[实用新型]自平衡智能交通机器人

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种机器人，特别是一种能自动实现前后和左右平衡的交通机器人，属于可由于代步的交通工具。

背景技术

自行车、摩托车、汽车等陆地交通工具发展至今，除了动力来源和材料的应用以外，在原理上没有更大的突破。自平衡车，打破了传统的思维理念，为新交通工具的诞生、发展和应用开辟了新的道路。利用重力能源，可以为人们在陆地上进行安全、平稳、绿色的运输提供更加有效的技术解决方案。

上个世纪末，美国发明家狄恩·卡门（Dean Kamen）与他的DEKA研发公司（DEKA Research and Development Corp.）团队发明设计了一种电力驱动、具有自我平衡能力的个人用运输载具，可以让人们骑着它在都市里面毫无障碍地移动，并称之为“思维车”。思维车的发明构思是建立在“动态稳定”（DynamicStabilization）的基本原理上，也就是基于车辆本身的自动平衡能力。以内置的精密固态陀螺仪（Solid-StateGyroscopes）来判断车身所处的姿势状态，透过精密且高速的中央微处理器计算出适当的指令后，驱动马达来做到平衡的效果。思维车上的构造包括四大主要部件：车轮和发动机组、传感器系统、电脑控制系统和操作员控制系统。主要的传感器系统是一组陀螺仪，通过利用陀螺仪具有保持其旋转轴所指的方向不变的特性对思维车的姿态数据进行精准地数据采集。思维车装有3～5个陀螺仪传感器，用以完成探测前、后方向的倾斜度和侧倾程度。由于思维车的系统设计复杂，且需采用多个陀螺仪，制造成本高，同时也显著增加了其软硬件的维护的成本。

独轮车集合运动、健身、娱乐于一体，独轮车不需要专用场地，无论在马路、公园、林间小道或庭院、室内等不同场合均可使用，它的可骑性几乎是全天候的。普通的独轮车虽然具有趣味性、简单易学、便携体轻特点，但还是存在安全和稳定性差的不足，虽然能迎合青少年使用者的兴趣和爱好，但对于中老年人使用者就不能适合，这也导致骑行独轮车的运动项目推广受到限制。

北京工业大学的专利号为ZL201020650188.1的实用新型专利公开了一种自平衡载人独轮车系统，包括行走单元和控制单元；行走单元的行走轮设置在系统的下方，行走轮的上方设有机架，机架的上方设有平衡轮，平衡轮的上方设有控制独轮车前后运动速度的操控手柄；机架内设有电源和运动控制单元，操控手柄连接到传感器组件上；控制单元包括：运动控制单元，与运动控制单元连接的操控手柄，由倾角传感器、惯性传感器组成的传感器组件，以及平衡轮轮毂电机驱动单元和行走轮轮毂电机驱动单元；平衡轮的轴线与行走轮的轴线垂直并且不相交。该发明创造虽然实现了独轮车不同行进速度下在前后方向和左右方向的平衡控制，但结构复杂，制造成本高。

总之，而对于一些短距离且无需承担过重运输任务的情况，常规的交通机器人由于体积大，对于能源的消耗以及占用空间面积都比较大，很不环保。传统的交通机器人，还存在着以下缺点：人力交通机器人费力且效率低；而传统的电力或其他动力的交通机器人由于体积大、质量大，因此对于能源需求较大，对于一些短距离且无需承担过重运输任务的情况显得非常不经济。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种自平衡智能交通机器人，对于机器人的前后平衡和左右平衡分别采用了不同的智能平衡技术方案，采用较低成本的发明构思，解决交通机器人的平衡问题，并提供一种具有结构简单、灵活性强、响应迅速、操作容易且安全稳定的实用智能交通机器人。

为达到上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种自平衡智能交通机器人，包括基架本体、运动执行机构、驱动系统、控制系统、信号传感系统和为各机构系统供电的电源系统，电源系统还装有电源总开关，基架本体包括底盘架和与其固定连接的踏板，控制系统安装于底盘架上，运动执行机构包括与地面发生位移的接地装置，接地装置至少为一个，接地装置通过旋转主轴与底盘架转动连接，接地装置与旋转主轴固定连接，底盘架和旋转主轴构成平衡的一级倒立摆，驱动系统驱动包括至少一个电机，电机执行控制系统输出的正反转指令，旋转主轴由电机来驱动，进而带动接地装置与地面发生位移，信号传感系统包括至少一个机器人姿态传感器，姿态传感器向控制系统实时反馈传输基架本体前后倾斜的角度信号，运动执行机构还包括维持接地装置左右平衡的惯性元件，惯性元件也通过芯轴与底盘架转动连接，惯性元件也与芯轴固定连接，且芯轴与旋转主轴的轴线平行，芯轴也由一个电机来驱动，进而带动惯性元件高速旋转。

上述惯性元件为圆形的质量盘，质量盘以其芯轴为轴进行惯性高速旋转。