一种平衡姿态控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种平衡姿态控制装置，包括有外框架和内框架，所述外框架和内框架均为方形框架，外框架中设置有左右对称的内框架，并在两个内框架之间设置有支撑板，内框架通过轴承连接在外框架上，并在轴承的一端连接有步进电机；在内框架中设置有水平的动量轮，动量轮通过轴承上的固定螺丝与内框架连接，内框架的上端通过电机固定座安装有无刷直流电机，无刷直流电机通过轴承连接动量轮，内框架的下端安装有编码器，编码器通过轴承与动量轮连接，在电机固定座上设置有陀螺仪；通过设置有外框架和内框架来驱动两个动量轮，两个动量轮共同产生的角动量可以调节装置的姿态，用此种方法可以使装置保持平衡，并验证平衡装置是否可行。否可行。否可行。

【技术实现步骤摘要】
一种平衡姿态控制装置


[0001]本技术涉及动态自平衡
，尤其涉及一种平衡姿态控制装置。

技术介绍

[0002]平衡装置是用于两轮电动自行车，或者其它领域中，需要自平衡的系统需要所设计的，它能够让两轮电动自行车或某些系统，保持水平状态，不会发生倾斜。自平衡装置的设计需要考虑质心、重心、型心、载重量、功率等问题，测试平台就是为了能够方便的调试自平衡装置而设计。测试平台可以调节整车的质心、重心、行心，也可以增加、减少负载重量等。
[0003]自平衡装置的控制系统要考虑整车系统在改变质心、重心、行心的情况下的电机驱动控制，在改变载重量的情况下，也会影响整车的质心、重心、行心，需要对电机驱动力进行调整控制。测试平台可以获得质心、重心、行心、载重量改变情况下的电机转速、输出功率、耗电量等数据，是电机控制算法设计的必要条件。
[0004]但是现有的自平衡装置比较复杂，且造价成本过高，自平衡装置在使用过程中还需要辅助设备进行校准并验证是否可行，目前还为出现此种校准并验证是否可行的辅助设备，因此，解决这一类的问题显得尤为重要

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本技术提供了一种平衡姿态控制装置，通过设置有外框架和内框架来驱动两个动量轮，两个动量轮共同产生的角动量可以调节装置的姿态，用此种方法可以使装置保持平衡，并验证平衡装置是否可行。
[0006]为了实现上述技术方案，本技术提供了一种平衡姿态控制装置，包括有外框架和内框架，所述外框架和内框架均为方形框架，所述外框架中设置有左右对称的内框架，并在两个内框架之间设置有支撑板，所述内框架通过轴承连接在外框架上，并在轴承的一端连接有步进电机；在所述内框架中设置有水平的动量轮，所述动量轮通过轴承上的固定螺丝与内框架连接，所述内框架的上端通过电机固定座安装有无刷直流电机，所述无刷直流电机通过轴承连接动量轮，所述内框架的下端安装有编码器，所述编码器通过轴承与动量轮连接，在所述电机固定座上设置有陀螺仪。
[0007]进一步改进在于：所述外框架的前后两侧均设置有安装孔，通过在安装孔上安装有轴承来将外框架与测试平台相连接。
[0008]进一步改进在于：包括有控制单元，所述控制单元采用STM32主控芯片，由所述控制单元读取和解析陀螺仪的数据，并发出相应的指令给电机控制模块，由电机控制模块控制无刷直流电机的驱动器和步进电机的驱动器，驱动器读取指令并控制无刷直流电机和步进电机运动。
[0009]进一步改进在于：所述电机控制模块采用ESP32芯片。
[0010]进一步改进在于：两个步进电机分别位于外框架的左右两侧，所述步进电机通过
轴连器与内框架的轴承连接。
[0011]进一步改进在于：所述陀螺仪采用JY62传感器，用来读取两个动量轮偏转的角度和装置整体偏转的角度。
[0012]本技术的有益效果是：本技术STM32芯片为主控核心，通过读取和解析陀螺仪的数据，发出相应的指令控制给无刷直流电机驱动器和步进电机驱动器，驱动器读取指令并控制电机；无刷直流电机和步进电机驱动动量轮，两个动量轮共同产生的角动量可以调节装置的姿态，用此种方法可以使装置保持平衡。
附图说明
[0013]图1为本技术的结构图。
[0014]图2为本技术的内框架的结构图。
[0015]图3为本技术的控制流程图。
[0016]其中：1、外框架；2、内框架；3、支撑板；4、步进电机；5、动量轮；6、电机固定座；7、无刷直流电机；8、编码器；9、陀螺仪；10、安装孔；11、轴连器。
具体实施方式
[0017]为了加深对本技术的理解，下面将结合实施例对本技术做进一步详述，本实施例仅用于解释本技术，并不构成对本技术保护范围的限定。
[0018]根据图1、2所示，本实施例提供了一种平衡姿态控制装置，包括有外框架1和内框架2，所述外框架1和内框架2均为方形框架，所述外框架1中设置有左右对称的内框架2，并在两个内框架2之间设置有支撑板3，所述内框架2通过轴承连接在外框架1上，并在轴承的一端连接有步进电机4；在所述内框架2中设置有水平的动量轮5，所述动量轮5通过轴承上的固定螺丝与内框架2连接，所述内框架2的上端通过电机固定座6安装有无刷直流电机7，所述无刷直流电机7通过轴承连接动量轮5，所述内框架2的下端安装有编码器8，所述编码器8通过轴承与动量轮5连接，在所述电机固定座6上还设置有陀螺仪9。
[0019]在本实施例中，所述外框架1的前后两侧均设置有安装孔10，通过在安装孔10上安装有轴承来将外框架与测试平台相连接。
[0020]在本实施例中，包括有控制单元，所述控制单元采用STM32主控芯片，由所述控制单元读取和解析陀螺仪的数据，并发出相应的指令给电机控制模块，由电机控制模块控制无刷直流电机的驱动器和步进电机的驱动器，驱动器读取指令并控制无刷直流电机和步进电机运动。
[0021]STM32主控芯片基于ARM Cortex
‑
M3内核的32位微控制器，它具有功耗低、可配置性强、丰富的外围设备和片上资源等优点，系统使用Stm32作为主控单元，可以在较低功耗下高效的处理系统产生的数据，并根据数据作出相应的指令。
[0022]无刷直流电机克服了有刷直流电机的先天性缺陷，以电子换向器取代了机械换向器，所以无刷直流电机既具有直流电机良好的调速性能等特点，又具有交流电机结构简单、无换向火花、运行可靠和易于维护等优点。装置采用的两个无刷直流电机位于内框架的下部，主要用来驱动直流电机的旋转。
[0023]步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。每输入一个
脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。为了保持装置质量分布均匀，两个步进电机分别位于外框架的左右两侧。通过轴连器与内框架的伸出轴相连，驱动动量轮的偏转。
[0024]在本实施例中，所述电机控制模块采用ESP32芯片。
[0025]ESP32芯片是基于RISC
‑
V物联网嵌入式芯片。其具有性能稳定，高级晨读，超低功耗等优点。电机控制模块使用ESP32作为无刷直流电机和步进电机控制芯片。
[0026]在本实施例中，两个步进电机分别位于外框架的左右两侧，所述步进电机通过轴连器与内框架的轴承连接。
[0027]在本实施例中，所述陀螺仪采用JY62传感器，用来读取两个动量轮偏转的角度和装置整体偏转的角度。
[0028]JY6传感器内部集成了MPU6050模块，并对数据进行卡尔曼滤波后，通过USART协议输出。具有分辨率高，反应速度快，经度高等特点。本实施例使用了两个JY62传感器，分别安装在两个内框架的上部，用来读取两个动量轮偏转的角度和装置整体偏转的角度。
[0029]在本实施例中，动量轮主要包括前后两个动量轮，前后两个动量轮通过轴承本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种平衡姿态控制装置，包括有外框架(1)和内框架(2)，所述外框架(1)和内框架(2)均为方形框架，其特征在于：所述外框架(1)中设置有左右对称的内框架(2)，并在两个内框架(2)之间设置有支撑板(3)，所述内框架(2)通过轴承连接在外框架(1)上，并在轴承的一端连接有步进电机(4)；在所述内框架(2)中设置有水平的动量轮(5)，所述动量轮(5)通过轴承上的固定螺丝与内框架(2)连接，所述内框架(2)的上端通过电机固定座(6)安装有无刷直流电机(7)，所述无刷直流电机(7)通过轴承连接动量轮(5)，所述内框架(2)的下端安装有编码器(8)，所述编码器(8)通过轴承与动量轮(5)连接，在所述电机固定座(6)上还设置有陀螺仪(9)。2.根据权利要求1所述的一种平衡姿态控制装置，其特征在于：所述外框架(1)的前后两侧均设置有安装孔(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙明健，陈晓宁，魏来，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：新型
国别省市：