一种惯性轮式二轮机器人稳定装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种惯性轮式二轮机器人稳定装置，包括自行车，在自行车上安装固定有、控制单元和稳定单元；检测单元由单轴陀螺仪传感器和三轴加速度传感器组成，稳定单元由平衡轮、５４０直流电机和Ｈ桥电机驱动电路组成，控制单元为单片机，根据检测单元测量计算获得自行车的侧向角度、角速度和角加速度，并将这些信息传送给控制单元，控制单元接收并处理上述信息后，计算得出自行车倾倒的方向和倾倒角度，然后向Ｈ桥电机驱动电路输出控制信号，使其驱动固定在车身上的直流电机向自行车倾倒的方向旋转，从而带动平衡轮旋转。平衡轮旋转时所产生的力矩与自行车的倾倒力矩相反，从而其与倾倒力矩相互抵消，使自行车保持平稳，不跌倒。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及机器人智能化控制领域，尤其涉及一种惯性轮式二轮机器人稳定直O
技术介绍
随着近年来高集成度与高速数字技术的飞速发展，控制技术的进一步发展和完 善，再加上新的更先进的制造工艺的不断产生，从而使得机器人领域发生了翻天覆地的变 化。同时电子技术，信息技术在机器人方面的大量应用，使得机器人在自动控制方面有了深 远的进步，进一步推动了机器人的技术朝着自动化，智能化的方向发展。虽然现在市场上的 机器人琳琅满目，但是大多数都是三轮或者三轮以上的，极少数有两轮的机器人，因为两轮 机器人是一个不稳定系统，需要一个稳定装置，否则就会跌倒。
技术实现思路
本技术的目的在于，提供一种惯性轮式二轮机器人稳定装置，该装置能自动 保持二轮机器人前行驶，能在行驶过程中处于稳定状态，保持平衡，不会跌倒。为了实现上述任务，本技术的技术方案是这样实现的一种惯性轮式二轮机器人稳定装置，包括自行车，其特征在于，在自行车上安装固定 有检测单元、控制单元和稳定单元；检测单元和控制单元连接，控制单元和稳定单元相连接。所述检测单元由单轴陀螺仪传感器和三轴加速度传感器组成。单轴陀螺仪传感器 采用型号为ADXRS610陀螺仪，用于测量自行车左右倾斜时的角速度。三轴加速度传感器采 用型号为ADXL335的三轴加速度传感器，其根据重力引起的加速度，计算出自行车相对于 水平面的倾斜角度。所述控制单元采用飞思卡尔公司生产的MC9S12)(DP512单片机，其包含高性能、低 功耗的16位微处理器，RISC结构，八通道P丽，8路10位ADC。所述稳定单元由平衡轮、540直流电机和H桥电机驱动电路组成。平衡轮采用直径 为150mm的橡胶轮胎，其旋转轴线与自行车轴线平行且位于自行车纵轴的正上方，其旋转 时可产生用于抵消使自行车倾倒的力矩。本技术根据固定在自行车上的单轴陀螺仪传感器和三轴加速度传感器，测量 计算获得自行车的侧向角度、角速度和角加速度，并将这些信息传送给控制单元，控制单元 接收并处理上述信息后，计算得出自行车倾倒的方向和倾倒角度，然后向H桥电机驱动电 路输出控制信号，使其驱动固定在车身上的直流电机向自行车倾倒的方向旋转，从而带动 平衡轮旋转。平衡轮旋转时所产生的力矩与自行车的倾倒力矩相反，从而其与倾倒力矩相 互抵消，使自行车保持平稳，不跌倒。附图说明图1为本技术的结构框图；图2为本技术的平衡轮和驱动电机安装示意图；图3为本技术的电机驱动原理图；图4为本技术的工作流程图。以下结合附图对本技术作进一步的详细说明。具体实施方式本技术的惯性轮式二轮机器人稳定装置，包括自行车，其特征在于，在自行车 上安装固定有检测单元、控制单元和稳定单元；检测单元和控制单元连接，控制单元和稳定 单元相连接。检测单元由单轴陀螺仪传感器和三轴加速度传感器组成，单轴陀螺仪传感器选 用AD)(RS610单轴陀螺仪传感器，其是一款角速度范围为300° /S的MEMS角速度传感器， 提供了精确的参考电压和温度输出的补偿技术。该传感器Z轴响应、宽频抗高振动，2000g 冲击耐受力，模拟电压信号输出。三轴加速度传感器选用ADXL335三轴加速度传感器，它 是美国模拟器件公司新近推出的一款带有信号调理电路且可提供模拟电压输出的小量程、 小尺寸、低功耗三轴加速度计。它不仅可以测量静态加速度，还可以测量动态加速度，具有 IOOOOg的额定耐冲压强度，具有良好的Og偏压稳定性和良好的灵敏度。参照图1，ADXRS610单轴陀螺仪传感器和ADXL335三轴加速度传感器分别与 MC9S12XDP512单片机的ADO和ADl相连接，AD)(RS610单轴陀螺仪传感器输出的角速度信号 和ADXL335三轴加速度传感器输出的角度信号分别进入MC9S12)(DP512单片机的ADO和ADl 口进行数模转换。H桥电机驱动电路分别与单片机的控制信号输出端口和540直流电机相 连接，其根据单片机所输出的控制信号控制电机的正反转。540直流电机与平衡轮相连接， 当直流电机正反转时，带动平衡轮也正反转，从而所产生的力矩抵消自行车的倾倒力矩，使 自行车保持平稳。平衡轮和直流电机的安装参照图2，其中标号1为540直流电机，标号2为平衡轮， 标号3为支撑杆。平衡轮2通过轴心安装在支撑杆3上，540直流电机固定在平衡轮2上， 平衡轮2与540直流电机1以齿轮啮合的方式进行传动。540当直流电机1转动时，通过齿 轮带动平衡轮2绕着支撑杆3进行正反转。本技术采用标准微型马达公司生产的540直流电机。该电机额定电压为 7. 2V，空载电流为2A，转速可达16200r/min ；最大转矩为10. 9Ν·πι。由于MC9S12XDP512单 片机输出PWM无法直接驱动此直流电机，因此需要通过H桥电机驱动电路来驱动。为简化 电路设计，H桥电机驱动电路采用集成电机驱动芯片MC33886对电机进行驱动和控制。参 照图3，集成电机驱动芯片MC33886的Dl和D2脚直接接高电平和地，使其按预设方式工作， mi接MC9S12XDP512单片机的PWM3 口，IN2接地，OUTl和0UT2输出功率放大后的相应的 控制信号，分别接540直流电机的正负极，以控制电机转动。通过调整MC9S12)(DP512单片 机PWM3 口输出的PWM占空比，实现电机以不同的速度正转和反转。参照图4，本技术的具体工作流程如下系统上电，程序初始化后，ADXRS610 单轴陀螺仪传感器开始实时的检测自行车的侧向角速度，ADXL335三轴加速度传感器开始 实时的检测自行车的侧向角度，两个传感器且实时的将所检测到的侧向角速度信息和侧向 角度信息以模拟电压的形式传送给MC9S12)(DP512单片机。MC9S12)(DP512单片机接收所传4送过来的信息后，通过A/D转换将模拟电压值转换为数字电压后，结合数字量的侧向角速 度信息和侧向角度信息的大小，计算得出自行车欲倾倒的方向和倾倒角度大小。根据计算 得到的自行车倾倒的方向和倾倒角度大小，MC9S12)(DP512单片机的PWM4和PWM5管脚输出 不同占空比的PWM信号，该PWM信号输入H桥电机驱动电路将该信号放大后输出给540直 流电机，以控制540直流电机的转动方向和转动速度，540直流电机带动平衡轮2旋转，平衡 轮2旋转时对车身的反作用力矩方向与自行车倾倒力矩刚好相反，从而使自行车保持直立 稳定状态。权利要求1.一种惯性轮式二轮机器人稳定装置，包括自行车，其特征在于，在自行车上安装固 定有检测单元、控制单元和稳定单元；检测单元和控制单元连接，控制单元和稳定单元相连 接。2.如权利要求1所述的惯性轮式二轮机器人稳定装置，其特征在于，所述的检测单元 由单轴陀螺仪传感器和三轴加速度传感器组成。3.如权利要求1所述的惯性轮式二轮机器人稳定装置，其特征在于，所述的稳定单元 由H桥电机驱动电路、直流电机和平衡轮组成，其中，平衡轮的旋转轴线与自行车轴线平行 且位于自行车纵轴的正上方，平衡轮旋转时用于产生抵消使自行车倾倒的力矩。4.如权利要求2所述的惯性轮式二轮机器人稳定装置，其特征在于，所述的单轴陀螺 仪传感器选择ADXRS610陀螺仪；三轴加速度传感器选择ADXL335三轴加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种惯性轮式二轮机器人稳定装置，包括自行车，其特征在于，在自行车上安装固定有检测单元、控制单元和稳定单元；检测单元和控制单元连接，控制单元和稳定单元相连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韩毅，吴初娜，吴付威，严尹鑫，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：实用新型
国别省市：87