[发明专利]桌面型双轮自平衡机器人

说明书

技术领域

本发明是一种桌面型双轮自平衡机器人，属于机器人控制领域。 

背景技术

随着移动机器人研究的不断深入，双轮自平衡机器人已经成为机器人研究领域的研究热点。双轮机器人最大的特点在于，它能够实现自平衡，移动灵活，对环境变化适应能力比较强，与多轮机器人相比，它可以原地旋转，转向更加灵活，行动更加灵敏。 

Segway（赛格威）是双轮机器人的代表，它是以精密的陀螺仪来测量车身当前的角度状态，通过高速的CPU芯片处理所得姿态数据后，驱动电机做出相应运动以达到平衡效果。Segway问世后，广泛应用于超市，机场等公共场合。 

与Segway（赛格威）等一些大型双轮机器人相比，桌面型双轮机器人具有更广泛的实用性。首先，桌面型机器人的模块化的设计使它具有更强的扩展性；其次，较小的体积使它能够应用于更多的领域，比如对一些相对较小的洞穴的勘测等；再次，它的控制算法也比大型机器人简单；最后机器人的小型化使它的造价更加经济实惠，成本更加低廉。 

发明内容

本发明的特点是，它的结构采用模块化设计，共由四个模块组成：主控模块，执行模块，感知模块以及电源模块，其功能丰富，可扩展性强。 

本发明的结构包括：主体支架1、固定在主体支架1下方的两个电机支架11、固定于两个电机支架11上的两个电机12、分别固定于两个电机12上的两个轮子9、固定于电机尾端的小磁铁15、通过铜柱4固定于主体支架1上的上层支架2、固定于主体支架1和上层支架2之间的控制芯片3、固定于主 体支架1上的电池5和姿态传感器10、置于上层支架2上的电压转换器7、超声波传感器8及蓝牙模块6、以及固定于主体支架1下方两个电机12之间的霍尔传感器14、还有两个电机12前方的两个红外传感器13。电池5连接电压转换器7，为主控芯片3和电机驱动电路供电，超声波传感器8和红外传感器13以及霍尔传感器14的输出端分别与主控芯片3的输入端相连，主控芯片3的输出端与电机12相连。 

本发明可以获得如下功能： 

1)自由平衡。姿态传感器10检测机器人当前的姿态角度，将数据传输给控制芯片3，控制芯片3得出PWM波控制电机12运动，使得机器人维持平衡。 

2)定点平衡。保持机器人静态平衡状态下，推动机器人向前一段距离，霍尔传感器14测得机器人运动的具体位移，控制芯片3控制电机12向后移动相同的位置，使机器人回到原点位置。 

3)避障。机器人在平衡状态下运动，超声波传感器8不停的检测机器人前方路况，当超声波传感器8检测到前方有障碍物时，控制芯片3分别控制两个电机12的速度，实现机器人转弯，避开前方障碍物，实现避障。 

4)循迹。机器人在运动的过程中，置于前下方的两个红外传感器13利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射强度的特点，对轨迹进行识别，控制芯片3控制电机12运动，使机器人沿着既定的轨迹行走。 

5)远程遥控。机器人上安装有蓝牙模块6，它与手机和笔记本蓝牙配对。 

本发明结构简单，具有多种功能，并且具有较好的可拓展性。 

附图说明

图1为机器人总体结构图； 

图2为机器人下视结构图； 

图3为机器人的系统结构图； 

图4超声波传感器工作原理图； 

图5红外传感器工作原理图I； 

图6红外传感器工作原理图II； 

图6机器人循迹示意图。 

图7机器人循迹示意图。 

图中：1-下层支架，2-上层支架，3-主控芯片，4-铜柱，5-电池，6-蓝牙模块，7-电压转换器，8-超声波传感器，9-轮子，10-姿态传感器，11-电机支架，12-电机，13-红外传感器，14-霍尔传感器，15-小磁铁。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步说明。