仿蹺蹺板平衡原理的走鋼絲裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)，具體為一種能夠在柔性鋼絲繩上行走的仿蹺蹺板平衡原理的走鋼絲裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]走鋼絲機(jī)器人是自然不穩(wěn)定的力學(xué)系統(tǒng)，可依靠帶V型槽的行走輪在剛性與柔性鋼絲上實現(xiàn)平衡控制和前、后運(yùn)動。不同于一般的靜態(tài)平衡機(jī)器人，走鋼絲機(jī)器人具有明顯的動態(tài)平衡特點(diǎn)，并具有明顯的欠驅(qū)動特性。
[0003]走鋼絲機(jī)器人與柔性鋼絲繩之間通過動力學(xué)耦合來實現(xiàn)機(jī)器人的平衡控制和前后運(yùn)動，利用其動態(tài)平衡特性，機(jī)器人不受地形影響，可將它引入復(fù)雜地形環(huán)境，進(jìn)行運(yùn)輸和營救以及對低空環(huán)境的監(jiān)控與探測。
[0004]國內(nèi)外對走鋼絲機(jī)器人機(jī)構(gòu)及其穩(wěn)定平衡控制進(jìn)行了一系列研宄，但大都是通過力矩的調(diào)節(jié)保持機(jī)器人本體的平衡，未見有模仿雜技蹺蹺板平衡表演的機(jī)器人結(jié)構(gòu)。上海交通大學(xué)周春林等的專利《走鋼絲裝置》(申請?zhí)枮镃N02273474.0)申請公布了一種由內(nèi)環(huán)和外環(huán)組成的機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其中內(nèi)環(huán)裝有高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械陀螺，當(dāng)內(nèi)環(huán)相對外環(huán)轉(zhuǎn)動時，機(jī)械陀螺會產(chǎn)生的陀螺力矩來平衡機(jī)器人所受到的傾倒力矩，從而實現(xiàn)機(jī)器人在鋼絲繩上平衡行走。但該專利機(jī)器人沒有考慮鋼絲的柔性對機(jī)器人的平衡影響，未能有效模擬人類或者其他動物在三維空間中平衡的力學(xué)行為.
[0005]北京郵電大學(xué)郭磊等的《基于平衡桿控制的剛?cè)狁詈献咪摻z機(jī)器人》發(fā)明專利(申請?zhí)枮?01110373133.X)，申請公布了一種基于平衡桿控制的剛?cè)狁詈献咪摻z機(jī)器人，通過轉(zhuǎn)動桿轉(zhuǎn)動力矩抵消機(jī)器人重力矩的作用，平動桿產(chǎn)生的質(zhì)心偏移來抵消機(jī)器人的重心偏移，該設(shè)計通過模仿人類調(diào)節(jié)平衡桿的轉(zhuǎn)動和平動來控制自身平衡的走鋼絲力學(xué)行為。另外，該設(shè)計的四桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)會使得機(jī)器人整體質(zhì)心上下運(yùn)動，從而增加平衡控制的復(fù)雜度，并且該設(shè)計的平動和轉(zhuǎn)動之間以固定的關(guān)系耦合在一起，這與實際情況不相符。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]為此，本實用新型提出了一種仿蹺蹺板平衡原理的走鋼絲裝置，其目的在于提高走鋼絲裝置自身調(diào)節(jié)能力，增強(qiáng)對復(fù)雜參數(shù)(如繩子剛度、機(jī)體的轉(zhuǎn)動慣量等)和環(huán)境的適應(yīng)性，降低了系統(tǒng)控制的復(fù)雜度。
[0007]本實用新型仿蹺蹺板平衡原理的走鋼絲裝置，其技術(shù)方案包括行走機(jī)構(gòu)、平衡機(jī)構(gòu)和檢測控制機(jī)構(gòu)，所不同的是所述平衡機(jī)構(gòu)包括上、下基板，上、下基板之間居中設(shè)置單連桿，左、右對稱設(shè)置雙連桿和電動推桿，所述單連桿的上下端、雙連桿的上下端和電動推桿的上下端分別鉸連在上下基板1、2的對應(yīng)位置上；所述行走機(jī)構(gòu)設(shè)于下基板底部，包括前、后居中設(shè)置的帶V型槽的行走輪以及行走輪驅(qū)動組件；所述檢測控制機(jī)構(gòu)包括陀螺儀和運(yùn)動控制器、伺服驅(qū)動器以及電池組，所述陀螺儀于下基板上居中設(shè)置，所述運(yùn)動控制器于上基板或下基板上居中設(shè)置，所述伺服驅(qū)動器和電池組分別于運(yùn)動控制器左、右設(shè)置，左、右電動推桿通過線路分別連接左、右伺服驅(qū)動器，所述行走輪驅(qū)動組件通過線路連接左或右伺服驅(qū)動器。
[0008]上述結(jié)構(gòu)中，所述陀螺儀采集走鋼絲裝置姿態(tài)，將信號反饋給運(yùn)動控制器，在控制程序下處理信號，從而發(fā)出控制指令；所述伺服驅(qū)動器從運(yùn)動控制器接受指令，通過驅(qū)動電動推桿和行走輪驅(qū)動組件，從而控制電動推桿的伸長和收縮運(yùn)動和走鋼絲裝置的前進(jìn)運(yùn)動，實現(xiàn)對走鋼絲裝置的姿態(tài)調(diào)整控制。
[0009]為提高上、下基板之間的相對穩(wěn)定性，所述單連桿采用前、后設(shè)置方式，所述雙連桿采用前、后設(shè)置方式，各電動推桿設(shè)于對應(yīng)的前、后雙連桿之間。
[0010]所述行走輪驅(qū)動組件的一種結(jié)構(gòu)包括行走輪驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)和皮帶輪傳動副，所述皮帶輪傳動副的主動輪安裝于行走輪驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的輸出軸上，皮帶輪傳動副的從動輪與后行走輪同軸安裝，行走輪驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)通過線路連接左或右伺服驅(qū)動器。
[0011]所述電動推桿的一種結(jié)構(gòu)包括套裝的推桿和套筒，所述套筒內(nèi)設(shè)有帶編碼器的推桿伸縮驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)和行星減速器，所述推桿伸縮驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的輸出軸連接行星減速器的輸入軸，所述行星減速器的輸出軸連接絲桿，所述絲桿旋合于推桿內(nèi)部的螺紋孔，推桿伸縮驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)(即絲桿)的正、反旋轉(zhuǎn)可實現(xiàn)推桿于套筒內(nèi)的伸、縮，推桿伸縮驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和加速度和推桿的伸縮速度和加速度相關(guān)。
[0012]本實用新型的有益效果:
[0013]1、本實用新型仿蹺蹺板平衡原理的走鋼絲裝置中，平衡機(jī)構(gòu)的調(diào)整運(yùn)動包括電動推桿的伸縮運(yùn)動，其中，電動推桿的運(yùn)動可以調(diào)節(jié)走鋼絲裝置的質(zhì)心偏移；這部分運(yùn)動模擬了人類或者其他動物蹺蹺板平衡表演時腿部屈伸的力學(xué)行為，從而實現(xiàn)行走裝置在鋼絲上自平衡運(yùn)動。
[0014]2、本實用新型中，通過左、右雙連桿和左、右電動推桿的伸縮配合控制上、下基板運(yùn)動范圍，限制上、下基板之間的相對側(cè)向移動，降低了控制難度。
[0015]3、本實用新型中，電動推桿采用編碼器、推桿伸縮驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)和行星減速器一體化設(shè)計，使其結(jié)構(gòu)更加緊湊，有效利用空間，能夠減小噪聲，增加推力，具有高的伸縮速度，增加了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。
(四)
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型一種實施方式的立體圖(上方側(cè)向俯視)。
[0017]圖2為圖1的下方側(cè)向仰視圖。
[0018]圖3為圖1、圖2中電動推桿的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖號標(biāo)識:1、上基板；2、下基板；3、單連桿；4、雙連桿；5、電動推桿；6、行走輪；7、電池組；8、陀螺儀；9、運(yùn)動控制器；10、伺服驅(qū)動器；11、行走輪驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)；12、推桿；13、套筒；14、編碼器；15、推桿伸縮驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)；16、行星減速器；17、絲桿。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖所示實施方式對本實用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。
[0021]本實用新型仿蹺蹺板平衡原理的走鋼絲裝置主要由行走機(jī)構(gòu)、平衡機(jī)構(gòu)和檢測控制機(jī)構(gòu)組成。
[0022]所述平衡機(jī)構(gòu)包括長方形的上、下基板1、2，上、下基板1、2水平對齊，基板的長度方向設(shè)為左、右向，基板的寬度方向設(shè)為前、后向，上、下基板1、2之間由連桿組件和電動推桿5支撐連接:所述連桿組件由單連桿3和雙連桿4構(gòu)成，四副雙連桿4 (兩桿件相互鉸連)于基板的四角處設(shè)置，各雙連桿4的上、下端分別鉸連(實現(xiàn)左、右方向的轉(zhuǎn)動)在上、下基板1、2的對應(yīng)邊角處；所述電動推桿5左、右豎直設(shè)于上、下基板1、2的長度方向邊緣處，電動推桿5的上、下端分別鉸連(實現(xiàn)左、右方向的轉(zhuǎn)動)