一种自平衡移动机器人的制作方法

本实用新型涉及移动机器人技术领域，更具体地，涉及一种自平衡移动机器人。

背景技术：

当前，虽然市面上出现了各种各样的两轮移动机器人，但是已有的两轮移动机器人的基本特征都是两个轮子呈左右排布，且两个轮子的轴线共线。目前，轮式同轴移动机器人具有结构简单、成本低、能量利用率高等特点，是机器人研究的重要方向之一。但是轮式同轴移动机器人工作过程中难以适应遇到道路狭窄、空间有限、路况复杂等情况。

技术实现要素：

本实用新型为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种自平衡移动机器人，运动灵活敏捷，具有动态自平衡以及自主移动的能力。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种自平衡移动机器人，包括前体和后体，所述的前体和后体转动连接，所述的前体和后体上各设置有至少一个万向轮，

还包括驱动模块，所述的驱动模块分别连接前体和后体，控制前体和后体相对往复摆动；

用于调整机器平衡的平衡模块，所述的平衡模块设置在前体或后体；

用于采集运动信息的传感模块，所述的传感模块设置在前体或后体；

控制器，所述的控制器与平衡模块、驱动模块和传感模块电连接；

电源，所述的电源与控制器、驱动模块、平衡模块和传感模块电连接。

在本装置中，通过驱动模块对前体和后体进行驱动，使前体和后体相对规律地往复摆动，通过摆动使机器人能够自主地蛇形前进运动，在运动过程中，传感模块用于对机器人的运动信息进行采集，控制器在收集处理完毕传感模块的传感数据之后，对平衡模块发出控制指令以调整机器的运动平衡，使机器人具有动态自平衡和自主移动的能力。

进一步的，所述的驱动模块包括扭转电机和轴座，所述的扭转电机和轴座分别分开固定设置在前体和后体上，所述的扭转电机的输出轴与轴座连接。扭转电机的输出轴转动带动与轴座连接的前体或后体进行一定角度范围内的转动，从而实现前体和后体之间的相对往复摆动，以驱动机器人前进。

进一步的，所述的平衡模块包括飞轮和飞轮电机，所述的飞轮电机与控制器电连接，所述的飞轮电机与飞轮连接。其中，飞轮的旋转轴线与前体和后体之间的旋转轴线平行，飞轮安装在飞轮电机的输出轴上，飞轮电机启动带动飞轮转动，本机器人利用角动量守恒的原理，通过调控飞轮电机的转速和启动方向，进而控制飞轮的旋转加速度大小以及旋转方向，从而对机器人平衡进行调整。

进一步的，所述的传感模块包括测速编码器、转角编码器、姿态传感器和视觉传感器，至少一个视觉传感器设置于前体或后体上，所述的姿态传感器分别设置于前体和后体上，所述的测速编码器和转角编码器设于万向轮上。测速编码器用于测量万向轮的转速，转角编码器用于测量万向轮的转角，并且通过姿态传感器实时测量前体和后体的运动姿态。另外，作为避障以及导航的需要，设置的视觉传感器可以采集机器人周围环境的信息，上述传感器所采集的信息全部传输至控制器中，并通过控制器对数据进行整合处理，协调驱动模块和平衡模块，使得机器人具有动态自平衡以及自主移动的能力。

进一步的，所述的万向轮包括轮架和滚轮，所述的滚轮转动设置在轮架上，所述的轮架与前体或后体转动连接。

进一步的，所述的轮架的转动轴线与前体(11)和后体(1)之间的转动轴线之间的夹角为23°～27°。

进一步的，所述的电源、扭转电机和平衡模块均共同设置在前体或后体上，具体地，电源和平衡模块设置于前体或后体靠近转动连接点的一侧。电源优选采用移动电源，可拆卸安装在机器人上，在需要充电的时候可以方便将电源拆卸下来进行充电，更换维护也更加方便，另外，由于电源和平衡模块的质量较大，因此将他们设置于机器人的中部位置附近可以提高整体的稳定性。

进一步的，所述的扭转电机设于前体或后体的近地面。扭转电机质量较大，因此将其设置在近地面可以降低机器人的整体中心，运动更加平稳。

进一步的，还包括用于将飞轮与外界环境隔开的保护盖(5)，所述的飞轮设置在保护盖内。保护盖将飞轮与外界隔离开来，保护人员的安全，提高机器人的安全性。

进一步的，所述的视觉传感器向上延伸设置于前体或后体远地面上靠近转动连接点的一侧，所述的视觉传感器设置于安装平衡模块的前体或后体上。该设置可以使视觉传感器保持相对稳定，能更好地采集机器人周围的环境，另外该设置还能够减少视觉传感器的设置数量，通过设置一个万向球形视觉传感器即可将机器人周围环境进行视觉信息采集，视觉传感器向上延伸设置使其高出前体和后体上安装的其余设备，以免受到遮挡无法对周围环境信息进行采集。

与现有技术相比，有益效果是：本机器人运动灵活敏捷，具有自主移动和动态自平衡的能力，可以用于狭小空间，另外，本机器人配备传感模块，可以对机器人的运动状态和周边环境进行数据采集，因此可以适应不同的路况。

附图说明

图1是本实用新型整体结构示意图；

图2是本实用新型保护盖半拆卸状态的示意图；

图3是本实用新型保护盖完全拆卸状态的示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

如图1-3所示，一种自平衡移动机器人，包括前体11和后体1，前体11和后体1的中部位置相互转动连接，在前体11和后体1上各设置了至少一个万向轮，在本实施例中，前体11和后体1各设置了一个万向轮，两个万向轮不同轴。

在本机器人中，设置了驱动模块用于动力源驱动前体11和后体1相对往复摆动，驱动模块可根据实际的安装使用需求设置在前体11或后体1上，具体地，在本实施例中，驱动模块包括扭转电机14和轴座13，扭转电机14通过固定架7固定安装在后体1上，轴座13固定设置在前体11上，扭转电机14的输出轴与轴座13固定连接，扭转电机14输出轴在一定周期内往复循环正反转动，前体11绕着扭转电机14的轴线做正反转动动作，前体11和后体1相对往复摆动，实现机器人的扭动前进和转弯，其前进速率可以通过调整扭转电机14的转动速率进行调整。

另外，为了实现机器人的动态自平衡，保证机器人在运动过程中的运动平衡以适应不同的路面状况，因此机器人中还设置了平衡模块、传感模块和控制器9，各传感器对机器人运动时的实时运动数据和周边数据进行采集，并将所采集到的相关数据传输至控制器9中进行处理，控制器9在收集和处理完各数据后，对平衡模块发出控制指令以调节机器人的运动平衡，即使机器人遇到路面情况改变或外力干扰的时候，也可以通过平衡模块及时对机器人的平衡进行调整，保证其不会偏倒。另外，控制器9同时也会对驱动模块发送控制指令以使机器人扭动前进。

具体地，在本实施例中，传感模块包括测速编码器16、转角编码器10、姿态传感器8和视觉传感器6，至少一个视觉传感器6设置于前体11或后体1上，所述的姿态传感器8分别设置于前体11和后体1上，所述的测速编码器16和转角编码器10设于万向轮上。测速编码器16用于测量万向轮的转速，转角编码器10用于测量万向轮的转角，并且通过姿态传感器8实时测量前体11和后体1的运动姿态。另外，作为避障以及导航的需要，设置的视觉传感器6可以采集机器人周围环境的信息，上述传感器所采集的信息全部传输至控制器9中，并通过控制器9对数据进行整合处理，协调驱动模块和平衡模块，使得机器人具有动态自平衡以及自主移动的能力。视觉传感器6向上延伸设置于前体11或后体1远地面上靠近转动连接点的一侧。该设置可以减少视觉传感器6的数量设置，通过设置一个万向球形视觉传感器6即可将机器人周围环境进行视觉信息采集，视觉传感器6向上延伸设置使其高出前体11和后体1上安装的其余设备，以免受到遮挡无法对周围环境信息进行采集。

平衡模块包括飞轮4和飞轮电机3，所述的飞轮电机3与控制器9电连接，所述的飞轮电机3与飞轮4连接，飞轮4的旋转轴线与前体11和后体1之间的旋转轴线平行。飞轮4安装在飞轮电机3的输出轴上，飞轮电机3启动带动飞轮4转动，本机器人利用角动量守恒的原理，通过调控飞轮电机3的旋转和旋转方向，进而控制飞轮4的旋转及旋转方向，从而对机器人平衡进行控制。

在本实施例中，万向轮包括轮架15和滚轮12，所述的滚轮12转动设置在轮架15上，所述的轮架15与前体11或后体1转动连接，轮架15的转动轴线与前体和后体之间的旋转轴线之间的夹角为23°～27°。上述的测速编码器16和转角编码器10均设置在轮架15上以用于测量滚轮12的转速和轮架15的转角。

作为本实施例中的一种优选设置方式，电源2、扭转电机14和平衡模块均共同设置在前体11或后体1上。电源2和平衡模块设置于前体11或后体1靠近转动连接点的一侧。电源2优选采用移动电源，可拆卸安装在机器人上，在需要充电的时候可以方便将电源2拆卸下来进行充电，更换维护也更加方便，另外，由于电源2和平衡模块的质量较大，因此将他们设置于机器人的中部位置附近可以提高整体的稳定性。扭转电机14设于前体11或后体1的近地面。扭转电机14质量较大，因此将其设置在近地面可以降低机器人的整体重心，提高机器人稳定性，运动更加平稳。

为了保证使用者的安全，在本机器人中还设置了保护盖5，飞轮4设置在保护盖5内。保护盖5将飞轮4与外界隔离开来，保护人员的安全，提高机器人的安全性。

在本机器人中，通过扭转电机14对前体11和后体1进行驱动，使前体11和后体1相对规律地往复摆动，通过摆动使机器人能够自主地蛇形前进运动，在运动过程中，传感模块用于对机器人的运动信息进行采集，控制器9在收集处理完毕传感模块的传感数据之后，对平衡模块发出控制指令以调整机器的运动平衡，使机器人具有动态自平衡和自主移动的能力。本机器人具有占地面积小和运动灵活敏捷的特点，可以用于狭小的空间，再者，此机器人行进运动形式特殊，可以作为趣味玩具。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。