[實用新型]一種四輪小車倒立擺系統

有效

• 申請號: 201320372462.7
• 申請日: 2013-06-26
• 公開（公告）號: CN203288160U
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 鐘建琳;沈山山;陳秀梅;趙鵬飛
• 申請（專利權）人: 北京信息科技大學
• 主分類號: G09B25/02
• 分類號: G09B25/02
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 周長琪

技術領域

本實用新型涉及一種倒立擺系統，屬于自動控制技術領域，具體來說，是一種四輪小車倒立擺系統。

背景技術

倒立擺控制系統是一個復雜的、不穩定的、非線性系統，是進行控制理論教學及開展各種控制實驗的理想實驗平臺。

目前能夠供理論教學與研究的控制實驗平臺較少，通常的直線倒立擺系統多是導軌式倒立擺，這種倒立擺系統都存在一定的缺點：其硬件設備結構不夠簡潔，只能在固定的場所進行實驗；車體只能沿導軌在水平方向運動，不能達到準確模擬工程實際的效果；電機與車體處于分離狀態，造成傳動誤差，影響控制精度。

發明內容

為了解決上述問題，本實用新型提供一種四輪小車倒立擺系統，包括車體、擺動機構與控制機構。

其中，車體為盒體結構，頂面通過安裝蓋板密封；車體的兩側板間軸承連接有前車軸與后車軸；前車軸與后車軸的兩端均同軸固連一個車輪；車體內部安裝有直流電機與位移測量編碼器。所述直流電機固定安裝在車體底板上，直流電機的輸出軸上同軸固定安裝有齒輪A；齒輪A與同軸固定安裝在后車軸上的齒輪B嚙合。所述位移測量編碼器固定安裝在后車軸上；車體的蓋板頂面上安裝擺動機構。

所述擺動機構包括單擺支座、擺桿、角度測量編碼器。其中，單擺支座固定安裝在車蓋頂面中心位置，單擺支座上通過水平的鉸接軸鉸接有擺桿，擺桿的軸線垂直于鉸接軸軸線。鉸接軸的一端通過聯軸器連接有角度測量編碼器。

所述控制機構安裝在下車底面上，包括：包括伺服驅動器、接線板、運動控制器與電源構成。其中，運動控制器通過接線板與位移測量編碼器、角度測量編碼器、直流電機相連，采集位移測量編碼器和角度測量編碼器測得的車體速度信號與擺桿擺動角度信號；運動控制器與外部計算機相連，將接收到的車體速度信號、擺桿擺動角度信號發送到外部計算機中，通過外部計算機實現對車體速度與擺桿擺動狀態的實時監測。同時，外部計算機還向運動控制器中發送車體期望速度信號和擺桿期望擺動角度信號，由此通過運動控制器根據車體速度信號與擺桿擺動角度信號分別與車體期望速度信號、擺桿期望擺動角度信號進行比較，通過控制算法得到控制信號發送到伺服驅動器，最終通過伺服驅動器控制直流電機驅動車體運動，實現本實用新型倒立擺系統的實時控制。電源與伺服驅動器、接線板、運動控制器、位移測量編碼器、角度測量編碼器、直流電機相連，進行供電。

本實用新型的優點在于：

1、本實用新型四輪小車倒立擺系統，不必依附于導軌運動，能夠在平地以及斜坡上自由行走；

2、本實用新型四輪小車倒立擺系統，克服了傳統倒立擺對于實施空間的需求，由于其結構簡潔緊湊，總體重量輕，可以在任何小空間進行實驗；

3、本實用新型四輪小車倒立擺系統，將電機內嵌在車體中，減小了傳動誤差，使控制更加精確；

4、本實用新型四輪小車車體倒立擺系統，采用智能伺服模塊作為車體的嵌入式控制器，算法完成后可以直接下載到控制器中實現自主行走和平衡，可以簡便地實驗多種控制方案，更加適合用于控制理論教學的開展以及各種控制實驗。

附圖說明

圖1是本實用新型的四輪小車倒立擺結構示意圖。

圖2是圖1的俯視方向示意圖。

圖3是本實用新型的控制電路圖。

圖4是本實用新型的一種實施方案的控制電路圖。

圖中省略了與本發明實用新型設計要點無關的其他部件。

圖中：

1-車體??????????????2-擺動機構??????????3-控制機構??????????101-蓋板

102-前車軸??????????103-后車軸??????????104-車輪????????????105-直流電機

106-位移測量編碼器??107-齒輪A???????????108-齒輪B???????????201-單擺支座

202-擺桿????????????203-角度測量編碼器

具體實施方式

下面將結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。

本實用新型四輪小車倒立擺系統，包括車體1、擺動機構2與控制機構3，如圖1、圖2所示。