[發明專利]雙模式球形機器人機構及行走方法

有效

• 申請號: 201711003637.6
• 申請日: 2017-10-24
• 公開（公告）號: CN107697179B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發明（設計）人: 黃用華;莊未;李高明;黃浩;鐘艷如;黃美發;匡兵;孫永厚;鐘永全
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: B62D57/02
• 分類號: B62D57/02
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司 45107
• 代理人: 黃瑋

1.雙模式球形機器人機構，包括外球殼(1)以及設于外球殼(1)內的外球殼行走驅動元件，其特征在于：所述外球殼行走驅動元件包括同心設于外球殼(1)下半球殼內的半內球殼(2)以及設于外球殼(1)上半球殼內圓周均布的三個正交單排全向輪(3)，所述半內球殼(2)與外球殼(1)之間通過均布的牛眼輪(10)滾動接觸，三個單排全向輪(3)通過對應輪架(4)安裝于半內球殼(2)頂部的支撐板(5)上并與外球殼(1)的內球殼面摩擦接觸，各輪架(4)上設有驅動對應單排全向輪(3)的步進電機(11)以及檢測對應單排全向輪(3)轉動狀態的編碼器(6)；所述半內球殼(2)內的垂直中軸線上設有光柵尺(7)，所述光柵尺(7)上對稱設有質心處于半內球殼(2)中軸線上的配重塊(8)，兩配重塊(8)通過齒輪齒條傳動副在光柵尺(7)上作升降移動，所述配重塊(8)上設有感應光柵尺(7)以檢測配重塊(8)質心與球心重合或偏離的讀數頭(9)。

2.根據權利要求1所述的雙模式球形機器人機構，其特征在于：所述齒輪齒條傳動副包括設于光柵尺(7)左側面或右側面上的齒條(12)和與齒條(12)嚙合的齒輪(13)，兩配重塊(8)對應于齒輪(13)設于光柵尺(7)的前側和后側，所述齒輪(13)的輪軸兩端安裝于前、后配重塊(8)內側面內，所述讀數頭(9)設于前或后配重塊(8)的內側面上，前、后配重塊(8)的外側面上設有驅動齒輪(13)一端輪軸的伺服電機(14)和外形、質量與伺服電機(14)相同的支撐短軸(19)，所述伺服電機(14)和支撐短軸(19)安裝于框架(15)的前、后架板上，框架(15)的右或左架板與光柵尺(7)的右或左側面之間形成導向滑動副。

3.根據權利要求2所述的雙模式球形機器人機構，其特征在于：所述光柵尺(7)的下端安裝于半內球殼(2)的底部，光柵尺(7)的上端穿過支撐板(5)的通口與三個單排全向輪(3)上方的支撐架(16)連接，所述支撐架(16)的三個腳撐分別安裝于對應的輪架(4)上。

4.根據權利要求3所述的雙模式球形機器人機構，其特征在于：所述通口開設于支撐板(5)中央拱起的半球形架(17)頂部，各輪架(4)通過對應輪座安裝在半球形架(17)的對應位置上。

5.根據權利要求1～4中任意一項所述雙模式球形機器人機構，其特征在于：所述半內球殼(2)上設有當球形機器人停止時使配重塊(8)向下移動至最低位置的復位開關(18)。

6.采用如權利要求5所述雙模式球形機器人機構的雙模式球形機器人行走方法，是通過驅動三個單排全向輪(3)和移動配重塊(8)的上、下位置而實現球形機器人于轉子模式和偏心模式間的切換即高速模式與低速模式間的切換，其行走方式為：

①、配重塊(8)移動到使球形機器人質心與球心重合位置時，球形機器人可在三個單排全向輪(3)的高速旋轉驅動下快速行走。

②、配重塊(8)向下移動至使球形機器人質心與球心偏心的位置時，在重力作用下半內球殼(2)產生小角度的擺動，在三個單排全向輪(3)的慢速旋轉驅動下實現球形機器人的低速運動；

③、當球形機器人到達目標位置后，啟動復位開關(18)使配重塊(8)下降到最低位置即使質心降到最低，從而實現球形機器人停止后更加穩定。