一种具有仿生学尾部结构的二轮平衡车的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于自动控制技术领域，具体涉及一种具有仿生学尾部结构的二轮平衡车。
【背景技术】
[0002]传统二轮平衡车能通过双轮运动调节自身平衡以保持直立体态，可以用作运输载具或者应用某些需要在狭小空间作业的机器人，二轮车相对于传统的四轮车具有很大的优势。首先二轮车的灵活度要更高，自由度要更多。它能够实现很多传统的四轮车无法实现的各种动作，如原地打转。因此二轮车更适合在拥挤的环境中运动。其次二轮车所占空间更小，更加小巧轻便，这使得它更适合在城市中作为个人代步工具。由于二轮车比四轮车少了许多结构，因此制造成本要相对少很多。二轮平衡车能实现自动平衡，其在脱离地面以及未脱离地面但经受外力作用的情况下，难以实现自身直立状态或者不能在期望时间内回复直立状态。而本实用新型中叙述的带有尾部结构的二轮平衡车能有效的解决这个问题，仿生尾部结构的加入使得平衡车整体系统鲁棒性以及可控性大大提高。带有仿生学尾巴的二轮平衡车在商业、科研等诸多领域具有良好的应用前景。比如:在二轮平衡车广泛应用的无人操控载具方面，本研究项目成果可以直接提高载具稳定性从而提高乘客的乘坐体验；又如，在灾后救灾场景中，本项目成果可以有效提高探测器灵活性，原本二轮平衡车需要更多移动空间来维持平衡，而本成果可以通过控制体积较小的尾部来达到同样的效果；还有，本项目研制的平衡车可以在无人探测方面具有良好应用，二轮车需要前后移动来保持平衡的场景中，本项目成果可以通过调节尾部来最小化移动范围来保证视频视场的稳定性。
[0003]对于仿生尾部，现在已经出现了许多利用类似尾结构的机器人或载具系统，这些工作都展示出类似尾结构对整机平衡性有很大贡献，往往能大幅提高系统的稳定能力，比如加州大学伯克利分校Thomas Libby曾研究了四轮车在空中运动时尾巴的运动情况对车体平衡及落地状态的影响(Nature 481, 181 - 184(12 January 2012))，然而目前却没有出现过类似本实用新型中叙述的带有仿生尾部的二轮平衡车。而本实用新型中所述的仿生尾部结构被应用于二轮平衡车上之后展示出良好的平衡性能、大幅提高了整机系统的稳定性，因此具有深远的应用前景。
【实用新型内容】
[0004]为了解决现有技术存在的问题，本实用新型的目的是提供一种具有仿生学尾部结构的能调节自身平衡性的二轮平衡车。
[0005]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如下:
[0006]—种具有仿生学尾部结构的二轮平衡车，由平衡车车体1和机械尾巴2组成，其中，机械尾巴2在平衡车车体1的上方后部，机械尾巴2有两个地方与平衡车车体1相连接，在下面介绍机械尾巴组成部件时机械尾巴2和平衡车1的连接方式会给出，机械尾巴2由尾部结构和控制系统组成，控制系统由控制尾巴水平方向运动的第一控制系统和控制尾巴竖直方向运动的第二控制系统组成。
[0007]第一控制系统为皮带传动，由小齿轮控制部分3、皮带4、大齿轮控制部分5组成，小齿轮控制部分3中的小齿轮6通过皮带4与大齿轮控制部分中的大齿轮7连接。小齿轮控制部分由小齿轮6、电机8、第一码盘9、第一光电编码器10、自攻螺丝11组成。电机8是直流减速电机，材质是塑料外壳。自攻螺丝11的头部直径大于小齿轮6中间圆孔的孔径，将自攻螺丝11从小齿轮中间穿过，再将自攻螺丝11从第一码盘9中间穿过，再将自攻螺丝11杆部末端攻入电机8的轴中，这样电机8可以带动小齿轮6及第一码盘9同步转动，将电机8用适当长度的铜柱固定在下层亚格力支架12上，适当长度的意思是选择适当长度的铜柱固定后使得小齿轮6和大齿轮7在同一水平面上，将光电编码器10的凹形槽夹在第一码盘9的两侧，光电编码器10的固定端用AB胶固定在下层亚格力支架12，大齿轮控制部分5由大齿轮7、轴承13、法兰盘14、螺栓15、螺母16组成，大齿轮7在下层亚格力支架12的上面，法兰盘14在下层亚格力支架12的下面，在下层亚格力支架12的相应位置打与轴承13轴部大小相同的圆，将轴承放入其中在相对于大齿轮7的另一侧用法兰盘14将轴承13固定在下层亚格力支架12上，将螺栓15的头部在下，自下而上的从轴承13中心孔中穿过，将大齿轮7穿入螺栓15中，在其上用螺母16固定。适当长度的螺栓15是螺栓15的长度足够穿上大齿7轮和拧上螺母16即可，大齿轮7即通过轴承13、法兰盘14固定在下层亚格力支架12，大齿轮7可以绕螺栓15自由转动。
[0008]第二控制系统由拉绳电机17、第二码盘18、第二光电编码器19、绳子20、滑轮21、滑轮支架22、第一长螺栓23、尾部平台24构成，绳子20选用鱼线，尾部平台24固定在大齿轮7上，在尾部平台中上部钻有与螺栓15相同孔径的孔，在螺母16上放上孔径相同的垫片，将尾部平台穿到螺栓15上，并用螺母将其固定好。滑轮支架22由凹形槽25和和第二长螺栓26组成，凹形槽25和和第二长螺栓26已经通过电焊焊接成一整体，凹形槽25两侧面钻有与第一长螺栓23孔径相同的孔，将滑轮21放入凹形槽25的凹槽内，用第一长螺栓23同时穿过凹形槽25两侧面与滑轮21，在凹形槽25两侧面外用螺母将其固定，在尾部平台正中间钻有与第二长螺栓26相同孔径的孔，将第二长螺栓26穿过尾部平台24两侧用螺母将其固定。将拉绳电机17用适当长度的铜柱固定在尾部平台24上部，使其一侧轴与尾部平台中上部钻有的与螺栓15相同孔径的孔和尾部平台正中间钻有与第二长螺栓26相同孔径的孔在同一直线上，将这侧的轴缠有绳子20，用自攻螺丝将第二码盘18与另一侧轴固定，使得第二码盘18与拉绳电机17同轴转动，将第二光电编码器19的凹形槽夹在第二码盘18的两侧，第二光电编码器19的固定端用AB胶固定在尾部平台24上，将绳子的从尾部结构的尾下部底板27的两孔穿过，选取可以使合页成120度角为绳子20的最大长度，将距离绳子两头相同位置处将两个绳子打结，将绳子头从拉绳电机17轴的中心孔穿入，沿轴绕半轴打结，最终绳子20可以随约拉绳电机17轴的转动使绳子20伸长或缩短，绳子20通过定滑轮作用在尾部结构上。
[0009]尾部结构由合页29连接尾上部底板28、尾下部底板27构成，尾下部底板7与绳子20相连，尾上部底板28与尾部平台24通过铝制转接件31死固相连，同时在尾上部底板28与尾下部底板27之间用可以自由转动的合页29连接，弹簧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与尾上部底板28所成平面的背面(靠近机身面)，在仿生尾部结构舒展开时(即尾上部底板28与尾下部底板27在同一条直线上时)弹簧处于完全放松状态，于是当仿生尾部受到绳子20的拉力大于弹簧的应力时仿生尾部结构卷曲(即尾上部底板28与尾下部底板27所成角度小于180度)、而当绳子20的拉力小于弹簧的应力时仿生尾部结构舒张(即尾上部底板28与尾下部底板27所成角度向恢复180度弯曲)以此来控制仿生尾部结构竖直方向上下运动(此处上下运动是指仿生尾部结构末端上下运动)；当二轮平衡车平衡的在地面运动时，尾上部底板28和尾下部底板27的总长小于尾部平台24到地面的距离，且尾上部底板28的长度小于尾下部底板27的长度。
[0010]平衡车车体1由上层车体32、下层车体33组成。上层车体32与下层车体33用铜柱34连接，上层车体由上层亚格力支架35、上位机36、下位机37组成，上位机36与下位机37均用铜柱固定在上层亚格力支架35上面。下层车体33由下层亚格力支架12、第一电机驱动38、第二电机驱动39、第一固定架40、第一电机41、第一联轴器42、第一轮子43、第二固定架44、第二电机45、第二联轴器46、第二轮子47、电池48、电池支架49、角度传感器50、角度传感器支架51组成。第一电机驱动38与第二电机驱动39用铜柱固定在下层亚格力支架12，第一轮子43通过第一联轴器42与第一电机41相连接，使第一轮子43与第一电机41同轴转动，第一电机41通过第一固定架40固定在下层亚格力支架12，第二固定架44、第二电机45、第二联轴器46、第二轮子47的固定方式与第一固定架40、第一电机41、第一联轴器42、第一轮