[发明专利]一种平面运动倒立摆及其控制系统和控制方法

权利要求书

1.一种平面运动倒立摆，包括方型支架(1)、平面运动单元(2)、摆杆部分(3)；所述平面运动单元(2)放置在方型支架(1)的上方，摆杆部分(3)通过连接件和平面运动单元(2)固定；其特征在于：

所述平面运动单元(2)包括第一直线电机(20)、底座(21)、第二直线电机(20’)以及一个法兰(5)；

所述第一直线电机(20)包括相互配合的第一小车(202)和第一导轨(203)，所述第一导轨(203)固定安装在所述第一底座(21)上；所述第二直线电机(20’)包括相互配合的第二小车(202’)和第二导轨(203’)，所述第二导轨(203’)固定安装在所述方型支架(1)上；

所述第一直线电机(20)和所述第二直线电机(20’)空间上十字交叉叠放，所述第一底座(21)固定安装在所述第二小车(202’)的顶部；所述法兰(5)固定安装在第一小车(202)的顶部，所述摆杆部分(3)与所述法兰(5)连接；

所述第一直线电机(20)提供X轴方向运动，所述第二直线电机(20’)提供Y轴方向运动，所述第一直线电机(20)和所述第二直线电机(20’)的合成运动提供水平面内任意方向的直线运动；

所述第一小车(202)上设有第一线性编码器(205)，所述第一导轨(203)上设有与所述第一线性编码器(205)相对应的第一磁栅(206)；所述第二小车(202’)上设有第二线性编码器(205’)，所述第二导轨(203’)上设有与所述第二线性编码器(205’)相对应的第二磁栅(206’)；

所述摆杆部分(3)内设有姿态传感器。

2.根据权利要求1所述的一种平面运动倒立摆，其特征在于：

所述第一直线电机(20)和所述第二直线电机(20’)结构相同；

所述第一导轨(203)的截面呈U形槽状，且所述第一导轨(203)的槽口位于竖直方向上的一侧面；所述第一小车(202)呈倒U形块状，所述第一小车(202)跨设在所述第一导轨(203)上；所述第一直线电机(20)进一步包括第一直线电机定子(200)以及第一直线电机动子(201)；所述第一直线电机定子(200)均匀分布在第一导轨(203)的槽口内上下两侧的水平内壁上；第一直线电机动子(201)一端固定于所述第一小车(202)的一侧直立内壁上；第一直线电机动子(201)的另一端配合位于第一导轨(203)的槽口内，且与第一直线电机定子(200)相对应；

所述第一线性编码器(205)设置在所述第一小车(202)远离所述第一导轨(203)槽口的一侧直立内壁上，所述第一磁栅(206)设置在所述第一导轨(203)远离槽口的直立外壁上；

所述第二导轨(203’)的截面呈U形槽状，且所述第二导轨(203’)的槽口位于竖直方向上的一侧面；所述第二小车(202’)呈倒U形块状，所述第二小车(202’)跨设在所述第二导轨(203’)上；所述第二直线电机(20’)进一步包括第二直线电机定子(200’)以及第二直线电机动子(201’)；所述第二直线电机定子(200’)均匀分布在第二导轨(203’)的槽口内上下两侧的水平内壁上；第二直线电机动子(201’)一端固定于所述第二小车(202’)的一侧直立内壁上；第二直线电机动子(201’)的另一端配合位于第二导轨(203’)的槽口内，且与第二直线电机定子(200’)相对应；

所述第二线性编码器(205’)设置在所述第二小车(202’)远离所述第二导轨(203’)槽口的一侧直立内壁上，所述第二磁栅(206’)设置在所述第二导轨(203’)远离槽口的直立外壁上；

所述第一导轨(203)的顶部设置有小导轨(204)，小导轨长度方向的两侧设置有浅槽，与小导轨对应的小车的内侧顶部设置有槽钢状的固定板(2020)，所述固定板(2020)的槽口内两侧面上设置有凸条和小导轨上浅槽向配合，保证小车沿导轨直线移动；

所述第二导轨(203’)的顶部设置有第二导轨(204’)，小导轨长度方向的两侧设置有浅槽，与小导轨对应的小车的内侧顶部设置有槽钢状的固定板(2020’)，所述固定板(2020’)的槽口内两侧面上设置有凸条和小导轨上浅槽向配合，保证小车沿导轨直线移动。