基于四轮移动平台的倒立摆实验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于控制技术领域，涉及一种基于四轮移动平台的倒立摆实验装置。
【背景技术】
[0002]倒立摆实验平台是一个复杂的、不稳定的、非线性系统，是进行控制理论教学及开展各种控制实验的理想实验平台。对倒立摆系统的研宄能有效的反映控制中的许多典型问题:如非线性问题、鲁棒性问题、镇定问题、随动问题以及跟踪问题等。通过对倒立摆的控制，用来检验新的控制方法是否有较强的处理非线性和不稳定性问题的能力。
[0003]倒立摆控制问题就是通过摆杆链接机构的运动，使摆杆尽快稳定到垂直倒立的状态。同时能够克服扰动的影响，保持摆杆在期望位置稳定。当前的倒立摆实验系统主要有直线式和旋转式，二者都是控制固定滑轨上的小车运动来达到控制摆杆的目的。
[0004]当前的倒立摆实验系统，机构普遍较为复杂，价格较高，维修不便；由于承载摆杆的小车都是在一定的轨道上移动，因此设备整体需要固定于操作台面上，实验前需要进行一定的调整安装，不便于拆卸和移动；并且实验数据的采集，设备的供电，都需要通过电缆进行，限制了平台的使用场所；电缆容易对摆杆产生额外的运动干扰，影响实验结果；而当前的两轮、三轮小车倒立摆在前后运动时，容易改变运动方向，影响实验结果，系统的稳定性不佳。
【实用新型内容】
[0005](一 )要解决的技术问题
[0006]本实用新型要解决的技术问题是:提出一种无需外接电缆，无需固定安装，易于挪动拆卸，适用于各种场所的低成本倒立摆实验装置。
[0007]( 二)技术方案
[0008]为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于四轮移动平台的倒立摆实验装置，其包括车底盘I和安装在其上的电路板支架2、控制板3、第一编码器4、电机5、锂电池6、第二编码器7、编码器支撑架8、摆杆9和无线模块10 ;所述车底盘I为可前后移动的四轮底盘；电路板支架2固定于车底盘I后部；控制板3固定于电路板支架2上；电机5通过齿轮带动后轮转动，从而使小车前后移动；第一编码器4用于测量当前电机5的转速；无线模块10用于控制板3和远程计算机通信；锂电池6用于驱动电机5，并给控制板3和无线模块10供电；摆杆9固定于第二编码器7的转轴上，摆杆9的摆动幅度通过第二编码器7转化为角度信息传送至控制板3 ;第二编码器7通过编码器支撑架8固定于车底盘I前部。
[0009]优选地，所述控制板3为控制摆杆9平衡的控制器，其以可编程逻辑控制器为核心，扩展512KX 16位FLASH用于程序和数据存储，并扩展256KX 16位SRAM用于运行程序。
[0010]优选地，所述控制板上设置有启动按键，用户通过该按键控制所述实验装置启动或停止；控制板上还设置有JTAG 口，供用户下载程序。
[0011]优选地，所述电路板支架2通过四个支柱固定于车底盘I上。
[0012](三)有益效果
[0013]上述技术方案所提供的基于四轮移动平台的倒立摆实验装置，通过使用四轮移动平台，提高了平台稳定性，消除了两轮或三轮移动平台前后移动时容易改变运动方向，从而影响控制效果的问题；摆杆直接固定于编码器轴承上，无传动机构，简化了实验装置的结构，并且易于拆卸；整体机构简单轻便，无需固定安装，易于挪动携带，降低了装置成本。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型实施例基于四轮移动平台的倒立摆实验装置的侧视图；
[0015]图2为本实用新型实施例基于四轮移动平台的倒立摆实验装置的后视图；
[0016]图3为本实用新型实施例基于四轮移动平台的倒立摆实验装置的控制原理框图。
[0017]图中，1_车底盘，2_电路板支架，3_控制板，4_第一编码器，5_电机，6_钮电池，7-第二编码器，8-编码器支撑架，9-摆杆，10-无线模块。
【具体实施方式】
[0018]为使本实用新型的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细描述。
[0019]在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、
“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0020]在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0021]此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0022]如图1所示，本实施例基于四轮移动平台的倒立摆实验装置包括车底盘1、电路板支架2、控制板3、第一编码器4、电机5、锂电池6、第二编码器7、编码器支撑架8、摆杆9和无线模块10 ;具体地，车底盘I为长30cm、宽20cm且可前后移动的四轮底盘，上述各部件均安装于车底盘I上；电路板支架2通过四个支柱固定于车底盘I后部；控制板3固定于电路板支架2上；电机5通过齿轮带动后轮转动，从而使小车前后移动；第一编码器4使用500线编码器，用于测量当前电机5的转速；无线模块10用于控制板3和远程计算机通信；锂电池6用于驱动电机5，并给控制板3和无线模块10供电；摆杆9是本装置的控制对象，通过控制小车的前后移动使摆杆9保持垂直方向；第二编码器7使用1000线编码器，摆杆9固定于第二编码器7的转轴上，摆杆9的摆动幅度会通过第二编码器7转化为角度信息传送至控制板3 ;第二编码器7通过编码器支撑架8固定于车底盘I前部。
[0023]本实施例中，控制板3是控制倒立摆平衡的控制器，以TMS320F2812dsp (可编程逻辑控制器)为核心，扩展512KX 16位FLASH用于程序和数据存储，并扩展256KX 16位SRAM用于运行程序。当摆杆9摆动时，第二编码器7会输出相位不同的两路脉冲，并送入方向盘别芯片ST288A，ST288A根据A、B脉冲的相位判断摆杆9的摆向，如果摆杆9向前摆动，ST288A的方向指示管脚输出高电平，如果摆杆9向后摆动，输出低电平。
[0024]由于DSP的I/O 口是3.3v电压，ST288A是5v电压，因此需要考虑点平匹配。本实用新型使用的两个编码器的Pwm输出是漏极开路输出，因此可通过上拉电阻控制输出电平。本实用新型将第一编码器4上拉至3.3v，可匹配dsp接口电压；将第二编码器7上拉至5v，可匹配ST288A。此时，编码器输出的脉冲A和ST288A输出的方向信号均为5v，因此需要通过74FCT164245转化为3.3v送入dsp。DSP通过pwm信号控制电机驱动芯片VNHSP30的输出电压，从而控制电机的转速。本实用新型通过一块7.2v锂电池供电，7.2v电源通过控制板上的电源管理模块转化为5v、3.3v和1.8v。控制板留有启动按键，用户可通过该按键控制倒立摆装置启动或停止；还留有JTAG 口，供用户下载程序。无线模块用于和远程计算机通信，无线模块通过串行接口和dsp通信。
[0025]由上述技术方案可以看出，本实用新型具有以下显著优点:
[0026](I)本实施例使用7.2v锂电池供电，通过无线模块传输数据，从而提供了一种无需连接任何外接电缆即可实验的倒立摆实验装置，大大减少了使用场所限制，同时消除了电缆对实验结果造成的干扰。
[0027](2)本实施例使用四轮移动平台，提高了平台稳定性，消除了两轮或三轮移动平台前后移动时容易改变运动方向，从而影响控制效果的问题；将dsp控制器最小系统、电机驱动模块和速度、摆杆角度采集模块集成到一块控制板上，降低了实验装置电路的复杂性和成本。
[0028](3)本实施例倒立摆直接固定于编码器轴承上，无传动机构，简化了实验装置的结构，并且易于拆卸；整体机构简单轻便，无需固定安装，易于挪动携带，降低了装置成本。
[0029]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种基于四轮移动平台的倒立摆实验装置，其特征在于，包括车底盘(I)和安装在其上的电路板支架(2)、控制板(3)、第一编码器(4)、电机(5)、锂电池(6)、第二编码器(7)、编码器支撑架(8)、摆杆(9)和无线模块(10);所述车底盘(I)为可前后移动的四轮底盘；电路板支架⑵固定于车底盘⑴后部；控制板⑶固定于电路板支架⑵上；电机(5)通过齿轮带动后轮转动，从而使小车前后移动；第一编码器(4)用于测量当前电机(5)的转速；无线模块(10)用于控制板(3)和远程计算机通信；锂电池(6)用于驱动电机(5)，并给控制板(3)和无线模块(10)供电；摆杆(9)固定于第二编码器(7)的转轴上，摆杆(9)的摆动幅度通过第二编码器(7)转化为角度信息传送至控制板(3);第二编码器(7)通过编码器支撑架(8)固定于车底盘(I)前部。
2.如权利要求1所述的基于四轮移动平台的倒立摆实验装置，其特征在于，所述控制板(3)为控制摆杆(9)平衡的控制器，其以可编程逻辑控制器为核心，扩展512KX 16位FLASH用于程序和数据存储，并扩展256KX 16位SRAM用于运行程序。
3.如权利要求1所述的基于四轮移动平台的倒立摆实验装置，其特征在于，所述控制板(3)上设置有启动按键，用户通过该按键控制所述实验装置启动或停止；控制板(3)上还设置有JTAG 口，供用户下载程序。
4.如权利要求1-3中任一项所述的基于四轮移动平台的倒立摆实验装置，其特征在于，所述电路板支架(2)通过四个支柱固定于车底盘(I)上。
【专利摘要】本实用新型属于控制技术领域，公开了一种基于四轮移动平台的倒立摆实验装置，包括车底盘和安装在其上的电路板支架、控制板、第一编码器、电机、锂电池、第二编码器、编码器支撑架、摆杆和无线模块；车底盘为可前后移动的四轮底盘；控制板固定于电路板支架上；第一编码器用于测量当前电机的转速；无线模块用于控制板和远程计算机通信；锂电池用于驱动电机，并给控制板和无线模块供电；摆杆固定于第二编码器的转轴上，摆杆的摆动幅度通过第二编码器转化为角度信息传送至控制板；第二编码器通过编码器支撑架固定于车底盘前部。本实用新型稳定性强，易于拆卸；整体机构简单轻便，无需固定安装，易于挪动携带，降低了装置成本。
【IPC分类】G09B25-00
【公开号】CN204288665
【申请号】CN201420726679
【发明人】汤晓磊
【申请人】中国航天科工集团第三研究院第八三五七研究所
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年11月26日