人领域，传统机器人的移动平台，基本上都由三个以上的车轮或履带实现的，在静止状态下，有很好的稳定性，但是这些方案只能在低重心移动时具有很好的平衡性，如果机器人的重心偏高或重心突然改变，容易摔倒，例如在刹车时，这严重限制了它的应用领域。且车轮或履带机器人在非正常环境中，车轮或履带容易出现故障且不能快速移动，使得机器人只能降低效率甚至无法正常工作，影响运行可靠性。另外，如果在狭窄的道路中行走，传统的多轮车或履带车如果需要转向，均需要一个合适的转弯半径，给生活带来了极大的不便。虽然双轮平衡系统相对于四轮系统，在体积和适应性方面已经有了很大的进步，但对于灾难救援等环境的可靠性根本问题尚未解决。飞轮倒立摆，即一个质量分布均匀的圆盘，通过电动机的驱动使其获得动量。当机器人向任意一个方向倾斜时，电动机驱动飞轮沿这个方向加速运动，意味着机器人给了飞轮这个方向的力矩，增加动量，飞轮可以给电动机一个反向的力矩，抵消机器人向这个方向的倾斜，保持平衡。
技术实现思路
针对上述的不足，本专利技术提供了一种自适应稳定平衡的单足机器人。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种自适应稳定平衡的单足机器人，是由控制构件与运动构件组成的，所述的控制构件上具有控制主板、传感器、通信模块部分和电源，所述的运动构件上具有螺旋桨、螺旋桨电机、前飞轮、前飞轮电机、左飞轮、左飞轮电机、运动控制箱、上拨叉、下拨叉、平衡控制箱、上控制凸台、电磁弹射器、下控制凸台、螺柱、螺母、弹簧、支架、挡圈、半球底座和电源连接线，所述的运动控制箱在结构上又分为螺旋桨电机安装槽、前飞轮电机安装槽、左飞轮电机安装槽、传感器安装槽、通信模块安装槽和控制主板安装槽，在运动控制箱的内部，安装有螺旋桨电机，在运动控制箱的上表面开有螺旋桨电机安装槽，螺旋桨电机主轴通过螺旋桨电机安装槽伸出，螺旋桨电机上表面与运动控制箱内部上表面齐平，在运动控制箱的内部，同时安装有前飞轮电机和左飞轮电机，在运动控制箱的前表面有前螺旋桨电机安装槽，前飞轮电机主轴通过前飞轮电机安装槽伸出，前飞轮电机上表面与运动控制箱内部前表面齐平，在运动控制箱的左表面有左螺旋桨电机安装槽，左飞轮电机主轴通过左飞轮电机安装槽伸出，左飞轮电机上表面与运动控制箱内部前表面齐平，运动控制箱的右侧表面开有传感器安装槽、通信模块安装槽、控制主板安装槽，传感器安装于传感器安装槽内，通信模块部分安装于通信模块安装槽内，控制主板安装于控制主板安装槽内，螺旋桨安装于螺旋桨电机转轴顶部，前飞轮安装于前飞轮电机转轴顶部，左飞轮安装于左飞轮电机转轴顶部，在运动控制箱的底部开有圆孔，其表面安装有上拨叉，上拨叉的上表面与运动控制箱的底部齐平，且上拨叉的上表面的圆孔与运动控制箱的底部的圆孔对齐，上拨叉的拨叉部分开有连接孔，其拨叉部分安装有平衡控制箱，电源安装于平衡控制箱内，平衡控制箱前后表面开有凸台，凸台卡入上拨叉的连接孔部分，平衡控制箱上表面开有电源连接线连接槽，电源连接线通过电源连接线连接槽连出，通过运动控制箱底部圆孔连入控制主板，平衡控制箱左右表面开有凸台，下拨叉的拨叉部分开有连接孔，凸台卡入下拨叉的拨叉连接孔部分，下拨叉的下表面与上控制凸台的上表面齐平，且下拨叉的下表面的圆孔与上控制凸台的顶部的圆孔对齐，上控制凸台前方通过电源连接线与运动控制箱相连，上控制凸台侧方通过电源连接线与平衡控制箱相连，上控制凸台底面中心开有圆台，电磁弹射器安装于圆台内，电磁弹射器顶部与上控制凸台底面平齐，电磁弹射器顶部电源连接线穿过上控制凸台与平衡控制箱相连，上控制凸台顶面四角开有圆孔，圆孔内安装有螺柱，螺柱穿过下控制凸台，螺柱底部安装有螺母，螺母顶部与下控制凸台下表面平齐，螺柱在上控制凸台下表面与下控制凸台上表面之间安装有弹簧，电磁弹射器底面与下控制凸台下表面平齐，下控制凸台的四角开有倒角，倒角面的中心安装有支架，支架外侧与挡圈平齐，下控制凸台下表面安装有半球底座，半球底座内安装有平衡传感器，平衡传感器通过电源连接线连接到平衡控制箱中。所述的控制主板中，处理器为单片机，型号为atmega328，负责处理电机驱动模块和电磁弹簧系统驱动模块，其型号为tb6612。所述的通信模块部分采用蓝牙通信模块，其型号为HC-05。所述传感器中采用姿态感应芯片，其型号为mpu6050。所述的电源连接线由绞合的方式制成，外部为外护套，内部装有优选的金属丝，金属丝外包裹着绝缘护套，外护套和绝缘护套使电源连接线具有良好的保护性能，使绝缘层不会与水、空气或其他物体接触，避免绝缘受潮和使绝缘层不受机械伤害。所述的上拨叉与运动控制箱通过焊接的方式连接，所述的螺母与下控制凸台通过焊接的方式连接。该专利技术的有益之处是该机器人是依靠自身的平衡系统使其在一个球形轮上平稳站立。与地面只有一个接触点，相比起传统的多轮车，具有更好的灵活性。且该机器人可以无需转向地在任何方向上移动，同时能够避免传统车辆因重心改变而倒下，能够适用于狭窄、拥挤和很多扰动因素的环境，在使用时，将底座放于底面上。当未启动该机器人时，底座与挡圈可将该机器人支撑于地面上，当启动该机器人时，前飞轮和左飞轮启动使该机器人保持直立平衡；当需要弹射时，由于安装有电磁弹射器，当电磁弹射器工作时，安装在螺柱上的弹簧由于解除压缩而自动弹开，从而释放能量使机器人弹起，电磁弹射器可提供初始推力将机器人推离地面，飞轮加速运转调整方向同时保持平衡，避免了转向的麻烦；在机器人顶部安装的螺旋桨一方面具有更容易控制目标跳跃高度的优点，另一方面，在需要稳定降落时，螺旋桨的设计使整体机器人提供很小的升力与重力抗衡，使机器人缓慢降落；当目标跳跃高度过高时，电磁弹射器无法弹跳到预定高度，螺旋桨的设计使整体机器人提供的升力可以使机器人达到目标的高度，从而使机器人到达指定位置，使探测结果更加准确。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为图1中左视图；图3为图1中俯视图；图4为本专利技术除运动控制箱的斜二测视图；图5为本专利技术除运动控制箱的侧视图。图6为本专利技术运动控制箱与上拨叉的底部视图。图7为本专利技术的底部视图。图8为本专利技术上控制凸台的斜二测视图。图9为本专利技术主板中TB6612电机驱动电路图。图10为本专利技术主板中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自适应稳定平衡的单足机器人，是由控制构件与运动构件组成的，其特征在于：所述的控制构件上具有控制主板、传感器、通信模块部分和电源，所述的运动构件上具有螺旋桨、螺旋桨电机、前飞轮、前飞轮电机、左飞轮、左飞轮电机、运动控制箱、上拨叉、下拨叉、平衡控制箱、上控制凸台、电磁弹射器、下控制凸台、螺柱、螺母、弹簧、支架、挡圈、半球底座和电源连接线，所述的运动控制箱在结构上又分为螺旋桨电机安装槽、前飞轮电机安装槽、左飞轮电机安装槽、传感器安装槽、通信模块安装槽和控制主板安装槽，在运动控制箱的内部，安装有螺旋桨电机，在运动控制箱的上表面开有螺旋桨电机安装槽，螺旋桨电机主轴通过螺旋桨电机安装槽伸出，螺旋桨电机上表面与运动控制箱内部上表面齐平，在运动控制箱的内部，同时安装有前飞轮电机和左飞轮电机，在运动控制箱的前表面有前螺旋桨电机安装槽，前飞轮电机主轴通过前飞轮电机安装槽伸出，前飞轮电机上表面与运动控制箱内部前表面齐平，在运动控制箱的左表面有左螺旋桨电机安装槽，左飞轮电机主轴通过左飞轮电机安装槽伸出，左飞轮电机上表面与运动控制箱内部前表面齐平，运动控制箱的右侧表面开有传感器安装槽、通信模块安装槽、控制主板安装槽，传感器安装于传感器安装槽内，通信模块部分安装于通信模块安装槽内，控制主板安装于控制主板安装槽内，螺旋桨安装于螺旋桨电机转轴顶部，前飞轮安装于前飞轮电机转轴顶部，左飞轮安装于左飞轮电机转轴顶部，在运动控制箱的底部开有圆孔，其表面安装有上拨叉，上拨叉的上表面与运动控制箱的底部齐平，且上拨叉的上表面的圆孔与运动控制箱的底部的圆孔对齐，上拨叉的拨叉部分开有连接孔，其拨叉部分安装有平衡控制箱，电源安装于平衡控制箱内，平衡控制箱前后表面开有凸台，凸台卡入上拨叉的连接孔部分，平衡控制箱上表面开有电源连接线连接槽，电源连接线通过电源连接线连接槽连出，通过运动控制箱底部圆孔连入控制主板，平衡控制箱左右表面开有凸台，下拨叉的拨叉部分开有连接孔，凸台卡入下拨叉的拨叉连接孔部分，下拨叉的下表面与上控制凸台的上表面齐平，且下拨叉的下表面的圆孔与上控制凸台的顶部的圆孔对齐，上控制凸台前方通过电源连接线与运动控制箱相连，上控制凸台侧方通过电源连接线与平衡控制箱相连，上控制凸台底面中心开有圆台，电磁弹射器安装于圆台内，电磁弹射器顶部与上控制凸台底面平齐，电磁弹射器顶部电源连接线穿过上控制凸台与平衡控制箱相连，上控制凸台顶面四角开有圆孔，圆孔内安装有螺柱，螺柱穿过下控制凸台，螺柱底部安装有螺母，螺母顶部与下控制凸台下表面平齐，螺柱在上控制凸台下表面与下控制凸台上表面之间安装有弹簧，电磁弹射器底面与下控制凸台下表面平齐，下控制凸台的四角开有倒角，倒角面的中心安装有支架，支架外侧与挡圈平齐，下控制凸台下表面安装有半球底座，半球底座内安装有平衡传感器，平衡传感器通过电源连接线连接到平衡控制箱中。/n...

【技术特征摘要】
1.一种自适应稳定平衡的单足机器人，是由控制构件与运动构件组成的，其特征在于：所述的控制构件上具有控制主板、传感器、通信模块部分和电源，所述的运动构件上具有螺旋桨、螺旋桨电机、前飞轮、前飞轮电机、左飞轮、左飞轮电机、运动控制箱、上拨叉、下拨叉、平衡控制箱、上控制凸台、电磁弹射器、下控制凸台、螺柱、螺母、弹簧、支架、挡圈、半球底座和电源连接线，所述的运动控制箱在结构上又分为螺旋桨电机安装槽、前飞轮电机安装槽、左飞轮电机安装槽、传感器安装槽、通信模块安装槽和控制主板安装槽，在运动控制箱的内部，安装有螺旋桨电机，在运动控制箱的上表面开有螺旋桨电机安装槽，螺旋桨电机主轴通过螺旋桨电机安装槽伸出，螺旋桨电机上表面与运动控制箱内部上表面齐平，在运动控制箱的内部，同时安装有前飞轮电机和左飞轮电机，在运动控制箱的前表面有前螺旋桨电机安装槽，前飞轮电机主轴通过前飞轮电机安装槽伸出，前飞轮电机上表面与运动控制箱内部前表面齐平，在运动控制箱的左表面有左螺旋桨电机安装槽，左飞轮电机主轴通过左飞轮电机安装槽伸出，左飞轮电机上表面与运动控制箱内部前表面齐平，运动控制箱的右侧表面开有传感器安装槽、通信模块安装槽、控制主板安装槽，传感器安装于传感器安装槽内，通信模块部分安装于通信模块安装槽内，控制主板安装于控制主板安装槽内，螺旋桨安装于螺旋桨电机转轴顶部，前飞轮安装于前飞轮电机转轴顶部，左飞轮安装于左飞轮电机转轴顶部，在运动控制箱的底部开有圆孔，其表面安装有上拨叉，上拨叉的上表面与运动控制箱的底部齐平，且上拨叉的上表面的圆孔与运动控制箱的底部的圆孔对齐，上拨叉的拨叉部分开有连接孔，其拨叉部分安装有平衡控制箱，电源安装于平衡控制箱内，平衡控制箱前后表面开有凸台，凸台卡入上拨叉的连接孔部分，平衡控制箱上表面开有电源连接线连接槽，电源连接线通过电源连接线连接槽连出，通过运动控制箱底部圆孔连入控制主板，平衡控制箱左右表面开有凸台，下拨叉的拨叉部分开有连接孔，凸台卡入下拨叉的拨叉连接孔部分，下拨叉的下表面与上控制凸台的上表面齐平，且下拨叉的下表面的圆孔与上控制凸台的顶部的圆孔对齐，上控制凸台前方通过电源连接线与运动控制箱相连，上控制凸台侧方通过电源连接线与平衡控制箱相连，上控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：王锐霖，衣杰，白信锋，岳元建，
申请(专利权)人：山东建筑大学，
类型：发明
国别省市：山东;37