輪傳動副連接，該側叉體上還通過斜架安裝車輪編碼器13，所述車輪編碼器13的輸出軸與獨輪1的鋼圈之間通過齒輪傳動副連接，如圖1、圖2、圖3所示。
[0027]所述轉彎調節機構設于基體I正上方，包括支撐架14、轉彎調節框架15(框架呈水平，其長度方向為前、后的縱向，其內部空間為上、下方向)和轉彎調節轉盤16(盤體呈豎直狀)，所述支撐架14由底板和前、后側板構成，支撐架14的底板安裝于基體I的左、右側板上，左、右兩個轉彎調節框架15分別通過前、后兩側的轉彎調節框架轉軸17安裝在支撐架14的前、后側板之間，支撐架14的前側板上設有一對傳動比為1:1的轉彎調節框架齒輪傳動副24(扇形齒輪構成)，所述轉彎調節框架齒輪傳動副24連接前側的左、右轉彎調節框架轉軸17，左、右兩個轉彎調節轉盤16分別通過橫向轉盤轉軸19 (左右方向的水平軸)居中安裝于左、右轉彎調節框架15內；支撐架14的前側板上設置轉彎調節框架驅動電機20，所述轉彎調節框架驅動電機20通過齒輪傳動副連接前側左方的轉彎調節框架轉軸17，對應于左、右轉彎調節框架15于支撐架14的后側板上分別設置左、右轉彎調節框架編碼器22，左、右轉彎調節框架編碼器22分別通過齒輪傳動副連接后側的左、右轉彎調節框架轉軸17，各轉彎調節框架15上均設有轉彎調節轉盤驅動電機21和轉彎調節轉盤編碼器23，所述轉彎調節轉盤驅動電機21和轉彎調節轉盤編碼器23分別通過齒輪傳動副連接橫向轉盤轉軸19，如圖1、圖2、圖
3、圖4所示。
[0028]上述結構中，高速旋轉的轉彎調節轉盤16與小角度轉動的轉彎調節框架15同時運動產生陀螺力矩，而左、右兩轉彎調節轉盤16和兩轉彎調節框架15的運動方向實時相反，由此產生一對關于一平面完全對稱的陀螺力矩，該平面垂直于支撐架14的底板且位于兩轉彎調節框架15的正中間，使得這一對陀螺力矩在垂直方向上分量的合成力矩能夠調節車體的轉彎，并在水平方向上的分量能夠相互抵消，從而避免對側向的影響。
[0029]本實用新型的控制系統設于基體I的底板上，包括通過相關電路連接的電池組25、陀螺儀26、無線模塊27、伺服驅動器29和運動控制器28，控制系統實時檢測車體姿態并根據車體姿態向各電機發出驅動信號、同時接收各編碼器的反饋信號以進一步修正各電機的運轉，如圖1所示。
[0030]本實用新型的運行方式:
[0031]機器人(獨輪車裝置)在運動過程中，陀螺儀25實時檢測車體的姿態，當車體發生側向傾倒時，陀螺儀25檢測到姿態信號，將數據傳送給運動控制器28，運動控制器28通過伺服驅動器29控制側向平衡調節機構的側向平衡框架驅動電機6旋轉的速度，通過側向平衡框架齒輪傳動副18小角度的旋轉，從而帶動上、下側向平衡框架2實時反向轉動，同時運動控制器28通過伺服驅動器29驅動側向平衡轉盤3高速旋轉，對應的兩側向平衡轉盤3的運動方向實時相同，兩側向平衡框架2的運動方向實時相反，由此產生一對關于一平面完全對稱的陀螺力矩，由于該平面平行于基體I的底板且位于兩側向平衡框架2的正中間，使得這一對陀螺力矩在水平方向上分量的合成力矩能夠克服車體傾倒的重力矩，并在垂直方向上的分量能夠相互抵消，從而避免對轉彎的影響。
[0032]與此同理，當陀螺儀25檢測到轉彎的航向信號時，將數據傳送給運動控制器28，運動控制器28通過伺服驅動器29控制轉彎調節機構的兩個轉彎調節轉盤16高速旋轉，同時運動控制器28通過伺服驅動器29控制兩個轉彎調節框架15小角度轉動，所述的轉動使得所產生的這對陀螺力矩在垂直方向上分量的合成力矩能夠調節車體的轉彎，并在水平方向上的分量能夠相互抵消，從而避免對側向的影響。
[0033]車輪編碼器13采集獨輪10的轉速，反饋給運動控制器28控制車體的前、后俯仰運動。
【主權項】
1.可實現全方位運動解耦的獨輪車裝置，其特征在于:包括基于基體(I)設置的俯仰平衡調節行走機構、側向平衡調節機構和轉彎調節機構，其中 ①、所述側向平衡調節機構包括上、下側向平衡框架(2)和上、下側向平衡轉盤(3)，各側向平衡框架(2)通過左、右兩側的側向平衡框架轉軸(4)安裝于基體(I)內部，上、下側向平衡轉盤(3)通過豎直轉盤轉軸(5)分別安裝于上、下側向平衡框架(2)內，所述基體(I)上設有控制一個側向平衡框架(2)作小角度轉動的側向平衡框架驅動電機(6)，同側的上、下側向平衡框架轉軸(4)之間由傳動比為1:1的側向平衡框架齒輪傳動副(18)連接，各側向平衡框架(2)上設有驅動對應側向平衡轉盤(3)高速旋轉的側向平衡轉盤驅動電機(7)，基體(I)上設有分別檢測各側向平衡框架(2)轉動幅度的側向平衡框架編碼器(8)，各側向平衡框架(2)上設有檢測對應側向平衡轉盤(3)轉速的側向平衡轉盤編碼器(9); ②、所述俯仰平衡調節行走機構設于基體(I)下方，包括獨輪(10)和車叉(11)，所述車叉(11)安裝在基體(I)底部，所述獨輪(10)于車叉(11)內安裝，車叉(11)上設有驅動獨輪(10)轉動的薄餅電機(12)和檢測獨輪(10)轉速的車輪編碼器(13); ③、所述轉彎調節機構設于基體(I)上方，包括基于支撐架(14)設置的左、右轉彎調節框架(15)和左、右轉彎調節轉盤(16)，各轉彎調節框架(15)通過前、后兩側的轉彎調節框架轉軸(17)安裝于支撐架(14)內部，左、右轉彎調節轉盤(16)通過橫向轉盤轉軸(19)分別安裝于左、右轉彎調節框架(15)內，所述支撐架(14)上設有控制一個轉彎調節框架(15)作小角度轉動的轉彎調節框架驅動電機(20)，同側的左、右轉彎調節框架轉軸(I7)之間由傳動比為1:1的轉彎調節框架齒輪傳動副(24)連接，各轉彎調節框架(15)上設有驅動對應轉彎調節轉盤(16)高速旋轉的轉彎調節轉盤驅動電機(21)，支撐架(14)上設有分別檢測各轉彎調節框架(15)轉動幅度的轉彎調節框架編碼器(22)，各轉彎調節框架(15)上設有檢測對應轉彎調節轉盤(16)轉速的轉彎調節轉盤編碼器(23)。2.根據權利要求1所述的可實現全方位運動解耦的獨輪車裝置，其特征在于:所述側向平衡框架齒輪傳動副(18)和轉彎調節框架齒輪傳動副(24)均為扇形齒輪傳動副。3.根據權利要求1或2所述的可實現全方位運動解耦的獨輪車裝置，其特征在于:所述基體(I)上設有實時檢測車體姿態并根據車體姿態向各電機發出驅動信號、同時接收各編碼器的反饋信號以進一步修正各電機運轉的控制系統，所述控制系統包括通過相關電路連接的電池組(25)、陀螺儀(26)、無線模塊(27)、運動控制器(28)和伺服驅動器(29)。
【專利摘要】本實用新型公開了一種可實現全方位運動解耦的獨輪車裝置，其側向平衡調節機構設于基體內，包括上、下側向平衡框架和基于上、下側向平衡框架分別設置的上、下側向平衡轉盤，上、下側向平衡轉盤高速旋轉，上、下側向平衡框架作小角度相對轉動；其俯仰平衡調節行走機構設于基體底部，包括獨輪和車叉；其轉彎調節機構設于基體頂部，包括基于支撐架設置的左、右轉彎調節框架和基于左、右轉彎調節框架分別設置的左、右轉彎調節轉盤，左、右轉彎調節轉盤高速旋轉，左、右轉彎調節框架作小角度相對轉動。本實用新型的結構在俯仰、側向和轉彎的數學模型上得到解耦，從而大大降低了獨輪車車體運動的控制難度。
【IPC分類】G05D1/02
【公開號】CN205176652
【申請號】CN201520911313
【發明人】莊未, 江漢, 黃用華, 何淑通, 劉成舉, 張明明, 張 杰, 王昌盛, 鐘永全
【申請人】桂林電子科技大學
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年11月16日