[实用新型]一种三飞轮立方体倒立摆系统

说明书

本实用新型公开一种三飞轮立方体倒立摆系统，包括:立方体框架、固定架、电机、联轴器、飞轮、姿态传感器、控制盒；电机通过固定架分别固定在立方体框架的三个侧面上，所述三个侧面的任一侧面同时与其他两个侧面相邻；所述的飞轮通过联轴器与电机输出轴固定；所述立方体框架上安装有姿态传感器和与所述姿态传感器连接的控制盒。采用本实用新型的技术方案，具有结构简单、操作安全的特点。

技术领域

本实用新型属于自动控制技术领域，尤其涉及一种三飞轮立方体倒立摆系统。

背景技术

倒立摆控制系统是一个复杂、不稳定、非线性的系统，是控制领域内的经典研究对象，是进行控制理论教学及开展各种控制实验的理想实验平台。通过对倒立摆的平衡控制，可用来检验控制方法处理非线性和不稳定性问题的能力，其控制方法在航空航天、机器人等领域有广泛的用途，如机器人行走过程中的平衡控制、火箭发射中的垂直度控制和卫星飞行中的姿态控制等。

专利号为CN201320135027.2、CN201110123423.9、CN201010151221.0的专利分别提出了飞轮倒立摆系统，但实用新型的倒立摆系统存在着结构复杂、旋转的飞轮系统未设置安全保护、实验操作不便等缺陷。

实用新型内容

为克服现有飞轮倒立摆系统的缺陷，本实用新型提供了一种三飞轮立方体倒立摆系统，具有结构简单、操作安全的特点。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案：

一种立方体飞轮倒立摆系统,包括：立方体框架、固定架、三个电机、联轴器、三个飞轮、姿态传感器、控制盒；电机通过固定架分别固定在立方体框架的三个侧面上，所述三个侧面的任一侧面同时与其他两个侧面相邻；每个飞轮通过联轴器与对应的电机输出轴固定；所述立方体框架上安装有姿态传感器和与所述姿态传感器连接的控制盒。

作为优选，所述控制盒包括：微型处理器和三个伺服驱动器，微型处理器连接姿态传感器，每个伺服驱动器分别连接对应的电机。

所述的立方体框架呈立方体结构，以立方体框架的三个飞轮所在侧面的相交的角作为支撑。倒立摆系统重心位于立方体框架中心，在以三个飞轮所在侧面的相交的角为支撑点时，本立方体倒立摆系统具有本征不稳定性，且系统重心高于支撑点，属于倒立摆系统；通过姿态传感器器检测倒立摆的倾转角和角加速度；控制盒中的微型处理器与上位机通讯，微型处理器接收姿态传感器的数据，经运算后控制伺服驱动器驱动三个电机转动，进而带动三个飞轮回转产生惯性反作用力矩，驱动立方体倒立摆三个飞轮所在侧面的相交的角摆动，以实现立方体飞轮倒立摆的姿态平衡控制。

当以立方体框架的侧面为支撑时，本系统为稳定系统，用立方体框架的侧面作为倒立摆的最大起摆角度限位和支撑，可以方便、快速的实现本实用新型在稳定系统和不稳定的倒立摆系统间的转换。

有益效果

1.三飞轮立方体倒立摆系统整体呈封闭的立方体结构，结构简单、紧凑，对回转的飞轮组件设置了保护壳体，操作安全。

2.三飞轮立方体倒立摆系统，当以立方体的角作为支撑时，可以实现基于支撑角的任意方向的三维平衡控制。

3.三飞轮立方体倒立摆系统，当以立方体的侧面为支撑时，本系统为稳定系统，当以立方体的角为支撑时为不稳定系统，可以用立方体的相互垂直相交于支撑角的侧面作为倒立摆的工作角度限位和支撑，不需要额外设置限位支架。

附图说明

图1为本实用新型结构剖视图；

图2为本实用新型结构示意图；

图3位本实用新型的电路示意图。

图中：1、立方体框架，2、控制盒，3、姿态传感器，4、电机，5、固定架，6、飞轮，7、联轴器,8、支撑角，9、侧面