本實(shí)用新型屬于能在傾倒后自行重新站立的特種機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種能在傾倒后重新自動站立的自平衡機(jī)器人。

背景技術(shù)：

目前，具有自平衡功能的機(jī)器人控制方法已取得了長足進(jìn)步，一種雙輪自平衡機(jī)器人的結(jié)構(gòu)如圖1至圖2所示，其包括控制箱體6和兩套平衡走行輪機(jī)構(gòu)5，每一套平衡走行輪機(jī)構(gòu)5包括走行輪5-1和走行電機(jī)5-2，走行輪5-1受走行電機(jī)5-2驅(qū)動，而兩個走行電機(jī)5-2彼此對稱地安裝在控制箱體6下方并由控制箱體6內(nèi)的基于陀螺儀的自平衡系統(tǒng)進(jìn)行分別的獨(dú)立控制。該雙輪自平衡機(jī)器人具有整體對稱性，其重心位于控制箱體6的豎直中心線上。該雙輪自平衡機(jī)器人能夠在其控制箱體6的豎直中心線與豎直方向呈±20度傾角的范圍內(nèi)自動調(diào)整平衡姿態(tài)，通過使走行輪5-1向發(fā)生傾斜的方向加速運(yùn)動，可以重新調(diào)整整體重心，實(shí)現(xiàn)平衡機(jī)器人的屹立不倒。

然而，在實(shí)際應(yīng)用的過程中，上述的雙輪自平衡機(jī)器人往往被應(yīng)用在極其復(fù)雜和危險的工作環(huán)境中，以替代人去完成探測、搜救或傳遞物資等工作。這些復(fù)雜或危險的工況的地面并不平坦，機(jī)器人的行進(jìn)路線出現(xiàn)坑洼不平、晃動搖擺等路況的情形時有發(fā)生，這可能導(dǎo)致機(jī)器人因未能保持平衡而發(fā)生傾覆倒下。例如，在地震后的廢墟廠房中行進(jìn)的機(jī)器人，很可能在余震發(fā)生時失去平衡而傾倒。

但是，現(xiàn)有的雙輪自平衡功能的機(jī)器人通常均不具備傾倒后自行重新站立的能力，因此也就無法在其自身傾倒后繼續(xù)完成工作任務(wù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有雙輪自平衡功能的機(jī)器人通常均不具備傾倒后自行重新站立的能力，因此無法適應(yīng)由地震造成的行進(jìn)路線坑洼不平、晃動搖擺等復(fù)雜路況的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種能在傾倒后重新自動站立的自平衡機(jī)器人。

本實(shí)用新型解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下：

能在傾倒后重新自動站立的自平衡機(jī)器人，包括兩套平衡走行輪機(jī)構(gòu)、門形控制箱體、兩個支撐臂、支撐臂軸座和兩個支撐臂回位到位開關(guān)；所述門形控制箱體包括兩個控制箱、上端連接板、兩個傾倒觸點(diǎn)開關(guān)和兩個支撐臂限位開關(guān)，在控制箱的中段側(cè)壁上設(shè)有支撐臂驅(qū)動電機(jī)安裝孔，兩個控制箱的支撐臂驅(qū)動電機(jī)安裝孔彼此同軸對稱布置；所述上端連接板的下端與兩個控制箱的上端面均分別固連，其三者共同形成一個門字型的整體結(jié)構(gòu)，兩個控制箱各自的控制電路均通過上端連接板彼此連接；所述兩個傾倒觸點(diǎn)開關(guān)分別固連在一個對應(yīng)控制箱的側(cè)壁上，所述的兩個傾倒觸點(diǎn)開關(guān)的傾倒觸點(diǎn)探測端頭彼此朝向相反，且傾倒觸點(diǎn)探測端頭均位于門字型的整體結(jié)構(gòu)的外部；所述兩個支撐臂限位開關(guān)分別布置在門字型的整體結(jié)構(gòu)兩個內(nèi)側(cè)壁下端的同一條對角線的兩個頂角上，兩個支撐臂限位開關(guān)朝向彼此相反；支撐臂包括支臂、支臂滾輪和支臂步進(jìn)電機(jī)，支臂的前端設(shè)有滾輪軸承座，支臂的后端設(shè)有支臂軸承安裝盲孔，所述支臂步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸桿同軸固連于支臂軸承安裝盲孔的背面；支臂滾輪的轉(zhuǎn)軸穿過滾輪軸承座上的軸孔，其二者轉(zhuǎn)動連接；支撐臂軸座包括軸座板、兩個滾珠軸承和軸承連桿，軸座板下部的側(cè)壁上設(shè)有軸承連桿安裝孔，所述軸承連桿的中段與軸承連桿安裝孔同軸固連，兩個滾珠軸承對稱地分布在軸座板的兩側(cè)，軸承連桿的兩端均分別與一個對應(yīng)滾珠軸承的內(nèi)環(huán)同軸固連；所述兩個支撐臂對稱地布置在軸座板的兩側(cè)，每一個支臂步進(jìn)電機(jī)均分別嵌入并固連于一個對應(yīng)的支撐臂驅(qū)動電機(jī)安裝孔內(nèi)，每一個滾珠軸承的外環(huán)均嵌入并固連于一個對應(yīng)的支臂軸承安裝盲孔內(nèi)；所述兩個支撐臂回位到位開關(guān)對稱地布置在軸座板的兩側(cè)，支撐臂回位到位開關(guān)的上端與上端連接板的底面固連，兩個支撐臂回位到位開關(guān)各自的回位觸點(diǎn)探測端頭分別與一個對應(yīng)滾輪軸承座的中點(diǎn)對齊；回位觸點(diǎn)探測端頭到滾輪軸承座轉(zhuǎn)動圓周外徑的距離為5mm；所述兩個走行輪固連在一個對應(yīng)的控制箱底部，兩個走行輪彼此對稱。

所述位于軸座板同一側(cè)的傾倒觸點(diǎn)開關(guān)、支臂步進(jìn)電機(jī)、支撐臂回位到位開關(guān)、支撐臂限位開關(guān)和平衡走行輪機(jī)構(gòu)均與其所對應(yīng)一側(cè)的控制箱電氣連接。

所述的兩個支撐臂同步反向運(yùn)動。

本實(shí)用新型的有益效果是：該能在傾倒后重新自動站立的自平衡機(jī)器人在固有自平衡功能的基礎(chǔ)之上，將門形控制箱體設(shè)置為由上端連接板彼此連接的兩個控制箱三者共同組成門字型的整體結(jié)構(gòu)。從而在保持整體結(jié)構(gòu)對稱性的前提下，為增設(shè)兩個支撐臂提供了空間。分別設(shè)置在兩個控制箱上的支臂步進(jìn)電機(jī)能夠驅(qū)動兩個對稱設(shè)置的支撐臂做同步反向旋轉(zhuǎn)，支臂滾輪的外緣與地面接觸后，其同時與兩個鎖止的走行輪共同構(gòu)成三點(diǎn)支撐的穩(wěn)定狀態(tài)，從而在支臂后續(xù)的進(jìn)一步轉(zhuǎn)動過程中，得以使門形控制箱體圍繞兩個走行輪的共同軸線旋轉(zhuǎn)抬升。

兩個支撐臂限位開關(guān)分別布置在門字型的整體結(jié)構(gòu)兩個內(nèi)側(cè)壁下端的同一條對角線的兩個頂角上，兩個支撐臂限位開關(guān)朝向彼此相反。當(dāng)支撐臂限位開關(guān)被支臂壓迫和觸發(fā)時，說明門形控制箱體與水平面的傾角已進(jìn)入了足以啟動自平衡系統(tǒng)的狀態(tài)，從而可以恢復(fù)并啟動自平衡機(jī)器人的自平衡能力，使其自行豎立并繼續(xù)保持平衡狀態(tài)。支撐臂還具有回位功能，在兩個支撐臂的同步反向回位旋轉(zhuǎn)和抬升過程中，其二者始終保持對稱，從而有助于自動平衡系統(tǒng)繼續(xù)維持機(jī)器人的整體平衡狀態(tài)。支撐臂回位到位開關(guān)采用探測距離為給定數(shù)值的紅外漫反射光電開關(guān)，當(dāng)滾輪軸承座的外側(cè)壁進(jìn)入到其所對應(yīng)的回位觸點(diǎn)探測端頭的探測范圍以內(nèi)時，兩個支撐臂在豎直姿態(tài)下停止動作，并停留在門形控制箱體的門字型的整體結(jié)構(gòu)內(nèi)部，從而得到保護(hù)。

該能在傾倒后重新自動站立的自平衡機(jī)器人還具有結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用，自動智能等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有雙輪自平衡機(jī)器人的立體圖；

圖2是現(xiàn)有雙輪自平衡機(jī)器人的自平衡原理示意圖；

圖3是本實(shí)用新型能在傾倒后重新自動站立的自平衡機(jī)器人的立體圖；

圖4是圖3的主視圖；

圖5是本實(shí)用新型的能在傾倒后重新自動站立的自平衡機(jī)器人在其兩個支撐臂同時回位并水平伸直姿態(tài)下的應(yīng)用示意圖；

圖6是圖5的爆炸結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本實(shí)用新型門形控制箱體的爆炸結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本實(shí)用新型支撐臂的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是本實(shí)用新型支撐臂軸座的爆炸結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是本實(shí)用新型支撐臂回位到位開關(guān)分別與上端連接板以及軸座板的裝配位置的示意圖；

圖11是本實(shí)用新型的能在傾倒后重新自動站立的自平衡機(jī)器人在傾倒后重新站立時的應(yīng)用示意圖；

圖12是本實(shí)用新型的能在傾倒后重新自動站立的自平衡機(jī)器人的在軸座板側(cè)壁所在平面下的剖面示意圖；

圖13是本實(shí)用新型的能在傾倒后重新自動站立的自平衡機(jī)器人在傾倒后完全站立時的應(yīng)用示意圖；

圖14是本實(shí)用新型的支撐臂在豎直方向上回位到位時的剖面示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖3至圖10所示，本實(shí)用新型的能在傾倒后重新自動站立的自平衡機(jī)器人包括兩套平衡走行輪機(jī)構(gòu)5以及門形控制箱體1、兩個支撐臂2、支撐臂軸座3和兩個支撐臂回位到位開關(guān)4。門形控制箱體1包括兩個控制箱1-1、上端連接板1-2、兩個傾倒觸點(diǎn)開關(guān)1-3和兩個支撐臂限位開關(guān)1-4，在控制箱1-1的中段側(cè)壁上設(shè)有支撐臂驅(qū)動電機(jī)安裝孔1-1-1，兩個控制箱1-1的支撐臂驅(qū)動電機(jī)安裝孔1-1-1彼此同軸對稱布置。上端連接板1-2的下端與兩個控制箱1-1的上端面均分別固連，其三者共同形成一個門字型的整體結(jié)構(gòu)，兩個控制箱1-1各自的控制電路均通過上端連接板1-2彼此連接。兩個傾倒觸點(diǎn)開關(guān)1-3分別固連在一個對應(yīng)控制箱1-1的側(cè)壁上，兩個傾倒觸點(diǎn)開關(guān)1-3的傾倒觸點(diǎn)探測端頭1-3-1彼此朝向相反，且傾倒觸點(diǎn)探測端頭1-3-1均位于門字型的整體結(jié)構(gòu)的外部。兩個支撐臂限位開關(guān)1-4分別布置在門字型的整體結(jié)構(gòu)兩個內(nèi)側(cè)壁下端的同一條對角線的兩個頂角上，兩個支撐臂限位開關(guān)1-4朝向彼此相反。

支撐臂2包括支臂2-1、支臂滾輪2-2和支臂步進(jìn)電機(jī)2-3，支臂2-1的前端設(shè)有滾輪軸承座2-1-2，支臂2-1的后端設(shè)有支臂軸承安裝盲孔2-1-1，支臂步進(jìn)電機(jī)2-3的轉(zhuǎn)子軸桿同軸固連于支臂軸承安裝盲孔2-1-1的背面。支臂滾輪2-2的轉(zhuǎn)軸穿過滾輪軸承座2-1-2上的軸孔，其二者轉(zhuǎn)動連接。

支撐臂軸座3包括軸座板3-1、兩個滾珠軸承3-3和軸承連桿3-2，軸座板3-1下部的側(cè)壁上設(shè)有軸承連桿安裝孔3-1-1，軸承連桿3-2的中段與軸承連桿安裝孔3-1-1同軸固連，兩個滾珠軸承3-3對稱地分布在軸座板3-1的兩側(cè)，軸承連桿3-2的兩端均分別與一個對應(yīng)滾珠軸承3-3的內(nèi)環(huán)同軸固連。

兩個支撐臂2對稱地布置在軸座板3-1的兩側(cè)，每一個支臂步進(jìn)電機(jī)2-3均分別嵌入并固連于一個對應(yīng)的支撐臂驅(qū)動電機(jī)安裝孔1-1-1內(nèi)，每一個滾珠軸承3-3的外環(huán)均嵌入并固連于一個對應(yīng)的支臂軸承安裝盲孔2-1-1內(nèi)。

支撐臂回位到位開關(guān)4采用探測距離為8mm的OMDHON牌E3F-DS30C4型紅外漫反射光電開關(guān)。兩個支撐臂回位到位開關(guān)4對稱地布置在軸座板3-1的兩側(cè)，支撐臂回位到位開關(guān)4的上端與上端連接板1-2的底面固連，兩個支撐臂回位到位開關(guān)4各自的回位觸點(diǎn)探測端頭4-1分別與一個對應(yīng)滾輪軸承座2-1-2的中點(diǎn)對齊?；匚挥|點(diǎn)探測端頭4-1到滾輪軸承座2-1-2轉(zhuǎn)動圓周外徑的距離為5mm。因此，當(dāng)滾輪軸承座2-1-2位于豎直最高點(diǎn)時，回位觸點(diǎn)探測端頭4-1能檢測到滾輪軸承座2-1-2已經(jīng)直立到位。兩個走行輪5-1固連在一個對應(yīng)的控制箱1-1底部，兩個走行輪5-1彼此對稱。

位于軸座板3-1同一側(cè)的傾倒觸點(diǎn)開關(guān)1-3、支臂步進(jìn)電機(jī)2-3、支撐臂回位到位開關(guān)4、支撐臂限位開關(guān)1-4和平衡走行輪機(jī)構(gòu)5均與其所對應(yīng)一側(cè)的控制箱1-1電氣連接。兩個支撐臂2同步反向運(yùn)動。

傾倒觸點(diǎn)開關(guān)1-3、支撐臂限位開關(guān)1-4和支撐臂限位開關(guān)5-2均采用歐姆龍牌SS-5GL2型微動開關(guān)，支臂步進(jìn)電機(jī)2-3采用淘寶網(wǎng)出售的億星科技牌42BYG48-71型步進(jìn)電機(jī)，走行電機(jī)52選用淘寶網(wǎng)出售的詩凱科技牌SK3530型高性能直流減速電機(jī)。

如圖11和圖12所示，具體應(yīng)用本實(shí)用新型的能在傾倒后重新自動站立的自平衡機(jī)器人時，當(dāng)該雙輪自平衡機(jī)器人傾倒后，其傾倒觸點(diǎn)開關(guān)1-3上的傾倒觸點(diǎn)探測端頭1-3-1與地面碰撞，并促使傾倒觸點(diǎn)開關(guān)1-3向控制箱1-1發(fā)出傾倒到位觸發(fā)命令，控制箱1-1依據(jù)其所接收到的傾倒到位觸發(fā)命令向兩個支臂步進(jìn)電機(jī)2-3同時發(fā)出支臂啟動命令，并同時向兩個走行電機(jī)5-2發(fā)出鎖止命令。兩個支臂步進(jìn)電機(jī)2-3同步反向旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動兩個支撐臂2從如圖14所示的豎直最高點(diǎn)開始同步反向運(yùn)動。

當(dāng)一個支臂滾輪2-2的外緣與地面接觸后，其同時與兩個鎖止的走行輪5-1共同構(gòu)成三點(diǎn)支撐的穩(wěn)定狀態(tài)，從而在支臂2-1后續(xù)的進(jìn)一步轉(zhuǎn)動過程中，得以使門形控制箱體1圍繞兩個走行輪5-1的共同軸線旋轉(zhuǎn)抬升。

如圖13所示，當(dāng)一個支臂2-1壓迫并觸發(fā)其所對應(yīng)的支撐臂限位開關(guān)1-4時，支撐臂限位開關(guān)1-4向控制箱1-1發(fā)出直立到位觸發(fā)命令，控制箱1-1依據(jù)其所接收到的直立到位觸發(fā)命令同時向兩個走行電機(jī)5-2發(fā)出解鎖和平衡啟動命令，同時控制箱1-1還向兩個支臂步進(jìn)電機(jī)2-3同時發(fā)出反轉(zhuǎn)回位啟動命令。解鎖后的走行電機(jī)5-2自動在其舊有的基于陀螺儀的自平衡系統(tǒng)的控制下，向傾斜的方向加速前進(jìn)，并通過重新調(diào)整重心位置使整個自平衡機(jī)器人重新回復(fù)豎立和自平衡狀態(tài)。

如圖13和圖14所示，兩個支臂步進(jìn)電機(jī)2-3在接收到反轉(zhuǎn)回位啟動命令以后，開始同步反向回位旋轉(zhuǎn)，并分別驅(qū)動其所對應(yīng)的支撐臂2回位和抬升，當(dāng)滾輪軸承座2-1-2的外側(cè)壁進(jìn)入到其所對應(yīng)的回位觸點(diǎn)探測端頭4-1的探測范圍以內(nèi)時，支撐臂回位到位開關(guān)4向控制箱1-1發(fā)出回位到位停止命令，控制箱1-1依據(jù)其所接收到的回位到位停止命令同時向兩個支臂步進(jìn)電機(jī)2-3發(fā)出回位停止命令，促使兩個支撐臂2在豎直姿態(tài)下停止動作，并停留在門形控制箱體1的門字型的整體結(jié)構(gòu)內(nèi)部，從而得到保護(hù)。