[實用新型]一種增穩(wěn)裝置、二軸增穩(wěn)裝置及獨輪小車

有效

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• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN206594522U
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發(fā)明（設計）人: 彭志輝;彭伏生;黃誠;張龍;劉述亮;陳定罡;王道川;林年中;代儀佩;陳鑫
• 申請（專利權）人: 成都炬石科技有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;B62K1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及智能平衡車領域，具體的說，是涉及一種通過自動檢測物體平衡狀態(tài)并控制物體保持平衡狀態(tài)的增穩(wěn)裝置。

背景技術

隨著智能生活的到來，各種平衡車逐步出現(xiàn)，如何實現(xiàn)不依靠三個以上的支撐部位而實現(xiàn)物體平衡或者增加穩(wěn)定性成為技術難題。尤其是獨輪車，如何使其不因外力的作用而失衡，這就亟需一種增穩(wěn)裝置來解決問題。

現(xiàn)有增穩(wěn)裝置普遍通過增加支撐點的方式實現(xiàn)，對于只有一個支撐點的活動物體，缺乏智能式的穩(wěn)定調(diào)節(jié)裝置，本方案利用角動量守恒原理，通過自動控制慣性輪轉速的方式，實現(xiàn)了對于穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)。

現(xiàn)有方案如申請公布號為CN102815357A的《一種基于慣性平衡輪的自平衡載人獨輪車》通過多種傳感器等部件實現(xiàn)了自平衡載人獨輪車，其依托行走輪、平衡輪、控制手柄等測速編碼器，通過加裝加速度傳感器和數(shù)據(jù)融合算法，實現(xiàn)對平衡輪和驅(qū)動輪的控制。與其相比，本獨輪小車沒有控制手柄扭轉角度編碼器、顯示屏等裝置，利用更少的裝置實現(xiàn)了自平衡獨輪車的功能。并且在其基礎上增加了水平偏航方向的角度控制，使得獨輪車在翻滾，俯仰，偏航三個維度上都實現(xiàn)了可控。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的在于克服上述缺陷，提供一種增穩(wěn)裝置，這種增穩(wěn)裝置可以搭載于需保持平衡的物體上，通過實時檢測其現(xiàn)有姿態(tài)，與設置的標準姿態(tài)進行比對，計算相應誤差后向控制連接慣性輪的電機輸出相應的矯正力矩，從而實現(xiàn)物體的穩(wěn)定。

該增穩(wěn)裝置主要由慣性輪、驅(qū)動電機、微處理器、姿態(tài)檢測裝置、加速度計組成, 驅(qū)動電機與慣性輪機械上相連接，傳導力矩，微處理器分別與驅(qū)動電機、姿態(tài)檢測裝置、加速度計在電路上連接。微處理器主要用于進行計算和控制，包含ARM處理器，所述姿態(tài)檢測裝置能夠檢測承載著慣性輪輪的物體的平衡狀態(tài)，并發(fā)送檢測到的數(shù)據(jù)給處理器，典型的姿態(tài)檢測裝置如陀螺儀。

該增穩(wěn)裝置主要是運用角動量守恒原理，當物體的平衡狀態(tài)改變時，姿態(tài)檢測裝置會發(fā)出改變的數(shù)據(jù)給處理器，處理器將當前的姿態(tài)數(shù)據(jù)與穩(wěn)定狀態(tài)時的數(shù)據(jù)作比較，判斷是否在保持物體穩(wěn)定的誤差范圍內(nèi)，當不在誤差范圍內(nèi)時，則控制驅(qū)動電機旋轉，從而帶動慣性輪旋轉，運用角動量守恒原理，通過控制慣性輪的轉速來實現(xiàn)對平衡狀態(tài)的修正，從而實現(xiàn)增穩(wěn)的目的。

具體原理：轉向原理為，利用水平方向角動量守恒，控制慣性輪旋轉來控制水平的轉矩；前進后退原理為，通過改變小車俯仰方向的傾角來控制前后方向的加速度，進而控制小車前進速度。

為了進一步擴充本增穩(wěn)裝置的功能，還可以附加電子羅盤、舵機等裝置，電子羅盤具備水平指向穩(wěn)定性，實現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)的顯示。舵機增加增穩(wěn)裝置在不同姿態(tài)下的增穩(wěn)表現(xiàn)。

在實際應用中，通常不只需要一個方向的增穩(wěn)，可以通過在空間坐標系的三個軸向上，任選兩個軸向，設置兩套增穩(wěn)裝置來實現(xiàn)兩個軸向上的增穩(wěn)。當然，還可以在三個軸向上均設置增穩(wěn)裝置。

本實用新型有如下有益效果：

（1）實現(xiàn)了自動修正物體的平衡狀態(tài)。

（2）對于自平衡獨輪車提出了一種更簡潔的實現(xiàn)方案。

（3）整套裝置可擴展，可以多套增穩(wěn)裝置并聯(lián)，也可以運用到多軸增穩(wěn)上。

附圖說明

圖1為空間坐標系中前進物體所對應的偏航角、俯仰角、翻滾角的示意。

圖2為本實用新型所述的基于二軸增穩(wěn)裝置的獨輪小車側視圖。

圖3為本實用新型所述的基于二軸增穩(wěn)裝置的獨輪小車斜視圖。

圖1中，大的箭頭代表前進的物體。圖2和圖3中，附圖標記所對應的名稱：水平翻滾方向慣性輪-1、水平翻滾方向慣性輪驅(qū)動電機-2、微處理器控制系統(tǒng)-3、偏航方向慣性輪驅(qū)動電機及-4、偏航方向慣性輪-5、前進行走輪驅(qū)動電機-6、行走輪-7。

具體實施方式

基于本增穩(wěn)裝置的一個典型應用是獨輪小車，如圖2、圖3所示。所述的獨輪小車基于二軸增穩(wěn)裝置，其包含水平翻滾方向慣性輪-1、水平翻滾方向慣性輪驅(qū)動電機-2、水平翻滾方向姿態(tài)檢測裝置、微處理器控制系統(tǒng)-3、偏航方向慣性輪驅(qū)動電機及-4、偏航方向姿態(tài)檢測裝置、偏航方向慣性輪-5、前進行走輪驅(qū)動電機-6、行走輪-7。其中，由行走輪保持前后俯仰方向的平衡，由1號慣性輪保持水平翻滾方向平衡，由5號慣性輪保持或者改變偏航角。2號電機帶動1號慣性輪旋轉；4號電機帶動5號慣性輪旋轉；6號電機帶動7號行走輪旋轉。

上述實施方式僅為本實用新型的優(yōu)選實施方式，不能以此來限定本實用新型保護的范圍，本領域的技術人員在本實用新型的基礎上所做的任何非實質(zhì)的變化及替換均屬于本實用新型所要求保護的范圍。