[发明专利]一种控制力矩陀螺模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制力矩陀螺模块，属于机电一体技术领域，具体是基于数字电子技术控制的机械惯性陀螺的运动控制，可以应用于要求稳定或者平衡的物理对象，如交通工具(包括机动车，摩托车或者电动自行车，游艇等)的平衡控制，或者其他机械装置或设备的平衡。

背景技术

现有技术中，一些机电装置或者设备，或者交通工具，如两轮车(电动自行车，电动摩托车或者燃油摩托车)、游艇等，本身不具备平衡的能力，在外力的作用下极易处于不稳定或者不平衡状态，甚至会发生倾斜或者左右摇晃，甚至倾倒。

控制力矩陀螺技术是应用于航天领域的一项技术，常用于卫星或航天器在空间的方向(姿态)调整。其实现方式是通过控制高速旋转的惯性飞轮系统的进动角度和速度而使其产生一定大小和方向的力矩，该力矩施加于所在的物体(如卫星)上，从而使物体的空间姿态或指向发生改变。

本发明就是利用控制力矩陀螺能够产生力矩这一特点，发明了一种控制力矩陀螺模块，该模块能够产生平衡力矩作用，该平衡力矩施加于安装该模块的装置或设备上，会使得该装置或者设备的抗不平衡能力(抵抗外力作用)大大增加。而且，根据作用对象要求的力矩大小和方向不同，该控制力矩陀螺模块可相互叠加安装使用，从而使得平衡力矩也成倍增加，进而成倍增强平衡能力，这种控制力矩模块，使得在不增加陀螺单元惯量和体积的前提下，通过模块式的互相配合叠加安装，减少了所需要的电机数目，也相应减小了要求大力矩场合的整体陀螺的体积。每一个模块就是一个完整的组件，使得使用和安装便利性大大提高。

进而，本发明所述的控制力矩陀螺模块，也可以根据作用对象的需要对输出的力矩大小和方向进行调节。

发明内容

本发明的目的之一是对于平衡能力有要求的控制对象，在需要抗不平衡、或者抗倾斜或侧翻、或者抗摇晃、或者抗震动等需求时，在安装了本发明所述的控制力矩控制陀螺模块的前提下，抵抗不平衡、倾斜或侧翻、摇晃、或者大的震动等能力大幅提高，从而提高了设备的平衡能力。

本发明的另一个目的是对于不同的控制对象，所需要的平衡力矩大小不一样，有些甚至要求的平衡力矩的方向也在变化，那么只要根据实际要求安装一个或者多个叠加安装本发明所述的控制力矩陀螺模块，就可以达到成倍增加平衡力矩的目的，从而不需要对不同的控制对象设计不同大小的控制力矩陀螺。

本发明为了实现以上目的，提供一种新型的控制力矩陀螺模块。

本发明所述的控制力矩陀螺模块包括：陀螺模块外壳体、外壳上盖板、绝对位置编码器和两个单框架陀螺单元，所述的单框架陀螺单元包括第一伺服电机、惯性飞轮、飞轮支架、上轴承和下轴承、第一齿轮和第二齿轮，所述第一伺服电机安装在陀螺模块内部的底板上，所述第二齿轮安装该第一伺服电机的轴端，该第二齿轮与其中一个第一齿轮啮合；两个所述单框架陀螺单元各自的所述第一齿轮互相之间保持啮合；所述第二齿轮的直径小于所述第一齿轮的直径；所述惯性飞轮通过所述飞轮支架上的上轴承和下轴承安装在所述飞轮支架上，该惯性飞轮由外转子电机驱动，所述飞轮本体即为电机外转子；所述飞轮支架两端有轴伸出，并且通过轴承分别安装在所述陀螺模块外壳体上；所述第一齿轮安装在所述飞轮支架一端的轴上；当所述第一伺服电机执行预定角度和速度的旋转动作时，在所述第一齿轮和所述第二齿轮的相互作用下，两个所述飞轮支架也随之进行相应角度和速度的摆动，而两个所述飞轮支架的摆动方向相反，两个所述单框架陀螺单元中的惯性飞轮的旋转速度大小相同而旋转方向相反，当所述飞轮支架进行摆动时，两个所述单框架陀螺单元均产生平衡力矩，且相互叠加；而与平衡力矩方向垂直的作用力矩互相抵消，所述控制力矩陀螺模块能够叠加使用，从而使力矩成倍增加。

所述的陀螺模块外壳体的一侧设有线缆出口孔，所述陀螺模块外壳体内部的所述单框架陀螺单元的所述惯性飞轮的驱动电机电缆线以及所述第一伺服电机的电缆线由此引出；所述绝对位置编码器安装在其中一个所述单框架陀螺单元的伸出轴上，用于表示所述单框架陀螺单元进动的角度。