一種具有仿生學尾部結構的二輪平衡車的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于自動控制技術領域，具體涉及一種具有仿生學尾部結構的二輪平衡車。
【背景技術】
[0002]傳統二輪平衡車能通過雙輪運動調節自身平衡以保持直立體態，可以用作運輸載具或者應用某些需要在狹小空間作業的機器人，二輪車相對于傳統的四輪車具有很大的優勢。首先二輪車的靈活度要更高，自由度要更多。它能夠實現很多傳統的四輪車無法實現的各種動作，如原地打轉。因此二輪車更適合在擁擠的環境中運動。其次二輪車所占空間更小，更加小巧輕便，這使得它更適合在城市中作為個人代步工具。由于二輪車比四輪車少了許多結構，因此制造成本要相對少很多。二輪平衡車能實現自動平衡，其在脫離地面以及未脫離地面但經受外力作用的情況下，難以實現自身直立狀態或者不能在期望時間內回復直立狀態。而本實用新型中敘述的帶有尾部結構的二輪平衡車能有效的解決這個問題，仿生尾部結構的加入使得平衡車整體系統魯棒性以及可控性大大提高。帶有仿生學尾巴的二輪平衡車在商業、科研等諸多領域具有良好的應用前景。比如:在二輪平衡車廣泛應用的無人操控載具方面，本研究項目成果可以直接提高載具穩定性從而提高乘客的乘坐體驗；又如，在災后救災場景中，本項目成果可以有效提高探測器靈活性，原本二輪平衡車需要更多移動空間來維持平衡，而本成果可以通過控制體積較小的尾部來達到同樣的效果；還有，本項目研制的平衡車可以在無人探測方面具有良好應用，二輪車需要前后移動來保持平衡的場景中，本項目成果可以通過調節尾部來最小化移動范圍來保證視頻視場的穩定性。
[0003]對于仿生尾部，現在已經出現了許多利用類似尾結構的機器人或載具系統，這些工作都展示出類似尾結構對整機平衡性有很大貢獻，往往能大幅提高系統的穩定能力，比如加州大學伯克利分校Thomas Libby曾研究了四輪車在空中運動時尾巴的運動情況對車體平衡及落地狀態的影響(Nature 481, 181 - 184(12 January 2012))，然而目前卻沒有出現過類似本實用新型中敘述的帶有仿生尾部的二輪平衡車。而本實用新型中所述的仿生尾部結構被應用于二輪平衡車上之后展示出良好的平衡性能、大幅提高了整機系統的穩定性，因此具有深遠的應用前景。
【實用新型內容】
[0004]為了解決現有技術存在的問題，本實用新型的目的是提供一種具有仿生學尾部結構的能調節自身平衡性的二輪平衡車。
[0005]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案如下:
[0006]—種具有仿生學尾部結構的二輪平衡車，由平衡車車體1和機械尾巴2組成，其中，機械尾巴2在平衡車車體1的上方后部，機械尾巴2有兩個地方與平衡車車體1相連接，在下面介紹機械尾巴組成部件時機械尾巴2和平衡車1的連接方式會給出，機械尾巴2由尾部結構和控制系統組成，控制系統由控制尾巴水平方向運動的第一控制系統和控制尾巴豎直方向運動的第二控制系統組成。
[0007]第一控制系統為皮帶傳動，由小齒輪控制部分3、皮帶4、大齒輪控制部分5組成，小齒輪控制部分3中的小齒輪6通過皮帶4與大齒輪控制部分中的大齒輪7連接。小齒輪控制部分由小齒輪6、電機8、第一碼盤9、第一光電編碼器10、自攻螺絲11組成。電機8是直流減速電機，材質是塑料外殼。自攻螺絲11的頭部直徑大于小齒輪6中間圓孔的孔徑，將自攻螺絲11從小齒輪中間穿過，再將自攻螺絲11從第一碼盤9中間穿過，再將自攻螺絲11桿部末端攻入電機8的軸中，這樣電機8可以帶動小齒輪6及第一碼盤9同步轉動，將電機8用適當長度的銅柱固定在下層亞格力支架12上，適當長度的意思是選擇適當長度的銅柱固定后使得小齒輪6和大齒輪7在同一水平面上，將光電編碼器10的凹形槽夾在第一碼盤9的兩側，光電編碼器10的固定端用AB膠固定在下層亞格力支架12，大齒輪控制部分5由大齒輪7、軸承13、法蘭盤14、螺栓15、螺母16組成，大齒輪7在下層亞格力支架12的上面，法蘭盤14在下層亞格力支架12的下面，在下層亞格力支架12的相應位置打與軸承13軸部大小相同的圓，將軸承放入其中在相對于大齒輪7的另一側用法蘭盤14將軸承13固定在下層亞格力支架12上，將螺栓15的頭部在下，自下而上的從軸承13中心孔中穿過，將大齒輪7穿入螺栓15中，在其上用螺母16固定。適當長度的螺栓15是螺栓15的長度足夠穿上大齒7輪和擰上螺母16即可，大齒輪7即通過軸承13、法蘭盤14固定在下層亞格力支架12，大齒輪7可以繞螺栓15自由轉動。
[0008]第二控制系統由拉繩電機17、第二碼盤18、第二光電編碼器19、繩子20、滑輪21、滑輪支架22、第一長螺栓23、尾部平臺24構成，繩子20選用魚線，尾部平臺24固定在大齒輪7上，在尾部平臺中上部鉆有與螺栓15相同孔徑的孔，在螺母16上放上孔徑相同的墊片，將尾部平臺穿到螺栓15上，并用螺母將其固定好。滑輪支架22由凹形槽25和和第二長螺栓26組成，凹形槽25和和第二長螺栓26已經通過電焊焊接成一整體，凹形槽25兩側面鉆有與第一長螺栓23孔徑相同的孔，將滑輪21放入凹形槽25的凹槽內，用第一長螺栓23同時穿過凹形槽25兩側面與滑輪21，在凹形槽25兩側面外用螺母將其固定，在尾部平臺正中間鉆有與第二長螺栓26相同孔徑的孔，將第二長螺栓26穿過尾部平臺24兩側用螺母將其固定。將拉繩電機17用適當長度的銅柱固定在尾部平臺24上部，使其一側軸與尾部平臺中上部鉆有的與螺栓15相同孔徑的孔和尾部平臺正中間鉆有與第二長螺栓26相同孔徑的孔在同一直線上，將這側的軸纏有繩子20，用自攻螺絲將第二碼盤18與另一側軸固定，使得第二碼盤18與拉繩電機17同軸轉動，將第二光電編碼器19的凹形槽夾在第二碼盤18的兩側，第二光電編碼器19的固定端用AB膠固定在尾部平臺24上，將繩子的從尾部結構的尾下部底板27的兩孔穿過，選取可以使合頁成120度角為繩子20的最大長度，將距離繩子兩頭相同位置處將兩個繩子打結，將繩子頭從拉繩電機17軸的中心孔穿入，沿軸繞半軸打結，最終繩子20可以隨約拉繩電機17軸的轉動使繩子20伸長或縮短，繩子20通過定滑輪作用在尾部結構上。
[0009]尾部結構由合頁29連接尾上部底板28、尾下部底板27構成，尾下部底板7與繩子20相連，尾上部底板28與尾部平臺24通過鋁制轉接件31死固相連，同時在尾上部底板28與尾下部底板27之間用可以自由轉動的合頁29連接，彈簧30 —端固定在尾上部底板28靠近尾下部底板27端末端，另一端固定在尾下部底板27靠近尾上部底板28端末端，并固定在尾下部底板27與尾上部底板28所成平面的背面(靠近機身面)，在仿生尾部結構舒展開時(即尾上部底板28與尾下部底板27在同一條直線上時)彈簧處于完全放松狀態，于是當仿生尾部受到繩子20的拉力大于彈簧的應力時仿生尾部結構卷曲(即尾上部底板28與尾下部底板27所成角度小于180度)、而當繩子20的拉力小于彈簧的應力時仿生尾部結構舒張(即尾上部底板28與尾下部底板27所成角度向恢復180度彎曲)以此來控制仿生尾部結構豎直方向上下運動(此處上下運動是指仿生尾部結構末端上下運動)；當二輪平衡車平衡的在地面運動時，尾上部底板28和尾下部底板27的總長小于尾部平臺24到地面的距離，且尾上部底板28的長度小于尾下部底板27的長度。
[0010]平衡車車體1由上層車體32、下層車體33組成。上層車體32與下層車體33用銅柱34連接，上層車體由上層亞格力支架35、上位機36、下位機37組成，上位機36與下位機37均用銅柱固定在上層亞格力支架35上面。下層車體33由下層亞格力支架12、第一電機驅動38、第二電機驅動39、第一固定架40、第一電機41、第一聯軸器42、第一輪子43、第二固定架44、第二電機45、第二聯軸器46、第二輪子47、電池48、電池支架49、角度傳感器50、角度傳感器支架51組成。第一電機驅動38與第二電機驅動39用銅柱固定在下層亞格力支架12，第一輪子43通過第一聯軸器42與第一電機41相連接，使第一輪子43與第一電機41同軸轉動，第一電機41通過第一固定架40固定在下層亞格力支架12，第二固定架44、第二電機45、第二聯軸器46、第二輪子47的固定方式與第一固定架40、第一電機41、第一聯軸器42、第一輪