[發明專利]一種用直線電機原理驅動的全方位運動球形機器人結構

在審

• 申請號: 201911131491.2
• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN110877644A
• 公開（公告）日: 2020-03-13
• 發明（設計）人: 曾鵬;劉君;楊濤;文賢馗;申彧;徐梅梅;許逵;陳沛龍;李錦;朱建軍;高丙團;湯遠藝;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;B62D15/00
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所 52100
• 代理人: 商小川

本發明公開了一種用直線電機原理驅動的全方位運動球形機器人結構，它包括球殼，所述球殼水平直徑位置上設有橫軸，橫軸兩端通過軸承連接到球殼內壁上，在橫軸的中間固定連接有支撐架，支撐架的下方中間固定連接有電機盒，電機盒內設有電機，電機軸上通過短軸固定連接有擺錘，在球殼內側壁上固定連接有滑軌，在滑軌上設有定子和永磁體，在定子上設有動子，動子內部設有與定子配合的三相交流繞組，動子上搭載有慣性測量單元和三相交流電源。以直線電機驅動的球形機器人克服了依靠全向輪產生摩擦力驅動球體前進的方式可能發生打滑的現象，控制可靠準確。利用擺錘控制轉向，結構簡單，取得了很好的使用效果。

技術領域

本發明涉及一種球形機器人，尤其涉及一種用直線電機原理驅動的全方位運動球形機器人結構，屬于機器人設備技術領域。

背景技術

進入二十一世紀，機器人在人們的日常生活及工業生產等領域發揮著無可替代的作用，并且隨著科學技術的發展，各種新型的機器人也逐漸誕生。球形機器人研究開始至今只近二十年左右，并且一經誕生就一直成為學界的研究熱點，至今不衰。這是由于球形機器人所具備的優秀性能和展現出的巨大前景。相較于傳統的輪式、履式等移動機器人，球形機器人運動靈活，密封性好，不存在側翻問題，在有必要時甚至可以實現零半徑轉彎。因此，球形機器人在管道探測、星球探測和未知環境探測等領域展現出了顯著優勢和廣泛應用前景。

球形機器人理論模型復雜，具有非完整約束、欠驅動、強耦合和非鏈式等特點，導致其控制實現困難。由于其結構特性尤其是驅動方式對其運動控制特性具有很大的影響。因此，研究設計性能更加優秀的驅動方式一直是球形機器人研究的一個重要創新方向。目前，學界對球形機器人的驅動主要通過質心偏移的方式實現，這是球形機器人特有的驅動方式，實踐證明，這種驅動方式使得球形機器人控制具備良好的穩定性并有效降低了控制實現難度。針對這種驅動方式，目前研究最多的使用單擺錘進行驅動的方式，這種方式結構簡單明朗、驅動方式直觀，但越障能力較弱，轉彎也不靈活，代表性機器人有戰強等研制的BHQ-1和BHQ-2球形機器人和瑞典的Rotundus公司研制的商業球形機器人GroudBot等。隨后出現了一種雙擺錘驅動的球形機器人，這種球形機器人爬坡能力得到改善、轉彎靈活，但直線運動較為困難，主要有趙勃等、MAHBOUBI等的研究對象。第三種驅動方式是利用小車進行驅動，這種驅動方式爬坡及越障能力強，內部平臺便于搭載設備，其缺點是車輪與球殼內壁間存在非完整約束，主要有戰強等研制的BHQ-3球形機器人和美國的球形機器人公司Sphero研制的球形玩具機器人SPKR+等。

以上各種驅動方式雖然已經得到了實現并取得了較好的控制效果，但仍存在控制復雜及其他諸多不理想之處。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種用直線電機原理驅動的全方位運動球形機器人結構，它利用直線電機的驅動原理，可以全方位的控制機器人的運動軌跡。本發明結構簡單，控制方便，可實現球形機器人的準確靈活控制，同時硬件結構實現上簡單，有效的解決了上述存在的問題。

本發明的技術方案為：一種用直線電機原理驅動的全方位運動球形機器人結構，它包括球殼，所述球殼水平直徑位置上設有橫軸，橫軸兩端通過軸承連接到球殼內壁上，在橫軸的中間固定連接有支撐架，支撐架的下方中間固定連接有電機盒，電機盒內設有電機，電機軸上通過短軸固定連接有擺錘，在球殼內側壁上固定連接有滑軌，在滑軌上設有定子和永磁體，在定子上設有動子，動子內部設有與定子配合的三相交流繞組，動子上搭載有慣性測量單元和三相交流電源。

所述支撐架的上方固定連接有控制盒，控制盒內設有陀螺儀。

所述控制盒內還設有控制器，控制器通過導線與電機盒內的電機、慣性測量單元、陀螺儀及三相交流電源電連接。

所述橫軸與滑軌面垂直。