一种移动倒立摆小车装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及科研教学研究用的实验仪器技术领域，更具体地，涉及一种移动倒立摆小车装置，包括控制系统和小车，所述小车包括车体和设置于车体上的摆杆，所述车体包括基板和设于基板上的车轮以及电源，所述车轮包括设于基板前端靠电机驱动的两个主动轮和设于基板后端中心位置的导向轮，所述两个主动轮分别设置在基板左右两侧；所述基板前端还连接有一个从动轮，所述从动轮上连接有测量小车的位移和方向的第一编码器；所述摆杆上连接有用于测量摆杆的角速度的第二编码器，所述摆杆的摆动方向与两个主动轮连线相垂直；所述控制系统设于车体的基板上，用于控制整个车体的运动情况。本实用新型专利技术体积小、重量轻、成本低。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

Mobile inverted pendulum trolley device

The utility model relates to a teaching research experimental instrument technical field, more specifically, relates to a mobile inverted pendulum car device, including control system and vehicle, the vehicle comprises a vehicle body and is arranged on the body of the swing rod, the body comprises a substrate and a substrate and a power wheel, guide wheel the front wheel includes a substrate driven by a motor two driving wheels and a rear substrate center position, the two driving wheels are respectively arranged on both sides of the substrate; the substrate is also connected with a driven wheel, the driven wheel is connected with the first encoder displacement and direction measuring car; the swinging rod is connected with a second encoder for measuring angular velocity of the pendulum rod, the swinging direction of the swinging rod and two wheel line perpendicular to the control system in the car; The substrate is used to control the movement of the whole body. The utility model has the advantages of small size, light weight and low cost.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及科研教学研究用的实验仪器
，更具体地，涉及一种移动倒立摆小车装置。
技术介绍
倒立摆为欠驱动的自然不稳定系统，常用来检测控制理论的有效性，如经典控制理论、鲁棒控制、自适应控制、智能控制等。倒立摆装置是控制理论领域中研究、测试各类新的控制策略常用的实验验证设备，它还是《自动控制原理》和《线性系统理论》教学中常用的教学实验装置。现有的倒立摆多为直线运动倒立摆系统，其中摆杆装在滑动小车上，滑动小车由电机驱动沿直线导轨滑动，以实现摆杆的稳定。由于导轨的设置，使得现有的直线运动倒立摆系统具有体积大、质量重、和成本高的限制。
技术实现思路
本技术解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种成本低、体积小和重量轻的移动倒立摆小车装置。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案如下:一种移动倒立摆小车装置，包括控制系统和小车，所述小车包括车体和设置于车体上的摆杆，所述车体包括基板和设于基板上的车轮以及电源，所述车轮包括设于基板前端靠电机驱动的两个主动轮和设于基板后端中心位置的导向轮，所述两个主动轮分别设置在基板左右两侧；所述基板前端还连接有一个从动轮，所述从动轮上连接有测量小车的位移和方向的第一编码器；所述摆杆上连接有用于测量摆杆的角速度的第二编码器，所述摆杆的摆动方向与两个主动轮连线相垂直；所述控制系统设于车体的基板上，包括控制器和分别与之相连的电机驱动模块、两个鉴相器和电源模块，电机驱动模块与电机连接，两个鉴相器分别和第一编码器和第二编码器连接，所述电源与电源模块连接。本技术的移动倒立摆小车装置，通过简单的小车驱动结构，代替现有的复杂的直线运动驱动结构，实现对小车的驱动，减小了整个装置的体积和重量，同时了降低了成本。另外，通过特别设计的车轮结构，即三轮式的结构，可以实现小车的稳定以及灵活移动。再者，通过将编码器安装于外置的从动轮上，来进行小车位移和方向的测量，避免直接将编码器安装于主动轮时复杂的结构，以及由于主动轮打滑引起的测量数据不准确。因为如果将编码器安装于主动轮上，就需要外加传动部件(例如齿轮、齿轮带)才能实现，结构比较复杂，而且显然这样增大了装置的体积。进一步的，所述从动轮与第一编码器同轴连接，并通过一连杆固定于车体的基板上。这样既便于编码器的安装，还可以能消除因主动轮打滑而导致的测量误差。进一步的，所述摆杆连接在第二编码器的轴上，且第二编码器通过一固定座固定于车体的基板上；第二编码器的轴与两个主动轮的连线相平行。这样易于拆卸和安装，可根据实验要求灵活选用不同长度和重量的摆杆，调整倒立摆小车系统可稳定的控制周期的最大值。进一步的，为保护测量摆杆摆角的第二编码器，所述固定座上连接有摆杆弹性保护片，所述摆杆弹性保护片设于摆杆摆动方向上，在摆杆两侧各设一个摆杆弹性保护片，以限制摆杆的角位移，防止由于摆杆摆角过大对第二编码器造成的损坏。进一步的，所述控制系统还包括无线模块，所述无线模块与控制器连接。无线模块的设置，可以实现与上位机的无线通信，这样就可以从上位机上实时读取和绘制小车和摆杆的位移信号、相应的速度信息及控制力矩等，使得实验过程更加直观。同时，可以实现无线遥控稳定，编码器信息可以无线传输到远程控制器，远程控制器计算控制量后，再无线传输给小车，使倒立摆小车稳定。进一步的，所述无线模块与控制器通过串行接口连接。进一步的，所述第一编码器和第二编码器为三相增量式编码器。进一步的，所述控制系统焊接在一电路板上，所述电路板固定于车体的基板上。这样可以提高整个装置的集成度，进一步缩小了装置的体积和重量。进一步的，所述每个主动轮各通过一个电机驱动。主动轮分别由一个电机驱动，这样提高电机对小车的驱动力。进一步的，所述电机为直流减速电机。因为直流减速电机具有力矩大、噪音低、转速可调、控制方便的特点。与现有技术相比，本技术技术方案的有益效果是:本技术的移动倒立摆小车装置，通过简单的小车驱动结构，代替现有的复杂的直线运动驱动结构，实现对小车的驱动，减小了整个装置的体积和重量，同时了降低了成本。并且通过将控制系统的各个模块焊接于一电路板上，提高了整个装置的集成度，进一步减小了本技术的移动倒立摆小车装置的体积和重量。再者，通过特别设计的车轮结构，即三轮式的结构，可以实现小车的稳定以及灵活移动。另外，通过将编码器安装于外置的从动轮上，来进行小车位移和方向的测量，进一步简化了结构，同时减小了测量误差。本技术通过设置无线模块，可以实现与上位机的无线通信，可以从上位机上实时读取和绘制小车和摆杆的位移信号、相应的速度信息及控制力矩等，同时实现对小车的远程控制。本技术移动倒立摆小车装置的各个子结构之间可快捷拆装，易于组合或者拆开。附图说明图1为本技术实施例的移动倒立摆小车装置结构示意图。图2为本技术实施例的移动倒立摆小车装置的控制系统结构框图。图3为本技术实施例的移动倒立摆小车装置的控制系统电路图。图4为本技术实施例的移动倒立摆小车装置的控制流程图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本技术的技术方案做进一步的说明。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能解释为对本技术的限制。为了便于解释和说明，各个部分和结构的大小，并不代表实际尺寸，有夸大的，有缩小的，附图表示的仅是示意图，而非实物图。为了清楚具体地说明，有些公知功能和结构可能是省略的，对这些结构的说明也省略了。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。在本技术中，除非另有规定或者限定，需要说明的是，术语“安装”、“连接”、“相连”应做广义理解，例如，可以是机械连接或者电连接或者气路连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。实施例1如图1所示为本技术实施例的移动倒立摆小车装置结构示意图，移动倒立摆小车装置，包括控制系统和小车。小车包括车体和设置于车体上的摆杆10。车体包括基板6和设于基板6上的车轮、电源(图中未不出)。车轮包括设于基板6前端的两个主动轮4和设于基板6后端中心位置的一个导向轮11，两个主动轮4分别设置在基板6左右两侧，每个主动轮4各通过一个电机5驱动。基板前端还连接有一个从动轮1，从动轮I与第一编码器3同轴连接，并通过一连杆2固定于车体的基板6上，第一编码器3用于测量小车的位移以及方向。摆杆10上连接有用于测量摆杆10的角速度的第二编码器8，摆杆10直接连接在第二编码器8的轴上，使摆杆可在与该第二编码器8的轴垂直的面内绕轴摆动。同时这样易于拆卸和安装，可灵活选用不同长度和重量的摆杆，调整倒立摆小车装置可稳定的控制周期的最大值。第二编码器8通过一固定座9固定于车体的基板6上。很显然,摆杆10的摆动方向与两个主动轮4连线相垂直，即与小车前后移动的方向相一致，设置的时候，第二编码器8的轴与两个主动轮4的连线相平行。为了限制摆杆10的摆动幅度，防止其摆动太大引起编码器的损坏，固定座9上连接有摆杆弹性保护片7，摆杆弹性保护片7设于摆杆10摆动方向上，在摆杆10两侧各设一个摆杆弹性保护片7。如图1中所示。控制系统(图1中未示出)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种移动倒立摆小车装置，包括控制系统和小车，所述小车包括车体和设置于车体上的摆杆，其特征在于，所述车体包括基板和设于基板上的车轮以及电源，所述车轮包括设于基板前端靠电机驱动的两个主动轮和设于基板后端中心位置的导向轮，所述两个主动轮分别设置在基板左右两侧；所述基板前端还连接有一个从动轮，所述从动轮上连接有第一编码器；所述摆杆上连接有第二编码器，所述摆杆的摆动方向与两个主动轮连线相垂直；所述控制系统设于车体的基板上，包括控制器和分别与之相连的电机驱动模块、两个鉴相器和电源模块，电机驱动模块与电机连接，两个鉴相器分别和第一编码器和第二编码器连接，所述电源与电源模块连接。

【技术特征摘要】
1.一种移动倒立摆小车装置，包括控制系统和小车，所述小车包括车体和设置于车体上的摆杆，其特征在于，所述车体包括基板和设于基板上的车轮以及电源，所述车轮包括设于基板前端靠电机驱动的两个主动轮和设于基板后端中心位置的导向轮，所述两个主动轮分别设置在基板左右两侧；所述基板前端还连接有一个从动轮，所述从动轮上连接有第一编码器；所述摆杆上连接有第二编码器，所述摆杆的摆动方向与两个主动轮连线相垂直；所述控制系统设于车体的基板上，包括控制器和分别与之相连的电机驱动模块、两个鉴相器和电源模块，电机驱动模块与电机连接，两个鉴相器分别和第一编码器和第二编码器连接，所述电源与电源模块连接。2.根据权利要求1所述的移动倒立摆小车装置，其特征在于，所述从动轮与第一编码器同轴连接，并通过一连杆固定于车体的基板上。3.根据权利要求1所述的移动倒立摆小车装置，其特征在于，所述摆杆连接在第二编码器的轴上，且第二编码器通过一固定座固定于车...

【专利技术属性】
技术研发人员：成慧，陈有生，黄永成，
申请(专利权)人：中山大学，香港中文大学，
类型：实用新型
国别省市：