[發(fā)明專利]多級(jí)全向空間倒立擺機(jī)構(gòu)及平衡方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711052462.8
• 申請(qǐng)日: 2017-10-30
• 公開（公告）號(hào): CN107643761B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃用華;黃浩;莊未;鐘艷如;黃美發(fā);匡兵;孫永厚;劉夫云;鐘永全
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/08
• 分類號(hào): G05D1/08;G09B25/00
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 45107
• 代理人: 黃瑋

1.多級(jí)全向空間倒立擺機(jī)構(gòu)，包括多級(jí)擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于：所述多級(jí)擺動(dòng)機(jī)構(gòu)包括多個(gè)擺動(dòng)單元(1)，各擺動(dòng)單元(1)包括擺球(2)，所述擺球(2)的下半球體置于球架(3)內(nèi)，擺球(2)上半球體的頂部中央設(shè)有豎直插銷(4)，所述球架(3)內(nèi)圓周均布設(shè)有三個(gè)與下半球體摩擦接觸的單排全向輪(5)，各單排全向輪(5)通過對(duì)應(yīng)輪架(6)安裝且各輪架(6)上設(shè)有檢測(cè)對(duì)應(yīng)單排全向輪(5)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的絕對(duì)式編碼器(7)，三個(gè)單排全向輪(5)的回轉(zhuǎn)中心向下交匯于一點(diǎn)，該點(diǎn)處于擺球(2)球心的正下方，所述球架(3)頂部設(shè)有作用在上半球體上的限位件，球架(3)底部設(shè)有與插銷(4)同軸的插孔；多個(gè)擺動(dòng)單元(1)自下而上依次插裝連接，最下級(jí)擺動(dòng)單元(1)設(shè)于水平轉(zhuǎn)臺(tái)(8)上，所述水平轉(zhuǎn)臺(tái)(8)設(shè)于左右移動(dòng)臺(tái)(9)上，所述左右移動(dòng)臺(tái)(9)設(shè)于前后移動(dòng)臺(tái)(10)上。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)全向空間倒立擺機(jī)構(gòu)，其特征在于：所述前后移動(dòng)臺(tái)(10)包括前后底座(11)和滑動(dòng)安裝于前后底座(11)上的前后移動(dòng)臺(tái)面(13)；所述左右移動(dòng)臺(tái)(9)包括左右底座(14)和滑動(dòng)安裝于左右底座(14)上的左右移動(dòng)臺(tái)面(16)，左右底座(14)安裝于前后移動(dòng)臺(tái)面(13)上；所述水平轉(zhuǎn)臺(tái)(8)包括轉(zhuǎn)盤(17)，所述轉(zhuǎn)盤(17)通過推力軸承(18)安裝于軸承支座(19)上，所述軸承支座(19)安裝于左右移動(dòng)臺(tái)面(16)上。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多級(jí)全向空間倒立擺機(jī)構(gòu)，其特征在于：所述前后移動(dòng)臺(tái)面(13)的驅(qū)動(dòng)為前后直流電機(jī)帶動(dòng)的前后絲桿螺母?jìng)鲃?dòng)副(21)；所述左右移動(dòng)臺(tái)面(16)的驅(qū)動(dòng)為左右直流電機(jī)帶動(dòng)的左右絲桿螺母?jìng)鲃?dòng)副(23)；所述轉(zhuǎn)盤(17)的驅(qū)動(dòng)為設(shè)于軸承支座(19)內(nèi)的旋轉(zhuǎn)直流電機(jī)(22)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任意一項(xiàng)所述的多級(jí)全向空間倒立擺機(jī)構(gòu)，其特征在于：所述限位件包括與擺球(2)上半球體同軸的環(huán)形保持架(20)，所述環(huán)形保持架(20)通過環(huán)形支架(15)安裝于球架(3)頂部，環(huán)形保持架(20)上圓周均布的滾珠(12)與上半球體滾動(dòng)連接。

5.多級(jí)全向空間倒立擺平衡方法，其特征在于采用了如1～3中任意一項(xiàng)所述的多級(jí)全向空間倒立擺機(jī)構(gòu)，其平衡控制方案為：

①、當(dāng)任何一個(gè)擺球(2)由于外界擾動(dòng)發(fā)生振蕩時(shí)，與對(duì)應(yīng)擺球(2)接觸的三個(gè)單排全向輪(5)會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，通過各絕對(duì)式編碼器(7)可測(cè)量出對(duì)應(yīng)單排全向輪(5)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，進(jìn)而通過旋轉(zhuǎn)變換矩陣求出該擺球(2)的姿態(tài)；

②、將各擺球(2)的自身姿態(tài)經(jīng)一系列旋轉(zhuǎn)變換矩陣求出最上級(jí)擺動(dòng)單元(1)擺球(2)的姿態(tài)；

③、將最上級(jí)擺動(dòng)單元(1)的擺球(2)姿態(tài)反饋到控制器，所述控制器啟動(dòng)前后直流電機(jī)、左右直流電機(jī)和旋轉(zhuǎn)直流電機(jī)(22)使得前后移動(dòng)臺(tái)面(13)、左右移動(dòng)臺(tái)面(16)和轉(zhuǎn)盤(17)聯(lián)動(dòng)而使多個(gè)擺動(dòng)單元(1)恢復(fù)到平衡穩(wěn)定狀態(tài)。