[實用新型]一種擺式球形機器人及其控制系統

有效

• 申請號: 201922006875.3
• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN211167161U
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 萬恒;霍建文;張華;郭明明;楊茂桃;陶天平
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: B62D57/02
• 分類號: B62D57/02
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 陳選中

本實用新型公開了一種擺式球形機器人及其控制系統，該球形機器人包括球形殼體、及設置在所述球形殼體內的轉動單元和擺動單元，轉動單元包括第一法蘭盤聯軸器、第二法蘭盤聯軸器、箱型轉軸、第一步進電機和第二步進電機，擺動單元包括第一直行電機、第二直行電機和擺錘。本實用新型的球形機器人極大減少了運動構件，使其運動方式更加靈活輕便，提高了球形機器人運行的可靠性。

技術領域

本實用新型屬于球形機器人及控制技術領域，涉及一種特種機器人，更具體地，尤其涉及一種擺式球形機器人及其控制系統。

背景技術

近年來，移動機器人在軍事偵察、核事故應急處置、消防領域等場合廣泛應用。目前，應用較多的輪式、履帶式和腿式移動機器人在特種環境中存在結構復雜、運動靈活度差、控制難度大等缺陷。球形機器人近二十年來由于其環境適應能力強、球殼能夠避免特種環境對內部電子元器件等結構的損壞等優勢，被大多數研究者廣泛研究和開發應用。

球形機器人因一般具有圓球形的外部結構形狀而得名，是一類新型的移動機器人形態。不同于傳統的輪式、足式機器人，球形機器人的主要特征優勢在于，通過球形外殼的滾動實現基本運動，易于實現平坦地形下的全向運動，并具有較高的運動效率和運動速度；運動過程中，當機器人發生碰撞或從高處跌落時，封閉的球形外殼還能夠有效保護機器人內部設備。

但是，現有的球形機器人內部結構復雜，驅動方式靈活性低，不適合低成本設計及實用性。此外，球形機器人具有非完整約束、欠驅動、非鏈式、強耦合等特點，并且具有震蕩的傾向性，導致其理論模型非常復雜，球形機器人的運動控制一直是不易解決的難題。擺式和輪式驅動的球形機器人是最常見的兩種類型的球形機器人，其中輪式驅動的球形機器人具有結構和控制系統簡單等優點，但由于內部可能出現打滑，不良好接觸等情況，造成球形機器人失控。近年來對擺式驅動的球形機器人的研究已經成為了熱點，其中擺式驅動的控制和結構優化是兩個必須要解決的關鍵問題。

發明內容

針對現有技術中的上述不足，本實用新型旨在提供一種能夠減少內部構件，驅動方式靈活輕便且能夠低成本開發的擺式結構球形機器人及其控制系統。

為了達到上述實用新型目的，本實用新型采用的技術方案為：

一種擺式球形機器人，包括球形殼體、及設置在所述球形殼體內的轉動單元和擺動單元；

所述轉動單元包括第一法蘭盤聯軸器、第二法蘭盤聯軸器、箱型轉軸、第一步進電機和第二步進電機，所述第一步進電機和第二步進電機呈對稱固定設置在箱型轉軸兩端，所述第一步進電機與第一法蘭盤聯軸器轉動連接，所述第二步進電機與第二法蘭盤聯軸器轉動連接，所述第一法蘭盤聯軸器和第二法蘭盤聯軸器還分別與球形殼體固定連接；

所述擺動單元包括第一N20電機、第二N20電機和擺錘，所述擺錘設置在箱型轉軸中心位置，所述第一N20電機和第二N20電機呈對稱固定設置在箱型轉軸兩側且分別與擺錘轉動連接。

進一步地，所述第一步進電機和第二步進電機分別與箱型轉軸通過螺栓緊固連接。

進一步地，所述第一步進電機與第一法蘭盤聯軸器通過緊定螺釘連接。

進一步地，所述第二步進電機與第二法蘭盤聯軸器通過緊定螺釘連接。

進一步地，所述第一法蘭盤聯軸器和第二法蘭盤聯軸器分別與球形殼體通過螺栓緊固連接。

進一步地，還包括控制板和電池，所述控制板和電池呈中心對稱固定設置在箱型轉軸兩側。

進一步地，所述控制板和電池分別通過粘性材料附著在箱型轉軸上。