一种自平衡机器人的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，具体来说，涉及一种自平衡机器人的承载能力上的改进。

背景技术：

目前，现有双轮的自平衡机器人的结构特点是两轮共轴、独立驱动、车身重心位于车轮轴上方，它通过车轮运动保持车体平衡。如图1所示，自平衡机器人由右车轮11、右电机12、左电机13、左车轮14和车体15组成。在车体15上固定的右电机12、左电机1分别驱动右车轮11、左车轮14。

由于传统的双轮的自平衡机器人一般仅可保持动态平衡，运动过程需要随时调整，且由于动态平衡以及双轮的限制，使得其承载能力低，如若非要通过算法实现自平衡，则提高了软件算法的难度，而且难于保证可靠性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种自平衡机器人，在避免复杂的软件算法的条件下，通过改进其结构，不仅提高了自平衡机器人的承载力，还有效保证了运行的平稳性。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种自平衡机器人，包括车体以及相对布设的第一车轮、第二车轮，还包括车轮收放机构，所述车轮收放机构包括第一万向轮、曲柄滑块机构、伸缩机构，所述曲柄滑块机构包括所述第一曲柄、滑块以及转动连接于所述第一曲柄与所述滑块之间的第一连杆。所述伸缩机构用于带动所述滑块往复移动；所述第一曲柄转动连接于所述车体，并固定连接于所述第一万向轮；当所述伸缩机构带动所述滑块移动至第一位置时，所述第一万向轮抵接地面以承载所述车体，当所述伸缩机构带动所述滑块移动至第二位置时，所述第一万向轮收容于所述车体内部。

进一步的，当所述第一万向轮抵接地面时，所述第一万向轮位于所述第一车轮与第二车轮连线的垂直平分面上。

进一步的，当所述第一万向轮抵接地面时，所述第一万向轮与所述第一车轮、第二车轮呈等边三角形布设。

进一步的，所述车轮收放机构还包括第二万向轮，所述曲柄滑块机构还包括所述第二曲柄以及转动连接于所述第二曲柄与所述滑块之间的第二连杆，所述第二曲柄转动连接于所述车体，并固定连接于所述第二万向轮：当所述伸缩机构带动所述滑块移动至第一位置时，所述第二万向轮抵接地面以承载所述车体，当所述伸缩机构带动所述滑块移动至第二位置时，所述第二万向轮收容于所述车体内部。

进一步的，当所述第一万向轮、第二万向轮均抵接地面时，所述第一万向轮、第二万向轮均位于所述第一车轮与第二车轮连线的垂直平分面上。

进一步的，所述伸缩机构包括电机、套筒、梯形丝杠、丝母:所述梯形丝杠、丝母位于所述套筒内部；所述电机连接于所述车体与所述梯形丝杠之间，用于带动所述梯形丝杠往复转动；所述丝母螺纹连接于所述梯形丝杠，用于带动所述滑块往复移动；所述套筒与所述丝母之间设有导向机构，用于限制所述丝母的转动。

进一步的，所述伸缩机构还包括连接件、滚动轴承：所述连接件固定连接于所述丝母与所述滑块之间；所述滚动轴承装配于所述套筒与所述梯形丝杠之间，并邻近所述电机。

所述车体形成有第一限位块、第二限位块，当所述第一万向轮、第二万向轮抵接地面时，所述第一曲柄、第二曲柄分别抵靠所述第一限位块、第二限位块。

进一步的，所述第一曲柄、第二曲柄结构相同，第一万向轮、第二万向轮结构相同。

与现有技术相比，本发明的优点及有益效果是：本发明提供的自平衡机器人，无需借助复杂的软件算法便可实现自平衡。增设的车轮收放机构，在将滑块移动至第一位置时，第一万向轮抵接地面，此时的第一万向轮使得自平衡机器人多了有效的支撑点，不仅可以与第一车轮、第二车轮一同起到承载车体的作用，从而有效提高平衡机器人的承载力，而且由于第一万向轮本身具有可360度旋转的特性，在自平衡机器人处于移动时，也不会影响自平衡机器人的运行，且增设的第一万向轮还有效避免了运行中的自平衡机器人需要随时调整以确保维持动平衡的状态，也避免了动平衡所带来的承载力低的问题。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是现有技术中双轮的自平衡机器人的结构示意图；

图2是本发明具体实施例自平衡机器人中车轮收放机构的侧视图；

图3是本发明具体实施例自平衡机器人中车轮收放机构的分解示意图；

图4是本发明具体实施例自平衡机器人中伸缩机构的剖视图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对传统的双轮自平衡机器人在运行过程中，需要随时调整来保持动态平衡的状态，不仅可靠性不能保证，还大大降低其承载力，为此，本实施例提出了一种自平衡机器人，除了包括车体20以及相对布设的第一车轮21、第二车轮22，重点在于还包括车轮收放机构，具体来讲，车轮收放机构包括有第一万向轮31、曲柄滑块机构40、伸缩机构50，参考图2至图4所示。

曲柄滑块机构40包括第一曲柄41、滑块42以及转动连接于第一曲柄41与滑块42之间的第一连杆43。而伸缩机构50的设置就是为了用于带动滑块42往复移动，而为了在实现滑块42往复直线移动的同时,第一曲柄41能够在一定角度范围内转动，本实施例中第一曲柄41转动连接于车体20，例如，采用销轴铰接实现，第一曲柄41还固定连接有第一万向轮31，使得第一曲柄41在滑块42的驱动下，不仅自身转动还能同时带动第一万向轮31抵接地面。具体的，为了便于描述，滑块42在其移动行程上有两个位置：第一位置，第二位置。当伸缩机构50带动滑块42移动至第一位置时，第一万向轮31抵接地面以承载车体20，当伸缩机构50带动滑块42移动至第二位置时，第一万向轮31收容于车体20内部。

本发明车轮收放机构中万向轮的数量并不唯一，例如，在本发明的其他实施例中，可只设置一个万向轮，即第一万向轮31，为了保持第一万向轮31与第一车轮21、第二车轮22之间的对称性，提高自平衡机器人运行的可靠性，在第一万向轮31抵接地面时，使得第一万向轮31位于第一车轮21、第二车轮22之间连线的垂直平分面上，使得在第一万向轮31抵接地面时，第一万向轮31到第一车轮21的距离与第一万向轮31到第二车轮22的距离相等，或者，利用等边三角形稳定性的特点，进一步设计第一万向轮31与第一车轮21、第二车轮22呈等边三角形布设。

本实施例中在车轮收放机构中设置了两个万向轮，即除了第一万向轮31，车轮收放机构还包括第二万向轮32，为了使得第二万向轮32可以与第一万向轮31同时起相同的作用，本实施例中曲柄滑块机构40还包括第二曲柄44以及转动连接于第二曲柄44与滑块42之间的第二连杆45，与第一曲柄41连接方案类似，第二曲柄44转动连接于车体20，并固定连接于第二万向轮32。当伸缩机构50带动滑块42移动至第一位置时，第二万向轮32抵接地面以承载车体20，当伸缩机构50带动滑块42移动至第二位置时，第二万向轮32收容于车体20内部，以保证滑块42往复移动的同时，可以实现第一万向轮31、第二万向轮32同时抵接地面或同时收容于车体20内部。进一步的，所述第一万向轮31、第二万向轮32均位于所述第一车轮21与第二车轮22连线的垂直平分面上，以保证均衡承载整个车体20。

本发明中伸缩机构50有多种选择，例如，液压顶杆、液压升降台、电动推杆、电缸、气动滑台等，为简化结构，本实施例中伸缩机构50具体包括电机51、套筒52、梯形丝杠53、丝母54。其中，梯形丝杠53与丝母54螺纹连接并均位于套筒52内部，而套筒52与丝母54之间设有导向机构（附图未示出），用于限制丝母54的转动，例如，导向结构可以是形成于所述丝母54上的导向块以及形成于所述套筒52内壁上的导向槽，导向块插装于导向槽内实现限制丝母54的转动。电机51连接于车体20与梯形丝杠53之间，以实现带动梯形丝杠53往复转动，由于丝母54与梯形丝杆螺纹连接以及套筒52与丝母54之间设置的导向机构，梯形丝杠53的往复转动可以实现丝母54的往复移动，因此，丝母54可以用来带动滑块42往复移动。本发明中丝母54与滑块42既可采用同种材料一体制成，也可以焊接连接，由于丝母54位于套筒52内部，为了便于拆装，即方便丝母54与滑块42之间的连接或拆卸，具体的，本实施例中伸缩机构50还包括连接件55、滚动轴承56，其中，连接件55固定连接于丝母54与滑块42之间，既能实现丝母54与滑块42之间的固定连接，还能对滑块的移动起到导向的作用，连接件55的上部位于套筒52内部，其下部位于套筒52外部并固定连接滑块42，例如，可采用螺钉或螺栓连接连接件55与丝母54，并采用焊接的方式将滑块42与连接件55之间焊接连接，如图4所示，滚动轴承56则装配于套筒52与梯形丝杠53之间，并邻近电机51，以便于降低套筒52与梯形丝杠53之间的磨损，还能防止灰尘、颗粒等进入套筒52。

此外，在本实施例的基础上，可在本发明的其他实施例中再在车体20上形成有第一限位块、第二限位块，可通过焊接或螺栓连接或一体成型来实现，使得在第一万向轮31、第二万向轮32抵接地面时，即滑块42移动至第一位置时，第一曲柄41抵靠第一限位块且第二曲柄44抵靠第二限位块，第一限位块、第二限位块的设置可提高车轮收放机构的稳固性，提高其使用周期。另一方面，为了简化零部件的采购类型，提高零部件的通用性，还可设计第一曲柄41、第二曲柄44结构相同，第一万向轮31、第二万向轮32结构相同。

虽然本发明的方面已参考上述实施例加以特别示出和说明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离所公开的精神和范围的前提下可通过对所公开的技术方案进行修改来预期各种其他的实施例。此类实施例应当被理解为落在如基于权利要求书和其任何等同物确定的本发明的保护范围内。