基于STM32的立方体机器人的制作方法

基于stm32的立方体机器人
技术领域
1.本实用新型涉及智能机器人技术领域，特别涉及一种基于stm32的立方体机器人。


背景技术：

2.立方体机器人是一种结构和运动方式独特的自平衡机器人，以立方体棱边或者角点为支点实现立方体自平衡。立方体机器人通过内置的制动装置，实现立方体全向翻转灵活运动。
3.随着科技的发展，各类硬件复杂多变，传统的直线倒立摆系统已不能满足不稳定的、非线性的、多输入单输出的控制算法的验证需求。因此，本实用新型设计一种新型立方体机器人，对开展更复杂、更多变的控制理论和验证控制算法具有重要的意义。


技术实现要素：

4.为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：
5.一种基于stm32的立方体机器人，包括立方体框架，所述立方体框架内侧设置有控制器、电源模块、陀螺仪、加速度计和三飞轮制动结构，所述控制器分别连接电源模块、陀螺仪、加速度计和三飞轮制动结构，所述陀螺仪位于立方体框架的一棱角处，三飞轮制动结构分设在立方体框架的三侧面上，该三侧面所围成的立方体框架的棱角与陀螺仪所在的棱角相对；
6.所述飞轮制动结构包括飞轮系统固定板、飞轮、驱动电机、插销固定座、插销、推拉杆和制动舵机，所述飞轮系统固定板连接立方体框架，其板面与所述立方体框架的侧面存在间距，所述飞轮转动安装在飞轮系统固定板和立方体框架的侧面之间，转动轴线垂直于所述立方体框架的侧面，所述飞轮的侧面设置有若干凸缘，若干凸缘以所述飞轮的转动轴线为中心环绕且间隔设置，所述飞轮套设在驱动电机的输出轴上，所述驱动电机安装在飞轮系统固定板上，所述插销固定座位于飞轮的周沿，并与所述飞轮上的凸缘存在间距，所述插销固定座的两端分别固连立方体框架和飞轮系统固定板，其正对所述飞轮的一端开设有活动槽，所述活动槽连通插销固定座正对飞轮的一端端部，其上转动连接所述插销的一端，所述插销的该一端端部距离该一端转轴轴线的间距大于该一端转动轴线至凸沿外端面的间距、但小于该一端转动轴线至飞轮侧面的间距，所述插销的另一端延伸至飞轮系统固定板背离飞轮所在侧的一侧，并铰接同位于该一侧的所述推拉杆的一端，所述推拉杆的另一端铰接制动舵机的制动部，所述制动舵机安装在飞轮系统固定板上，其与所述驱动电机均与控制器连接，所述制动舵机通过推动推动杆运动而带动插销转动以使插销位于活动槽的一端端部靠近飞轮以卡接凸缘或者远离飞轮以松开凸缘。
7.优选地，所述立方体框架采用碳板制作。
8.优选地，所述立方体框架内侧的六个棱角均固设有碳板连接铝块。
9.优选地，所述陀螺仪和加速度计通过陀螺仪安装座固连在立方体框架内。
10.优选地，所述飞轮系统固定板通过连接铝合金柱固连立方体框架。
11.优选地，若干凸缘均布在所述飞轮的侧面上。
12.优选地，所述驱动电机通过电机固定板安装在飞轮系统固定板上。
13.优选地，所述制动舵机通过舵机固定座安装在飞轮系统固定板上。
14.优选地，所述插销通过飞轮系统固定板上的条状通孔延伸至飞轮系统固定板背离飞轮所在侧的一侧，其活动穿设所述条状通孔，所述条状通孔正对活动槽设置。
15.优选地，所述控制器为stm32f4系列单片机。
16.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
17.1、本实用新型所设计的立方体机器人是以stm32f4系列的单片机为核心，机械设计上以3 个等距且互相垂直的动量轮为核心，辅以制动舵机为动力的抱闸刹车系统，传感器采取单个 mpu6050模块测量整个立方体的三轴加速度和线速度解算出该正方体在空间的姿态，利用自身姿态控制驱动电机的输出转矩，其中，在单边平衡模式下，选择立方体单边，通过控制与单边垂直的驱动电机的输出转矩，使立方体在平面上保持平衡；在单点平衡模式下，选取立方体三个飞轮的相交棱角为平衡点，通过控制三个驱动电机的输出转矩，使立方体在平面上保持平衡。
18.2、本实用新型所设计的立方体机器人具有结构紧凑、可靠、控制机构完整等特点，因其单边站立理论上是一阶倒立摆，单点站立是二阶倒立摆，辅以抱闸刹车结构，是设计和验证新型控制算法较为理想的平台，可满足不稳定的、非线性的、多输入单输出的控制算法的验证需求。
附图说明
19.图1是本实用新型的整体结构框架图。
20.图2是本实用新型立方体框架的结构示意图。
21.图3是本实用新型飞轮制动结构的结构示意图。
22.主要元件符号说明
23.图中：立方体框架1、碳板连接铝块2、陀螺仪安装座3、飞轮制动结构4、飞轮系统固定板41、连接铝合金柱42、飞轮43、凸缘431、驱动电机44、电机固定板441、插销固定座 45、插销46、条状通孔47、推拉杆48、制动舵机49、舵机固定座491。
24.如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。
具体实施方式
25.请参阅图1
‑
3，在本实用新型的一种较佳实施方式中，一种基于stm32的立方体机器人，包括立方体框架1，优选地，所述立方体框架1采用碳板制作，所述立方体框架1内侧的六个角均固设有碳板连接铝块2。以提高本立方体框架1的稳定性。所述立方体框架1内侧设置有控制器、电源模块、陀螺仪、加速度计和三飞轮制动结构4，所述控制器分别连接电源模块、陀螺仪、加速度计和三飞轮制动结构4，在本实施方式中，所述控制器为stm32f4系列单片机，如stm32f427ii单片机，所述陀螺仪和加速度计位于立方体框架1的一棱角处，优选地，在本实施方式中，所述陀螺仪和加速度计通过陀螺仪安装座3固连在立方体框架1 内，两者集成一体，具体为整合了三轴加速度计和三轴陀螺仪的mpu6050模块。三飞轮制动结构4分设在在立方体框架1的三侧面上，该三侧面所围成的立方体框架1的棱角与陀螺仪所在
的棱角相对。
26.在本实用新型中，所述飞轮制动结构4包括飞轮系统固定板41、飞轮43、驱动电机44、插销固定座45、插销46、推拉杆48和制动舵机49，所述飞轮系统固定板41连接立方体框架1，具体通过连接铝合金柱42固连立方体框架1，所述飞轮系统固定板41的板面与所述立方体框架1的侧面存在间距，所述飞轮43转动安装在飞轮系统固定板41和立方体框架1的侧面之间，转动轴线垂直于所述立方体框架1的侧面，所述飞轮43的侧面设置有若干凸缘431，若干凸缘431以所述飞轮43的转动轴线为中心环绕且间隔设置，优选均布在所述飞轮 43的侧面上，所述飞轮43套设在驱动电机44的输出轴上，所述驱动电机44安装在飞轮系统固定板41上，具体通过电机固定板441安装在飞轮系统固定板41上，所述插销固定座45 位于飞轮43的周沿，并与所述飞轮43上的凸缘431存在间距，所述插销固定座45的两端分别固连立方体框架1和飞轮系统固定板41，其正对所述飞轮43的一端开设有活动槽，所述活动槽连通插销固定座45正对飞轮43的一端端部，其上转动连接所述插销46的一端，所述插销46的该一端端部距离该一端转轴轴线的间距大于该一端转动轴线至凸沿外端面的间距、但小于该一端转动轴线至飞轮43侧面的间距，以便于插销46的该一端端部转动后能够伸出活动槽外，且卡住凸缘431，所述插销46的另一端延伸至飞轮系统固定板41背离飞轮43所在侧的一侧，并铰接同位于该一侧的所述推拉杆48的一端，所述推拉杆48的另一端铰接制动舵机49的制动部，所述制动舵机49安装在飞轮系统固定板41上，具体其通过舵机固定座 491安装在飞轮系统固定板41上，与所述驱动电机44均与控制器连接，所述制动舵机49通过推动推动杆运动而带动插销46转动以使插销46位于活动槽的一端端部靠近飞轮43以卡接凸缘431或者远离飞轮43以松开凸缘431，从而实现飞轮43的抱闸制动，也就是，制动时依靠制动舵机49带动推拉杆48运动，从而带动插销46绕插销固定座45旋转，当飞轮43上的凸缘431打到插销46时，飞轮43停止运行，在本实施方式中，所述插销46通过飞轮系统固定板41上的条状通孔47延伸至飞轮系统固定板41背离飞轮43所在侧的一侧，其活动穿设所述条状通孔47，所述条状通孔47正对活动槽设置，以通过条状通孔47的设置限制插销 46的运行，这样，在制动时，因为条状通孔47的限制，插销46被飞轮系统固定板41限位，从而导致插销46无法移动，飞轮43即被抱死；综上可知，本实用新型所设计的飞轮制动结构4具有效率高、控制简单、所需拉力小的特点。
27.需要说明的是，在本实施方式中，所述驱动电机44采用rm3508电机，其所匹配的电子调速器为c620无刷电子调速器，所述制动舵机49采用银燕es 3004金属舵机。
28.上述说明是针对本实用新型较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本实用新型的专利申请范围，凡本实用新型所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本实用新型所涵盖专利范围。