本发明专利技术公开了一种可越障抗冲击的全向移动球形机器人驱动机构，包括两个重摆组件和一组飞轮组件，所述重摆组件和飞轮组件对称布置在主轴结构的转动主轴上，所述转动主轴的两边最外侧设置有弹簧减震器，弹簧减震器与外壳连接。本发明专利技术使得基于这种驱动结构的球形机器人有更好的环境适应能力和运动性能。有更好的环境适应能力和运动性能。有更好的环境适应能力和运动性能。
【技术实现步骤摘要】
一种可越障抗冲击的全向移动球形机器人驱动机构
[0001]本专利技术属于机器人
，具体涉及一种可越障抗冲击的全向移动球形机器人驱动机构。
技术介绍
[0002]球形移动机器人是一种拥有球形外壳的全封闭机器人，它通过质心偏移和动量守恒等原理来实现运动。球形机器人具有良好的密封性，优良的运动性能，动静平衡好，因此在军事侦察、危险和恶劣环境下的探测具有较大的优势和广泛的应用潜力。
[0003]球形机器人一般由球形外壳和内部控制系统、动力系统、运动执行装置、传感器等组成。近年来，球形机器人驱动结构主要可以分为三类：基于全向轮的偏心扭矩驱动结构，基于陀螺仪的内驱动结构，基于重摆的偏心扭矩驱动结构。其中基于重摆的偏心扭矩驱动结构是一种机动性更高，更易实现的结构。
[0004]球形机器人的偏心重摆驱动结构可以分为单摆和双摆两种，单摆结构和串联双摆结构可以实现空间两自由度摆动，具有良好的灵活性，但是平衡性能差，控制结构复杂；并联双摆驱动结构可以提供更大的驱动力矩，但是在运动过程中，特别是转向时，同样难以保持平衡；且在崎岖路面，传统球形机器人抗冲击能力差，内部驱动机构会受冲击周期性震荡，甚至驱动能力失效；另外基于偏心重摆驱动结构的球形机器人的越障能力与重摆能达到的摆角密切相关，这对机器人的机械设计提出了更高的要求。
[0005]因此，如何提高基于偏心重摆驱动结构的球形机器人的稳定性和越障能力，以降低球形机器人的控制难度和增加球形机器人的应用场景，是当前研究的重点课题。
技术实现思路
[0006]为了克服以上技术问题，本专利技术提出一种可越障抗冲击的全向移动球形机器人驱动机构，使得基于这种驱动结构的球形机器人有更好的环境适应能力和运动性能。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0008]一种可越障抗冲击的全向移动球形机器人驱动机构，包括两个重摆组件3和一组飞轮组件2，所述重摆组件3和飞轮组件2对称布置在主轴结构1的转动主轴101上，所述转动主轴101的两边最外侧设置有弹簧减震器5，弹簧减震器5与外壳连接。
[0009]所述主轴结构1包括依次布置在转动主轴101上减震器轴承102、重摆轴承104、飞轮轴承105，飞轮套筒107与飞轮轴承105过盈配合，绕转动主轴101转动，止推轴承108和Ⅱ型法兰螺母106对套筒实现轴向定位，重摆轴承104与重摆套筒304间隙配合，并通过Ⅰ型法兰螺帽103轴向定位，转动主轴101两侧零件镜像布置。
[0010]所述重摆组件3包括预紧装置、直流减速电机301、飞轮驱动电机307和摩擦轮驱动电机313，预紧装置是由预紧弹簧314，可移电机座315，移动导轨316，导轨支座317组成的一个弹性滑块机构，三个驱动电机的轴与转动主轴101平行，摩擦轮驱动电机313对应滚动外壳，飞轮驱动电机307对应飞轮组件2，直流减速电机301和刹车机构4连接；所述直流减速电
机301固定在电机支撑座303上，直流减速电机301的电机轴垂直于重摆内挡板305，直流减速电机301通过刹车联轴器302与双头滑动丝杆405连接，重摆套筒304将重摆内挡板305和重摆外挡板312固定，重摆套筒304与轴承配合，所述重摆内挡板305上固定飞轮驱动电机307，飞轮电机307的电机轴上固定小同步带轮306。
[0011]所述飞轮电机307和摩擦轮驱动电机313由控制板310控制，由C620电子调速器319进行速度和转向的调控，直流减速电机301由控制板310控制，通过stm32驱动板308实现正反驱动，航模电池318放置在电池架320上，靠近重摆外挡板312并留下一定空间放置配重块，电池连接中心板309用于给控制板310和电机分配用电，摩擦轮驱动电机313放置在电机座315上，与摩擦轮311通过D型孔连接，电机座315通过两个滑杆316和四个支座317固定在外挡板312上，导向滑杆316一端装有预紧弹簧314。
[0012]所述刹车机构4位于重摆内挡板305内侧，通过联轴器302与直流减速电机301相连，重摆内挡板305位于刹车内支座401和刹车外支座402之间，所述刹车外支座402上开有盲孔，放置微型轴承404，四根导向光轴407固定在内外支座上，双头滑动丝杆405一端放置在微型轴承404上，另一端和联轴器302连接，与直流减速电机301连接，两个滑动螺母403分别放置在滑动丝杆405两头，穿过导向光轴407与刹车压力块408固定，刹车压力块408上固定有刹车来令片406。
[0013]所述减震机构5连接主轴结构1和球形外壳，减震机构5包括三边轴承座504，三边轴承座504内圈和深沟球轴承102过盈配合，外侧三个角的位置设置可压缩的小型减震器，所述可压缩的小型减震器包括弹簧支架501、弹簧503、弹簧垫片506和弹簧中轴505，弹簧支架502与减震器外圈501铰链连接，所述弹簧减震器5为三个，呈星形布置，一端连接到主轴轴承102上，另一端连接到外壳。
[0014]所述飞轮组件2包括飞轮201、大同步带轮202、刹车盘203和飞轮垫圈205，所述飞轮201、同步带轮202、刹车盘203和飞轮垫圈205同轴设置，飞轮组件2固定在套筒204上，通过轴承绕转动主轴101旋转，所述飞轮组件2镜像布置在转动主轴101上，刹车盘203通过螺栓固定刹车盘座204，刹车盘座204与飞轮套筒107螺栓连接。
[0015]本专利技术的有益效果：
[0016]本专利技术提供了一种球形机器人偏心重摆驱动结构，基于重摆的偏心扭矩驱动的球形机器人有更好的机动性机动性，双重摆结构不仅提高重心偏移驱动力矩，同时可以实现独立控制，完成更多的运动轨迹；
[0017]利用飞轮旋转的产生陀螺效应，能将球形机器人运动过程中运动的偏转力矩转变成进动力矩，能够提高球形机器人的运动稳定性和越障能力，和飞轮对应的刹车机构将飞轮的转动惯量转化成球壳的转动力矩，进一步增强了球形机器人翻越大障碍物的能力；
[0018]弹簧减震机构使球形机器人获得了低空抛落能力，所述驱动电机预紧装置和挠性传动方式增强了球形机器人抗冲击能力和运动可靠性，这种偏心重摆驱动结构，使球形机器人拥有更强的运动能力，应用于更广泛的外部环境。
[0019]本专利技术利用飞轮结构的陀螺效应增加了基于重摆的偏心驱动结构的球形机器人的运动稳定性，利用刹车装置将飞轮高速转动的动能传递给重摆提高了球形机器人的爬坡能力和越障能力，利用减震器和挠性传动结构提高了球形机器人的抗冲击能力，使得基于这种驱动结构的球形机器人有更好的环境适应能力和运动性能。
附图说明
[0020]图1是本专利技术提供的一种整体结构俯视图。
[0021]图2是本专利技术提供的一种整体结构第一视角轴测图。
[0022]图3是本专利技术提供的一种整体结构第二视角轴测图。
[0023]图4是本专利技术提供的一种主轴结构示意图。
[0024]图5是本专利技术提供的一种飞轮组件的结构示意图。
[0025]图6是本专利技术提供本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种可越障抗冲击的全向移动球形机器人驱动机构，其特征在于，包括两个重摆组件(3)和一组飞轮组件(2)，所述重摆组件(3)和飞轮组件(2)对称布置在主轴结构(1)的转动主轴(101)上，所述转动主轴(101)的两边最外侧设置有弹簧减震器(5)，弹簧减震器(5)与外壳连接。2.根据权利要求1所述的一种可越障抗冲击的全向移动球形机器人驱动机构，其特征在于，所述主轴结构(1)包括依次布置在转动主轴(101)上减震器轴承(102)、重摆轴承(104)、飞轮轴承(105)，飞轮套筒(107)与飞轮轴承(105)过盈配合，绕转动主轴(101)转动，止推轴承108和Ⅱ型法兰螺母(106)对套筒实现轴向定位，重摆轴承(104)与重摆套筒(304)间隙配合，并通过Ⅰ型法兰螺帽(103)轴向定位，转动主轴(101)两侧零件镜像布置。3.根据权利要求1所述的一种可越障抗冲击的全向移动球形机器人驱动机构，其特征在于，所述重摆组件(3)包括预紧装置、直流减速电机(301)、飞轮驱动电机(307)和摩擦轮驱动电机(313)，预紧装置是由预紧弹簧(314)，可移电机座(315)，移动导轨(316)，导轨支座(317)组成的一个弹性滑块机构，三个驱动电机的轴与转动主轴(101)平行，摩擦轮驱动电机(313)对应滚动外壳，飞轮驱动电机(307)对应飞轮组件(2)，直流减速电机(301)和刹车机构(4)连接；所述直流减速电机(301)固定在电机支撑座(303)上，直流减速电机(301)的电机轴垂直于重摆内挡板(305)，直流减速电机(301)通过刹车联轴器(302)与双头滑动丝杆(405)连接，重摆套筒(304)将重摆内挡板(305)和重摆外挡板(312)固定，重摆套筒(304)与轴承配合，所述重摆内挡板(305)上固定飞轮驱动电机(307)，飞轮电机(307)的电机轴上固定小同步带轮(306)。4.根据权利要求3所述的一种可越障抗冲击的全向移动球形机器人驱动机构，其特征在于，所述飞轮电机(307)和摩擦轮驱动电机(313)由控制板(310)控制，由C620电子调速器(319)进行速度和转向的调控，直流减速电机(301)由控制板(310)控制，通过stm32驱动板(308)实现正反驱动，航模电池(318)放置在电池架(320)上，靠近重摆外挡板(3...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱爱斌，李诚，毛涵，宋纪元，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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