球形机器人制造技术

本发明专利技术提供了一种球形机器人，包括球壳及设于所述球壳内部的驱动组件；所述驱动组件包括支撑台、安装于所述支撑台的多个驱动轮、驱动电机及控制力矩陀螺系统。所述多个驱动轮分布于所述支撑台的边缘且与所述球壳内壁接触，所述驱动电机驱动所述驱动轮转动，使所述驱动轮和所述球壳之间产生摩擦力以带动所述球形机器人行走；所述球壳受到干扰力矩时，通过控制所述控制力矩陀螺系统偏摆来增加进动力矩以克服所述干扰力矩及提高所述球形机器人的稳定性。本发明专利技术提高了球形机器人的越障爬坡能力，增加运动稳定性和实现在遇障时的自动调整姿态。

Spherical robot

The present invention provides a spherical robot, including spherical shell and a spherical shell inside the drive assembly; the drive assembly comprises a support table, mounted on the supporting platform of the plurality of driving wheels, driving motor and control moment gyroscope system. The plurality of driving wheels distributed on the support desk edge and contact with the inner wall of the spherical shell, the driving motor drives the driving wheel and the friction force is generated to drive the robot to walk between the driving wheel and the shell; the shell is disturbed when the moment and by controlling the yaw control moment gyro system to increase the precession torque to overcome the disturbance torque and improve the stability of the spherical robot. The invention improves the climbing obstacle surmounting ability of the spherical robot, increases the stability of the movement and realizes the automatic adjustment posture when the obstacle is met.

【技术实现步骤摘要】
球形机器人
本专利技术涉及机器人领域，具体涉及一种球形机器人。
技术介绍
球形机器人是指利用球体的滚动实现运动的机器人，可以实现全方位运动，与地面是单点接触，摩擦阻力小，能量利用效率高，并且具有不倒翁特性，可以避免常规的机器人容易出现的倾倒失稳现象。机器人的重要部件均包容在球体内部，受到球体外壳良好的保护，不容易因破坏而失效。采取合适的密封措施，可以使球形机器人的外壳具备防水能力，进而在较为恶劣的天气条件下使用，具有全天候的适应能力。球形机器人由于受限于滚动的行走方式，往往运动稳定性不高，而且越障爬坡能力不强，这使得球形机器人在人们的生活领域(如具有大于30度的斜坡或楼梯等障碍)或某些凹凸不平的场地的应用受到极大的限制。因此，如何提高球形机器人的越障爬坡能力，以增加球形机器人的应用场景和运动稳定性，为业界人士重点研究课题。
技术实现思路
针对以上的问题，本专利技术的目的是提供一种球形机器人，可实现越障爬坡、自动调节姿态及增加运动稳定性。为了解决
技术介绍
中存在的问题，本申请采用如下的技术方案：一种球形机器人，包括球壳及设于所述球壳内部的驱动组件；所述驱动组件包括支撑台、安装于所述支撑台的多个驱动轮、驱动电机及控制力矩陀螺系统；所述多个驱动轮分布于所述支撑台的边缘且与所述球壳内壁接触，所述驱动电机驱动所述驱动轮转动，使所述驱动轮和所述球壳之间产生摩擦力以带动所述球形机器人行走；所述球壳受到干扰力矩干扰时，通过控制所述控制力矩陀螺系统偏摆来增加进动力矩以克服所述干扰力矩及提高所述球形机器人的稳定性。一种实施方式中，所述控制力矩陀螺系统通过固定支架固定于所述支撑台上，包括控制力矩陀螺和偏摆电机；所述固定支架包括设于所述控制力矩陀螺系统相对两侧的第一端和第二端，所述第一端、所述第二端与所述控制力矩陀螺之间通过偏摆轴转动连接；所述支撑台设有第一轴向，所述多个驱动轮关于所述第一轴向对称分布，所述控制力矩陀螺系统为多个，且所述多个控制力矩陀螺系统的所述偏摆轴的延伸方向沿着所述第一轴向的方向延伸。一种实施方式中，所述多个控制力矩陀螺系统沿着所述第一轴向分布和/或关于所述第一轴向对称分布。一种实施方式中，所述多个控制力矩陀螺系统分布于所述第一轴向两侧，且沿着所述第一轴向错开。一种实施方式中，所述多个控制力矩陀螺系统沿着垂直于所述支撑台的方向叠设于所支撑台上。一种实施方式中，所述控制力矩陀螺系统通过固定支架固定于所述支撑台上，包括控制力矩陀螺和偏摆电机；所述固定支架包括设于所述控制力矩陀螺系统相对两侧的第一端和第二端，所述第一端、所述第二端与所述控制力矩陀螺之间通过偏摆轴转动连接；所述支撑台设有第一轴向，所述多个驱动轮关于所述第一轴向对称分布，所述控制力矩陀螺系统为多个，所述多个控制力矩陀螺系统之一部分沿着所述第一轴向分布，设有第一偏摆轴，所述第一偏摆轴的延伸方向沿着所述第一轴向的方向延伸，所述多个控制力矩陀螺系统之另一部分关于所述第一轴向对称分布，设有第二偏摆轴，所述第二偏摆轴的延伸方向垂直于所述第一轴向的方向。一种实施方式中，所述驱动轮与所述驱动电机设于所述支撑台的相对两侧，且所述驱动轮与所述控制力矩陀螺系统设于所述支撑台的同一侧。一种实施方式中，所述驱动轮与所述支撑台之间设有弹性连接件，所述弹性连接件用于所述球形机器人运动时对所述球壳内的所述驱动组件起到缓冲减震作用及为所述驱动轮提供与所述球壳接触的接触压力的作用。一种实施方式中，所述驱动组件包括一对导轨及与所述一对导轨相匹配的一对滑块，所述一对导轨固定于所述支撑台上，且分别设于所述弹性连接件及所述驱动轮的相对两侧，所述一对滑块分别固定于所述驱动轮的转轴两侧；所述弹性连接件产生形变的过程中，所述一对滑块沿着所述一对导轨滑动，使得所述驱动轮相对于所述支撑台做往复运动。本申请针对现有的球形机器人往往运动稳定性不高，而且越障爬坡能力不强的问题，提供了一种球形机器人，包括球壳和设于所述球壳内部的驱动组件。所述驱动组件包括驱动轮和驱动电机；所述驱动电机通过驱动所述驱动轮自转，在球壳内壁产生牵引力矩以带动所述球壳相对于所述驱动组件转动，所述球壳的转动于地面之间产生摩擦力，实现了所述球形机器人的行走。在球形机器人遇到行走障碍，且驱动轮的驱动力矩足以使得所述球形机器人越障时，所述控制力矩陀螺可通过自由偏摆以产生进动力矩从而稳定球形机器人的底盘，使驱动轮的驱动力矩全部传递给球壳，从而使球形机器人越过障碍。当驱动轮的驱动力矩不足以越障时，球形机器人通过控制偏摆电机带动所述控制力矩陀螺以大于自由偏摆时的角速度偏摆，以在短时间内获得较大的进动力矩，该进动力矩与驱动轮的驱动力矩叠加以实现越障。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的一种球形机器人整体结构示意图。图2是本专利技术实施例提供的一种球形机器人中驱动组件的结构示意图。图3-1是本专利技术实施例提供的一种球形机器人中控制力矩陀螺结构示意图。图3-2是图3-1的局部放大图。图4是本专利技术实施例提供的一种球形机器人中驱动组件的俯视图。图5是本专利技术实施例提供的一种球形机器人驱动组件的示意图。图6-1是本专利技术实施例提供的一种控制力矩陀螺的排布方式示意图。图6-2是本专利技术实施例提供的一种控制力矩陀螺的排布方式示意图。图6-3是本专利技术实施例提供的一种控制力矩陀螺的排布方式示意图。图6-4是本专利技术实施例提供的一种控制力矩陀螺的排布方式示意图。图6-5是本专利技术实施例提供的一种控制力矩陀螺的排布方式示意图。图6-6是本专利技术实施例提供的一种控制力矩陀螺的排布方式示意图。图6-7是本专利技术实施例提供的一种控制力矩陀螺的排布方式示意图。图7是本专利技术实施例提供的一种驱动轮分布示意图。图8是本专利技术实施例提供的一种驱动轮局部放大示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。请参阅图1至图2，图1是本专利技术实施例提供的一种球形机器人，包括球壳1及设于所述球壳1内部的驱动组件2。所述驱动组件2包括支撑台4、安装于所述支撑台4边缘的多个驱动轮201和驱动所述驱动轮201绕其中心轴自转的驱动电机202、安装于所述支撑台4上的控制力矩陀螺系统3。所述驱动轮201的部分周面与所述球壳1内壁相接触，所述驱动轮201在自转过程中，在所述球壳1内壁产生转动摩擦力(牵引力矩)从而带动所述球壳1相对于所述驱动组件2转动，所述球壳1的转动于地面之间产生摩擦力，实现了所述球壳1相对于地面的滚动。所述驱动电机202与所述驱动轮201之间的传动方式不局限于皮带传动，也可用其他传动方式。请参阅图3-1及图3-2，所述控制力矩陀螺系统3通过固定支架5固定于所述支撑台4上，包括控制力矩陀螺31和带动所述控制力矩陀螺31偏摆的偏摆电机32。所述驱动组件2还包括控制芯片，用于控制所述偏摆电机32。所述控制力矩陀螺31包括转子311、轴承312、套设于所述转子311外围的转子框架313及驱动所述转子311绕其中心轴转动的自转电机314。所述自转电机3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种球形机器人，其特征在于，包括球壳及设于所述球壳内部的驱动组件；所述驱动组件包括支撑台、安装于所述支撑台的多个驱动轮、驱动电机及控制力矩陀螺系统；所述多个驱动轮分布于所述支撑台的边缘且与所述球壳内壁接触，所述驱动电机驱动所述驱动轮转动，使所述驱动轮和所述球壳之间产生摩擦力以带动所述球壳转动；所述球形机器人受到干扰力矩时，通过控制所述控制力矩陀螺系统偏摆来增加进动力矩以克服所述干扰力矩及提高所述球形机器人的稳定性。

【技术特征摘要】
1.一种球形机器人，其特征在于，包括球壳及设于所述球壳内部的驱动组件；所述驱动组件包括支撑台、安装于所述支撑台的多个驱动轮、驱动电机及控制力矩陀螺系统；所述多个驱动轮分布于所述支撑台的边缘且与所述球壳内壁接触，所述驱动电机驱动所述驱动轮转动，使所述驱动轮和所述球壳之间产生摩擦力以带动所述球壳转动；所述球形机器人受到干扰力矩时，通过控制所述控制力矩陀螺系统偏摆来增加进动力矩以克服所述干扰力矩及提高所述球形机器人的稳定性。2.根据权利要求1所述的一种球形机器人，其特征在于，所述控制力矩陀螺系统通过固定支架固定于所述支撑台上，包括控制力矩陀螺和偏摆电机；所述固定支架包括设于所述控制力矩陀螺系统相对两侧的第一端和第二端，所述第一端、所述第二端与所述控制力矩陀螺之间通过偏摆轴转动连接；所述偏摆电机设于所述控制力矩陀螺上且靠近所述第一端处，所述第一端设有第一齿轮，所述偏摆电机设有与所述第一齿轮相啮合的第二齿轮，所述偏摆电机通过带动所述第二齿轮相对于所述第一齿轮偏摆，以带动所述控制力矩陀螺绕所述偏摆轴偏摆。3.根据权利要求1所述的一种球形机器人，其特征在于，所述控制力矩陀螺系统通过固定支架固定于所述支撑台上，包括控制力矩陀螺和偏摆电机；所述固定支架包括设于所述控制力矩陀螺系统相对两侧的第一端和第二端，所述第一端、所述第二端与所述控制力矩陀螺之间通过偏摆轴转动连接；所述支撑台设有第一轴向，所述多个驱动轮关于所述第一轴向对称分布，所述控制力矩陀螺系统为多个，且所述多个控制力矩陀螺系统的所述偏摆轴的延伸方向沿着所述第一轴向的方向延伸。4.根据权利要求3所述的一种球形机器人，其特征在于，所述多个控制力矩陀螺系统沿着所述第一轴向分布和/或关于所述第一轴向对称分布。5.根据权利要求3所述的一种球形机器人，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓力，贺智威，刘利，
申请(专利权)人：坎德拉深圳科技创新有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44