球上自平衡移動機器人平臺支架的製作方法

2023-10-09 21:18:09 2

本發明涉及一種能使移動機器人在單個球體上完成自平衡的平臺支架，尤其是能使移動機器人通過該平臺支架驅動球形驅動輪，全方位的進行移動。

背景技術：

目前，公知的球上自平衡移動機器人實驗平臺支架是由PVB塑料板、三個步進電機、QL萬向輪通過螺絲螺母連接拼裝而成的。平臺支架由三塊圓形的PVB塑料板組成整體框架，每塊PVB塑料板通過在其圓周邊上均勻分布的四根豎直架起的長螺絲與其他圓形PVB塑料板相連，第一層的上方不放置任何物體，第二層一般用來放置移動機器人的控制器、傳感器和步進電機驅動等，第三層一般用來放置電池等，第三層的下方固定互成120度角的步進電機，步進電機軸上直接連接QL萬向輪。但是，通過慣性測量單元等傳感器反饋回來的信號需要驅動三個步進電機，驅動的步進電機個數較多；三個步進電機的驅動信號耦合性強，較為複雜；三個步進電機的驅動器所佔體積比較大，互成120度角的步進電機安裝不方便。這些都是不利於實現移動機器人在單個球體上完成自平衡的相關因素。

技術實現要素：

為了克服現有的球上自平衡移動機器人平臺支架的步進電機驅動信號複雜、步進電機個數多、步進電機驅動器佔用體積大和三個步進電機安裝不便的不足，本發明提供一種新結構的球上自平衡移動機器人平臺支架，該支架不僅減少了電機數量，電機驅動信號變得更為簡單，同時將步進電機換成了更容易驅動的直流伺服電機，減小了電機驅動器的體積，使球上自平衡移動機器人更容易驅動球形驅動輪，全方位的進行移動。

為了達到上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明是一種球上自平衡移動機器人平臺支架，包括第一PVB塑料板、第二PVB塑料板和第三PVB塑料板，第一PVB塑料板與第二PVB塑料板之間通過設置在第一PVB塑料板與第二PVB塑料板的圓周邊上均勻分布的四根豎直架起的第一長螺絲進行連接，第二PVB塑料板與第三PVB塑料板之間通過設置在第二PVB塑料板與第三PVB塑料板的圓周邊上均勻分布的四根豎直架起的第二長螺絲進行連接，在第三PVB塑料板的下方通過第一L連接件安裝有第一直流伺服電機，第一直流伺服電機的軸上連接第一QL萬向輪，在第三PVB塑料板下方、與第一直流伺服電機垂直的方向上通過第二L連接件安裝有第二直流伺服電機，第二直流伺服電機的軸上連接第二QL萬向輪，在第一直流伺服電機與第二直流伺服電機的對稱的軸線上安裝有小型萬向輪，第一QL萬向輪與第二QL萬向輪與驅動球的球心在同一直線上。

本發明的進一步改進在於：第一直流伺服電機與第二直流伺服電機互成90度夾角。

本發明的進一步改進在於：第一QL萬向輪的輪胎面的軸線位於第三PVB塑料板的對稱軸上。

本發明的進一步改進在於：第二QL萬向輪的輪胎面的軸線位於第三PVB塑料板的對稱軸上。

本發明的進一步改進在於：第一PVB塑料板、第二PVB塑料板和第三PVB塑料板均為圓形。

本發明的有益效果是：本發明自平衡移動機器人平臺支架是由三個PVB塑料板、兩個直流伺服電機、兩個QL萬向輪通過螺絲螺母連接拼裝而成的，將原有的步進電機改為使用直流伺服電機，且將原來的三個電機修改為兩個電機，平臺支架由三塊圓形的PVB塑料板組成整體框架，每塊PVB塑料板通過在其圓周邊上均勻分布的四根豎直架起的長螺絲與其他圓形PVB塑料板相連，第一層的上方不放置任何物體，第二層一般用來放置移動機器人的控制器、傳感器和直流伺服電機驅動等，第三層一般用來放置電池等，第三層的下方通過改變電機的布局，更換電機的種類，減少電機的數量，固定兩個互成90度角的直流伺服電機，將控制動力解分為X軸、Y軸兩個方向，符合該類移動機器人的動力學建模，即分為X軸、Y軸兩個方向上的倒立擺模型，直流伺服電機軸上直接連接QL萬向輪，同時在兩個電機的對稱的軸線上安裝一個較小的萬向輪，用來支撐球上的平臺支架，更好地實現移動機器人的球上平衡和控制。

本發明結構簡單，設計合理新穎，球上自平衡移動機器人通過該平臺支架，電機安裝更方便，電機驅動信號相對簡單，更容易驅動球形驅動輪，全方位的進行移動。

附圖說明

圖1 是本發明的結構示意圖。

圖2 是本發明第三PVB塑料板連接電機的主視圖。

圖3 是本發明第三PVB塑料板連接電機的仰視圖。

圖4 是本發明平臺支架與驅動球相配合的結構示意圖。

其中：2-第二長螺絲，3-第一L連接件，4-第一直流伺服電機，5-第一QL萬向輪，6-小型萬向輪，7-驅動球，8-第一PVB塑料板，9-第二PVB塑料板，10-第三PVB塑料板，11-第二L連接件，12-第二直流伺服電機，13-第二QL萬向輪，14-第一長螺絲。

具體實施方式

為了加深對本發明的理解，下面將結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細描述，該實施例僅用於解釋本發明，並不對本發明的保護範圍構成限定。

如圖1-4所示，本發明是一種球上自平衡移動機器人平臺支架，包括第一PVB塑料板8、第二PVB塑料板9和第三PVB塑料板10，所述第一PVB塑料板8、第二PVB塑料板9和第三PVB塑料板10均為圓形，第一PVB塑料板8上不放置任何物體，第二PVB塑料板9上一般用來放置移動機器人的控制器、傳感器和直流伺服電機驅動等，第三PVB塑料板10一般用來放置電池等，所述第一PVB塑料板8與所述第二PVB塑料板9之間通過設置在所述第一PVB塑料板8與所述第二PVB塑料板9的圓周邊上均勻分布的四根豎直架起的第一長螺絲14進行連接，所述第二PVB塑料板9與所述第三PVB塑料板10之間通過設置在所述第二PVB塑料板9與所述第三PVB塑料板10的圓周邊上均勻分布的四根豎直架起的第二長螺絲2進行連接，也就是說，每塊PVB塑料板通過在其圓周邊上均勻分布的四根豎直架起的長螺絲與其他圓形PVB塑料板相連，在所述第三PVB塑料板10的下方通過第一L連接件3安裝第一直流伺服電機4，所述第一直流伺服電機4的軸上連接第一QL萬向輪5，在所述第三PVB塑料板10下方、與所述第一直流伺服電機4垂直的方向上通過第二L連接件11安裝有第二直流伺服電機12，也就是說所述第一直流伺服電機4與所述第二直流伺服電機12互成90度夾角，所述第二直流伺服電機12的軸上連接第二QL萬向輪13，第三PVB塑料板10的下方通過改變電機的布局，更換電機的種類，減少電機的數量，固定兩個互成90度角的直流伺服電機，將控制動力分解為X軸、Y軸兩個方向，符合該類移動機器人的動力學建模，即分為X軸、Y軸兩個方向上的倒立擺模型，在所述第一直流伺服電機4與所述第二直流伺服電機12的對稱的軸線上安裝有小型萬向輪6，用來支撐球上的平臺支架，更好地實現移動機器人的球上平衡和控制，所述第一QL萬向輪5與所述第二QL萬向輪13與驅動球7的球心在同一直線上，所述第一QL萬向輪5的輪胎面的軸線位於所述第三PVB塑料板10的對稱軸上，所述第二QL萬向輪13的輪胎面的軸線位於所述第三PVB塑料板10的對稱軸上。

本發明自平衡移動機器人平臺支架是由三個PVB塑料板、兩個直流伺服電機、兩個QL萬向輪通過螺絲螺母連接拼裝而成的，平臺支架由三塊圓形的PVB塑料板組成整體框架，每塊PVB塑料板通過在其圓周邊上均勻分布的四根豎直架起的長螺絲與其他圓形PVB塑料板相連，第一層的上方不放置任何物體，第二層一般用來放置移動機器人的控制器、傳感器和直流伺服電機驅動等，第三層一般用來放置電池等，第三層的下方通過改變電機的布局，更換電機的種類，減少電機的數量，固定兩個互成90度角的直流伺服電機，將控制動力分解為X軸、Y軸兩個方向，符合該類移動機器人的動力學建模，即分為X軸、Y軸兩個方向上的倒立擺模型，直流伺服電機軸上直接連接QL萬向輪，同時在兩個電機的對稱的軸線上安裝一個較小的萬向輪，用來支撐球上的平臺支架，更好地實現移動機器人的球上平衡和控制。

本發明結構簡單，設計合理新穎，球上自平衡移動機器人通過該平臺支架，電機安裝更方便，電機驅動信號相對簡單，更容易驅動球形驅動輪，全方位的進行移動。