基于陀螺进动效应的球形机器人机构及行走方法技术

本发明专利技术公开了一种基于陀螺进动效应的球形机器人机构及行走方法。本发明专利技术在结构上包括外球壳以及设于外球壳内部的陀螺驱动单元，本发明专利技术的陀螺驱动单元包括正方体支架及设于正方体支架内部的陀螺转子机构和全向轮驱动单元，所述陀螺转子机构包括球形陀螺支架和设于球形陀螺支架内部的陀螺转子，所述全向轮驱动单元包括围绕球形陀螺支架布置并驱动球形陀螺支架万向转动的六个全向轮驱动组件，各全向轮驱动组件主要包括单排全向轮及检测单排全向轮转角的绝对式编码器，两两相对的单排全向轮为一组，三组单排全向轮分别处于正交于球形陀螺支架中心的三个相互垂直的平面上，本发明专利技术通过陀螺驱动单元产生的全向陀螺力矩实现球形机器人的全方位运动。

Spherical robot mechanism and walking method based on gyro precession effect

The invention discloses a spherical robot mechanism based on gyro precession effect and a walking method. The invention comprises an outer spherical shell and a gyroscopic driving unit arranged inside the outer spherical shell. The gyroscopic driving unit comprises a cubic bracket, a gyroscopic rotor mechanism arranged inside the cubic bracket and an omnidirectional wheel driving unit. The gyroscopic rotor mechanism comprises a spherical gyroscopic bracket and a gyroscopic rotor arranged inside the spherical gyroscopic bracket, and the omnidirectional wheel driving unit comprises a cubic bracket and an omnidirectional Six omni-directional wheel drive components are arranged around the spherical gyroscope bracket and drive the omni-directional rotation of the spherical gyroscope bracket. Each omni-directional wheel drive component mainly includes a single row omni-directional wheel and an absolute encoder for detecting the rotation angle of a single row omni-directional wheel. Two opposite single row omni-directional wheels are in a group, and three single row omni-directional wheels are on three mutually perpendicular planes The invention realizes the omnidirectional motion of the spherical robot by omnidirectional gyro moment generated by the gyro driving unit.

【技术实现步骤摘要】
基于陀螺进动效应的球形机器人机构及行走方法
本专利技术涉及球形机器人机构，具体为一种基于陀螺进动效应的球形机器人机构及行走方法。
技术介绍
移动机器人按移动方式大体可分为轮式、履带式、腿式、蛇形式。其中，轮式机器人具有移动速度快的特点；履带式机器人具有带负载能力强的特点；腿式机器人可以能适应复杂的地形；蛇形式机器人具有转向灵活、地面适应能力强等特点。其共同不足之处是无法进行机器人的全方位移动。鉴于此，国内外学者研发出球形机器人。球形机器人是一种新型的移动机器人机构，其具有轮式机器人的机动性能以及腿式机器人适应复杂地形的优点，并且具有体积小、灵活迅速等特点，同时球形的外壳使球形机器人的运动姿态易于调整和恢复，因此，球形机器人是一种可实现全方位运动的移动式机器人。由于球形机器人系统是一类非完整欠驱动系统，可将其作为一种检验某种多输入多输出系统理论的实验平台。现有球形机器人的驱动原理主要有两类：基于球壳内部机构质心变化驱动和基于角动量守恒原理驱动的球形机器人，其主要功能主要是实现球形机器人的全向移动，然而现有的球形机器人大多数难以实现球形机器人的自转运动，如专利号为201611199608本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于陀螺进动效应的球形机器人机构，包括设于外球壳(1)内部的陀螺驱动单元，其特征在于：所述陀螺驱动单元包括正方体支架(2)以及设于正方体支架(2)内部的陀螺转子机构和全向轮驱动单元，所述陀螺转子机构包括球形陀螺支架(7)和设于球形陀螺支架(7)内部的陀螺转子(8)，所述陀螺转子(8)由自带有增量式编码器的转子电机(10)驱动并进行高速旋转；所述全向轮驱动单元包括围绕球形陀螺支架(7)布置并驱动球形陀螺支架(7)万向转动的六个全向轮驱动组件。

【技术特征摘要】
1.基于陀螺进动效应的球形机器人机构，包括设于外球壳(1)内部的陀螺驱动单元，其特征在于：所述陀螺驱动单元包括正方体支架(2)以及设于正方体支架(2)内部的陀螺转子机构和全向轮驱动单元，所述陀螺转子机构包括球形陀螺支架(7)和设于球形陀螺支架(7)内部的陀螺转子(8)，所述陀螺转子(8)由自带有增量式编码器的转子电机(10)驱动并进行高速旋转；所述全向轮驱动单元包括围绕球形陀螺支架(7)布置并驱动球形陀螺支架(7)万向转动的六个全向轮驱动组件。2.根据权利要求1所述的基于陀螺进动效应的球形机器人机构，其特征在于：所述全向轮驱动组件主要包括由直流电机(5)驱动的单排全向轮(6)和检测单排全向轮(6)转动角度的绝对式编码器(3)，两两相对的单排全向轮(6)为一组，三组全向轮(6)分别处于正交于球形陀螺支架(7)中心的三个相互垂直的平面上。3.基于陀螺进动效应的球形机器人行走方法，其特征在于采用了如权利要求1～2中任意一项所述的基于陀螺进动效应的球形机器人机构，其行走方案为：①、初始时刻，通过安...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏世民，朱赣闽，王颖丽，杨政，刘博，黄起能，张英坤，喻洋，陈冠男，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11