[發明專利]雙動力四驅五全向輪重載球形機器人

在審

• 申請號: 202010078563.8
• 申請日: 2020-02-03
• 公開（公告）號: CN111332378A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 劉偉;孫俊陽;王潤蛟;耿官旺;張青松;韓曉龍
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: B62D57/02
• 分類號: B62D57/02;B60B19/12
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 范盈

本發明涉及一種具有五個全向輪的四驅動球形機器人。該發明主要包括球殼、機架、行走驅動、轉向驅動、彈簧、支撐及四個驅動全向輪和底盤等部件。球殼內的部件偏心質量及彈簧預壓力共同作用于球殼內表面，所提供的摩擦力使偏心質量偏離球心，從而產生偏心力矩使球殼滾動。四個全向輪兩個一組按正交位支撐在底盤下方，可提供大的承載能力，其中前后兩全向輪由一個行走電機驅動，左右兩全向輪由一個轉向電機驅動，位于頂部的支撐全向輪可以防止底盤傾覆。

技術領域

本發明涉及運動球形機器人技術領域，尤其涉及一種雙動力四驅五全向輪重載球形機器人。

背景技術

球形機器人具有良好的密閉性，能夠適應復雜、惡劣的工作環境，并有較大的體積，因此，探索新型結構和驅動的球形機器人很有應用前景。

現有專利申請201410147444.8提出一種麥克納姆輪驅動式球形機器人，該機構主要不足:1)麥克納姆輪的滾子與驅動方向為45°布置，麥克納姆輪在前進過程中將引起45°方向的不確定滾動，導致精確控制其運動軌跡困難；2)支撐麥克納姆輪的機架缺少彈性結構，難以確保麥克納姆輪與球殼內表面保持接觸和摩擦力；3)球體內部的氣動桿與球殼內表面的接觸摩擦力會阻礙麥克納姆輪的驅動能力。

現有專利申請201510194055.5提出一種全步姿行走球形機器人，采用4 個電機分別驅動4個全向輪運動，這個機構的問題是：1)兩個同向電機難以保持同步，從而引起運動干涉，增大控制策略的復雜性；2)機構頂部采用球形萬向輪，球形萬向輪均為偏心設計，與球殼的接觸點不在作用力垂直線上，承重能力差，需要轉向時，萬向輪必須圍繞主軸做偏心運動達到順直方向后方可按所變方向運行，其不但費力且運動軌跡不準確。

現有專利申請201710513040提出一種正交位雙全向輪驅動球形機器人，該結構采用上下兩個全向輪呈正交布置，壓力集中于直徑的兩端，會導致球殼局部變形，影響運動效果。

本專利提出的雙動力四驅五全向輪重載球形機器人，顯著增加全向輪與球殼的接觸區域，分散球殼內部壓力，從而可以承載大的工作載荷，雙動力驅動便于實現行走和轉向的協調運動，可簡化控制。

發明內容

本發明提供了一種雙動力四驅五全向輪重載球形機器人，主要包括球殼1、支撐全向輪2、彈簧3、機架4、驅動全向輪5、轉向驅動6、行走驅動7、底盤 8；

所述機架4位于球殼1內部，固定彈簧3，連接支撐全向輪2及底盤8，所述支撐全向輪2位于機架4頂部。

所述彈簧3位于支撐全向輪2和機架4之間，使支撐全向輪2始終與球殼內部保持接觸，并增大驅動全向輪5對球殼內部的壓力。

所述驅動全向輪5兩兩正交布置在底盤8的前后和左右方向，每一組驅動全向輪前后位同步運動。

所述支撐全向輪2起到防止球殼內部裝置出現傾覆的作用，也可以適當增加各全向輪與球殼內部的接觸摩擦力，提供足夠的偏心力矩。

所述彈簧3能夠使球體內部結構有一定自適應能力，當球殼發生變形時，保證驅動全向輪5與球殼始終保持接觸，從而獲得驅動摩擦力，并有助于減震緩沖。

所述一組驅動全向輪5前后分布在底盤8兩側，由一個行走驅動7驅動，主要負責球形機器人行進。另一組驅動全向輪由轉向驅動6驅動，實現球形機器人轉向運動，兩組全向輪互不干涉。

所述底盤8位于球殼底部，驅動全向輪5兩兩正交布置在底盤8的前后和左右方向，可降低球形機器人內部裝置的重心，四個全向輪可以分散球殼內部壓力，避免壓力集中引起的球殼變形嚴重，從而可以承載更大的工作載荷。

所述轉向驅動6與一個驅動全向輪5集成為一體，直接傳遞動力，在該輪的另一側采用皮帶連接位于相應位置的驅動全向輪，從而實現一組全向輪的同步運動。