一種具有仿生學(xué)尾部結(jié)構(gòu)的二輪平衡車的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有仿生學(xué)尾部結(jié)構(gòu)的二輪平衡車。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)二輪平衡車能通過雙輪運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)自身平衡以保持直立體態(tài)，可以用作運(yùn)輸載具或者應(yīng)用某些需要在狹小空間作業(yè)的機(jī)器人，二輪車相對(duì)于傳統(tǒng)的四輪車具有很大的優(yōu)勢(shì)。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(wú)法實(shí)現(xiàn)的各種動(dòng)作，如原地打轉(zhuǎn)。因此二輪車更適合在擁擠的環(huán)境中運(yùn)動(dòng)。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(gè)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(duì)少很多。二輪平衡車能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(shí)現(xiàn)自身直立狀態(tài)或者不能在期望時(shí)間內(nèi)回復(fù)直立狀態(tài)。而本發(fā)明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(gè)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(wú)人操控載具方面，本研究項(xiàng)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(yàn)；又如，在災(zāi)后救災(zāi)場(chǎng)景中，本項(xiàng)目成果可以有效提高探測(cè)器靈活性，原本二輪平衡車需要更多移動(dòng)空間來(lái)維持平衡，而本成果可以通過控制體積較小的尾部來(lái)達(dá)到同樣的效果；還有，本項(xiàng)目研制的平衡車可以在無(wú)人探測(cè)方面具有良好應(yīng)用，二輪車需要前后移動(dòng)來(lái)保持平衡的場(chǎng)景中，本項(xiàng)目成果可以通過調(diào)節(jié)尾部來(lái)最小化移動(dòng)范圍來(lái)保證視頻視場(chǎng)的穩(wěn)定性。
[0003]對(duì)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(jī)器人或載具系統(tǒng)，這些工作都展示出類似尾結(jié)構(gòu)對(duì)整機(jī)平衡性有很大貢獻(xiàn)，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(yùn)動(dòng)時(shí)尾巴的運(yùn)動(dòng)情況對(duì)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)過類似本發(fā)明中敘述的帶有仿生尾部的二輪平衡車。而本發(fā)明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(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此具有深遠(yuǎn)的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明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。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:
[0006]—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I和機(jī)械尾巴2組成，其中，機(jī)械尾巴2在平衡車車體I的上方后部，機(jī)械尾巴2有兩個(gè)地方與平衡車車體I相連接，在下面介紹機(jī)械尾巴組成部件時(shí)機(jī)械尾巴2和平衡車I的連接方式會(huì)給出，機(jī)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(yùn)動(dòng)的第一控制系統(tǒng)和控制尾巴豎直方向運(yùn)動(dòng)的第二控制系統(tǒng)組成。
[0007]第一控制系統(tǒng)為皮帶傳動(dòng)，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(jī)8、第一碼盤9、第一光電編碼器10、自攻螺絲11組成。電機(jī)8是直流減速電機(jī)，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(jī)8的軸中，這樣電機(jī)8可以帶動(dòng)小齒輪6及第一碼盤9同步轉(zhuǎn)動(dòng)，將電機(jī)8用適當(dāng)長(zhǎng)度的銅柱固定在下層亞格力支架12上，適當(dāng)長(zhǎng)度的意思是選擇適當(dāng)長(zhǎng)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(duì)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(zhǎng)度的螺栓15是螺栓15的長(zhǎng)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(dòng)。
[0008]第二控制系統(tǒng)由拉繩電機(jī)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(zhǎng)螺栓23、尾部平臺(tái)24構(gòu)成，繩子20選用魚線，尾部平臺(tái)24固定在大齒輪7上，在尾部平臺(tái)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(tái)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(zhǎng)螺栓26組成，凹形槽25和和第二長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)螺栓23同時(shí)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(tái)正中間鉆有與第二長(zhǎng)螺栓26相同孔徑的孔，將第二長(zhǎng)螺栓26穿過尾部平臺(tái)24兩側(cè)用螺母將其固定。將拉繩電機(jī)17用適當(dāng)長(zhǎng)度的銅柱固定在尾部平臺(tái)24上部，使其一側(cè)軸與尾部平臺(tái)中上部鉆有的與螺栓15相同孔徑的孔和尾部平臺(tái)正中間鉆有與第二長(zhǎng)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(jī)17同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，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(tái)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(yè)成120度角為繩子20的最大長(zhǎng)度，將距離繩子兩頭相同位置處將兩個(gè)繩子打結(jié)，將繩子頭從拉繩電機(jī)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(jī)17軸的轉(zhuǎn)動(dòng)使繩子20伸長(zhǎng)或縮短，繩子20通過定滑輪作用在尾部結(jié)構(gòu)上。
[0009]尾部結(jié)構(gòu)由合頁(yè)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(tái)24通過鋁制轉(zhuǎn)接件31死固相連，同時(shí)在尾上部底板28與尾下部底板27之間用可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的合頁(yè)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(jī)身面)，在仿生尾部結(jié)構(gòu)舒展開時(shí)(即尾上部底板28與尾下部底板27在同一條直線上時(shí))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(shí)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(shí)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(lái)控制仿生尾部結(jié)構(gòu)豎直方向上下運(yùn)動(dòng)(此處上下運(yùn)動(dòng)是指仿生尾部結(jié)構(gòu)末端上下運(yùn)動(dòng))；當(dāng)二輪平衡車平衡的在地面運(yùn)動(dòng)時(shí)，尾上部底板28和尾下部底板27的總長(zhǎng)小于尾部平臺(tái)24到地面的距離，且尾上部底板28的長(zhǎng)度小于尾下部底板27的長(zhǎng)度。
[0010]平衡車車體I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、上位機(jī)36、下位機(jī)37組成，上位機(jī)36與下位機(jī)37均用銅柱固定在上層亞格力支架35上面。下層車體33由下層亞格力支架12、第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)38、第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)39、第一固定架40、第一電機(jī)41、第一聯(lián)軸器42、第一輪子43、第二固定架44、第二電機(jī)45、第二聯(lián)軸器46、第二輪子47、電池48、電池支架49、角度傳感器50、角度傳感器支架51組成。第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)38與第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)39用銅柱固定在下層亞格力支架12，第一輪子43通過第一聯(lián)軸器42與第一電機(jī)41相連接，使第一輪子43與第一電機(jī)41同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，第一電機(jī)41通過第一固定架40固定在下層亞格力支架12，第二固定架44、第二電機(jī)45、第二聯(lián)軸器46、第二輪子47的固定方式與第一固定架40、第一電機(jī)41、第一聯(lián)軸器42、第一輪子43完全