一种单足自平衡机器人制造技术

本实用新型专利技术公开了一种单足自平衡机器人，属于机器人应用领域。其特征在于以STM32F103C8T6为控制核心，主要包括电源稳压电路、蓝牙通信电路、OLED显示电路、陀螺仪控制电路，以F2807S H桥为电机驱动，驱动电源稳压电路、驱动逻辑电路、驱动主电路、驱动光耦隔离电路，以3号足球为机器人的单足，实现机器人在足球上保持平衡。利用OLED屏幕和安卓手机人机界面，实现人机交互，通过蓝牙模块进行通讯。手机控制界面上设有：前进、后退、左转、右转、停止等控件，当用户打开总开关时，手机通过蓝牙将指令发送，机器人接收到指令后通过对指令的配对做出相应的动作，在这过程中保持机器人平衡。

【技术实现步骤摘要】
一种单足自平衡机器人
本技术涉及一种单足自平衡机器人，属于机器人应用领域。
技术介绍
单足自平衡机器人的概念是二十世纪八十年代提出来的，是属于轮式移动机器人 中的一种，并且结合了自主移动的思想，是一种特殊的轮式移动机器人，其本质为不稳定自 主移动机器人。单足自平衡机器人源于倒立摆的模型，经过对其进行数学模型建立和分析， 该系统是一个非线性、强耦合、多变量和自然不稳定的系统。在探测机器人领域，传统机 器人的移动平台，基本上都由三个以上的车轮或履带实现的，在静止状态下，有很好的稳定 性，但是这些方案只能在低重心移动时具有很好的平衡性，如果机器人的重心偏高或重心 突然改变，容易摔倒，例如在刹车时，这严重限制了它的应用领域。在正常人类环境中，制作 机器人的时候必须将传感器等必须放置在一个合理高度，使得机器人重心偏高，影响运行 稳定性，容易发生侧倾等。另外，如果在狭窄的道路中行走，传统的多轮车或履带车如果需 要转向，均需要一个合适的转弯半径，给生活带来了极大的不便。虽然双轮平衡系统相对于 四轮系统，在体积和适应性方面已经有了很大的进步，但根本问题尚未解决。 单足的自平衡机器人是依靠自身的平衡系统使其在一个球形轮上平稳站立。与地 面只有一个接触点，相比起传统的多轮车，具有更好的灵活性，可以无需转向地在任何方向 上移动，同时能够避免传统车辆因重心改变而倒下，能够适用于狭窄、拥挤和很多扰动因素 的环境。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种单足自平衡机器人，为解决传统的机器 人在狭窄、拥挤和扰动因素多的环境中自由移动，单足平衡机器人突破了传统意义上的机 器人移动平台的概念，单个轮子处于共轴的两个平行平面上，与地面只有一个接触点，实现 差动式运动，零半径转向，具有更好的灵活性，对机器人重心偏高或重心突然改变，具有很 好的调整能力。 本技术提供的一种单足自平衡机器人，包括单片机、蓝牙、陀螺仪、电机驱动、 电机电源、总开关、0LED显示器、电机、万向轮、控制界面，所述单片机分别控制电源稳压电 路、蓝牙通信电路、0LED显示电路、陀螺仪控制电路，所述电机驱动可驱动电源稳压电路、驱 动逻辑电路、驱动主电路、驱动光耦隔离电路，所述电源稳压电路的输入端与电池相接，输 出端分别与蓝牙通信电路电源端、0LED显示电路电源端、陀螺仪控制电路电源端相接；所 述电机驱动电源稳压电路的输入端与电池相接，输出端分别与电机驱动逻辑电路电源端、 电机驱动主电路电源端、电机驱动光耦隔离电路电源端相接。 所述控制器为STM32F103C8T6单片机。 所述电机驱动为F2807S Η桥。 所述万向轮为3号足球。 所述陀螺仪包括三轴加速度传感器、三轴电子罗盘传感器、三轴陀螺仪传感器。 所述控制界面设有：前进、后退、左转、右转、停止等控件，当用户打开总开关时，手 机通过蓝牙将指令发送，机器人接收到指令后通过对指令的配对做出相应的动作，在这过 程中保持机器人平衡。 所述电源稳压电路由S1、U1三端稳压器AMS1117、电容C1-C6组成。其中，输入B+ 与锂电池的正极相接，B-与锂电池的负极相接，正极从开关S1的2脚输入，开关S1的1脚 不接，3脚与电容C1、C2及三端稳压器的输入即3脚VIN相接，电容C1、C2的另一端分别接 地，三端稳压器AMS1117的1脚接地，2脚输出V0UT与C3、C4、C5、C6 -端相接，电容C3、C4、 C5、C6另一端接地，最后由标号为+3V3的端子输出，给电路供电。 所述蓝牙通信电路图由蓝牙模块、MCU STM32F103和电源接口组成，输入VCC与锂 电池的正极相接，GND与锂电池的负极相接给电路供电。蓝牙模块的TX信号端与MCU的21 引脚相连，蓝牙模块的RX信号端与MCU的22引脚相连。 所述0LED显示电路由0LED显示模块、MCU STM32F103和电源端口组成，输入VCC 端口与稳压电路的输出口相接，GND则与地相接，给电路供电。0LED显示模块的SCL和SDA 信号端分别与MCU的PA8和PA9相接，显示模块的RST复位端口与MCU的PA10相接，其中 D/C位选端口与MCU的ΡΑ11相接。 所述陀螺仪控制电路由MPU9150芯片、MCU STM32F103、电容C7-C10、电阻R1、R2组 成，电容C7 -端接3V3、另一端接MPU9150的1脚，电容C8 -端接地、另一端接MPU9150的10 脚，电容C9 一端接MPU9150的18脚、另一端接MPU9150的20脚，电容C10 -端接MPU9150 的13脚、另一端接地，电阻R1 -端接3V3、另一端接MPU9150的24脚，电阻R2 -端接3V3、 另一端接MPU9150的23脚，MPU9150的3端口输入3V3与稳压电路的输出端口正极相接， 15和17端口则与GND相接，给陀螺仪电路供电。MPU9150的XDA端口 6和XCL端口 7分别 与 MCUSTM32F103 的 PB13 和 PB12 相连。 所述电机驱动电源稳压电路由电容C11-C16、指示灯LED1、电感L1、电阻R3、稳 压三极管LM2940S12组成，电容C11 一端接地、另一端接电源，电容C12 -端接地、另一端 接电源，电容C13 -端接地、另一端接LM2940S12的1脚，电容C14 一端接地、另一端接 LM2940S12的1脚，电感L1 一端接电源、另一端接LM2940S12的1脚，电容C15 -端接地、另 一端接LM2940S12的3脚，电容C16 -端接地、另一端接LM2940S12的3脚，电阻R3 -端接 LM2940S12的3脚，另一端接LED 1阳极，LED 1的阴极接地。2IV端口接电源正极，GND接电 源负极，输出可得到12V电压。 所述电机驱动逻辑电路，由电阻R4-R7、逻辑器HEF4011BT U2-U4组成，12V接稳压 电路的输出端，INTI、INT2、INT3、INT4为PWM波输出，HEF4011BD为二输入与非门逻辑器， 电阻R4 -端接INT1、另一端接U4的3脚，电阻R5 -端接INT2、另一端接U4的4脚，电阻 R6 -端接INT4、另一端接U4的11脚，电阻R7 -端接INT3、另一端接U4的10脚。 所述电机驱动主电路，由电容C17-C20、续流二极管D1-D6、M0S管IRF2807SQ1-Q4、 电阻R8-R13,半桥驱动器IR2104S U5-U6组成，JP1端口接电机，VCC接电池正极，12V接稳 压电路的输出端，GND接地，U5的2脚接IN1，3脚接电阻R8 -端，电阻R8另一端接电源，U5 的1脚接电源，U5的4脚接地，U5的6脚接VS1，U5的8脚接VB1，二极管D3阳极接电源，阴 极接电容C17 -端，电容C17另一端接VS1，二极管D1阴极接U5的7脚，阳极接Q1的1脚， 电阻R9 -端接U5的7脚，另一端接Q1的1脚，二极管D5阴极接U5的5脚，阳极接Q2的 1脚，电阻R10 -端接U5的5脚，另一端接Q2的1脚，Q2的3脚接地，Q2的2脚接Q1的3 脚，Q1的2脚接电源，电容C18 -本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单足自平衡机器人，其特征在于包括单片机、蓝牙、陀螺仪、电机驱动、电机电源、总开关、OLED显示器、电机、万向轮、控制界面，所述单片机分别控制电源稳压电路、蓝牙通信电路、OLED显示电路、陀螺仪控制电路，所述电机驱动驱动电源稳压电路、驱动逻辑电路、驱动主电路、驱动光耦隔离电路，所述电源稳压电路的输入端与电池相接，输出端分别与蓝牙通信电路电源端、OLED显示电路电源端、陀螺仪控制电路电源端相接；所述电机驱动电源稳压电路的输入端与电池相接，输出端分别与电机驱动逻辑电路电源端、电机驱动主电路电源端、电机驱动光耦隔离电路电源端相接。

【技术特征摘要】
1. 一种单足自平衡机器人，其特征在于包括单片机、蓝牙、陀螺仪、电机驱动、电机电 源、总开关、OLED显示器、电机、万向轮、控制界面，所述单片机分别控制电源稳压电路、蓝牙 通信电路、OLED显示电路、陀螺仪控制电路，所述电机驱动驱动电源稳压电路、驱动逻辑电 路、驱动主电路、驱动光耦隔离电路，所述电源稳压电路的输入端与电池相接，输出端分别 与蓝牙通信电路电源端、OLED显示电路电源端、陀螺仪控制电路电源端相接；所述电机驱 动电源稳压电路的输入端与电池相接，输出端分别与电机驱动逻辑电路电源端、电机驱动 主电路电源端、电机驱动光耦隔离电路电源端相接。2. 根据权利要求1所述的一种单足自平衡机器人，特征在于，所述单片机为一个 STM32F103C8T6 单片机。3. 根据权利要求1所述的一种单足自平衡机器人，特征在于，所述电机驱动为F2807S Η桥。4. 根据权利要求1所述的一种单足自平衡机器人，特征在于，所述万向轮为3号足球。5. 根据权利要求1所述的一种单足自平衡机器人，特征在于，所述陀螺仪包括三轴加 速度传感器、三轴电子罗盘传感器、三轴陀螺仪传感器。6. 根据权利要求1所述的一种单足自平衡机器人，特征在于，所述控制界面设有：前 进、后退、左转、右转、停止等控件，当用户打开总开关时，手机通过蓝牙发送指令，机器人接 收到指令后通过对指令的配对做出相应的动作，在这过程中保持机器人平衡。7. 根据权利要求1所述的一种单足自平衡机器人，特征在于，所述电源稳压电路由S1、 U1三端稳压器AMS1117、电容C1-C6组成，其中，输入Β+与锂电池的正极相接，Β-与锂电池 的负极相接，正极从开关S1的2脚输入，开关S1的1脚不接，3脚与电容Cl、C2及三端稳 压器的输入即3脚VIN相接，电容C1、C2的另一端分别接地，三端稳压器AMS1117的1脚接 地，2脚输出V0UT与C3、C4、C5、C6 -端相接，电容C3、C4、C5、C6另一端接地，最后由标号 为+...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛丽民，吴余生，徐本连，谭平亚，刘叔军，朱培逸，戴广成，沈超，周琪琪，胡建秋，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：新型
国别省市：江苏;32