專利名稱：一種重心位置可調的兩輪差速輪式移動機器人實驗平臺的制作方法
技術領域：
本發明是一種機器人試驗平臺，尤其涉及一種重心位置可調的兩輪差速輪式移動機器人實驗平臺。
背景技術：
隨著社會發展和科技進步，移動機器人在工業、軍事和航天領域發揮著越來越重要的作用。機器人中，兩輪差速輪式移動機器人具有成本低，結構簡單可靠等特點，在移動機器人領域應用最為廣泛。兩輪差速輪式移動機器人普遍采用左右兩個對稱驅動輪和一個萬向輪的結構，依靠左右驅動輪速度差來實現機器人車體的不同半徑轉向。機器人的重心位置會直接影響移動機器人的運動性能，研究機器人重心位置對機器人運動性能的影響，有利于更好地對機器人進行控制。精確快速調整重心的裝置對于改善機器人的運動性能具有重要意義，其研究結果可推廣應用于汽車、以及其他移動機器人領域。針對重心位置對移動機器人運動控制影響研究中，許松清、吳海彬、楊興裕在《兩輪驅動移動機器人的運動學研究》中從移動機器人運動學模型上分析了移動機器人重心位置對機器人轉彎最小半徑的影響；程福在《雙輪驅動足球機器人加速性能的研究》中分析了重心位置對移動機器人加速性能的影響；李艷萍在《基于自主學習的移動機器人質心偏移控制策略》中利用線性規劃的方法對質心偏移時電機牽引力進行了分配。但上述研究僅僅限于理論研究，現階段的研究缺乏一種實物平臺來研究重心位置改變對機器人運動軌跡的影響。故申請人考慮設計一種機器人試驗平臺，專門用于方便研究重心改變與機器人運動狀況之間的關系，以更好地了解和認識機器人重心改變情況對機器人運動的影響關系，以設計出更科學的機器人。公開號CN201058238Y《重心動態可調式足球機器人》中提出用位于底盤中央的重心動態平衡塊和足球機器人的慣性動態調整車體重心位置，一定程度上可以解決移動機器人的定向運動準確性，但是不可精確調節。公開號CN202243772《一種可變重心的機器人電動行走裝置》給出一種二維調整重心的機構，但不可以進行高度的調節。采用兩組絲桿和驅動裝置進行調節，不能保證重心調整的快速性。公開號CN102145740《一種水下機器人重心調節裝置》將軸向調節系統、橫滾調節系統和被調重塊三部分集成到同一個重心調節機構中。所述軸向調節系統和橫滾調節系統分別通過絲杠螺母機構和行星齒輪機構實現。調節水下機器人重心的軸向位置和橫滾位置，實現水下機器人兩個方向的重心調節，但調節過程緩慢、范圍小。現有的上述專利雖然設計了相關重心可調裝置，但均是從實用要求出發，均為定性調節，且要求重心較低以保障機器人運動的穩定，不能滿足試驗研究時，對于重心調整在定量、速度、范圍等多方面的要求。故上述專利的重心調整裝置，可以用于實際機器人應用，但不適合用于試驗研究。故如何設計一種重心能夠在三維方向大范圍內精確快速調節的移動機器人實驗平臺，以方便進行研究，方便分析移動機器人在運動過程中重心位置對機器人運動軌跡的影響，成為需要考慮解決的問題。
發明內容
針對上述問題和不足，本發明所要解決的技術問題是:怎樣提供一種結構簡單，重心移動在三維方向上迅速，靈敏，精確可控的重心位置可調的兩輪差速輪式移動機器人實驗平臺，以便于對機器人重心移動情況與機器人移動情況之間的影響關系進行研究。為了解決上述問題，本發明采用了以下的技術方案。一種重心位置可調的兩輪差速輪式移動機器人實驗平臺，其特征在于，包括底板，底板上設置有驅動系統，底板上方向上均布設置有三根支撐桿，三根支撐桿頂部各設置有一根向中間橫向延伸后交接固定為一體的橫桿，橫桿中間位置設置有提升機構，支桿中部位置設置有二維平臺，二維平臺上設置有配重塊，以及用于帶動配重塊沿二維平臺水平面運動的二維運動機構，所述提升機構用于帶動二維平臺做提升運動。其中，所述驅動系統包括支撐設置于底板下方的滾輪，以及位于底板上方的驅動控制模塊，所述驅動控制模塊用于控制和帶動滾輪轉動。其中，所述提升機構包括提升電機和鋼絲繩，所述提升電機固定在三橫桿交接處，提升電機輸出軸上設置有絞線盤，所述鋼絲繩一端繞接在絞線盤上，另一端向下可滑動地穿過位于橫桿交接處中部的豎孔并連接在二維平臺中部。其中，所述二維平臺包括三個可滑動地套設在三根支撐桿上的套筒，三套筒之間上端靠由三根連接桿構成的上支架連接為一體，上支架中部與提升機構相連；三套筒下端內側水平設置有一環形件，環形件上方沿直徑方向設置有一條形導軌，條形導軌兩端靠滾珠可滑動地卡接在環形件上表面的一環形滑槽內，條形導軌中部下方設置有舵機，舵機靠下支架固定在三根支撐桿上，舵機與條形導軌連接并用于帶動條形導軌旋轉；條形導軌的兩側面順長度方向設置有卡接滑槽，所述配重塊靠配合在卡接滑槽內的卡接凸起可滑動地卡接在條形導軌上，條形導軌的上端面沿長度方向設置有齒條帶，配重塊內部設置有行走電機，行走電機輸出端設置有與齒條帶嚙合的行走齒輪。本發明的實驗平臺使用時，靠計算機進行控制，計算機分別與驅動控制模塊、提升電機、舵機以及行走電機通訊連接并進行智能控制。能夠分別控制平臺行走以及重心在三維空間內的移動。進而就可以便于研究重心移動對平臺行走之間的影響關系。其中，靠控制驅動控制模塊驅動滾輪轉動，帶動平臺行走。靠提升電機通過鋼絲繩帶動二維平臺升降，實現重心上下方向的運動，靠舵機帶動條形導軌旋轉同時行走電機帶動配重塊在條形導軌上行走，實現重心在水平二維方向的運動。同時，本平臺獨特的結構設計，使得驅使重心在三維方向移動時，能夠更加迅速，靈敏和精確可控，有利于擴大實驗數據范圍，得出更好的實驗結果。具體地說，本發明中，平臺采用柱坐標系設計，相對于直角坐標系，調整范圍大，調整過程更為迅速。且只使用了一根導軌，更節省材料并使結構更簡潔。同時，本發明在二維平臺中采用了舵機帶動旋轉和行走電機帶動徑向行走相結合的方式來完成重物塊在水平方向的快速調節。重物塊采用滑槽配合的方式與導軌相契合，保證了重物塊滑道的可靠性。導軌放置在帶有滑槽的圓環上，圓環鏤空，減輕重量。通過滾珠，潤滑等方式減小摩擦，并由位于圓環中心位置的舵機控制旋轉角度Θ，實現圓面范圍內重物的任意位置調節，相較于絲桿以及齒輪等機構具有快速性且有很好的精確度。行走電機可以自帶電池作為重物塊的一部分，節省了材料，提高了空間的利用率，減輕了平臺的重量。配置塊可以優選采用箱體結構，這樣可根據需要添加不同大小的質量塊放入其中，實現了質量可調。本發明中，垂向調節的提升機構采用絞箱的結構，在底板上端垂直安裝三根等高的圓柱形支撐桿，在三支撐桿上端架以橫桿形成橫梁，橫梁上放置用于提升的驅動電機，鋼繩通過位于橫梁中心的圓孔來提升二維平臺以改變其高度。二維平臺邊沿設有分別穿過三個支撐桿的三個套筒，套筒可以在圓柱上上下自由滑動，也可有效防止在小車運動過程中圓環隨意擺動，使機構更穩定，保證了實驗的精確性和安全性。本發明可以采用智能控制，當操作者向PC機輸入期望的(X，y, ζ)值時，通過直角坐標與柱坐標的換算，得出(Θ，R，H)的值，按重心調整程序流程圖執行驅動機構，使重物塊迅速運動到指定位置，精確迅速，便于操作。本實驗平臺能對輪式移動機器人的重心位置在較大范圍內進行任意位置的快速精確調節，利用該平臺不僅可以研究重心位置的不同對輪式機器人運動軌跡的影響，而且可以實時調整機器人的重心位置以保證機器人運動的穩定性。從中總結出的相關規律，可以推廣應用于汽車、以及其他移動機器人等領域。綜上所述，本發明具有結構簡單，重心移動在三維方向上迅速，靈敏，精確可控的優點，特別適合用于對機器人重心移動情況與機器人移動情況之間的影響關系進行研究。
說明書附圖
圖1是本發明結構示意圖。圖2是圖1中單獨支撐桿以及支撐桿上設置的結構的示意圖。圖3是單獨配重塊和條形導軌的結構示意圖。圖4是本實驗平臺具體操作實施時的程序流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明做進一步說明。具體實施時，如圖1-圖3所示，一種重心位置可調的兩輪差速輪式移動機器人實驗平臺，包括底板，底板上設置有驅動系統，底板上方向上均布設置有三根支撐桿7，三根支撐桿7頂部各設置有一根向中間橫向延伸后交接固定為一體的橫桿5,橫桿5中間位置設置有提升機構，支桿中部位置設置有二維平臺，二維平臺上設置有配重塊12，以及用于帶動配重塊12沿二維平臺水平面運動的二維運動機構，所述提升機構用于帶動二維平臺做提升運動。其中，所述驅動系統包括支撐設置于底板下方的滾輪，滾輪包括一個前滾輪2和一對后滾輪1，以及位于底板上方的驅動控制模塊3，所述驅動控制模塊用于控制和帶動滾輪轉動，一般包括滾輪驅動電機和電機控制模塊。其中，所述提升機構包括提升電機4和鋼絲繩10，所述提升電機固定在三橫桿交接處，提升電機輸出軸上設置有絞線盤，所述鋼絲繩10一端繞接在絞線盤上，另一端向下可滑動地穿過位于橫桿5交接處中部的豎孔6并連接在二維平臺9中部。其中，所述二維平臺9包括三個可滑動地套設在三根支撐桿7上的套筒8，三套筒8之間上端靠由三根連接桿構成的上支架11連接為一體，上支架11中部與提升機構相連；三套筒下端內側水平設置有一環形件16，環形件16上方沿直徑方向設置有一條形導軌14，條形導軌14兩端靠滾珠可滑動地卡接在環形件上表面的一環形滑槽13內，條形導軌14中部下方設置有舵機17，舵機17靠下支架固定在三根支撐桿上，舵機與條形導軌連接并用于帶動條形導軌旋轉；條形導軌的兩側面順長度方向設置有卡接滑槽18，所述配重塊12靠配合在卡接滑槽18內的卡接凸起19可滑動地卡接在條形導軌14上，條形導軌的上端面沿長度方向設置有齒條帶15，配重塊內部設置有行走電機，行走電機輸出端設置有與齒條帶15嚙合的行走齒輪。本發明的實驗平臺具體使用時，靠計算機進行控制，計算機分別與驅動控制模塊、提升電機、舵機以及行走電機通訊連接并進行智能控制。通過操作者或控制算法發送期望的(x，y，z)值時，通過直角坐標與柱坐標的換算，得出(Θ，R，H)的值，可以按照重心調整程序流程圖4執行驅動機構，使重物塊迅速運動到指定位置。本實驗平臺能對輪式移動機器人的重心位置在較大范圍內進行任意位置的快速精確調節，利用該平臺不僅可以研究重心位置的不同對輪式機器人運動軌跡的影響，而且可以實時調整機器人的重心位置以保證機器人運動的穩定性。從中總結出的相關規律，可以推廣應用于汽車、以及其他移動機器人等領域。
權利要求
1.一種重心位置可調的兩輪差速輪式移動機器人實驗平臺，其特征在于，包括底板，底板上設置有驅動系統，底板上方向上均布設置有三根支撐桿，三根支撐桿頂部各設置有一根向中間橫向延伸后交接固定為一體的橫桿，橫桿中間位置設置有提升機構，支桿中部位置設置有二維平臺，二維平臺上設置有配重塊，以及用于帶動配重塊沿二維平臺水平面運動的二維運動機構，所述提升機構用于帶動二維平臺做提升運動。
2.如權利要求1所述的重心位置可調的兩輪差速輪式移動機器人實驗平臺，其特征在于，所述驅動系統包括支撐設置于底板下方的滾輪，以及位于底板上方的驅動控制模塊，所述驅動控制模塊用于控制和帶動滾輪轉動。
3.如權利要求1所述的重心位置可調的兩輪差速輪式移動機器人實驗平臺，其特征在于，所述提升機構包括提升電機和鋼絲繩，所述提升電機固定在三橫桿交接處，提升電機輸出軸上設置有絞線盤，所述鋼絲繩一端繞接在絞線盤上，另一端向下可滑動地穿過位于橫桿交接處中部的豎孔并連接在二維平臺中部。
4.如權利要求1所述的重心位置可調的兩輪差速輪式移動機器人實驗平臺，其特征在于，所述二維平臺包括三個可滑動地套設在三根支撐桿上的套筒，三套筒之間上端靠由三根連接桿構成的上支架連接為一體，上支架中部與提升機構相連；三套筒下端內側水平設置有一環形件，環形件上方沿直徑方向設置有一條形導軌，條形導軌兩端靠滾珠可滑動地卡接在環形件上表面的一環形滑槽內，條形導軌中部下方設置有舵機，舵機靠下支架固定在三根支撐桿上，舵機與條形導軌連接并用于帶動條形導軌旋轉；條形導軌的兩側面順長度方向設置有卡接滑槽，所述配重塊靠配合在卡接滑槽內的卡接凸起可滑動地卡接在條形導軌上，條形導軌的上端面沿長度方向設置有齒條帶，配重塊內部設置有行走電機，行走電機輸出端設置有與齒條帶嚙合的行走齒輪。
全文摘要
本發明公開了一種重心位置可調的兩輪差速輪式移動機器人實驗平臺，其特征在于，包括底板，底板上設置有驅動系統，底板上方向上均布設置有三根支撐桿，三根支撐桿頂部各設置有一根向中間橫向延伸后交接固定為一體的橫桿，橫桿中間位置設置有提升機構，支桿中部位置設置有二維平臺，二維平臺上設置有配重塊，以及用于帶動配重塊沿二維平臺水平面運動的二維運動機構，所述提升機構用于帶動二維平臺做提升運動。本發明具有結構簡單，重心移動在三維方向上迅速，靈敏，精確可控的優點，特別適合用于對機器人重心移動情況與機器人移動情況之間的影響關系進行研究。
文檔編號G01M99/00GK103196685SQ20131006754
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月4日 優先權日2013年3月4日
發明者王牛, 馬勤勇, 周恩, 黃宇, 竇雪倩, 趙璽 申請人:重慶大學