[發明專利]一種球上自平衡移動機器人

在審

• 申請號: 201810176551.1
• 申請日: 2018-03-03
• 公開（公告）號: CN108415429A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 阮曉鋼;劉桐;李誠
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G05D1/08
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種球上自平衡移動機器人，該機器人包括電氣系統和機械系統；所述電氣系統包括控制器(1)、電機伺服驅動器(2)、慣性導航傳感器(3)、編碼器、無線通訊設備、直流電機(4)和電源系統(5)；所述機械系統包括機身、電機固定架(6)、電機連接架(7)、球輪(8)和全向輪(9)；機身頂部裝有慣性導航傳感器，機身底部固定直流電機，直流電機與全向輪通過聯軸器固定，全向輪驅動球輪轉動，實現機器人行走和自轉。整個機器人結構采用集約化結構設計能夠很好的通過狹窄通道。

技術領域

本發明屬于智能機器人范疇，尤其涉及一種能夠自主進行運動平衡控制的動態平衡機器人系統。

背景技術

隨著科學技術發展，社會進步，機器人正逐步走入人們的日常生活中。球上自平衡移動機器人作為一種全新概念的輪式移動機器人，其在單一球形驅動輪上達到動態穩定。具有與地面接觸面小，靈活性高，且能進行全方位移動的特點。具有很高的實際應用價值。

專利201510429025.8公開了一種球形自平衡機器人，該機器人包括支架、行走球、支撐輪組件、驅動電機組件、控制器和蓄電池；所述的支架上布置有上下兩層支撐輪組件，每層沿圓周方向相隔90°均布有四組支撐輪組件；通過支撐輪組件對行走球進行限位，保持支架可以繞行走球表面滑動；所述的支架上分別在縱向、橫向和軸向布置有三組驅動電機組件，控制器接收控制指令后采集姿態檢測器件的數據，運算后驅動電機轉動，進而驅動行走球產生縱向、橫向和回轉方向的三個自由度的運動。機器人具有運動平穩、轉向靈活、重量輕、結構簡單的特性。

發明內容

針對傳統雙輪以及獨輪機器人轉彎半徑大，占地面積大，靈活性差的特點。本發明在狹窄通道的適航性有顯著的提升。

現有的基于動態穩定的機器人都是基于普通車輪建造的。所以該類機器人智能進行前進、后退、以及差動轉向等基本功能。而本發明可以在實現以上基本功能的同時，在二維平面進行全方位的移動。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種球上自平衡移動機器人，該機器人包括電氣系統和機械系統；所述電氣系統包括控制器(1)、電機伺服驅動器(2)、慣性導航傳感器(3)、編碼器、無線通訊設備、直流電機(4)和電源系統(5)；所述機械系統包括機身、電機固定架(6)、電機連接架(7)、球輪(8)和全向輪(9)。

機身為層式框架，包括頂板(10)、中板(11)與底板(12)，頂板(10)、中板(11)與底板(12)分層均勻布置；

所述頂板(10)上固定有慣性導航傳感器(3)；

所述中板(11)上固定有電源系統(5)和控制器(1)；

所述底板(12)上固定有電機伺服驅動器(2)和電機連接架(7)，電機連接架(7)與電機固定架(6)通過螺釘固定，電機固定架(6)與直流電機(4)通過螺釘固定；直流電機(4)與全向輪(9)通過聯軸器連接；直流電機(4)與底板(12)的夾角為45度，三個直流電機(4)之間互呈120度夾角分布在底板(12)的底部；全向輪(9)與球輪(8)相切；直流電機(4)與編碼器連接。

控制器(1)與慣性導航傳感器(3)、編碼器、電機伺服驅動器(2)通過杜邦線相連，無線通訊設備通過插針固定在控制器(1)上；電源系統(5)通過導線為直流電機(4)和各電子元件供電。

在底板(12)上設有滑槽，電機固定架(6)可以在滑槽上進行滑動，進而調節全向輪(9)與球輪(8)的接觸位置。

頂板(10)，中板(11)和底板(12)均設有供導線穿越的孔。

頂板(10)，中板(11)和底板(12)通過銅柱(13)進行連接。

所述控制器(1)為Arduino開發板；