专利名称：重心可调节的小车式倒立摆的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及科研或教学实验装置，尤其涉及重心可调节的小车式倒 立摆。
技术背景倒立摆是一种典型的、非线性的、不稳定的系统，我们所看到的几乎所 有的重心在上、支点在下的装置的稳定问题都能归结于倒立摆的控制，因此 倒立摆成为控制领域经久不衰的研究课题。倒立摆成为自动控制领域里控制 理论及其应用的典型科研或教学装置。自动控制理论在近二十年来的发展其最重要的一个成果就是鲁棒控制理 论，鲁棒控制理论对于对象不确定性因素包括外部扰动、对象模型参数变化 等的处理具有优越性。现有的最常用的倒立摆有《西南工学院学报》(2001， Vol. 16， No. 3， P. 12 一16)所介绍的在有限长度的轨道上作直线运动的倒立摆(以下简称常规倒 立摆)。常规倒立摆电机固定在导轨的一端，电机带动皮带轮以及皮带驱动小 车在轨道上作直线运动。这种常规倒立摆存在的主要问题是导轨上小车的运 动范围是有限的，不能超出轨道的长度。中国科技大学所公开的两轮遥控小 车倒立摆有效地解决了倒立摆水平方向上运动受限的问题，但是其摆杆的重 心不可调节，限制了鲁棒控制理论在倒立摆装置上的研究和验证。 实用新型内容本实用新型提供了重心可调节的小车式倒立摆，能够通过改变车体的重 心来改变整个系统的参数，从而有效地验证和研究鲁棒控制理论。 为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。，主要包括有车轮l、 底盘2、头部10、支撑杆9，支撑杆9的一端与头部10固定连接；其特征在 于还包括有重心调节箱，重心调节箱包括有箱体3、两个齿条支撑架4、第 一齿条5、第二齿条ll、带齿轮的第一舵机7、带齿轮的第二舵机8、横梁6; 其中，两个齿条支撑架4固定在底盘2上，支撑架4为内部为中空的壳体， 第一齿条5和第二齿条11分别设置在两个支撑架4的中空部分，两个齿条分 别通过设置在支撑架4侧壁上的十字型凹槽13与舵机上的齿轮相咬合，在舵 机的带动下可以沿着齿条支撑架4上下移动，在两个齿条之间设置有横梁6， 横梁6的两端分别与两个齿条固定连接，横梁6的中间与支撑杆9固定连接， 齿条支撑架4在齿条与横梁6连接的一侧设置有横梁运动凹槽12，横梁6能 够沿着凹槽12上下移动。 所述的凹槽13为十字型。本实用新型可以通过控制舵机正反转来完成车体重心的上下移动的装置， 结构简单，可靠实用，对于提高移动式倒立摆装置的性能，丰富移动式倒立 摆装置的科研和实验内容有很大的帮助。它不仅能够验证和调试各种常规控 制算法，还能够通过改变车体的重心来改变整个系统的参数，对鲁棒控制理 论进行有效的验证和研究。
图1为本实用新型的结构示意图图2为本实用新型齿条支撑架前视示意图图3为本实用新型齿条支撑架左视示意图图4为本实用新型齿条支撑架右视图其中1、车轮，2、底盘，3、调节箱箱体，4、齿条支撑架，5、第一齿 条，6、横梁，7第一舵机，8、第二舵机，9、支撑杆，10、头部，11、第二 齿条，12、横梁运动凹槽，13、放置齿轮的十字型槽。
具体实施方式
下面结合图1 图4详细说明本实施例。如图l、图2所示，两个直流电机对称固定在车体底盘2的两侧，每个直 流电机的轴分别与一个轮子的轴相互固接，两个轮子的轴线落在车底盘2的
中心线上。重心调节箱部分包括箱体3、两个齿条支撑架4、第一齿条5、 横梁6、带齿轮的第一舵机7和带齿轮的第二舵机8。其中，两个齿条支撑架 4固定在底盘2上，支撑架4为内部为中空的壳体，齿条设置在支撑架4的中 空部分，齿条在舵机的带动下可以沿着齿条支撑架4上下移动，在两个齿条 之间设置有横梁6，横梁6的两端分别与两个齿条固定连接，横梁6的中间与 支撑杆9固定连接。齿条支撑架4的具体结构参照图2 图4，支撑架4为长 方体壳体，齿条5放置在其中，与齿条5光滑面紧邻的一面有横梁6穿过， 并且在支撑机4的侧壁上设置有用于横梁6上下移动的凹槽12。支撑架4与 第一舵机7、第二舵机8相配合的一面有一个十字型槽13，用来完成舵机上 的齿轮与齿条的配合。当带齿轮的舵机7、 8转动时，带动两个齿条上下运动，当齿条5、 12向 上运动时横梁6也一起向上运动，因为横梁6是与支撑杆9固定在一起的， 所以可以带动支撑杆9向上运动，从而使车体的重心可以上下移动。
权利要求1、重心可调节的小车式倒立摆，主要包括有车轮(1)、底盘(2)、头部(10)、支撑杆(9)，支撑杆(9)的一端与头部(10)固定连接；其特征在于还包括有重心调节箱，重心调节箱包括有箱体(3)、两个齿条支撑架(4)、第一齿条(5)、第二齿条(11)、带齿轮的第一舵机(7)、带齿轮的第二舵机(8)、横梁(6)；其中，两个齿条支撑架(4)固定在底盘(2)上，支撑架(4)为内部为中空的壳体，第一齿条(5)和第二齿条(11)分别设置在两个支撑架(4)的中空部分，两个齿条分别通过设置在支撑架(4)侧壁上的凹槽(13)与舵机上的齿轮相咬合，在舵机的带动下可以沿着齿条支撑架(4)上下移动，在两个齿条之间设置有横梁(6)，横梁(6)的两端分别与两个齿条固定连接，横梁(6)的中间与支撑杆(9)固定连接，齿条支撑架(4)在齿条与横梁(6)连接的一侧设置有横梁运动凹槽(12)，横梁(6)能够沿着凹槽(12)上下移动。
2、 根据权利要求1所述的重心可调节的小车式倒立摆，其特征在于所述的 凹槽(13)为十字型。
专利摘要本实用新型是一种教学实验装置，特别是重心可调节的小车式倒立摆。主要包括有车轮(1)、底盘(2)、头部(10)、支撑杆(9)、重心调节箱。重心调节箱包括有箱体(3)、两个齿条支撑架(4)、两个齿条、两个舵机、横梁(6)。两个齿条支撑架(4)固定在底盘(2)上，支撑架(4)为内部为中空的壳体，两个齿条分别设置在两个支撑架(4)的中空部分，两个齿条分别与舵机上的齿轮相咬合。在两个齿条之间设置有横梁，横梁的两端分别与两个齿条固定连接，横梁的中间与支撑杆固定连接。本实用新型可以完成车体重心的上下移动，通过改变车体的重心来改变整个系统参数，为研究和验证控制方法的鲁棒性以及鲁棒控制理论提供了简单方便的平台。
文档编号G09B25/00GK201035818SQ20072014894
公开日2008年3月12日 申请日期2007年4月27日 优先权日2007年4月27日
发明者于建均, 江 刘, 亮 孙, 李明爱, 李欣源, 狄海江, 赵岗金, 阮晓钢 申请人:北京工业大学