[發(fā)明專(zhuān)利]一種智能自平衡交通機(jī)器人

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210400048.2
• 申請(qǐng)日: 2012-10-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103770873A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳海林
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 仙居縣威隆能動(dòng)力科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): B62K11/00
• 分類(lèi)號(hào): B62K11/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明涉及一種機(jī)器人，特別是一種能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)前后和左右平衡的交通機(jī)器人，屬于可由于代步的交通工具。

背景技術(shù)

自行車(chē)、摩托車(chē)、汽車(chē)等陸地交通工具發(fā)展至今，除了動(dòng)力來(lái)源和材料的應(yīng)用以外，在原理上沒(méi)有更大的突破。自平衡車(chē)，打破了傳統(tǒng)的思維理念，為新交通工具的誕生、發(fā)展和應(yīng)用開(kāi)辟了新的道路。利用重力能源，可以為人們?cè)陉懙厣线M(jìn)行安全、平穩(wěn)、綠色的運(yùn)輸提供更加有效的技術(shù)解決方案。

上個(gè)世紀(jì)末，美國(guó)發(fā)明家狄恩.卡門(mén)(Dean?Kamen)與他的DEKA研發(fā)公司(DEKA?Research?and?Development?Corp.)團(tuán)隊(duì)發(fā)明設(shè)計(jì)了一種電力驅(qū)動(dòng)、具有自我平衡能力的個(gè)人用運(yùn)輸載具，可以讓人們騎著它在都市里面毫無(wú)障礙地移動(dòng)，并稱(chēng)之為“思維車(chē)”。思維車(chē)的發(fā)明構(gòu)思是建立在“動(dòng)態(tài)穩(wěn)定”(DynamicStabilization)的基本原理上，也就是基于車(chē)輛本身的自動(dòng)平衡能力。以?xún)?nèi)置的精密固態(tài)陀螺儀(Solid-StateGyroscopes)來(lái)判斷車(chē)身所處的姿勢(shì)狀態(tài)，透過(guò)精密且高速的中央微處理器計(jì)算出適當(dāng)?shù)闹噶詈螅?qū)動(dòng)馬達(dá)來(lái)做到平衡的效果。

思維車(chē)上的構(gòu)造包括四大主要部件:車(chē)輪和發(fā)動(dòng)機(jī)組、傳感器系統(tǒng)、電腦控制系統(tǒng)和操作員控制系統(tǒng)。主要的傳感器系統(tǒng)是一組陀螺儀，通過(guò)利用陀螺儀具有保持其旋轉(zhuǎn)軸所指的方向不變的特性對(duì)思維車(chē)的姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)地?cái)?shù)據(jù)采集。思維車(chē)裝有3～5個(gè)陀螺儀傳感器，用以完成探測(cè)前、后方向的傾斜度和側(cè)傾程度。由于思維車(chē)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，且需采用多個(gè)陀螺儀，制造成本高，同時(shí)也顯著增加了其軟硬件的維護(hù)的成本。

北京工業(yè)大學(xué)的專(zhuān)利號(hào)為ZL201020650188.1的發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了一種自平衡載人獨(dú)輪車(chē)系統(tǒng)，包括行走單元和控制單元;行走單元的行走輪設(shè)置在系統(tǒng)的下方，行走輪的上方設(shè)有機(jī)架，機(jī)架的上方設(shè)有平衡輪，平衡輪的上方設(shè)有控制獨(dú)輪車(chē)前后運(yùn)動(dòng)速度的操控手柄;機(jī)架內(nèi)設(shè)有電源和運(yùn)動(dòng)控制單元，操控手柄連接到傳感器組件上;控制單元包括:運(yùn)動(dòng)控制單元，與運(yùn)動(dòng)控制單元連接的操控手柄，由傾角傳感器、慣性傳感器組成的傳感器組件，以及平衡輪輪毅電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元和行走輪輪毅電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元;平衡輪的軸線與行走輪的軸線垂直并且不相交。該發(fā)明創(chuàng)造雖然實(shí)現(xiàn)了獨(dú)輪車(chē)不同行進(jìn)速度下在前后方向和左右方向的平衡控制，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高。

總之，而對(duì)于一些短距離且無(wú)需承擔(dān)過(guò)重運(yùn)輸任務(wù)的情況，常規(guī)的交通機(jī)器人由于體積大，對(duì)于能源的消耗以及占用空間面積都比較大，很不環(huán)保。傳統(tǒng)的交通機(jī)器人，還存在著以下缺點(diǎn):人力交通機(jī)器人費(fèi)力且效率低;而傳統(tǒng)的電力或其他動(dòng)力的交通機(jī)器人由于體積大、質(zhì)量大，因此對(duì)于能源需求較大，對(duì)于一些短距離且無(wú)需承擔(dān)過(guò)重運(yùn)輸任務(wù)的情況顯得非常不經(jīng)濟(jì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種智能自平衡交通機(jī)器人，對(duì)于機(jī)器人的前后平衡和左右平衡分別采用了不同的智能平衡技術(shù)方案，采用較低成本的發(fā)明構(gòu)思，解決交通機(jī)器人的平衡問(wèn)題，并提供一種具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈活性強(qiáng)、響應(yīng)迅速、操作容易且安全穩(wěn)定的實(shí)用智能交通機(jī)器人。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：一種智能自平衡交通機(jī)器人，包括基架本體、運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、信號(hào)傳感系統(tǒng)和為所述各機(jī)構(gòu)系統(tǒng)供電的電源系統(tǒng)，所述電源系統(tǒng)還裝有電源總開(kāi)關(guān)，所述基架本體包括底盤(pán)架和與其固定連接的踏板，所述控制系統(tǒng)安裝于所述底盤(pán)架上，所述運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括與地面發(fā)生位移的接地裝置，所述接地裝置至少為一個(gè)，所述接地裝置通過(guò)旋轉(zhuǎn)主軸與所述底盤(pán)架轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述接地裝置與旋轉(zhuǎn)主軸固定連接，所述底盤(pán)架和旋轉(zhuǎn)主軸構(gòu)成平衡的一級(jí)倒立擺，所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)包括至少一個(gè)電機(jī)，所述電機(jī)執(zhí)行所述控制系統(tǒng)輸出的正反轉(zhuǎn)指令，所述旋轉(zhuǎn)主軸由所述電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)所述接地裝置與地面發(fā)生位移，所述信號(hào)傳感系統(tǒng)包括至少一個(gè)機(jī)器人姿態(tài)傳感器，所述姿態(tài)傳感器向所述控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)反饋傳輸所述基架本體前后傾斜的角度信號(hào)，所述運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)還包括維持所述接地裝置左右平衡的慣性元件，所述慣性元件也通過(guò)芯軸與所述底盤(pán)架轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述慣性元件也與所述芯軸固定連接，且所述芯軸與所述旋轉(zhuǎn)主軸的軸線平行，所述芯軸也由所述一個(gè)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)所述慣性元件高速旋轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步，所述慣性元件為圓形的質(zhì)量盤(pán)，所述質(zhì)量盤(pán)以其芯軸為軸進(jìn)行慣性高速旋轉(zhuǎn)；所述踏板上設(shè)有墊式軟體薄膜開(kāi)關(guān)，所述薄膜開(kāi)關(guān)的信號(hào)引出線與所述控制系統(tǒng)的初始化信號(hào)接收端相連接。