[發明專利]一種機械陀螺儀結構球形機器人

有效

• 申請號: 201710383149.6
• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN107226144B
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發明（設計）人: 沈躍;李尚龍;胡方圓
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B62D57/02
• 分類號: B62D57/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本文公開一種機械陀螺儀結構球形機器人，涉及新型結構球形機器人領域，主要包括球殼，X軸電機，支撐架，Y軸電機和控制板。X軸電機固定在支撐架上，軸端固定在球殼上；Y軸電機固定在控制板上，軸端固定在支撐架上，且保持X軸電機與Y軸電機軸向相互垂直，配重固定在控制板正下方使得球體重心在球的幾何中心的下方，靜止狀態下控制板保持水平狀態。當X軸電機單獨轉動，球殼轉動，使得球形機器人前后運動；當Y軸電機轉動時，由于重心在控制板的正下方，所以控制板保持水平，此時支撐架在X軸上產生夾角，在運動過程中改變控制板和支撐架的夾角從而改變球體的運動方向和軌跡。本發明成本較低，穩定性好，實用性強，可以實現任意方向的滾動。

技術領域

本發明屬于機器人智能控制技術領域，具體涉及的是一種能遙控、有部分自主功能的新型結構球形機器人。

背景技術

球形機器人與輪形移動機器人相比，有其獨特的優點。輪形移動機器人易受污染，也不能翻倒且轉向會存在死區；由于其慣性不足導致其越過粗糙表面的能力較弱。球形機器人是一種新型結構的滾動行走機器人，是一個全封閉的個體，具有速度快、越野能力好、控制相對簡單等特點，越來越受到人們的追捧和重視，逐漸成為國內外機器人智能控制研究領域的重點之一。

1996年芬蘭的Halme等人制作了第一臺具有真正意義上的球形機器人，該球形機器人的球殼內設計了一套單輪機構驅動球體運動，通過改變球體的重心實現球體的直線運動，但由于單輪驅動的局限性，并不能實現系統的全方位運動。2005年,瑞典的烏普薩拉大學發明出一種兩驅動球型機器人。該球形機器人有兩個驅動電機，一個驅動長軸繞球的直徑方向轉動，另一個驅動重物在與長軸的同一平面上擺動。通過這兩種運動的合成以達到球形機器人的轉彎，但該方式下小球轉彎半徑很大且并不能夠實現全方位的運動。

球形機器人在近十多年來得到眾多單位和學者的關注。上海交通大學的金康進等學者提出了一種四驅動的球形機器人：球體內部有4個相互對稱的電機，每個電機上配有一個偏心重物，電機驅動帶動重塊運動改變球體重心從而實現向特定方向的滾動，但由于小球體積過大，運動速度慢，穩定性較差，很難實現球體的平穩運行。南京航空航天大學楊忠等人的發明“全方位運動球形機器人”：主輪在行走電機的驅動下沿球殼內側滾動，從而驅動球體作直線運動，半圓架上方的質量塊和水平桿在其轉向電機的驅動下沿圓弧架運動，使球體重心左右偏移，從而實現機器人的轉向控制，該結構的機器人利用不完整系統的特點使用2個電機構成不完全的三自由度。由于質量小車沿著圓弧架運動時受到圓弧架轉動副的限制，其轉向范圍小于半球區間，存在運動死角，當球形機器人由于外力的作用翻轉到機器人短軸位置時，機器人無法動彈，失去移動功能。

現有球形機器人雖各有其特點，但總體來說結構都很復雜，同時大都存在工程量較大、實用性較低等不足之處。特別是在轉向運動與前進運動耦合方面，有些裝置如果處理不好，會導致球體內部驅動機構狀態不確定，影響球體的實際運動，從而大大增加了控制難度，很多還會存在運動死區，極少能在任意點原地轉向，不能進行全方位運動，大大限制了機器人使用的空間，且未見球殼相對地面的原地轉向方式；同時很多機器人無外部固定接口或球殼外不能搭載附件，使得在實際使用中調試、充電與維護可能存在困難，限制了各種探測傳感器和機械手的使用。

發明內容

本發明的目的是設計一種結構新穎、控制簡單、可控性好、實用性強的新型結構球形機器人，克服現有技術方案的不足。

由此本發明的技術方案為：一種機械陀螺儀結構球形機器人，包括球殼1及其內部行走驅動裝置；所述行走驅動裝置包括X軸電機6、支撐架8、Y軸電機9以及控制板11；

X軸電機6為兩臺，固定在支撐架8的左右兩側，X軸電機6的軸端固定在球殼1上，構成前后滾動機構；Y軸電機9為兩臺，固定在控制板11的前后兩側，且Y軸電機9的軸端固定在支撐架8上，保持X軸電機6和Y軸電機9的軸向相互垂直，控制板11的正下方固定有配重12，整個構成轉向控制機構；