基于单摆结构的两轮平衡机器人的制作方法

本发明涉及一种两轮平衡机器人，尤其涉及一种基于单摆结构的两轮平衡机器人。

背景技术：

目前市场上常见的两轮平衡机器人，为了控制简单，其质心是位于形心之上，即倒立摆结构。倒立摆结构的两轮平衡机器人，虽然技术比较成熟，但结构相对复杂，因此，在某些场合，需要一种结构简单的两轮平衡机器人。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种基于单摆结构的两轮平衡机器人，其采用单摆结构且结构简单。所述的单摆结构指质心位于其形心之下。

本发明的技术方案是：

所提供的基于单摆结构的两轮平衡机器人，包括两个车轮、位于两个车轮之间的机器人本体，其特殊之处在于：

所述机器人本体包括外壳以及设置在外壳内的支架、两个驱动单元和两个配重单元，驱动单元和配重单元都设置在车轮轴的下方；

所述支架由前支架和后支架扣合而成，支架上设置向左右伸出的两个支架轴，所述支架内设置有位于支架轴下方的两个驱动单元座；

所述驱动单元包括依次传动的电机、驱动齿轮箱和输出齿轮轴；

所述车轮包括外胎、设置在外胎内侧的车轮内齿圈、设置在轮胎中心的轴承；

所述支架的支架轴与轴承的内圈固连，所述车轮与轴承的外圈固连；

所述电机和驱动齿轮箱嵌在支架的驱动单元座内；

所述输出齿轮轴与车轮内齿圈啮合；

所述配重单元包括至少一块配重块，所述配重块设置在支架前后两侧。

基于上述基本技术方案，本发明还作出以下优化/限定：

为防止两轮平衡机器人启动时后仰，上述两个车轮的径向平面相交，存在夹角B。

在不影响整个产品外观效果的情况下，车轮的夹角越大，防启动后仰的效果越明显。根据这一原则，上述两个车轮径向平面之间的夹角B范围为5°～15°。

最佳的，上述两个车轮径向平面之间的夹角B为7°。

上述两轮平衡机器人还包括设置在所述支架下方的电池，所述电池也能起到配重作用。

为便于装配和保证两个车轮径向平面之间的夹角B，上述车轮还包括与所述轴承内圈固连的支架座，所述支架轴固定套装在所述支架座内。在装配时，将前后支架和左右车轮通过所述支架座装配在一起，再整体固定在机器人的壳体上，从而保证所述夹角B。

上支架前后两侧的配重块的数量分别为3个，且配重块形状与支架外轮廓相适配，以使结构更紧凑。

本发明的优点：

1、本发明结构简单。本发明将驱动单元和配重都设置在车轮轴的下方，从而保证质心位于其形心之下。

2、本发明通过两轮间设定夹角，使得两侧车轮的轴线不共线，即存在夹角。一方面使整机结构的质心进一步下降，以增大力矩克服反向扭矩；另一方面，两侧车轮轴线不共线，机器人本体就没有了转动轴，转动就受到了约束。

3、本发明体积小。本发明配重采用多块不同结构的配重，充分利用了支架的空间，减小了配重的空间体积。

附图说明

图1是本发明主视图；

图2是图1的A-A视图；

图3是图1的分解图；

图中：11-左车轮，12-右车轮，21-前支架，22-后支架，23-支架轴，24-驱动单元座，31-左支架座，32-右支架座，33-轴承，4-驱动单元，41-电机，42-驱动齿轮箱，43-输出齿轮轴，44-车轮内齿圈，5-配重A，6-配重B，7-配重C，8-电池。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的内容加以详细说明。

图1-图3给出了本发明的一个具体实施例，它包括支架、配重单元、驱动单元和车轮。支架由前支架21和后支架22扣合而成，支架上设置向左右伸出的两个支架轴23，支架内设置有位于支架轴下方的两个驱动单元座24，驱动单元位于驱动单元座24内，驱动单元包括依次传动的电机41、驱动齿轮箱42和输出齿轮轴43，支架轴23套接在与车轮中心的轴承33内圈固连的支架座内，通过支架座将支架与车轮连接，配重单元和驱动单元位于支架部分底部，即整个结构的质心位于其形心之下。

本发明两轮平衡机器人，由于其质心位于形心之下，属于单摆结构，且由于外形尺寸和需要在平面上运动的限制，质心无法超出车轮外形尺寸的限制。其平衡控制相较于质心位于形心之上的倒立摆结构复杂。

支架部分包括:支架A、支架B；配重单元包括：配重A、配重B、配重C；

驱动单元包括：电池8、驱动齿轮箱42和电机41；车轮包括：左右两侧的车轮，两个车轮的径向平面相交，具有5°～15°的夹角以防启动时后仰。

驱动单元和电池既满足驱动和供电的功能要求，同时利用其重量也起到一部分配重的作用，这样可以减少单纯的配重块的重量，节省结构空间。