一种全地形智能维稳式自动平衡装置

技术领域

本发明涉及自动平衡技术领域，具体为一种全地形智能维稳式自动平衡装置。

背景技术

随着经济以及科技的快速发展，自动化行业也随之快速发展，尤其是机械行业的发展，机械的生产，加工和使用得到普及和广泛使用，越来越多的行业采用机械代替人类手工作业，机械设备的使用，不仅降低了人类繁重的体力劳动，把人类从危险的工作环境中解放出来，同时还提高了生产的效率。

机械在作业的时候，需要将平台上放置在平整的地面上，然后将机械放置在平台上，然而，大多数情况下，放置平台的位置的地势并不平整，因此，为了让机械能够进行正常作业，需要不断的挪移平台或需要先将地势处理平整，不论是挪移平台还是将地形整平，都需要耗费大量的时间以及人力、物力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全地形智能维稳式自动平衡装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：所述自动平衡装置包括平台，所述平台下方安装有四个平衡腿，每个所述平衡腿的下端均安装有支脚，所述平台中安装有监控系统和控制系统，所述控制系统与平衡腿以及支脚连接，所述监控系统监控平台的水平度以及姿态变化数据，监控系统与控制系统连接。平衡腿为液压缸，控制系统监控每个平衡腿所受到的压力并调控平衡腿的整体长度，通过调节四个平衡腿的长度，使平台在平衡腿的支撑下保持水平；同时，监控系统监控平台的水平度以及姿态数据变化并反馈到控制系统，控制系统控制平台自调整姿态，使平台始终保持水平；支脚通过内部部件可以适应不同的地形，从而使整个自动平衡装置可以在不同的地形上使用，从而使自动平衡装置适用于不同的使用要求。

所述平台包括载物台、承载台，所述载物台下方四个边角处设置有侧板，所述承载台上方四个边角处设置有角板，一个所述侧板对应一个所述角板，所述侧板与角板之间设置有支撑腿，所述载物台下方中部位置设置有减震柱，所述减震柱下方连接有衔接球，所述承载台上方中部位置设置有限位台，所述限位台套在衔接球的外侧，所述衔接球与限位台以及承载台转动连接；

所述监控系统包括水平仪以及位移传感器、光栅尺，所述光栅尺检测水平仪内部液位变化，所述位移传感器安装在平衡腿上，所述位移传感器、光栅尺与控制系统连接；水平仪由管道焊接组成，水平仪呈H型，水平仪的四个端点处垂直安装有监测管，监测管与水平仪内部连通，每个监测管内均安装有光栅尺，光栅尺监控监测管内部液位变化，光栅尺将监测的数据传输到控制系统，每个监测管对应一个平衡腿，通过监测管内部液位的变化，反馈出承载台的水平变化。位移传感器用于检测平衡腿的伸长长度以及收缩长度，并将检测的数据传输到控制系统。

所述承载台与四个平衡腿转动连接，所述水平仪安装在承载台内部，水平仪与四个平衡腿连接。承载台内部中空，载物台用于承载物品，支撑腿可弯曲，支撑腿的弯曲处由电机控制，支撑腿安装在角板和侧板之间，支撑腿与角板及侧板连接，电机与控制系统电连接，载物台和承载台之间通过衔接球转动连接，四个支撑腿用于调整载物台和承载台之间的角度，使载物台始终保持水平状态；载物台在转动时带动衔接球转动。

所述监控系统还包括电子陀螺仪，所述电子陀螺仪与控制系统连接；

所述支撑腿由两个转动连接的铰接架组成，两个所述铰接架的转动连接处安装有电机，所述支撑腿的两端安装有旋转盘，两个所述旋转盘分别与侧板及角板连接；

所述减震柱由橡胶材质制成；

所述衔接球为中空结构，所述电子陀螺仪安装在衔接球内部。

支撑腿由两个铰接架转动连接组成，电机安装在转动连接处，电机用于控制两个铰接架之间的角度；旋转盘为底座，旋转盘与铰接架转动连接。

电子陀螺仪可对载物台以及承载台的姿态变化进行检测，电子陀螺仪与光栅尺相互配合提高水平监测精度；

当某一个平衡腿失去平衡导致自动平衡装置发生倾斜时，电子陀螺仪对倾斜的角度进行监控并反馈到控制系统，控制系统对四个支撑腿的电机进行控制，使支撑腿对载物台的水平度进行控制，使载物台快速恢复到水平状态；

当载物台上的重物发生位移而导致载物台发生倾斜时，电子陀螺仪对倾斜的角度进行监控并反馈到控制系统，控制系统对四个支撑腿的电机进行控制，使支撑腿对载物台进行控制，使载物台快速恢复到水平状态。

当承载台发生震动时，通过橡胶材质的减震柱进行减震，进而减少震动对载物台的影响。

所述承载台下方四个边角处安装有活动座，所述平衡腿一端与活动座连接，平衡腿另一端的内部滑动安装有衔接件，所述衔接件的一端与支脚连接；

所述承载台下方的中部位置安装有垫板，四个所述平衡腿靠近垫板的一侧安装有支板，所述支板与垫板之间转动安装有调节气缸。调节气缸用于调节平衡腿与承载台之间的角度。平衡腿的缸杆一端往内开设有收纳仓，收纳仓内安装有挡块，衔接件安装在收纳仓内，衔接件由两个金属板转动连接组成，衔接件的一端安装有滑块，滑块位于挡块的另一侧，衔接件的另一端固定在支脚上，支脚上端固定有套接环，套接环可插入收纳仓内；当平衡腿垂直支撑时，衔接件收纳在收纳仓内，当平衡腿在调节气缸的带动下往外运动时，支脚拉动衔接件，使衔接件漏出收纳仓，支脚在衔接件的支撑下保持垂直状态，从而使自动平衡装置适应不同的安装要求和地形；当整个自动平衡装置安装好后，衔接件在整体装置的压力下保持稳定。

所述支脚包括控制柱和底脚，所述控制柱上端与衔接件连接；

所述底脚呈漏斗状，底脚的一端安装有密封圈，所述密封圈由橡胶材质制成。底脚用于承载整个自动平衡装置，底脚贴在地面上，对底脚施压，通过压缩密封圈使底脚中的空气排出，释放压力后，底脚产生一定的负压并吸在地面上，从而加强自动平衡装置与地面之间的连接稳定程度。自动平衡装置上放置物品后，物品的重量加上自动平衡装置的重量全都作用在底脚上，使底脚保持负压状态。

所述底脚内侧安装有四个底板，每个所述底板上均安装有骨杆，所述骨杆上位于底板的一侧安装有动力机构，所述动力机构与底板连接，动力机构使骨杆在底板上转动；

所述控制柱内部安装有控制箱，所述控制箱与控制系统连接，控制箱一端安装有摄像头和光源，所述控制柱内部空间连通底脚内部空间，动力机构与控制箱连接；

每个所述骨杆均呈弧形，骨杆远离底板的一端安装有抓地脚。控制箱中安装有控制器，控制器与控制系统连接，摄像头对底脚下方的地形地面进行拍照，控制器将图片传输到控制系统中，控制系统处理后反馈到控制器中，控制器根据反馈的控制指令对动力机构进行控制，光源用于对摄像头补光。底板为骨杆的安装提供支撑，骨杆的一端与底板连接，骨杆另一端在动力机构的带动下运动出底脚的覆盖范围，骨杆呈弧形，通过弧形的设置，增加骨杆伸出底脚的长度，扩大骨杆的支撑范围。骨杆通过抓地脚支撑在地面上，通过动力机构调整骨杆的位置，使四个骨杆相互配合支撑在不同的地形的地面上；坚硬的地面较少时，通过收缩四个骨杆之间的距离，使四个骨杆相互靠近的一端支撑在地面上；骨杆支撑在地面上时，若支撑的位置塌陷并出现坑洞，骨杆在动力机构的带动下快速往外转动，使骨杆伸出底脚并抵在坑洞的壁面上，从而使自动平衡装置可以快速地恢复稳定状态。抓地脚增加骨杆支撑在地面上的面积。

每个所述骨杆的凸起端面上安装有导向柱b，所述底脚内在对应每个骨杆的位置均安装有导向柱a；

所述抓地脚为三菱柱，与骨杆转动连接的抓地脚一端设置有上牵引柱和下牵引柱；

所述控制箱内设置有牵引机构，所述牵引机构包括主电机、四个从动轮，所述主电机通过主齿轮与从动轮转动连接，每个所述从动轮下方均安装有牵引轮，所述牵引轮上缠绕有牵引索，所述牵引索的两端依次穿过导向柱a、导向柱b并分别与上牵引柱和下牵引柱连接。主电机通过主齿轮带动四个从动轮转动，牵引索绕在牵引轮上，随着牵引轮的转动，牵引索的两端在牵引轮的带动下分别进行收缩及释放，处于收缩端的牵引索通过上牵引柱或下牵引柱拉动抓地脚转动，进而增加抓地脚与地面之间的压力。

除去与骨杆连接的端面，每个所述抓地脚的剩余两个端面上均设置有倒刺，所述倒刺的尖端朝向骨杆，所述抓地脚在牵引索的带动与地面贴合。抓地脚在牵引索的带动下贴合地面，在牵引索的拉动下，抓地脚上的倒刺深入地面，进而提高抓地脚的抓地力，从而提高自动平衡装置的抓地力以及安装在不同地形时的稳定性。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

1、平衡腿为液压缸，控制系统监控每个平衡腿所受到的压力并调控平衡腿的整体长度，通过调节四个平衡腿的长度，使平台在平衡腿的支撑下保持水平；同时，电子陀螺仪监控平台的水平度以及姿态数据变化并反馈到控制系统，控制系统控制平台自调整姿态，使平台始终保持水平；支脚通过内部部件可以适应不同的地形，从而使整个自动平衡装置可以在不同的地形上使用，从而使自动平衡装置适用于不同的使用要求。

2、底脚用于承载整个自动平衡装置，底脚贴在地面上，对底脚施压，通过压缩密封圈使底脚中的空气排出，释放压力后，底脚产生一定的负压并吸在地面上，从而加强自动平衡装置与地面之间的连接稳定程度。

3、抓地脚在牵引索的带动下贴合地面，在牵引索的拉动下，抓地脚上的倒刺深入地面，进而提高抓地脚的抓地力，从而提高自动平衡装置的抓地力以及安装在不同地形时的稳定性。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的整体结构立体图；

图2是本发明的整体结构前视图；

图3是本发明的整体结构右视图；

图4是本发明的整体前视半剖图；

图5是本发明的平衡腿与支脚的连接示意图；

图6是本发明的载物台的立体图；

图7是本发明的底脚内部示意图；

图8是本发明的底脚下视图；

图9是本发明的骨杆支撑时的第二状态图；

图10是本发明的骨杆支撑时的第一状态图；

图11是本发明的骨杆与抓地脚连接图；

图12是本发明的牵引索与抓地脚连接图；

图13是本发明的图12中A区域的局部放大图。

图中：1、平台；101、载物台；102、承载台；103、角板；104、减震柱；105、限位台；106、垫板；107、衔接球；108、支撑腿；1081、铰接架；1082、旋转盘；

2、平衡腿；201、支板；202、活动座；203、衔接件；

3、支脚；301、控制柱；302、底脚；303、密封圈；304、底板；305、导向柱a；306、控制箱；307、摄像头；308、光源；309、骨杆；309a、导向柱b；310、抓地脚；311、牵引索；312、上牵引柱；313、下牵引柱；314、主电机；315、从动轮；316、牵引轮；317、倒刺。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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。

请参阅图1-图13，本发明提供技术方案：自动平衡装置包括平台1，平台1下方安装有四个平衡腿2，每个平衡腿2的下端均安装有支脚3，平台1中安装有监控系统和控制系统，控制系统与平衡腿2以及支脚3连接，监控系统监控平台1的水平度以及姿态变化数据，监控系统与控制系统连接。

所述监控系统包括电子陀螺仪、水平仪(位图未画出)以及位移传感器(位图未画出)和光栅尺，所述光栅尺检测水平仪内部液位变化，所述位移传感器安装在平衡腿2上，所述位移传感器、光栅尺与控制系统连接；

水平仪由管道焊接组成，水平仪呈H型，水平仪的四个端点处垂直安装有监测管，监测管与水平仪内部连通，每个监测管内均安装有光栅尺，光栅尺监控监测管内部液位变化，光栅尺将监测的数据传输到控制系统，每个监测管对应一个平衡腿，通过监测管内部液位的变化，反馈出承载台102的水平变化。

位移传感器用于检测平衡腿2的伸长长度以及收缩长度，并将检测的数据传输到控制系统。

平台1包括载物台101、承载台102，承载台102为中空结构，控制系统、电源等均安装在承载台102中，载物台101下方四个边角处设置有侧板，承载台102上方四个边角处设置有角板103，一个侧板对应一个角板103，侧板与角板103之间设置有支撑腿108，载物台101下方中部位置设置有减震柱104，减震柱104由橡胶材质制成，减震柱104下方连接有衔接球107，承载台102上方中部位置设置有限位台105，限位台105套在衔接球107的外侧，衔接球107为中空结构，电子陀螺仪安装在衔接球107内部，衔接球107与限位台105以及承载台102转动连接；

承载台102与四个平衡腿2转动连接。

载物台101和承载台102之间通过衔接球107转动连接，四个支撑腿108用于调整载物台101和承载台102之间的角度，使载物台101始终保持水平状态；载物台101在转动时带动衔接球107转动。

支撑腿108由两个转动连接的铰接架1081组成，两个铰接架1081的转动连接处安装有电机(图中未画出)，支撑腿108的两端安装有旋转盘1082，旋转盘1082与铰接架1081转动连接，两个旋转盘1082分别与侧板及角板103连接。

当某一个平衡腿2失去平衡导致自动平衡装置发生倾斜时，光栅尺对监测管的液位变化监测并反馈到控制系统，电子陀螺仪对自动平衡装置倾斜的角度进行监控并反馈到控制系统，控制系统对四个支撑腿108的电机进行控制，使支撑腿108对载物台101的水平度进行控制，使载物台101快速恢复到水平状态，在调节支撑腿108的同时，控制系统对平衡腿2的长度进行控制，使平衡装置得到支撑。

当载物台101上的重物发生位移而导致载物台101发生倾斜时，电子陀螺仪对倾斜的角度进行监控并反馈到控制系统，控制系统对四个支撑腿108的电机进行控制，使支撑腿108对载物台101进行控制，使载物台101快速恢复到水平状态。

光栅尺全程检测，若发现在自动平衡装置的使用过程中，由于偏载(即重物发生位移)或地面原因，发现水平仪上的某个监测管液面检测值变小，控制系统及时指挥相对应的平衡腿2伸出相应的数值，以确保装置平衡，不至于发生侧翻的现象，增加了使用安全。

承载台102下方四个边角处安装有活动座202，平衡腿2一端与活动座202连接，平衡腿2另一端的内部滑动安装有衔接件203，衔接件203的一端与支脚3连接；

承载台102下方的中部位置安装有垫板106，四个平衡腿2靠近垫板106的一侧安装有支板201，支板201与垫板106之间转动安装有调节气缸(图中未画出)，调节气缸用于调节平衡腿2与承载台102之间的角度。

平衡腿2为液压缸，垫板106为无端盖的箱体，垫板106内部安装有液压系统，液压系统与控制系统连接，液压系统与平衡腿2管道连接。

平衡腿2的缸杆一端往内开设有收纳仓，收纳仓内安装有挡块，衔接件安装在收纳仓内，衔接件203由两个金属板转动连接组成，衔接件203的一端安装有滑块，滑块位于挡块的另一侧，衔接件203的另一端固定在支脚3上，支脚3上端固定有套接环，套接环可插入收纳仓内；

安装自动平衡装置时，当平衡腿2处于垂直状态，衔接件203收纳在收纳仓内；

当需要平衡腿2往外扩张时，支脚3并不与地面接触，调节气缸在控制系统的控制下工作，平衡腿2在调节气缸的带动下往外运动时，支脚3在重力作用下拉动衔接件203，使衔接件203漏出收纳仓，支脚3在衔接件203的支撑下保持垂直状态，从而使自动平衡装置适应不同的安装要求和地形；

当整个自动平衡装置安装好后，衔接件203在整体装置的压力下保持稳定。

支脚3包括控制柱301和底脚302，控制柱301上端与衔接件203连接；

底脚302呈漏斗状，底脚302的一端安装有密封圈303，密封圈303由橡胶材质制成。

底脚302内侧安装有四个底板304，每个底板304上均安装有骨杆309，骨杆309上位于底板304的一侧安装有动力机构(图中未画出)，动力机构与底板304连接，动力机构使骨杆309在底板304上转动；

控制柱301内部安装有控制箱306，控制箱306与控制系统连接，控制箱306一端安装有摄像头307和光源308，控制柱301内部空间连通底脚302内部空间，动力机构与控制箱连接；

每个骨杆309均呈弧形，骨杆309远离底板304的一端安装有抓地脚310。

控制箱306中安装有控制器，控制器与控制系统连接，摄像头307对底脚302下方的地形地面进行拍照，控制器将图片传输到控制系统中，控制系统处理后反馈到控制器中，控制器根据反馈的控制指令对动力机构进行控制。

骨杆309的一端与底板304连接，骨杆309另一端在动力机构的带动下运动出底脚302的覆盖范围；

骨杆309呈弧形，通过弧形的设置，增加骨杆309伸出底脚302的长度，扩大骨杆的支撑范围。骨杆309通过抓地脚310支撑在地面上，通过动力机构调整骨杆309的位置，使四个骨杆309相互配合支撑在不同的地形的地面上；

坚硬的地面较少时，通过收缩四个骨杆309之间的距离，使四个骨杆309相互靠近的一端支撑在地面上；

骨杆309支撑在地面上时，若支撑的位置塌陷并出现坑洞，骨杆309在动力机构的带动下快速往外转动，使骨杆309伸出底脚并抵在坑洞的壁面上，从而使自动平衡装置可以快速的恢复稳定状态。

每个骨杆309的凸起端面上安装有导向柱b309a，底脚302内在对应每个骨杆309的位置均安装有导向柱a305；

抓地脚310为三菱柱，与骨杆309转动连接的抓地脚310一端设置有上牵引柱312和下牵引柱313；

控制箱306内设置有牵引机构，牵引机构包括主电机314、四个从动轮315，主电机314通过主齿轮与从动轮315转动连接，每个从动轮315下方均安装有牵引轮316，牵引轮316上缠绕有牵引索311，牵引索311的两端依次穿过导向柱a305、导向柱b309a并分别与上牵引柱312和下牵引柱313连接。

除去与骨杆309连接的端面，每个抓地脚310的剩余两个端面上均设置有倒刺317，倒刺317的尖端朝向骨杆309，抓地脚310在牵引索311的带动与地面贴合。

本发明的工作原理：

载物台101通过支撑腿108以及衔接球107安装在承载台102上，承载台102下方通过活动座202连接平衡腿2。

放置自动平衡装置时，摄像头307对底脚302下方的地形地面进行拍照，控制器将图片传输到控制系统中，控制系统处理后反馈到控制器中，控制器根据反馈的控制指令对动力机构进行控制，骨杆309在控制系统的控制下进行转动，同时，抓地脚310在牵引索311的带动下进行运动，当自动平衡装置放置在地面上之后，抓地脚310贴合在地面上，倒刺317刺入地面。而且在底脚302接触地面时，物品的重量以及自动平衡装置的重量均作用在底脚302上，使密封圈被压缩，从而使底脚302中的空气被排出一部分，从而使底脚302产生负压，底脚产生一定的负压并吸在地面上，从而加强自动平衡装置与地面之间的连接稳定程度。

安装自动平衡装置时，当平衡腿2处于垂直状态，衔接件203收纳在收纳仓内；

当需要平衡腿2往外扩张时，支脚3并不与地面接触，调节气缸在控制系统的控制下工作，平衡腿2在调节气缸的带动下往外运动时，支脚3在重力作用下拉动衔接件203，使衔接件203漏出收纳仓，支脚3在衔接件203的支撑下保持垂直状态，从而使自动平衡装置适应不同的安装要求和地形；

当整个自动平衡装置安装好后，衔接件203在整体装置的压力下保持稳定。

当某一个平衡腿2失去平衡导致自动平衡装置发生倾斜时，光栅尺对监测管的液位变化监测并反馈到控制系统，电子陀螺仪对自动平衡装置倾斜的角度进行监控并反馈到控制系统，控制系统对四个支撑腿108的电机进行控制，使支撑腿108对载物台101的水平度进行控制，使载物台101快速恢复到水平状态，在调节支撑腿108的同时，控制系统对平衡腿2的长度进行控制，使平衡装置得到支撑。

当载物台101上的重物发生位移而导致载物台101发生倾斜时，电子陀螺仪对倾斜的角度进行监控并反馈到控制系统，控制系统对四个支撑腿108的电机进行控制，使支撑腿108对载物台101进行控制，使载物台101快速恢复到水平状态。

摄像头307对底脚302下方的地形地面进行拍照，控制器将图片传输到控制系统中，控制系统处理后反馈到控制器中，控制器根据反馈的控制指令对动力机构进行控制。坚硬的地面较少时，通过收缩四个骨杆309之间的距离，使四个骨杆309相互靠近的一端支撑在地面上；

骨杆309支撑在地面上时，若支撑的位置塌陷并出现坑洞，骨杆309在动力机构的带动下快速往外转动，使骨杆309伸出底脚并抵在坑洞的壁面上，同时，抓地脚310在牵引索311的带动下贴在坑洞的壁面上，稳住之后，通过控制平衡腿2，实现自动平衡装置的快速稳定。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。