專利名稱：復位機構及其自平衡電動兩輪機器人轉向裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及復位機構以及轉向裝置，尤其涉及ー種用于自平衡電動兩輪機器人轉向裝置的復位機構及其轉向裝置。
背景技術：
目前，自平衡電動兩輪機器人的轉向裝置主要有兩種操作結構，ー種是擺動式，另外ー種是轉動式。在擺動式的轉向裝置中，轉軸水平地設置在自平衡電動兩輪機器人的支撐平臺上，轉軸的一端與ー擺桿相連，操作者在轉向時操縱設置于擺桿上端的把手帶動擺桿從初始的中間位置向左或向右擺動，進而帶動與該擺桿相連的水平轉軸由初始位置圍繞該水平轉軸的中軸線沿順時針方向或逆時針方向轉動，通過檢測裝置檢測到該水平轉軸轉 動角度的大小，并將反映該轉動角度變化量的檢測信號發送至該自平衡電動兩輪機器人的控制系統，從而控制該自平衡電動兩輪機器人的轉向。在轉動式的轉向裝置中，轉軸豎立在自平衡電動兩輪機器人的支撐平臺上，操作者在轉向時通過手或腿的操作帶動設置于轉軸上端的把手向順時針方向或逆時針方向轉動，進而帶動與該把手相連的轉軸由初始位置圍繞該轉軸的中軸線沿順時針方向或逆時針方向轉動，通過檢測裝置檢測到該轉軸轉動角度的大小，并將反映該轉動角度變化量的檢測信號發送至該自平衡電動兩輪機器人的控制系統，從而控制該自平衡電動兩輪機器人的轉向。在上述的兩種轉向裝置中，都需要考慮在操作者撤銷施加給轉向裝置的轉動カ矩后、能夠使該轉向裝置的轉軸以及把手或擺桿自動回復到初始位置的復位問題。在現有的擺動式轉向裝置中，雖然設有復位機構，但存在著結構復雜、不耐用的缺點。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在于提供一種當驅使轉軸轉動的カ矩消除后、能夠使轉軸復位到初始位置的復位機構，該復位機構結構簡單，堅固耐用。本發明所要解決的進一歩的技術問題在于提供一種采用了上述復位機構的自平衡電動兩輪機器人轉向裝置，在操作者撤銷施加給自平衡電動兩輪機器人的轉向裝置的轉動カ矩后，該自平衡電動兩輪機器人的轉向裝置的把手或擺桿可自動復位到初始位置。本發明提供了ー種復位機構，包括機架和豎立的轉軸；其特點是，該復位機構還包括齒輪、齒條、齒條復位裝置和齒條限位裝置；齒輪套設在轉軸上，并與齒條嚙合；齒條的背面設有彼此相対的第一限位部和第二限位部；齒條復位裝置包括弾性元件以及彼此相對的第三限位部和第四限位部；彈性元件位于該第三限位部與第四限位部之間；第三限位部和第四限位部固定在機架上；齒條限位裝置用干支撐齒條和弾性元件；當轉軸和齒條均處于初始位置時，第一限位部與第三限位部相對，第二限位部與第四限位部相対，弾性元件的一端抵靠第一限位部和第三限位部，另一端抵靠第二限位部和第四限位部。上述的復位機構，其中，機架包括機架本體和設置在機架本體上的一對軸承座；齒條復位裝置還包括一基座部，基座部與機架本體固定連接，弾性元件的側面抵在基座部上，第三限位部和第四限位部與基座部相連；一對軸承座分別位于齒條的上方和下方；轉軸上套設有一對軸承，該ー對軸承分別安裝在一對軸承座上。上述的復位機構，其中，齒條限位裝置包括分別設置在一對軸承座的兩相向側面上、沿平行于齒條的方向延伸的凸臺，齒條和弾性元件支撐在位于該齒條下方的所述凸臺上。上述的復位機構，其中，弾性元件為彈簧。本發明還提供了ー種自平衡電動兩輪機器人轉向裝置，該轉向裝置包括把手和上述的復位機構；其中，該復位機構的轉軸豎立在自平衡電動兩輪機器人的支撐平臺上；把手與轉軸的上端連接，并可帶動轉軸圍繞該轉軸的中軸線轉動；該復位機構的機架為自平衡電動兩輪機器人的車架。本發明還提供了ー種復位機構，包括轉軸和機架；轉軸水平地安裝于機架上；其 特點是，該復位機構還包括齒輪、齒條和齒條復位裝置；齒輪套設在轉軸上，并與齒條嚙合；齒條的背面設有彼此相対的第一限位部和第二限位部；齒條復位裝置包括弾性元件以及彼此相對的第三限位部和第四限位部；彈性元件位于該第三限位部與第四限位部之間；第三限位部和第四限位部固定在機架上；當轉軸和齒條均處于初始位置時，第一限位部與第三限位部相對，第二限位部與第四限位部相對，弾性元件的一端抵靠第一限位部和第三限位部，另一端抵靠第二限位部和第四限位部。上述的復位機構，其中，機架包括機架本體和設置在機架本體上的一對軸承座；齒條復位裝置還包括一基座部，基座部與機架本體固定連接，弾性元件支承于基座部上，第三限位部和第四限位部與基座部相連；一對軸承座分別位于齒條的左右兩側；轉軸上套設有一對軸承，該ー對軸承分別安裝在一對軸承座上。上述的復位機構，其中，還包括一齒條限位裝置，該齒條限位裝置包括分別設置在一對軸承座的兩相向側面上、沿平行于齒條的方向延伸的凸臺，該ー對凸臺分別靠近齒條的左側面和右側面。上述的復位機構，其中，弾性元件為彈簧。本發明還提供了ー種自平衡電動兩輪機器人轉向裝置，該轉向裝置包括擺桿和上述的復位機構；其中，擺桿與復位機構的轉軸的一端連接，并可帶動轉軸圍繞該轉軸的中軸線轉動；該復位機構的機架為自平衡電動兩輪機器人的支撐平臺。本發明具有以下優點
1、本發明的復位機構主要通過齒條的復位來實現轉軸的復位。當轉軸由初始位置向順時針或逆時針方向轉動時，套設在轉軸上的齒輪會帶動齒條由初始位置向一側或另ー側移動，從而壓縮彈性元件；當驅使該轉軸轉動的カ矩消除后，該受到壓縮的弾性元件的彈性復位力會帶動齒條以及轉軸復位到初始位置。本發明結構簡單，并且容易制造及安裝；
2、本發明通過齒輪和齒條實現轉軸的復位，更加堅固耐用，并且復位控制精度高。
圖I是采用本發明的復位機構的自平衡電動兩輪機器人一個實施例的總體示意圖。圖2是圖I的局部放大示意圖，示出了本發明復位機構的ー個實施例。
圖3是圖2的A-A方向剖面示意圖，其中，轉軸和齒條處于初始位置。圖4是圖2的A-A方向剖面結構示意圖，其中，轉軸由初始位置沿順時針方向轉過
了一角度。圖5是本發明復位機構的另一個實施例的剖面結構示意圖。圖6是圖5的A-A方向剖面示意圖，其中，擺桿處于初始位置。圖7是圖5的A-A方向剖面結構示意圖，其中，擺桿處于擺動位置。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作出進ー步說明。 圖I示出了ー種采用轉動式轉向裝置的自平衡電動兩輪機器人100的整體結構示意圖。圖2是圖I的P部分的局部放大示意圖。圖3和圖4是圖2的A-A方向示意圖。參考圖I至圖4。根據本發明ー實施例的復位機構包括轉軸I、機架2、齒輪3、齒條4、齒條導向裝置和齒條限位裝置。轉軸I豎立在自平衡電動兩輪機器人100的支撐平臺110上，轉軸I的上端與自平衡電動兩輪機器人的把手120相連，并可在把手120的帶動下圍繞該轉軸的中軸線10轉動。在本實施例中，機架2為自平衡電動兩輪機器人的車架，車架設置在支撐平臺110上。轉軸I可以是ー實心軸或一管狀體。齒輪3套設在轉軸I上，并與齒條4嚙合。齒條4的背面設有彼此相対的第一限位部41和第二限位部42。齒條復位裝置包括弾性元件51以及彼此相対的第三限位部53和第四限位部54。弾性元件51位于該第三限位部53與第四限位部54之間，第三限位部53與第四限位部54固定在機架2上。齒條限位裝置用干支撐齒條4和弾性元件51。該齒條限位裝置例如可以是設置于機架2上的凸臺。如圖2所示，在一具體的實施例中，機架2包括機架本體21以及設置在機架本體上的一對軸承座23。齒條復位裝置還包括一基座部52，基座部52與機架本體21固定連接，彈性元件51的側面抵在基座部52上，第三限位部53和第四限位部54與基座部52相連。弾性元件51可采用彈簧。一對軸承座23分別位于齒條4的上方和下方。轉軸I上套設有一對軸承(圖中未示出)，該ー對軸承分別安裝在一對軸承座23上。齒條限位裝置包括分別設置在一對軸承座的兩相向側面上、沿平行于齒條的方向延伸的凸臺231、232，齒條4和彈性元件51支撐在位于該齒條下方的凸臺231上。凸臺232靠近齒條的上側面。如圖3所示，當轉軸I和齒條4均處于初始位置時，第一限位部41與第三限位部53相對，第二限位部42與第四限位部54相對，作為彈性元件51的彈簧的一端抵靠在第一限位部的內側面411和第三限位部的內側面531上，另一端抵靠在第二限位部的內側面421和第四限位部的內側面541上。最好是，第三限位部的內側面531與第四限位部的內側面541的間距小于彈簧的軸向長度，使得彈簧在初始位置時已經受到預壓力。當操作者要操作自平衡電動兩輪機器人向ー側方向轉彎時，可將把手120向該側方向轉動，從而對與把手120相連的轉軸I施加ー轉動カ矩，轉軸I可從ー初始位置向順時針方向或逆時針方向轉動，套設在轉軸上的齒輪3會帶動齒條4由初始位置向前或向后移動，從而壓縮彈性元件。齒條的齒數可根據實際需要而定，可以是ー個齒或多個齒，例如齒條只有ー個齒，相應的，齒輪可以只有兩個齒；當齒輪只有ー個齒，而齒條相應的可以只有兩個齒；齒輪車齒條當然也可以均有多個齒。如圖4所示，齒輪3順時針轉動，齒條4向下移動，第一限位部的內側面411離開彈性元件51的下端，同時，弾性元件51的下端的一部仍然抵靠在第三限位部的內側面531上。第二限位部的內側面421向弾性元件51的上端施加ー壓力，使弾性元件51壓縮變形。當操作者松開把手120、驅使轉軸I轉動的力矩消除后，受到壓縮的彈性元件的彈性復位力會帶動齒條以及轉軸復位到初始位置，并同時帶動把手120回轉至初始位置，同時壓縮變形的弾性元件也恢復原狀。圖5至圖7示出了根據本發明又一實施例的應用于擺動式轉向裝置的復位機構的結構示意圖。根據本發明另ー實施例的復位機構包括轉軸la、機架2a、齒輪3a、齒條4a和齒條復位裝置。在該實施例中，機架2a為自平衡電動兩輪機器人的支撐平臺。轉軸Ia水平地安裝于機架2a (即支撐平臺)上。轉軸Ia的一端與擺動式轉向裝置的擺桿6連接，并可在擺桿6的帶動下圍繞該轉軸的中軸線IOa轉動。轉軸Ia可以是ー實心軸或一管狀體。齒輪3a套設在轉軸I上，并與齒條4a嚙合。齒條4a的背面設有彼此相対的第一限位部41a和第二限位部42a。齒條復位裝置包括弾性元件51a以及彼此相対的第三限位部53a和第四限位部54a。弾性元件51a位于該第三限位部53a與第四限位部54a之間，第三限位部53a與第四限位部54a固定在機架2a上。
如圖5所示，在一具體的實施例中，機架2a包括機架本體21a以及設置在機架本體上的一對軸承座23a。齒條復位裝置還包括一基座部52a，基座部52a與機架本體21a固定連接，彈性元件51a支承于基座部52a上，第三限位部53a和第四限位部54a與基座部52a相連。弾性元件51a可采用彈簧。一對軸承座23a分別位于齒條4a的左右兩側。轉軸Ia上套設有一對軸承(圖中未示出)，該ー對軸承分別安裝在一對軸承座23a上。該復位機構還包括一齒條限位裝置，該齒條限位裝置包括分別設置在一對軸承座的兩相向側面上、沿平行于齒條的方向延伸的凸臺231a、232a，該ー對凸臺分別靠近齒條4a的左側面和右側面，可起到限制齒條在移動時左右晃動、沿著齒條的軸向方向引導齒條移動的作用。如圖6所示，當轉軸Ia和齒條4a均處于初始位置時，第一限位部41a與第三限位部53a相対，第二限位部42a與第四限位部54a相対，作為彈性元件51a的彈簧的一端抵靠在第一限位部的內側面411a和第三限位部的內側面531a上，另一端抵靠在第二限位部的內側面421a和第四限位部54a的內側面541a上。最好是，第三限位部的內側面531a與第四限位部的內側面541a的間距小于彈簧的軸向長度，使得彈簧在初始位置時已經受到預壓力。當操作者要操作自平衡電動兩輪機器人向ー側方向轉彎時，可將擺桿6向該側方向擺動，從而對與擺桿6相連的轉軸Ia施加一轉矩，使轉軸Ia從初始位置向順時針方向或逆時針方向轉動，套設在轉軸上的齒輪3a會帶動齒條4a由初始位置向左或向右移動，從而壓縮彈性元件51a。如圖7所示，齒輪3a順時針轉動，齒條4a向左移動，第一限位部的內側面411a離開彈性元件51a的左端，同吋，弾性元件51a的左端的一部仍然抵靠在第三限位部的內側面531a上。第二限位部的內側面421a向彈性元件51a的右端施加ー壓力，使彈性元件51a壓縮變形。當操作者松開擺桿6、驅使轉軸Ia轉動的力矩消除后，受到壓縮的彈性元件的彈性復位力會帶動齒條以及轉軸復位到初始位置，并同時帶動擺桿6回復至初始的中間位置，同時壓縮變形的弾性元件也恢復原狀。
權利要求
1.ー種復位機構，包括機架和豎立的轉軸；其特征在于，該復位機構還包括齒輪、齒條、齒條復位裝置和齒條限位裝置； 所述的齒輪套設在所述的轉軸上，并與所述的齒條嚙合； 所述齒條的背面設有彼此相対的第一限位部和第二限位部； 所述的齒條復位裝置包括弾性元件以及彼此相対的第三限位部和第四限位部；所述的弾性元件位于該第三限位部與第四限位部之間；第三限位部和第四限位部固定在所述的機架上； 所述的齒條限位裝置用于支撐所述齒條和所述彈性元件； 當轉軸和齒條均處于初始位置時，所述的第一限位部與第三限位部相対，所述的第二限位部與第四限位部相對，所述彈性元件的一端抵靠第一限位部和第三限位部，另一端抵 靠第二限位部和第四限位部。
2.如權利要求I所述的復位機構，其特征在于，所述的機架包括機架本體和設置在機架本體上的一對軸承座； 所述的齒條復位裝置還包括一基座部，所述的基座部與所述機架本體固定連接，所述的弾性元件的側面抵在所述的基座部上，所述的第三限位部和第四限位部與所述基座部相連； 所述的ー對軸承座分別位于所述齒條的上方和下方；所述的轉軸上套設有ー對軸承，該ー對軸承分別安裝在所述的一對軸承座上。
3.如權利要求2所述的復位機構，其特征在于，所述齒條限位裝置包括分別設置在所述的ー對軸承座的兩相向側面上、沿平行于齒條的方向延伸的凸臺，所述的齒條和彈性元件支撐在位于該齒條下方的所述凸臺上。
4.如權利要求I所述的復位機構，其特征在于，所述的彈性元件為彈簧。
5.ー種自平衡電動兩輪機器人轉向裝置，其特征在于，該轉向裝置包括把手和如權利要求I至4中任何ー項所述的復位機構； 其中，該復位機構的轉軸豎立在自平衡電動兩輪機器人的支撐平臺上；所述的把手與轉軸的上端連接，并可帶動所述轉軸圍繞該轉軸的中軸線轉動；該復位機構的機架為自平衡電動兩輪機器人的車架。
6.ー種復位機構，包括轉軸和機架；所述的轉軸水平地安裝于所述的機架上；其特征在于，該復位機構還包括齒輪、齒條和齒條復位裝置； 所述的齒輪套設在所述的轉軸上，并與所述的齒條嚙合； 所述齒條的背面設有彼此相対的第一限位部和第二限位部； 所述的齒條復位裝置包括弾性元件以及彼此相対的第三限位部和第四限位部；所述的弾性元件位于該第三限位部與第四限位部之間；第三限位部和第四限位部固定在所述的機架上； 當轉軸和齒條均處于初始位置時，所述的第一限位部與第三限位部相対，所述的第二限位部與第四限位部相對，所述彈性元件的一端抵靠第一限位部和第三限位部，另一端抵靠第二限位部和第四限位部。
7.如權利要求6所述的復位機構，其特征在于，所述的機架包括機架本體和設置在機 架本體上的一對軸承座；所述的齒條復位裝置還包括一基座部，所述的基座部與所述機架本體固定連接，所述的弾性元件支承于所述的基座部上，所述的第三限位部和第四限位部與所述基座部相連； 所述的ー對軸承座分別位于所述齒條的左右兩側；所述的轉軸上套設有ー對軸承，該一對軸承分別安裝在所述的ー對軸承座上。
8.如權利要求7所述的復位機構，其特征在于，還包括一齒條限位裝置，該齒條限位裝置包括分別設置在所述的ー對軸承座的兩相向側面上、沿平行于齒條的方向延伸的凸臺，該ー對凸臺分別靠近所述齒條的左側面和右側面。
9.如權利要求6所述的復位機構，其特征在于，所述的彈性元件為彈簧。
10.ー種自平衡電動兩輪機器人轉向裝置，其特征在于，該轉向裝置包括擺桿和如權利要求6至9中任何ー項所述的復位機構； 其中，所述的擺桿與所述復位機構的轉軸的一端連接，并可帶動所述轉軸圍繞該轉軸的中軸線轉動；該復位機構的機架為自平衡電動兩輪機器人的支撐平臺。
全文摘要
本發明公開了一種復位機構，包括機架、轉軸、齒輪、齒條、齒條復位裝置和齒條限位裝置。齒輪套設在轉軸上，并與齒條嚙合；齒條的背面設有第一限位部和第二限位部；齒條復位裝置包括彈性元件以及第三限位部和第四限位部。齒條限位裝置用于支撐齒條和彈性元件。當轉軸和齒條均處于初始位置時，第一限位部與第三限位部相對，第二限位部與第四限位部相對，彈性元件的一端抵靠第一限位部和第三限位部，另一端抵靠第二限位部和第四限位部。本發明還公開了采用上述復位機構的自平衡電動兩輪機器人轉向裝置。本發明在操作者撤銷施加給自平衡電動兩輪機器人的轉向裝置的轉動力矩后，能夠使自平衡電動兩輪機器人的轉向裝置自動復位到初始位置。
文檔編號B62D3/00GK102826113SQ20121036706
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年9月28日
發明者吳家宸, 陳養彬 申請人:上海新世紀機器人有限公司