CN101982304A - 内驱动球形机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内驱动球形机器人，包括球壳(1)和设在球壳(1)内的直线行走机构和转向控制机构，直线行走机构包括驱动球球壳(2)，机架(3)，电磁铁(4)，轴承(7)，轴(8)，转向控制机构包括电磁铁基座(5)，电刷(6)，锥齿轮(9)，锥齿轮(10)，电动机基座(11)，转向电机(12)，联轴器(13)；电磁铁(4)通电后与球壳内侧的磁性材料产生吸引力从而改变球形机器人的质心，在重力驱动下沿球壳内侧滚动，推动球体直线运动，机架沿其几何中心线方向安装转向控制机构，轴(8)在转向电机(12)的驱动下绕其轴心转动，带动电磁铁转动改变直线行走机构的行走方向。本发明具有结构简单、运动灵活、便于进行小型化设计等优点。

Description

内驱动球形机器人

技术领域：

本发明属于机电一体化技术领域，具体涉及一种内驱动球形机器人。

背景技术：

球形机器人是一种具有球形外壳并以滚动运动为主要运动方式的新型智能机器人。由于球形机器人具有封闭的外壳和特殊的运动形式，使其与轮式或轨道式以及类人机器人相比较，具有能在失稳后获得最大的稳定性、可实现全向滚动、能够更加灵活转弯等诸多优点，其内部良好的密封性，使球形机器人在外星球探索、辐射腐蚀环境探索等领域备受欢迎。

Aarne Halme，T.Sehonberg，Y.Wang等人于1996年研制的球形机器人“Spherical Mobile Robot”(参见《Motion control of a spherical mobile robot》，4th IEEE International Workshop on Advanced Motion Control AMC’96，1996：259-264)，该球形机器人是第一台具有真正意义上的球形运动机构的球形机器人，该球形机器人的驱动单元是一个与电机固联的驱动轮，该驱动单元通过在球壳内滚动改变球体的重心从而实现简单的直线运动。

Amir Homayoun Javadi A.和Puyan Mojabi于2002年开发的全方位球形运动机器人“August”(参见《Introducing august：a novel strategy for an omni directional spherical rolling robot》，Proc IEEE Int Conference on Robotics and Automation，2002：3527-3533)，该球形机器人的驱动***由四个轮辐构成，每个轮辐上携带有质量块，质量块能够进行上下升降，随着质量块的不同的位置构成不同的质心从而在重力驱动下改变球体的运动状态。

申请号为200510011953.9的全方位运动球形机器人，在球壳的内部有一不与球壳固连的运动机构，该运动机构通过独轮滚动装置在电机的驱动下在球壳内滚动，推动整个球壳的直线运动，另一独轮滚动装置在另一个电机的驱动下相对于支撑机构转动实现机器人的全方位运动。

申请号为200810020279.4的全向运动球形机器人，其主轮在行走电机的驱动下沿球壳内侧滚动，通过前后移动球体重心推动球体直线运动；水平杆和质量块在转向电机的驱动下绕半圆架的几何中心线转动，引起球壳反向转动从而改变球体的运动方向。

总体看来，现有的球形机器人都存在着运动轨迹复杂、计算复杂等不足，在实际应用中较难控制。结构都比较复杂，在实际中很难推广应用且难以进行小型化设计。

发明内容：

本发明主要解决现有的球形机器人存在着结构复杂、运动轨迹复杂、不易控制的问题。

本发明通过以下技术方案实现：

一种内驱动球形机器人，包括球壳1和设在球壳1内的行走驱动装置，行走驱动装置包括直线行走机构和转向控制机构，直线行走机构包括驱动球球壳2，机架3，电磁铁4，轴承7，轴8，转向控制机构包括电磁铁基座5，电刷6，锥齿轮9，锥齿轮10，电动机基座11，转向电机12，联轴器13；直线行走机构中的机架3固连于驱动球球壳2，机架3沿其直径方向绕其中心轴对称固连六个轴承7，轴8沿驱动球直径方向经轴承7与机架3形成转动副，机架3上固连六个电磁铁4，电磁铁4下设有电磁铁基座5，电磁铁基座5上的导电滑环与电刷6接触连接，机架3沿其几何中心线方向安装转向控制机构，转向控制机构上设有电动机基座11，电动机基座11上设有转向电机12，转向电机12通过联轴器13与锥齿轮10、锥齿轮9连接，锥齿轮10、锥齿轮9与轴8连接。电磁铁4为六个，呈60度分布。机架3沿其几何中心线安装配重14。球壳1内部涂有磁性材料。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明内结构简洁，行走驱动装置与球壳是分离的。轴上的电磁铁采用导电滑环与控制电路连接，不会产生导线缠绕的情况。行走驱动装置运动灵活，各***相互独立的，稳定性好，可以实现全向行走和高精度的任意角度转向。

附图说明：

图1是本发明结构示意图，

图2是图1的左视图。

具体实施方式：

内驱动球形机器人，由球壳1及其内部的行走驱动装置组成。其行走驱动装置包括驱动球球壳2和固连于驱动球球壳2的机架3；机架3沿其直径方向绕其中心轴对称固连六个轴承7，轴8沿驱动球直径方向经轴承7与机架3形成转动副；机架3上固连六个电磁铁4，电磁铁4下设有电磁铁基座5，电磁铁基座5上的导电滑环与电刷6接触连接，给其中任一电磁铁4通电后将与球壳1内侧的磁性材料产生吸引力，在吸引力的作用下电磁铁4将吸附到球壳1内部表面，从而改变球形机器人整体的质心，在重力驱动下驱动球将沿球壳1内侧滚动使球形机器人整体的重心位于最低点，行至最低点后再给相邻的电磁铁通电，在重力驱动下驱动球将继续向前滚动使重心位于最低点，循环该过程从而实现球体直线运动；机架3沿其几何中心线方向安装转向控制机构，转向控制机构上设有电动机基座11，电动机基座11上设有转向电机12，转向电机12通过联轴器13与锥齿轮10、锥齿轮9连接，锥齿轮10、锥齿轮9与轴8连接。六根轴8在转向电机12的驱动下通过锥齿轮10和锥齿轮9传动绕其各自的轴心转动，带动电磁铁4转动改变直线行走机构的行走方向，从而改变球体的运动方向。其中电磁铁4为呈60度分布。机架3沿其几何中心线安装配重14。球壳1内部涂有磁性材料。

Claims (4)

1.一种内驱动球形机器人，包括球壳(1)和设在球壳(1)内的行走驱动装置，行走驱动装置包括直线行走机构和转向控制机构，直线行走机构包括驱动球球壳(2)，机架(3)，电磁铁(4)，轴承(7)，轴(8)，转向控制机构包括电磁铁基座(5)，电刷(6)，锥齿轮(9)，锥齿轮(10)，电动机基座(11)，转向电机(12)，联轴器(13)；其特征是：直线行走机构中的机架(3)固连于驱动球球壳(2)，机架(3)沿其直径方向绕其中心轴对称固连六个轴承(7)，轴(8)沿驱动球直径方向经轴承(7)与机架(3)形成转动副，机架(3)上固连六个电磁铁(4)，电磁铁(4)下设有电磁铁基座(5)，电磁铁基座(5)上的导电滑环与电刷(6)接触连接，机架(3)沿其几何中心线方向安装转向控制机构，转向控制机构上设有电动机基座(11)，电动机基座(11)上设有转向电机(12)，转向电机(12)通过联轴器(13)与锥齿轮(10)、锥齿轮(9)连接，锥齿轮(10)、锥齿轮(9)与轴(8)连接。

2.根据权利要求1所述的内驱动球形机器人，其特征在于：电磁铁(4)为六个，呈60度分布。

3.根据权利要求1所述的内驱动球形机器人，其特征在于：所述机架(3)沿其几何中心线安装配重(14)。

4.根据权利要求1所述的内驱动球形机器人，其特征在于：所述球壳(1)内部涂有磁性材料。

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