本发明专利技术公开了一种主动式双摆移动球形机器人。它包括一个球形外壳和内部的横梁及其他结构，所述球形外壳由两个球冠及类球形圆柱体以螺钉旋配构成的。所述的类球形体是一个球去掉两端球冠后将中间的部分拉长为一小段圆柱体。所述的两个重摆固定在一个重摆轴上。所述重摆轴安装在一个横梁上，该横梁内部同轴装有驱动电机和重摆控制电机。所述驱动电机和外壳通过联轴器与外壳相连，以驱动球壳的转动。所述的重摆控制电机通过锥齿轮与重摆轴相连，用以控制重摆的摆动。两电机协同工作能控制球形机器人的全方位稳定行走。本发明专利技术结构紧凑，运动平稳。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种球形机器人，具体来说，涉及一种具有紧凑结构的两驱动的可移动的球形机器人。
技术介绍
球形机器人是一种通过滚动方式实现行走的移动机器人，其驱动原理主要是通过内部驱动装置的运动改变机器人的重心位置，打破球体的静态平衡，球体根据重心的具体位置进行滚动并再次恢复静态平衡，根据以上原理可以实现球形机器人的原地转向和全方位行走。查阅现有国内外文献发现，现有的球形机器人大多数采用偏心质量块驱动原理，通过偏心质量块摆动所产生的偏心力矩及惯性力矩驱动实现转向和行走。现有的球形机器人所采用的双重摆驱动方式两个驱动电机非同轴布置，使得其驱动部分体积庞大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提出了一种驱动电机同轴布置的新型球形机器人结构。为实现上述目的，本专利技术的设计构思是：设计一个内部装有双重摆结构的球形，球形外壳分为三部分，分别为左右两个球冠和类球形圆柱体，各部分通过螺钉连接构成球形外壳。双重摆轴线和横梁支撑架的交点与球形外壳中心重合。球形外壳与双重摆通过横梁连接，横梁可通过电机的作用，实现相对于球体绕中心轴线Y转动，双重摆还可绕垂直于Y的X轴线转动。双重摆机构不仅提供重心偏移驱动，还能提高力矩的对称性，提高球形机器人运行的稳定性。为减少机器人的质量，电源对称的安装在双重摆内，提高了机构的紧凑度和运行的可靠性。根据上述的设计构思，本专利技术采用下述技术方案：一种主动式双摆球形机器人。它包括一个球形外壳和横梁(6)，所述球形外壳由一个左球冠(4)、右球冠(1)和一个类球形圆柱体(2)以螺钉旋配构成；所述的横梁(6)为U形槽，U型槽长度方向旋转轴为Y轴，宽度方向旋转轴为X轴。U型槽内沿Y轴方向同轴线安装一个重摆电机(9)和一个驱动电机(17)；驱动电机(17)安装在横梁(6)内，其输出轴安装在与右球冠(1)固定的联轴器(18)上，并直接驱动球形外壳绕Y轴转动；重摆电机(9)通过锥齿轮(12)与锥齿轮(13)的啮合传动驱动两个重摆(701、702)绕与轴线Y垂直的X轴转动。两个重摆(701、702)对称安装在重摆轴(10)的两端，重摆轴(10)沿着X方向，重摆轴(10)上安装锥齿轮(13)。靠近重摆轴(10)的重摆电机(9)输出轴上安装有锥齿轮(12)，重摆电机(9)通过锥齿轮(12)和锥齿轮(13)的啮合传动，驱动双重摆绕X轴转动。所述重摆(701、702)通过螺钉安装在重摆轴两端，重摆中心为凹槽状，所述电源(7012)通过挡板(7013)固定在重摆(701、702)的凹槽内。所述横梁(6)沿Y轴方向的两端上有圆柱空心凸台(601、602)，并与固定在球轴连接件(5、8)内的轴承(1901、1902)配合安装。球轴连接件(5、8)通过螺钉安装在球壳上。本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术主动式双摆球形机器人两个驱动电机同轴布置，减少了机器人的驱动空间。2、本专利技术主动式双摆球形机器人采用的两个电源供安装在重摆内，提高了机器人的空间和载荷利用效率。附图说明图1为本专利技术的整体结构图。图2为本专利技术的横梁结构图。图3为本专利技术的重摆轴结构图。图4为本专利技术的横梁轴承安装爆炸图。图5为本专利技术的球壳外形图。图6为重摆和电池结构图。具体实施方式为使本专利技术的技术方案、结构特点更加清楚，下面结合附图对本专利技术做更进一步的详细说明。本专利技术包括一个球形外壳和横梁(6)，所述横梁(6)安装在球形外壳内。所述球形外壳由左球冠(4)、右球冠(1)和一个类球形圆柱体(2)以螺钉旋配构成，球壳根据具体要求设计槽孔(202)。横梁支撑架(6)通过球轴连接件(5)和(8)安装在所述球形外壳内腔中。所述的横梁(6)为对称的U型槽，长度方向设置有圆柱空心凸台(601、602)；电路板(15)、重摆电机(9)和一个驱动电机(17)安装在横梁(6)内，重摆电机(9)和驱动电机(17)同轴安装；所述驱动电机(17)通过驱动电机支架(16)与横梁固定，其输出轴固定在与右球冠(1)固定的联轴器(18)上，从而直接驱动球形外壳绕与横梁(6)长度方向一致的Y轴转动；所述重摆电机(9)通过重摆电机支架(11)安装在横梁(6)内，其输出轴与锥齿轮(12)连接，并通过锥齿轮(12)与锥齿轮(13)的啮合传动驱动重摆(701、702)绕与轴线Y垂直的X轴线转动。轴承(2001、2002)安装在横梁(6)中部两边的通孔中，并通过固定在横梁(6)上的轴承端盖(1401、1402)实现定位；所述重摆轴(10)安装在轴承(2001、2002)上，其两端对称安装两个重摆(701、702)，重摆轴(10)上安装有锥齿轮(13)。重摆电机(9)的输出通过锥齿轮(12)和(13)的啮合传动带动重摆轴(10)转动，从而实现重摆(701、701)绕X轴的转动。所述横梁(6)长度方向的两端上有圆柱空心凸台(601、602)，圆柱空心凸台(601、602)与轴承(1901、1902)配合安装。所述轴承(1901、1902)分别固定在球轴连接件(5)和(8)内，球轴连接件(5、8)通过螺钉固定在左右球冠(4、1)上。所述驱动电机(17)通过电机支架(16)固定在横梁(6)一端，输出轴穿过所述横梁(6)空心凸台(601)后，与固定在左球冠(4)的联轴器(18)固定安装。所述两个重摆(701、702)不是实体结构，每个重摆中都含有一个腔体，腔体的大小与电源(7012)外形相似。电源(7012)通过螺钉用挡板(7013)固定在重摆(701、702)上，两重摆(701、702)通过螺钉紧固在重摆轴(17)两端。球形机器人的具体运动过程为，在电路板(15)的控制下，单独控制驱动电机(17)转动，则按如上描述传动关系，驱动电机(17)输出轴将通过联轴器(18)带动球形外壳相对于横梁(6)转动，而由于球形外壳与地面接触，初始时在地面阻力矩的作用下球形外壳并不转动，相应的则横梁(6)带动重摆(701、702)相对球形外壳转动，从而产生偏心力矩，当偏心力矩大于地面对球形外壳的阻力矩时，球形外壳则沿与驱动电机(17)转轴垂直的方向沿地面滚动；相应的在电路板(15)的控制下，单独控制重摆电机(9)转动，则按如上描述传动关系，重摆电机(9)输出轴将通过锥齿轮(12)和(13)的啮合传动，带动重摆(701、702)绕横梁(6)转动，从而产生偏心力矩，在偏心力矩的作用下球形机器人将沿与重摆电机(9)输出轴垂直的方向上沿地面滚动；类推的，在电路板(15)的控制下同时控制驱动电机(17)和重摆电机(9)转动，则可以实现球形机器人沿任意方向的滚动。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种主动式双摆球形机器人，包括一个球形外壳和横梁(6)，其特征在于：a.所述球形外壳是一个由左球冠(4)、右球冠(1)、类球形圆柱体(2)以螺钉旋配构成的球形壳体；b.所述球形外壳内腔中，在左球冠(4)、右球冠(1)间通过球轴连接件(5、8)安装所述横梁(6)；c.所述横梁(6)内沿Y轴方向同轴线安装一个重摆电机(9)和一个驱动电机(17)；驱动电机(17)输出轴安装在与右球冠(1)固定的联轴器(18)上，并直接驱动球形外壳绕y轴转动；重摆电机(9)通过锥齿轮(12)与锥齿轮(13)的啮合传动驱动两个重摆(701、702)绕与轴线Y垂直的X轴转动。
【技术特征摘要】
1.一种主动式双摆球形机器人，包括一个球形外壳和横梁(6)，其特征在于：a.所述球形外壳是一个由左球冠(4)、右球冠(1)、类球形圆柱体(2)以螺钉旋配构成的球形壳体；b.所述球形外壳内腔中，在左球冠(4)、右球冠(1)间通过球轴连接件(5、8)安装所述横梁(6)；c.所述横梁(6)内沿Y轴方向同轴线安装一个重摆电机(9)和一个驱动电机(17)；驱动电机(17)输出轴安装在与右球冠(1)固定的联轴器(18)上，并直接驱动球形外壳绕y轴转动；重摆电机(9)通过锥齿轮(12)与锥齿轮(13)的啮合传动驱动两个重摆(701、702)绕与轴线Y垂直的X轴转动。2.根据权利要求1所述的主动式双摆球形机器人，其特征在于所述的横梁(6)为U型槽，其长度方向两端有圆柱空心凸台(601、602)，U型槽上通过螺钉安装所述的电机支架(11)、电路板(15)；所述横梁(6)中部开孔，并通过两个轴承(2001、2002)和两个轴承端盖(1401、1402)安装一个重摆轴(10)。3.根据权利要求2所述的主动式双摆球形机器人，所述重摆轴(10)两端对称安装两重摆(701、702)，轴上安装固定锥齿轮(13)。...
【专利技术属性】
技术研发人员：张延恒，孙汉旭，武高雨，林国能，姬旭，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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