[發(fā)明專利]一種利用負重實現(xiàn)左右自平衡的裝置及負重機器人

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710207319.5
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN107097255B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發(fā)明（設計）人: 徐沛懇;翁昌威;全燕鳴;梁俊文;毛廣揚;楊融
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00;B25J9/00;B25J9/16
• 代理公司: 廣州市華學知識產(chǎn)權代理有限公司 44245
• 代理人: 付茵茵

1.一種利用負重實現(xiàn)左右自平衡的裝置，其特征在于：包括舵機、懸臂梁、負重機構、重量測量模塊、姿態(tài)測量模塊、控制機構，具有轉動功能的舵機通過固定機架安裝在承擔運輸?shù)臋C器人上，懸臂梁一端固定在舵機，用于裝載、固定貨物于前后方向上的負重機構固定在懸臂梁另一端，舵機、姿態(tài)測量模塊及安裝于懸臂梁上的重量測量模塊均和控制機構電連接，接收重量測量模塊及姿態(tài)測量模塊的信號并處理的控制機構指令舵機轉動，負重機構和懸臂梁隨著舵機一起轉動，從而調(diào)整負重機構的左右位置達到一種利用負重實現(xiàn)左右自平衡的裝置的左右自平衡；

姿態(tài)測量模塊為陀螺儀傳感器，陀螺儀傳感器安裝于固定機架上；

重量測量模塊為稱重傳感器；

控制機構包括Arduino?uno?r3主控制板以及Arduino?Leonardo從控制板；主控制板與JY901陀螺儀傳感器以UART通信連接，以實時得到機體的偏轉角度；從控制板與稱重傳感器電連接，與主控制板以I2C通信連接，傳輸負重的重量數(shù)據(jù)；舵機由主控制板控制；

機體行進過程中遇到突發(fā)情況致使機體有翻轉危險時，陀螺儀傳感器會得到機體的偏轉角度，傳輸?shù)街骺刂瓢澹恢骺刂瓢甯鶕?jù)得到的偏轉角度數(shù)據(jù)控制舵機往機體偏轉的相反方向轉動，機體的重心向翹起的方向偏移，利用重力重新回到平衡狀態(tài)；控制舵機時運用PID算法，具體參數(shù)根據(jù)稱重傳感器得到的負重加以調(diào)整：負重大時參數(shù)偏小，負重小時參數(shù)偏大；

采用的PID自平衡算法如下：

其中，θ(t)為t時刻的舵機轉角，為t時刻測得的機體傾角，Kp為比例系數(shù)，Kd為微分系數(shù)，Ki為積分系數(shù)；系數(shù)根據(jù)具體的使用機體及裝載重量確定；裝載重量通過懸臂梁上的稱重傳感器測得；由此算法計算出裝置處于不平衡狀態(tài)的不同時刻舵機需要轉動的角度。

2.根據(jù)權利要求1所述一種利用負重實現(xiàn)左右自平衡的裝置，其特征在于：負重機構包括用于裝載貨物的負重箱及固定貨物的夾具組件，夾具組件安裝于負重箱中且在負重箱中前后移動以夾緊貨物。

3.根據(jù)權利要求2所述一種利用負重實現(xiàn)左右自平衡的裝置，其特征在于：夾具組件包括夾具、光桿、絲桿、軸承、光桿固定座，光桿和絲桿分別位于負重箱內(nèi)的左右兩側，光桿通過光桿固定座安裝在負重箱一側的前后兩端，絲桿通過軸承安裝在負重箱另一側的前后兩端，夾具一端安裝在絲桿上，夾具另一端安裝在光桿上，夾具隨著絲桿滾動從而沿著絲桿方向移動并通過光桿導向。

4.根據(jù)權利要求3所述一種利用負重實現(xiàn)左右自平衡的裝置，其特征在于：還包括便于轉動絲桿的旋轉把手，旋轉把手螺紋連接于絲桿一端。

5.根據(jù)權利要求3所述一種利用負重實現(xiàn)左右自平衡的裝置，其特征在于：夾具呈長方體薄片狀，夾具高度和負重箱的高度相等，夾具兩端開設安裝孔，一端通過安裝孔安裝在光桿，另一端通過安裝孔安裝在絲桿，夾具通過絲桿前后移動將貨物夾緊于負重箱后側面和夾具之間。

6.根據(jù)權利要求2或3所述一種利用負重實現(xiàn)左右自平衡的裝置，其特征在于：懸臂梁呈長方體狀，懸臂梁兩端均開設有螺紋孔，懸臂梁一端通過螺釘固定在舵機上并隨著舵機的轉動而轉動，負重箱通過螺釘固定在懸臂梁另一端。

7.負重機器人，采用權利要求1-6任一所述一種利用負重實現(xiàn)左右自平衡的裝置，其特征在于：還包括四足機器人，一種利用負重實現(xiàn)左右自平衡的裝置安裝于四足機器人上。