本實用新型專利技術(shù)公開了一種具有仿生學(xué)尾部結(jié)構(gòu)的二輪平衡車，屬于自動控制技術(shù)領(lǐng)域。該裝置將仿生學(xué)原理運用到現(xiàn)代生活當(dāng)中、從動物運動中尾巴對于自身平衡的重大意義抽象出機械尾巴并利用機械尾巴調(diào)控自動控制系統(tǒng)從而提升系統(tǒng)整體穩(wěn)定性，以達到具有仿生學(xué)尾部結(jié)構(gòu)的二輪平衡車在極限條件下的調(diào)節(jié)與控制，并能大大縮短系統(tǒng)恢復(fù)平衡狀態(tài)所需要的響應(yīng)時間。本裝置的實現(xiàn)是通過安裝在二輪平衡車后部的利用仿生學(xué)原理的機械尾部結(jié)構(gòu)通過上下左右運動保持機體平衡，同時二輪平衡車本身也通過控制雙輪獨立轉(zhuǎn)動(速度、方向)來合作控制平衡，這樣的設(shè)計克服二輪平衡車本身自動平衡但其所存在明顯缺點，另外還顯現(xiàn)了其他二輪車平臺不能或者難以實現(xiàn)的功能。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本技術(shù)屬于自動控制
，具體涉及一種具有仿生學(xué)尾部結(jié)構(gòu)的二輪平衡車。
技術(shù)介紹
傳統(tǒng)二輪平衡車能通過雙輪運動調(diào)節(jié)自身平衡以保持直立體態(tài)，可以用作運輸載具或者應(yīng)用某些需要在狹小空間作業(yè)的機器人，二輪車相對于傳統(tǒng)的四輪車具有很大的優(yōu)勢。首先二輪車的靈活度要更高，自由度要更多。它能夠?qū)崿F(xiàn)很多傳統(tǒng)的四輪車無法實現(xiàn)的各種動作，如原地打轉(zhuǎn)。因此二輪車更適合在擁擠的環(huán)境中運動。其次二輪車所占空間更小，更加小巧輕便，這使得它更適合在城市中作為個人代步工具。由于二輪車比四輪車少了許多結(jié)構(gòu)，因此制造成本要相對少很多。二輪平衡車能實現(xiàn)自動平衡，其在脫離地面以及未脫離地面但經(jīng)受外力作用的情況下，難以實現(xiàn)自身直立狀態(tài)或者不能在期望時間內(nèi)回復(fù)直立狀態(tài)。而本技術(shù)中敘述的帶有尾部結(jié)構(gòu)的二輪平衡車能有效的解決這個問題，仿生尾部結(jié)構(gòu)的加入使得平衡車整體系統(tǒng)魯棒性以及可控性大大提高。帶有仿生學(xué)尾巴的二輪平衡車在商業(yè)、科研等諸多領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。比如:在二輪平衡車廣泛應(yīng)用的無人操控載具方面，本研究項目成果可以直接提高載具穩(wěn)定性從而提高乘客的乘坐體驗；又如，在災(zāi)后救災(zāi)場景中，本項目成果可以有效提高探測器靈活性，原本二輪平衡車需要更多移動空間來維持平衡，而本成果可以通過控制體積較小的尾部來達到同樣的效果；還有，本項目研制的平衡車可以在無人探測方面具有良好應(yīng)用，二輪車需要前后移動來保持平衡的場景中，本項目成果可以通過調(diào)節(jié)尾部來最小化移動范圍來保證視頻視場的穩(wěn)定性。對于仿生尾部，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了許多利用類似尾結(jié)構(gòu)的機器人或載具系統(tǒng)，這些工作都展示出類似尾結(jié)構(gòu)對整機平衡性有很大貢獻，往往能大幅提高系統(tǒng)的穩(wěn)定能力，比如加州大學(xué)伯克利分校Thomas Libby曾研究了四輪車在空中運動時尾巴的運動情況對車體平衡及落地狀態(tài)的影響(Nature 481, 181 - 184(12 January 2012))，然而目前卻沒有出現(xiàn)過類似本技術(shù)中敘述的帶有仿生尾部的二輪平衡車。而本技術(shù)中所述的仿生尾部結(jié)構(gòu)被應(yīng)用于二輪平衡車上之后展示出良好的平衡性能、大幅提高了整機系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此具有深遠的應(yīng)用前景。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本技術(shù)的目的是提供一種具有仿生學(xué)尾部結(jié)構(gòu)的能調(diào)節(jié)自身平衡性的二輪平衡車。本技術(shù)解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:—種具有仿生學(xué)尾部結(jié)構(gòu)的二輪平衡車，由平衡車車體1和機械尾巴2組成，其中，機械尾巴2在平衡車車體1的上方后部，機械尾巴2有兩個地方與平衡車車體1相連接，在下面介紹機械尾巴組成部件時機械尾巴2和平衡車1的連接方式會給出，機械尾巴2由尾部結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)組成，控制系統(tǒng)由控制尾巴水平方向運動的第一控制系統(tǒng)和控制尾巴豎直方向運動的第二控制系統(tǒng)組成。第一控制系統(tǒng)為皮帶傳動，由小齒輪控制部分3、皮帶4、大齒輪控制部分5組成，小齒輪控制部分3中的小齒輪6通過皮帶4與大齒輪控制部分中的大齒輪7連接。小齒輪控制部分由小齒輪6、電機8、第一碼盤9、第一光電編碼器10、自攻螺絲11組成。電機8是直流減速電機，材質(zhì)是塑料外殼。自攻螺絲11的頭部直徑大于小齒輪6中間圓孔的孔徑，將自攻螺絲11從小齒輪中間穿過，再將自攻螺絲11從第一碼盤9中間穿過，再將自攻螺絲11桿部末端攻入電機8的軸中，這樣電機8可以帶動小齒輪6及第一碼盤9同步轉(zhuǎn)動，將電機8用適當(dāng)長度的銅柱固定在下層亞格力支架12上，適當(dāng)長度的意思是選擇適當(dāng)長度的銅柱固定后使得小齒輪6和大齒輪7在同一水平面上，將光電編碼器10的凹形槽夾在第一碼盤9的兩側(cè)，光電編碼器10的固定端用AB膠固定在下層亞格力支架12，大齒輪控制部分5由大齒輪7、軸承13、法蘭盤14、螺栓15、螺母16組成，大齒輪7在下層亞格力支架12的上面，法蘭盤14在下層亞格力支架12的下面，在下層亞格力支架12的相應(yīng)位置打與軸承13軸部大小相同的圓，將軸承放入其中在相對于大齒輪7的另一側(cè)用法蘭盤14將軸承13固定在下層亞格力支架12上，將螺栓15的頭部在下，自下而上的從軸承13中心孔中穿過，將大齒輪7穿入螺栓15中，在其上用螺母16固定。適當(dāng)長度的螺栓15是螺栓15的長度足夠穿上大齒7輪和擰上螺母16即可，大齒輪7即通過軸承13、法蘭盤14固定在下層亞格力支架12，大齒輪7可以繞螺栓15自由轉(zhuǎn)動。第二控制系統(tǒng)由拉繩電機17、第二碼盤18、第二光電編碼器19、繩子20、滑輪21、滑輪支架22、第一長螺栓23、尾部平臺24構(gòu)成，繩子20選用魚線，尾部平臺24固定在大齒輪7上，在尾部平臺中上部鉆有與螺栓15相同孔徑的孔，在螺母16上放上孔徑相同的墊片，將尾部平臺穿到螺栓15上，并用螺母將其固定好?；喼Ъ?2由凹形槽25和和第二長螺栓26組成，凹形槽25和和第二長螺栓26已經(jīng)通過電焊焊接成一整體，凹形槽25兩側(cè)面鉆有與第一長螺栓23孔徑相同的孔，將滑輪21放入凹形槽25的凹槽內(nèi)，用第一長螺栓23同時穿過凹形槽25兩側(cè)面與滑輪21，在凹形槽25兩側(cè)面外用螺母將其固定，在尾部平臺正中間鉆有與第二長螺栓26相同孔徑的孔，將第二長螺栓26穿過尾部平臺24兩側(cè)用螺母將其固定。將拉繩電機17用適當(dāng)長度的銅柱固定在尾部平臺24上部，使其一側(cè)軸與尾部平臺中上部鉆有的與螺栓15相同孔徑的孔和尾部平臺正中間鉆有與第二長螺栓26相同孔徑的孔在同一直線上，將這側(cè)的軸纏有繩子20，用自攻螺絲將第二碼盤18與另一側(cè)軸固定，使得第二碼盤18與拉繩電機17同軸轉(zhuǎn)動，將第二光電編碼器19的凹形槽夾在第二碼盤18的兩側(cè)，第二光電編碼器19的固定端用AB膠固定在尾部平臺24上，將繩子的從尾部結(jié)構(gòu)的尾下部底板27的兩孔穿過，選取可以使合頁成120度角為繩子20的最大長度，將距離繩子兩頭相同位置處將兩個繩子打結(jié)，將繩子頭從拉繩電機17軸的中心孔穿入，沿軸繞半軸打結(jié)，最終繩子20可以隨約拉繩電機17軸的轉(zhuǎn)動使繩子20伸長或縮短，繩子20通過定滑輪作用在尾部結(jié)構(gòu)上。尾部結(jié)構(gòu)由合頁29連接尾上部底板28、尾下部底板27構(gòu)成，尾下部底板7與繩子20相連，尾上部底板28與尾部平臺24通過鋁制轉(zhuǎn)接件31死固相連，同時在尾上部底板28與尾下部底板27之間用可以自由轉(zhuǎn)動的合頁29連接，彈簧30 —端固定在尾上部底板28靠近尾下部底板27端末端，另一端固定在尾下部底板27靠近尾上部底板28端末端，并固定在尾下部底板27與尾上部底板28所成平面的背面(靠近機身面)，在仿生尾部結(jié)構(gòu)舒展開時(即尾上部底板28與尾下部底板27在同一條直線上時)彈簧處于完全放松狀態(tài)，于是當(dāng)仿生尾部受到繩子20的拉力大于彈簧的應(yīng)力時仿生尾部結(jié)構(gòu)卷曲(即尾上部底板28與尾下部底板27所成角度小于180度)、而當(dāng)繩子20的拉力小于彈簧的應(yīng)力時仿生尾部結(jié)構(gòu)舒張(即尾上部底板28與尾下部底板27所成角度向恢復(fù)180度彎曲)以此來控制仿生尾部結(jié)構(gòu)豎直方向上下運動(此處上下運動是指仿生尾部結(jié)構(gòu)末端上下運動)；當(dāng)二輪平衡車平衡的在地面運動時，尾上部底板28和尾下部底板27的總長小于尾部平臺24到地面的距離，且尾上部底板28的長度小于尾下部底板27的長度。平衡車車體1由上層車體32、下層車體33組成。上層車體32與下層車體33用銅柱34連接，上層車體由上層亞格力支架35、本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種具有仿生學(xué)尾部結(jié)構(gòu)的二輪平衡車，由平衡車車體(1)和機械尾巴(2)組成，其中，機械尾巴(2)在平衡車車體(1)的上方后部，機械尾巴(2)由尾部結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)組成，控制系統(tǒng)由控制尾巴水平方向運動的第一控制系統(tǒng)和控制尾巴豎直方向運動的第二控制系統(tǒng)組成；其特征在于，第一控制系統(tǒng)為皮帶傳動，由小齒輪控制部分(3)、皮帶(4)、大齒輪控制部分(5)組成，小齒輪(6)通過皮帶(4)與大齒輪(7)連接；小齒輪控制部分(3)由小齒輪(6)、電機(8)、第一碼盤(9)及第一光電編碼器(10)組成；將電機(8)和光電編碼器(10)分別固定在下層亞格力支架(12)的一端上面，光電編碼器(10)固定在電機(8)和小齒輪(6)之間，將光電編碼器(10)的凹形槽夾在第一碼盤(9)的兩側(cè)；大齒輪控制部分(5)由大齒輪(7)、軸承(13)及法蘭盤(14)組成，大齒輪(7)在下層亞格力支架(12)的另一端上面，法蘭盤(14)在下層亞格力支架(12)的下面，用法蘭盤(14)將軸承(13)固定在下層亞格力支架(12)上，大齒輪(7)即通過軸承(13)、法蘭盤(14)固定在下層亞格力支架(12)上；第二控制系統(tǒng)由拉繩電機(17)、第二碼盤(18)、第二光電編碼器(19)、繩子(20)、滑輪(21)、滑輪支架(22)、第一長螺栓(23)及尾部平臺(24)構(gòu)成，尾部平臺(24)固定在大齒輪(7)上，滑輪支架(22)由凹形槽(25)和和第二長螺栓(26)組成，滑輪(21)固定在凹形槽(25)上，第二長螺栓(26)固定在尾部平臺(24)上，將拉繩電機(17)固定在尾部平臺(24)上部，使其纏有繩子(20)的一側(cè)軸、第二長螺栓(26)及螺栓(15)在同一平面內(nèi)，將第二碼盤(18)與拉繩電機(17)另一側(cè)軸固定，使得第二碼盤(18)與拉繩電機(17)同軸轉(zhuǎn)動，將第二光電編碼器(19)的凹形槽夾在第二碼盤(18)的兩側(cè)，第二光電編碼器(19)固定在尾部平臺(24)上，將繩子另一端繞過滑輪(21)后連接尾下部底板(27)；尾部結(jié)構(gòu)由合頁(29)連接尾上部底板(28)、尾下部底板(27)構(gòu)成，尾上部底板(28)與尾部平臺(24)相連，彈簧(30)固定在尾上部底板(28)和尾下部底板(27)的兩端。...
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：田美靜，李爍輝，吳章鵬，
申請(專利權(quán))人：吉林大學(xué)，
類型：新型
國別省市：吉林;22
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