[发明专利]一种利用负重实现左右自平衡的装置及负重机器人

权利要求书

1.一种利用负重实现左右自平衡的装置，其特征在于：包括舵机、悬臂梁、负重机构、重量测量模块、姿态测量模块、控制机构，具有转动功能的舵机通过固定机架安装在承担运输的机器人上，悬臂梁一端固定在舵机，用于装载、固定货物于前后方向上的负重机构固定在悬臂梁另一端，舵机、姿态测量模块及安装于悬臂梁上的重量测量模块均和控制机构电连接，接收重量测量模块及姿态测量模块的信号并处理的控制机构指令舵机转动，负重机构和悬臂梁随着舵机一起转动，从而调整负重机构的左右位置达到一种利用负重实现左右自平衡的装置的左右自平衡；

姿态测量模块为陀螺仪传感器，陀螺仪传感器安装于固定机架上；

重量测量模块为称重传感器；

控制机构包括Arduino uno r3主控制板以及Arduino Leonardo从控制板；主控制板与JY901陀螺仪传感器以UART通信连接，以实时得到机体的偏转角度；从控制板与称重传感器电连接，与主控制板以I2C通信连接，传输负重的重量数据；舵机由主控制板控制；

机体行进过程中遇到突发情况致使机体有翻转危险时，陀螺仪传感器会得到机体的偏转角度，传输到主控制板；主控制板根据得到的偏转角度数据控制舵机往机体偏转的相反方向转动，机体的重心向翘起的方向偏移，利用重力重新回到平衡状态；控制舵机时运用PID算法，具体参数根据称重传感器得到的负重加以调整：负重大时参数偏小，负重小时参数偏大；

采用的PID自平衡算法如下：

其中，θ(t)为t时刻的舵机转角，为t时刻测得的机体倾角，Kp为比例系数，Kd为微分系数，Ki为积分系数；系数根据具体的使用机体及装载重量确定；装载重量通过悬臂梁上的称重传感器测得；由此算法计算出装置处于不平衡状态的不同时刻舵机需要转动的角度。

2.根据权利要求1所述一种利用负重实现左右自平衡的装置，其特征在于：负重机构包括用于装载货物的负重箱及固定货物的夹具组件，夹具组件安装于负重箱中且在负重箱中前后移动以夹紧货物。

3.根据权利要求2所述一种利用负重实现左右自平衡的装置，其特征在于：夹具组件包括夹具、光杆、丝杆、轴承、光杆固定座，光杆和丝杆分别位于负重箱内的左右两侧，光杆通过光杆固定座安装在负重箱一侧的前后两端，丝杆通过轴承安装在负重箱另一侧的前后两端，夹具一端安装在丝杆上，夹具另一端安装在光杆上，夹具随着丝杆滚动从而沿着丝杆方向移动并通过光杆导向。

4.根据权利要求3所述一种利用负重实现左右自平衡的装置，其特征在于：还包括便于转动丝杆的旋转把手，旋转把手螺纹连接于丝杆一端。

5.根据权利要求3所述一种利用负重实现左右自平衡的装置，其特征在于：夹具呈长方体薄片状，夹具高度和负重箱的高度相等，夹具两端开设安装孔，一端通过安装孔安装在光杆，另一端通过安装孔安装在丝杆，夹具通过丝杆前后移动将货物夹紧于负重箱后侧面和夹具之间。

6.根据权利要求2或3所述一种利用负重实现左右自平衡的装置，其特征在于：悬臂梁呈长方体状，悬臂梁两端均开设有螺纹孔，悬臂梁一端通过螺钉固定在舵机上并随着舵机的转动而转动，负重箱通过螺钉固定在悬臂梁另一端。

7.负重机器人，采用权利要求1-6任一所述一种利用负重实现左右自平衡的装置，其特征在于：还包括四足机器人，一种利用负重实现左右自平衡的装置安装于四足机器人上。