內驅動球形機器人的製作方法

2023-06-03 14:10:21 4

專利名稱：內驅動球形機器人的製作方法
技術領域：
本發明屬於機電一體化技術領域，具體涉及一種內驅動球形機器人。
背景技術：
球形機器人是一種具有球形外殼並以滾動運動為主要運動方式的新型智能機器 人。由於球形機器人具有封閉的外殼和特殊的運動形式，使其與輪式或軌道式以及類人機 器人相比較，具有能在失穩後獲得最大的穩定性、可實現全向滾動、能夠更加靈活轉彎等諸 多優點，其內部良好的密封性，使球形機器人在外星球探索、輻射腐蝕環境探索等領域備受 歡迎。Aarne Halme, T. Sehonberg，Y. Wang 等人於 1996 年研製的球形機器人「Spherical Mobile Robot，，(參 見《Motion control of a spherical mobile robot》，4th IEEE International Workshop on Advanced Motion Control AMC' 96,1996 259-264), Wtj^ 機器人是第一臺具有真正意義上的球形運動機構的球形機器人，該球形機器人的驅動單元 是一個與電機固聯的驅動輪，該驅動單元通過在球殼內滾動改變球體的重心從而實現簡單 的直線運動。Amir Homayoun Javadi A.和Puyan Mojabi於2002年開發的全方位球形運動機 器人"August，，(參見〈〈Introducing august -.a novel strategy for an omni directional spherical rolling robot)), Proc IEEE Int Conference on Robotics and Automation, 2002 =3527-3533)，該球形機器人的驅動系統由四個輪輻構成，每個輪輻上攜帶有質量塊， 質量塊能夠進行上下升降，隨著質量塊的不同的位置構成不同的質心從而在重力驅動下改 變球體的運動狀態。申請號為200510011953. 9的全方位運動球形機器人，在球殼的內部有一不與球 殼固連的運動機構，該運動機構通過獨輪滾動裝置在電機的驅動下在球殼內滾動，推動整 個球殼的直線運動，另一獨輪滾動裝置在另一個電機的驅動下相對於支撐機構轉動實現機 器人的全方位運動。申請號為200810020279. 4的全向運動球形機器人，其主輪在行走電機的驅動下 沿球殼內側滾動，通過前後移動球體重心推動球體直線運動；水平杆和質量塊在轉向電機 的驅動下繞半圓架的幾何中心線轉動，引起球殼反向轉動從而改變球體的運動方向。總體看來，現有的球形機器人都存在著運動軌跡複雜、計算複雜等不足，在實際應 用中較難控制。結構都比較複雜，在實際中很難推廣應用且難以進行小型化設計。

發明內容
本發明主要解決現有的球形機器人存在著結構複雜、運動軌跡複雜、不易控制的 問題。本發明通過以下技術方案實現一種內驅動球形機器人，包括球殼1和設在球殼1內的行走驅動裝置，行走驅動裝置包括直線行走機構和轉向控制機構，直線行走機構包括驅動球球殼2，機架3，電磁鐵4， 軸承7，軸8，轉向控制機構包括電磁鐵基座5，電刷6，錐齒輪9，錐齒輪10，電動機基座11， 轉向電機12，聯軸器13 ；直線行走機構中的機架3固連於驅動球球殼2，機架3沿其直徑方 向繞其中心軸對稱固連六個軸承7，軸8沿驅動球直徑方向經軸承7與機架3形成轉動副， 機架3上固連六個電磁鐵4，電磁鐵4下設有電磁鐵基座5，電磁鐵基座5上的導電滑環與 電刷6接觸連接，機架3沿其幾何中心線方向安裝轉向控制機構，轉向控制機構上設有電動 機基座11，電動機基座11上設有轉向電機12，轉向電機12通過聯軸器13與錐齒輪10、錐 齒輪9連接，錐齒輪10、錐齒輪9與軸8連接。電磁鐵4為六個，呈60度分布。機架3沿其 幾何中心線安裝配重14。球殼1內部塗有磁性材料。本發明與現有技術相比具有以下有益效果本發明內結構簡潔，行走驅動裝置與 球殼是分離的。軸上的電磁鐵採用導電滑環與控制電路連接，不會產生導線纏繞的情況。行 走驅動裝置運動靈活，各系統相互獨立的，穩定性好，可以實現全向行走和高精度的任意角 度轉向。


圖1是本發明結構示意圖，圖2是圖1的左視圖。
具體實施例方式內驅動球形機器人，由球殼1及其內部的行走驅動裝置組成。其行走驅動裝置包 括驅動球球殼2和固連於驅動球球殼2的機架3 ；機架3沿其直徑方向繞其中心軸對稱固 連六個軸承7，軸8沿驅動球直徑方向經軸承7與機架3形成轉動副；機架3上固連六個電 磁鐵4，電磁鐵4下設有電磁鐵基座5，電磁鐵基座5上的導電滑環與電刷6接觸連接，給 其中任一電磁鐵4通電後將與球殼1內側的磁性材料產生吸引力，在吸引力的作用下電磁 鐵4將吸附到球殼1內部表面，從而改變球形機器人整體的質心，在重力驅動下驅動球將 沿球殼1內側滾動使球形機器人整體的重心位於最低點，行至最低點後再給相鄰的電磁鐵 通電，在重力驅動下驅動球將繼續向前滾動使重心位於最低點，循環該過程從而實現球體 直線運動；機架3沿其幾何中心線方向安裝轉向控制機構，轉向控制機構上設有電動機基 座11，電動機基座11上設有轉向電機12，轉向電機12通過聯軸器13與錐齒輪10、錐齒輪 9連接，錐齒輪10、錐齒輪9與軸8連接。六根軸8在轉向電機12的驅動下通過錐齒輪10 和錐齒輪9傳動繞其各自的軸心轉動，帶動電磁鐵4轉動改變直線行走機構的行走方向，從 而改變球體的運動方向。其中電磁鐵4為呈60度分布。機架3沿其幾何中心線安裝配重 14。球殼1內部塗有磁性材料。
權利要求
一種內驅動球形機器人，包括球殼(1)和設在球殼(1)內的行走驅動裝置，行走驅動裝置包括直線行走機構和轉向控制機構，直線行走機構包括驅動球球殼(2)，機架(3)，電磁鐵(4)，軸承(7)，軸(8)，轉向控制機構包括電磁鐵基座(5)，電刷(6)，錐齒輪(9)，錐齒輪(10)，電動機基座(11)，轉向電機(12)，聯軸器(13)；其特徵是直線行走機構中的機架(3)固連於驅動球球殼(2)，機架(3)沿其直徑方向繞其中心軸對稱固連六個軸承(7)，軸(8)沿驅動球直徑方向經軸承(7)與機架(3)形成轉動副，機架(3)上固連六個電磁鐵(4)，電磁鐵(4)下設有電磁鐵基座(5)，電磁鐵基座(5)上的導電滑環與電刷(6)接觸連接，機架(3)沿其幾何中心線方向安裝轉向控制機構，轉向控制機構上設有電動機基座(11)，電動機基座(11)上設有轉向電機(12)，轉向電機(12)通過聯軸器(13)與錐齒輪(10)、錐齒輪(9)連接，錐齒輪(10)、錐齒輪(9)與軸(8)連接。
2.根據權利要求1所述的內驅動球形機器人，其特徵在於電磁鐵(4)為六個，呈60度 分布。
3.根據權利要求1所述的內驅動球形機器人，其特徵在於所述機架(3)沿其幾何中 心線安裝配重(14)。
4.根據權利要求1所述的內驅動球形機器人，其特徵在於所述球殼(1)內部塗有磁 性材料。
全文摘要
本發明公開了一種內驅動球形機器人，包括球殼(1)和設在球殼(1)內的直線行走機構和轉向控制機構，直線行走機構包括驅動球球殼(2)，機架(3)，電磁鐵(4)，軸承(7)，軸(8)，轉向控制機構包括電磁鐵基座(5)，電刷(6)，錐齒輪(9)，錐齒輪(10)，電動機基座(11)，轉向電機(12)，聯軸器(13)；電磁鐵(4)通電後與球殼內側的磁性材料產生吸引力從而改變球形機器人的質心，在重力驅動下沿球殼內側滾動，推動球體直線運動，機架沿其幾何中心線方向安裝轉向控制機構，軸(8)在轉向電機(12)的驅動下繞其軸心轉動，帶動電磁鐵轉動改變直線行走機構的行走方向。本發明具有結構簡單、運動靈活、便於進行小型化設計等優點。
文檔編號B25J11/00GK101982304SQ20101028993
公開日2011年3月2日 申請日期2010年9月18日 優先權日2010年9月18日
發明者張家志, 毛豆, 秦慧斌, 貝超, 鄭智貞, 郝銀龍, 郭志傑 申請人:中北大學