一種應(yīng)用仿生學(xué)原理的機械尾巴的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于自動控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用仿生學(xué)原理的機械尾巴。
【背景技術(shù)】
[0002]大多數(shù)移動載具有保持自身平衡的要求，這樣的載具能夠現(xiàn)在地形與平臺穩(wěn)定的去耦合化，能夠使其上安裝的各種器械有一個穩(wěn)定的運行環(huán)境。大多提高平衡載具地形去耦合能力的嘗試在于采取特殊設(shè)計的輪結(jié)構(gòu)或者足腿結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)在機械上過于復(fù)雜、容易發(fā)生故障同時其具有較多冗余自由度而使得控制這樣的結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜。
[0003]對于仿生尾部，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了許多利用類似尾結(jié)構(gòu)的機器人或載具系統(tǒng)，這些工作都展示出類似尾結(jié)構(gòu)對整機平衡性有很大貢獻，往往能大幅提高系統(tǒng)的穩(wěn)定能力，比如加州大學(xué)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(tài)的影響(Nature 481, 181 - 184(12 January 2012))，然而目前卻沒有出現(xiàn)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(jié)構(gòu)被應(yīng)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(tǒng)的穩(wěn)定性，因此具有深遠的應(yīng)用前景。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型提供的一種應(yīng)用仿生學(xué)原理的機械尾巴由尾部結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)組成，控制系統(tǒng)由控制尾巴水平方向運動的第一控制系統(tǒng)和控制尾巴豎直方向運動的第二控制系統(tǒng)組成。
[0005]第一控制系統(tǒng)為皮帶傳動，由小齒輪控制部分2、皮帶3、大齒輪控制部分4組成，小齒輪控制部分2中的小齒輪9通過皮帶3與大齒輪控制部分中的大齒輪14連接。小齒輪控制部分由小齒輪9、電機5、第一碼盤7、第一光電編碼器6、自攻螺絲8組成。電機5是直流減速電機，材質(zhì)是塑料外殼。自攻螺絲8的頭部直徑大于小齒輪9中間圓孔的孔徑，將自攻螺絲8從小齒輪中間穿過，再將自攻螺絲8從第一碼盤7中間穿過，再將自攻螺絲8桿部末端攻入電機5的軸中，這樣電機5可以帶動小齒輪9及第一碼盤7同步轉(zhuǎn)動，將電機5用適當(dāng)長度的銅柱固定在下層亞格力支架10上，適當(dāng)長度的意思是選擇適當(dāng)長度的銅柱固定后使得小齒輪9和大齒輪14在同一水平面上，將光電編碼器6的凹形槽夾在第一碼盤7的兩側(cè)，光電編碼器6的固定端用AB膠固定在下層亞格力支架10，大齒輪控制部分4由大齒輪14、軸承13、法蘭盤15、螺栓11、螺母12組成，大齒輪14在下層亞格力支架10的上面，法蘭盤15在下層亞格力支架10的下面，在下層亞格力支架10的相應(yīng)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14的另一側(cè)用法蘭盤15將軸承13固定在下層亞格力支架10上，將螺栓11的頭部在下，自下而上的從軸承13中心孔中穿過，將大齒輪14穿入螺栓11中，在其上用螺母12固定。適當(dāng)長度的螺栓11是螺栓11的長度足夠穿上大齒14輪和擰上螺母12即可，大齒輪14即通過軸承13、法蘭盤15固定在下層亞格力支架10，大齒輪14可以繞長螺栓11自由轉(zhuǎn)動。
[0006]第二控制系統(tǒng)由拉繩電機23、第二碼盤29、第二光電編碼器30、繩子19、滑輪16、滑輪支架20、第一長螺栓17、尾部平臺24構(gòu)成，繩子19選用魚線，尾部平臺24固定在大齒輪14上，在尾部平臺中上部鉆有與螺栓11相同孔徑的孔，在螺母12上放上孔徑相同的墊片，將尾部平臺穿到螺栓11上，并用螺母將其固定好。滑輪支架20由凹形槽18和和第二長螺栓21組成，凹形槽18和第二長螺栓21已經(jīng)通過電焊焊接成一整體，凹形槽18兩側(cè)面鉆有與第一長螺栓17孔徑相同的孔，將滑輪16放入凹形槽18的凹槽內(nèi)，用第一長螺栓17同時穿過凹形槽18兩側(cè)面與滑輪16，在凹形槽18兩側(cè)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21相同孔徑的孔，將第二長螺栓21穿過尾部平臺24兩側(cè)用螺母將其固定。將拉繩電機23用適當(dāng)長度的銅柱固定在尾部平臺24上部，使其一側(cè)軸與尾部平臺中上部鉆有的與螺栓11相同孔徑的孔和尾部平臺正中間鉆有與第二長螺栓21相同孔徑的孔在同一直線上，將這側(cè)的軸纏有繩子19，用自攻螺絲將第二碼盤29與另一側(cè)軸固定，使得第二碼盤29與拉繩電機19同軸轉(zhuǎn)動，將第二光電編碼器30的凹形槽夾在第二碼盤29的兩側(cè)，第二光電編碼器30的固定端用AB膠固定在尾部平臺24上，將繩子的從尾部結(jié)構(gòu)的尾下部底板22的兩孔穿過，選取可以使合頁成120度角為繩子19的最大長度，將距離繩子兩頭相同位置處將兩個繩子打結(jié)，將繩子頭從拉繩電機23軸的中心孔穿入，沿軸繞半軸打結(jié)，最終繩子19可以隨約拉繩電機23軸的轉(zhuǎn)動使繩子19伸長或縮短，繩子19通過定滑輪作用在尾部結(jié)構(gòu)上。
[0007]尾部結(jié)構(gòu)由合頁27連接尾上部底板25、尾下部底板22構(gòu)成，尾下部底板14與繩子19相連，尾上部底板25與尾部平臺24通過鋁制轉(zhuǎn)接件28死固相連，同時在尾上部底板25與尾下部底板22之間用可以自由轉(zhuǎn)動的合頁27連接，彈簧26 —端固定在尾上部底板25靠近尾下部底板22端末端，另一端固定在尾下部底板22靠近尾上部底板25端末端，并固定在尾下部底板22與尾上部底板25所成平面的背面(靠近機身面)，在仿生尾部結(jié)構(gòu)舒展開時(即尾上部底板28與尾下部底板22在同一條直線上時)彈簧處于完全放松狀態(tài)，于是當(dāng)仿生尾部受到繩子19的拉力大于彈簧的應(yīng)力時仿生尾部結(jié)構(gòu)卷曲(即尾上部底板25與尾下部底板22所成角度小于180度)、而當(dāng)繩子19的拉力小于彈簧的應(yīng)力時仿生尾部結(jié)構(gòu)舒張(即尾上部底板25與尾下部底板22所成角度向恢復(fù)180度彎曲)以此來控制仿生尾部結(jié)構(gòu)豎直方向上下運動(此處上下運動是指仿生尾部結(jié)構(gòu)末端上下運動)；當(dāng)二輪平衡車平衡的在地面運動時，尾上部底板25和尾下部底板22的總長小于尾部平臺24到地面的距離，且尾上部底板25的長度小于尾下部底板22的長度。
【附圖說明】
[0008]圖1 一種應(yīng)用仿生學(xué)原理的機械尾巴的整體示意圖
[0009]圖2 —種應(yīng)用仿生學(xué)原理的機械尾巴的第一控制系統(tǒng)俯視圖
[0010]其中:小齒輪控制部分2、皮帶3、大齒輪控制部分4 ；
[0011]圖3 —種應(yīng)用仿生學(xué)原理的機械尾巴的小齒輪部分的側(cè)視圖
[0012]其中:電機5、第一光電編碼器6、第一碼盤7、自攻螺絲8、小齒輪9、下層亞格力支架10 ;
[0013]圖4 一種應(yīng)用仿生學(xué)原理的機械尾巴的大齒輪部分的側(cè)視圖
[0014]其中:螺栓11、螺母12、軸承13、大齒輪14、法蘭盤15 ；
[0015]圖5 —種應(yīng)用仿生學(xué)原理的機械尾巴的第二控制系統(tǒng)的側(cè)視圖
[0016]其中:滑輪16、第一長螺栓17、凹形槽18、繩子19、滑輪支架20、第二長螺栓21、尾下部底板22、拉繩電機23、尾部平臺24、第二碼盤29、第二光電編碼器30 ;
[0017]圖6 —種應(yīng)用仿生學(xué)原理的機械尾巴的尾部結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖
[0018]其中:連接尾上部底板25、彈簧26、合頁27 ;
[0019]圖7 —種應(yīng)用仿生學(xué)原理的機械尾巴的尾部結(jié)構(gòu)與尾部平臺連接示意圖
[0020]其中:招制轉(zhuǎn)接件28;
【具體實施方式】
[0021 ] 機械尾巴由尾部結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)組成，控制系統(tǒng)由控制尾巴水平方向運動的第一控制系統(tǒng)和控制尾巴豎直方向運動的第二控制系統(tǒng)組成。
[0022]第一控制系統(tǒng)為皮帶傳動，由小齒輪控制部分2、皮帶3、大齒輪控制部分4組成，小齒輪控制部分2中的小齒輪9通過皮帶3與大齒輪控制部分中的大齒輪14連接。小齒輪控制部分由小齒輪9、電機5、第一碼盤7、第一光電編碼器6、自攻螺絲8組成。電機5是直流減速電機，材質(zhì)是塑料外殼。自攻螺絲8的頭部直徑大于小齒輪9中間圓孔的孔徑，將自攻螺絲8從小齒輪中間穿過，再將自攻螺絲8從第一碼盤7中間穿過，再將自攻螺絲8桿部末端攻入電機5的軸中，這樣電機5可以帶動小齒輪9及第一碼盤7同步轉(zhuǎn)動，將電機5用適當(dāng)長度的銅柱固定在下層亞格力支架10上，適當(dāng)長度的意思是選擇適當(dāng)長度的銅柱固定后使得小齒輪9和大齒輪14在同一水平面上，將光電編碼器6的凹形槽夾在第一碼盤7的兩側(cè)，光電編碼器6的固定