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，包括球壳及驱动组件；所述驱动组件包括固定支架、连接部、伸缩驱动部和控制力矩陀螺系统、驱动臂。所述驱动臂与所述伸缩驱动部之间设有第一连杆，所述伸缩驱动部推动所述第一连杆以带动所述驱动臂绕所述连接部摆动，调节所述驱动轮与所述球壳的接触位置以调节所述球形机器人的行走速度。所述球形机器人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产生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，从而平衡所述球形机器人的姿态。本发明专利技术提高了球形机器人的越障爬坡能力，实现无级变速。

Spherical robot

The invention provides a spherical robot, which comprises a spherical shell and a driving component, wherein the driving component comprises a fixed support, a connecting part, a telescopic driving part, a control moment gyro system and a driving arm. The driving arm and the connecting rod is provided with telescopic first drive part between the telescopic driving part drives the first connecting rod to drive the drive arm around the connecting part of the swing, walking contact position adjustment of the driving wheel and the shell to adjust the speed of the spherical robot. The spherical robot interference torque, by controlling the yaw control moment gyro system to generate precession torque to overcome the disturbance torque and improve the stability of the spherical robot, so as to balance the spherical robot posture. The invention improves the obstacle climbing ability of the spherical robot and realizes stepless speed change.

【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，本专利技术提供了一种球形机器人，包括球壳及驱动组件；所述驱动组件包括固定支架、设于所述固定支架上的连接部、固连于所述连接部的伸缩驱动部和控制力矩陀螺系统、转动连接于所述连接部的驱动臂；所述驱动臂之远离所述连接部的一端设有与所述球壳相接触的驱动轮，且通过与所述球壳之间产生摩擦力带动所述球壳转动；所述驱动臂与所述伸缩驱动部之间设有第一连杆，所述伸缩驱动部推动所述第一连杆以带动所述驱动臂绕所述连接部摆动，调节所述驱动轮相对所述球壳的接触位置以控制球形机器人的行走速度；所述球形机器人受到干扰力矩时，通过控制所述伸缩驱动部带动所述驱动臂摆动，以改变所述球形机器人的行走速度，再控制所述两个控制力矩陀螺系统反向同步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，所述伸缩驱动部包括第一导轨、将所述第一导轨固定于所述连接部的导轨固定件、套设于所述第一导轨上的第一连接件及设于所述第一导轨远离所述连接部的一端的第二电机，所述第二电机用以驱动所述第一连接件沿所述第一导轨滑动；所述第一连杆包括相对设置的第一端和第二端，所述第一端和所述第二端分别转动连接于所述第一连接件和所述驱动臂；所述第一连接件沿所述第一导轨滑动，带动所述第一连杆相对于所述连接部做往复运动，且带动所述驱动臂绕所述连接部摆动。一种实施方式中，所述驱动臂还包括连接于所述连接部与所述驱动轮之间的第二连杆，所述驱动轮与所述第二连杆之间设有弹性连接件，所述弹性连接件沿着所述驱动臂方向伸缩，在所述球形机器人运动过程中起到缓冲减震作用及为所述驱动轮与所述球壳之间提供接触压力的作用。一种实施方式中，所述弹性连接件包括弹簧、设于所述弹簧相对两侧的第二导轨、及设于所述第二导轨上的滑块，所述第二导轨一端固定连接于所述第二连杆，另一端朝向所述驱动轮方向延伸，所述滑块一端设于所述第二导轨上，另一端固定于所述驱动轮，所述弹簧固定于所述第二连杆与所述驱动轮之间，且处于压缩状态，以便于为所述驱动轮与所述球壳之间提供接触压力。一种实施方式中，所述控制力矩陀螺系统包括控制力矩陀螺和偏摆电机；所述固定支架包括与所述连接部相对设置的固定端，所述固定端与所述连接部设于所述控制力矩陀螺两侧且通过偏摆轴与所述控制力矩陀螺转动连接；所述偏摆电机设于所述控制力矩陀螺上且靠近所述固定端处，所述固定端设有第一齿轮，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。一种实施方式中，所述固定支架设有第一轴向，所述驱动轮和所述驱动臂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第一轴向分层叠设于所支撑台上。一种实施方式中，所述固定支架设有第一轴向，所述驱动轮和所述驱动臂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。本申请实施例提供了一种球形机器人，包括球壳、驱动组件。所述驱动组件包括驱动臂和驱动轮，驱动轮与所述球壳内壁产生牵引力矩从而带动所述球壳转动；通过设置伸缩驱动和第一连杆，伸缩驱动部通过第一连杆带动所述驱动臂绕所述连接部摆动，从而改变所述驱动轮与所述球壳内壁的接触位置，可在不影响电机效率下实现球形机器人行走时的无级变速；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2-1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2-2是本专利技术实施例提供的一种球形机器人中固定框架结构示意图。图3是本专利技术实施例提供的一种无级变速结构示意图。图4是本专利技术实施例提供的一种无级变速结构示意图。图5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的示意图。图6-1是本专利技术实施例提供的一种球形机器人转速比调节原理图。图6-2是本专利技术实施例提供的一种球形机器人转速比调节原理图。图7-1是本专利技术实施例提供的一种无级变速结构示意图。图7-2是本专利技术实施例提供的一种无级变速结构示意图。图8是本专利技术实施例提供的一种无级变速中弹性连接件结构示意图。图9是本专利技术实施例提供的一种控制力矩陀螺示意图。图10-1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10-2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10-3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10-4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10-5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10-6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10-7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。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2-1，图1是本专利技术实施例提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种球形机器人，其特征在于，包括球壳及驱动组件；所述驱动组件包括固定支架、设于所述固定支架上的连接部、固连于所述连接部的伸缩驱动部和控制力矩陀螺系统、转动连接于所述连接部的驱动臂；所述驱动臂之远离所述连接部的一端设有与所述球壳相接触的驱动轮，且通过与所述球壳之间产生摩擦力带动所述球壳转动；所述驱动臂与所述伸缩驱动部之间设有第一连杆，所述伸缩驱动部推动所述第一连杆以带动所述驱动臂绕所述连接部摆动，调节所述驱动轮相对所述球壳的接触位置以控制球形机器人的行走速度；所述球形机器人受到干扰力矩时，通过控制所述伸缩驱动部带动所述驱动臂摆动，以改变所述球形机器人的行走速度，再控制所述两个控制力矩陀螺系统反向同步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，包括球壳及驱动组件；所述驱动组件包括固定支架、设于所述固定支架上的连接部、固连于所述连接部的伸缩驱动部和控制力矩陀螺系统、转动连接于所述连接部的驱动臂；所述驱动臂之远离所述连接部的一端设有与所述球壳相接触的驱动轮，且通过与所述球壳之间产生摩擦力带动所述球壳转动；所述驱动臂与所述伸缩驱动部之间设有第一连杆，所述伸缩驱动部推动所述第一连杆以带动所述驱动臂绕所述连接部摆动，调节所述驱动轮相对所述球壳的接触位置以控制球形机器人的行走速度；所述球形机器人受到干扰力矩时，通过控制所述伸缩驱动部带动所述驱动臂摆动，以改变所述球形机器人的行走速度，再控制所述两个控制力矩陀螺系统反向同步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，所述伸缩驱动部包括第一导轨、将所述第一导轨固定于所述连接部的导轨固定件、套设于所述第一导轨上的第一连接件及设于所述第一导轨远离所述连接部的一端的第二电机，所述第二电机用以驱动所述第一连接件沿所述第一导轨滑动；所述第一连杆包括相对设置的第一端和第二端，所述第一端和所述第二端分别转动连接于所述第一连接件和所述驱动臂；所述第一连接件沿所述第一导轨滑动，带动所述第一连杆相对于所述连接部做往复运动，且带动所述驱动臂绕所述连接部摆动。3.根据权利要求2所述的一种球形机器人，其特征在于，所述驱动臂还包括连接于所述连接部与所述驱动轮之间的第二连杆，所述驱动轮与所述第二连杆之间设有弹性连接件，所述弹性连接件沿着所述驱动臂方向延伸，在所述球形机器人运动过程中起到缓冲减震作用及为所述驱动轮与所述球壳之间提供接触压力的作用。4.根据权利要求3所述的一种球形机器人，其特征在于，所述弹性连接件包括弹簧、设于所述弹簧相对两侧的第二导轨、及设于所述第二导轨上的滑块，所述第二导轨一端固定连接于所述第二连杆，另一端朝向所述驱动轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺智威，邓力，杨猛，余家柱，
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