[發明專利]基于單擺結構的兩輪平衡機器人

在審

• 申請號: 201710061707.7
• 申請日: 2017-01-26
• 公開（公告）號: CN106741291A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 崔珉;馬中杰;趙勇
• 申請（專利權）人: 西安豆芽電子科技有限公司
• 主分類號: B62D61/00
• 分類號: B62D61/00;B25J11/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司61211
• 代理人: 楊引雪

技術領域

本發明涉及一種兩輪平衡機器人，尤其涉及一種基于單擺結構的兩輪平衡機器人。

背景技術

目前市場上常見的兩輪平衡機器人，為了控制簡單，其質心是位于形心之上，即倒立擺結構。倒立擺結構的兩輪平衡機器人，雖然技術比較成熟，但結構相對復雜，因此，在某些場合，需要一種結構簡單的兩輪平衡機器人。

發明內容

本發明目的是提供一種基于單擺結構的兩輪平衡機器人，其采用單擺結構且結構簡單。所述的單擺結構指質心位于其形心之下。

本發明的技術方案是：

所提供的基于單擺結構的兩輪平衡機器人，包括兩個車輪、位于兩個車輪之間的機器人本體，其特殊之處在于：

所述機器人本體包括外殼以及設置在外殼內的支架、兩個驅動單元和兩個配重單元，驅動單元和配重單元都設置在車輪軸的下方；

所述支架由前支架和后支架扣合而成，支架上設置向左右伸出的兩個支架軸，所述支架內設置有位于支架軸下方的兩個驅動單元座；

所述驅動單元包括依次傳動的電機、驅動齒輪箱和輸出齒輪軸；

所述車輪包括外胎、設置在外胎內側的車輪內齒圈、設置在輪胎中心的軸承；

所述支架的支架軸與軸承的內圈固連，所述車輪與軸承的外圈固連；

所述電機和驅動齒輪箱嵌在支架的驅動單元座內；

所述輸出齒輪軸與車輪內齒圈嚙合；

所述配重單元包括至少一塊配重塊，所述配重塊設置在支架前后兩側。

基于上述基本技術方案，本發明還作出以下優化/限定：

為防止兩輪平衡機器人啟動時后仰，上述兩個車輪的徑向平面相交，存在夾角B。

在不影響整個產品外觀效果的情況下，車輪的夾角越大，防啟動后仰的效果越明顯。根據這一原則，上述兩個車輪徑向平面之間的夾角B范圍為5°～15°。

最佳的，上述兩個車輪徑向平面之間的夾角B為7°。

上述兩輪平衡機器人還包括設置在所述支架下方的電池，所述電池也能起到配重作用。

為便于裝配和保證兩個車輪徑向平面之間的夾角B，上述車輪還包括與所述軸承內圈固連的支架座，所述支架軸固定套裝在所述支架座內。在裝配時，將前后支架和左右車輪通過所述支架座裝配在一起，再整體固定在機器人的殼體上，從而保證所述夾角B。

上支架前后兩側的配重塊的數量分別為3個，且配重塊形狀與支架外輪廓相適配，以使結構更緊湊。

本發明的優點：

1、本發明結構簡單。本發明將驅動單元和配重都設置在車輪軸的下方，從而保證質心位于其形心之下。

2、本發明通過兩輪間設定夾角，使得兩側車輪的軸線不共線，即存在夾角。一方面使整機結構的質心進一步下降，以增大力矩克服反向扭矩；另一方面，兩側車輪軸線不共線，機器人本體就沒有了轉動軸，轉動就受到了約束。

3、本發明體積小。本發明配重采用多塊不同結構的配重，充分利用了支架的空間，減小了配重的空間體積。

附圖說明

圖1是本發明主視圖；

圖2是圖1的A-A視圖；

圖3是圖1的分解圖；

圖中：11-左車輪，12-右車輪，21-前支架，22-后支架，23-支架軸，24-驅動單元座，31-左支架座，32-右支架座，33-軸承，4-驅動單元，41-電機，42-驅動齒輪箱，43-輸出齒輪軸，44-車輪內齒圈，5-配重A，6-配重B，7-配重C，8-電池。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明的內容加以詳細說明。

圖1-圖3給出了本發明的一個具體實施例，它包括支架、配重單元、驅動單元和車輪。支架由前支架21和后支架22扣合而成，支架上設置向左右伸出的兩個支架軸23，支架內設置有位于支架軸下方的兩個驅動單元座24，驅動單元位于驅動單元座24內，驅動單元包括依次傳動的電機41、驅動齒輪箱42和輸出齒輪軸43，支架軸23套接在與車輪中心的軸承33內圈固連的支架座內，通過支架座將支架與車輪連接，配重單元和驅動單元位于支架部分底部，即整個結構的質心位于其形心之下。

本發明兩輪平衡機器人，由于其質心位于形心之下，屬于單擺結構，且由于外形尺寸和需要在平面上運動的限制，質心無法超出車輪外形尺寸的限制。其平衡控制相較于質心位于形心之上的倒立擺結構復雜。

支架部分包括:支架A、支架B；配重單元包括：配重A、配重B、配重C；

驅動單元包括：電池8、驅動齒輪箱42和電機41；車輪包括：左右兩側的車輪，兩個車輪的徑向平面相交，具有5°～15°的夾角以防啟動時后仰。

驅動單元和電池既滿足驅動和供電的功能要求，同時利用其重量也起到一部分配重的作用，這樣可以減少單純的配重塊的重量，節省結構空間。