[發明專利]一種電磁鐵和鐵砂配合驅動的球形機器人結構

在審

• 申請號: 201911131484.2
• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN110877643A
• 公開（公告）日: 2020-03-13
• 發明（設計）人: 劉君;曾鵬;楊濤;文賢馗;申彧;徐梅梅;許逵;陳沛龍;李錦;朱建軍;高丙團;鄭尚直;何嘉弘
• 申請（專利權）人: 貴州電網有限責任公司
• 主分類號: B62D57/02
• 分類號: B62D57/02
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所 52100
• 代理人: 商小川

本發明公開了一種電磁鐵和鐵砂配合驅動的球形機器人結構，它包括控制器殼、連接軸、中心球殼和環繞球殼，控制器殼通過連接軸與中心球殼連接，在每塊中心球殼的四周連接有環繞球殼，所有中心球殼和環繞球殼相互連接成一個圓球殼體結構，在圓球殼體內部有細鐵砂，中心球殼的內側壁上設有電磁鐵和鋰電池，周圍設有導線開孔，底端設有導線控制線開孔，環繞球殼的內側壁上也設有電磁鐵，周圍設有導線開孔并與鋰電池導線連接，電磁鐵和鋰電池經導線控制線開孔通過連接軸與控制器殼導線連接。采用電磁鐵進行驅動，電磁鐵通電即產生磁場，控制方式簡單，響應速度快；具有原理簡單直觀、易于控制、運動方式靈活多樣的優點。

技術領域

本發明涉及一種機器人，尤其涉及一種電磁鐵和鐵砂配合驅動的球形機器人結構，屬于機器人設備技術領域。

背景技術

隨著人類社會的發展，人類對復雜危險環境的探測需求持續增加，例如星球探索、災難營救等。在這些復雜的情況下，一般的機器人由于其設計的專門化，往往難以勝任不同的惡劣情況。此時，球形機器人應運而生。球形機器人擁有全封閉的球形外殼，其所有的核心零部件均可置于球殼的保護之下。球形機器人通過質心偏移、動量守恒或者球殼的形變來進行驅動，運動靈活且不存在側翻問題，因此球形機器人在復雜環境探索等方面具有廣闊的前景。

目前球形機器人根據其驅動方式主要分為四大類型，分別是質心偏移型、角動量守恒型、水下型以及形變型。質心偏移型原理簡單、運動方式直觀，因此得到廣泛關注。質心偏移型球形機器人按照其質心偏移的方式分為四種類型：單擺錘類、雙擺錘類、小車類和多質量塊類。單擺錘類通過一個電機和擺錘配合，當擺錘轉動時球體質心改變。雙擺錘類在單擺錘類基礎上增加了一個擺錘，通過兩個擺錘的配合實現了更復雜的動作。小車類利用電機驅動球內的輪子，從而改變質心驅動球形機器人。多質量塊類內部裝有三到四根固定軸，利用電機驅動固定軸上的質量塊達到改變質心的目的。

單擺錘類結構簡單，擺錘只能在一個平面內進行圓周運動，其越障能力和轉彎能力都較弱。雙擺錘類雖然增加一個擺錘，一定程度上改善了單擺錘運動方式單一的缺點，但是并不能改變擺錘只能在一個平面內進行圓周運動的缺陷，并且雙擺錘難以平衡，直線運動較為困難。小車類其車輪與球殼之間存在非完整約束，對控制提出了更高的要求。多質量塊類也只有三到四個質量塊可以控制，且只能沿相應的固定軸進行滑動，限制了機器人運動的靈活性，并且軌跡控制很復雜。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種電磁鐵和鐵砂配合驅動的球形機器人結構，該機器人具有結構簡單、動作靈活、可控性強等特點，改進現有質心偏移型球形機器人驅動方式的不足，有效的解決了上述存在的問題。

本發明的技術方案為：一種電磁鐵和鐵砂配合驅動的球形機器人結構，它包括控制器殼、連接軸、中心球殼和環繞球殼，所述控制器殼的四周分別通過六根連接軸與六塊中心球殼連接，在每塊中心球殼的四周連接有三塊或五塊環繞球殼，所有中心球殼和環繞球殼相互連接成一個圓球殼體結構，在圓球殼體內部有細鐵砂，中心球殼的內側壁上設有電磁鐵和鋰電池，周圍設有導線開孔，底端設有導線控制線開孔，環繞球殼的內側壁上也設有電磁鐵，周圍設有導線開孔并與鋰電池導線連接，電磁鐵和鋰電池經導線控制線開孔通過連接軸與控制器殼導線連接。

所述中心球殼和環繞球殼均為五邊或六邊的等邊結構，其中一塊中心球殼的外側設有充電開孔，外部電源通過充電開孔可給鋰電池充電。

所述控制器殼內部設有控制器和MEMS陀螺儀傳感器，控制器分別與MEMS陀螺儀傳感器、鋰電池和電磁鐵導線連接。

所述控制器通過MEMS陀螺儀獲取機器人位置和姿態，根據目標軌跡和速度計算出應通中心球殼或環繞球殼，并向與應通電的球殼相連中心球殼中的選擇開關發送通電指令。選擇開關將應通電的球殼電磁鐵與中心球殼鋰電池接通，應通電球殼電磁鐵吸引球內細鐵砂，質心位置改變，球體開始運動。