基于偏心结构与转轮驱动的球形机器人及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于偏心结构与转轮驱动的球形机器人及其控制方法，球形机器人包括转轮机构和摆锤结构，转轮机构安装在内部结构支撑架上，摆锤结构挂接在两内部结构支撑架上，能够绕内部结构支撑架进行转动；控制方法具体为：通过机器人的实际运动状态与预期参考轨迹，得到修正广义加速度，修正广义加速度与机器人的实际运动状态通过在线计算，转化为实际运动控制所需的力矩数值，进而驱动球形机器人运动。本发明专利技术利用转轮的角动量转换提供额外的动力矩，对球形机器人的驱动力矩进行补偿，从而提高其翻越障碍的能力，降低加减速过程中因重力势能造成的动能损耗；且控制方法通过逆动力学方程进行系统解耦，减少运动过程中的控制误差。制误差。制误差。

【技术实现步骤摘要】
基于偏心结构与转轮驱动的球形机器人及其控制方法


[0001]本专利技术属于机器人
，具体涉及一种基于偏心结构与转轮驱动的球形机器人及其控制方法。

技术介绍

[0002]球形机器人是一类依靠内部驱动结构产生驱动力矩的移动式机器人，其具有易防护性与不倾覆的特点。现有球形机器人往往采取单一的驱动原理与使能结构，驱动力矩的约束往往使其在运动性能方面受到限制。
[0003]偏心结构是现有球形机器人中常见的驱动结构之一，其原理是将摆锤偏心产生的重力矩转化为驱动力矩带动机器人运动。偏心结构能够提供的力矩同时受到驱动原理与机械设计的制约，使得采用这一结构的球形机器人在运动能力与控制精度方面受到限制。由于偏心结构提供的最大力矩与内部机械设计相关，机器人能够获得的最大驱动力矩不足，使其在复杂地形中的越障性能存在限制；偏心结构某一时刻提供的力矩与当前偏置角度存在耦合，使得机器人控制容易产生误差；机器人的加减速过程依赖偏心结构的大角度偏置，其产生的重力势能将导致动能损耗。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于偏心结构与转轮驱动的球形机器人，其特征在于，包括位于球形外壳(1)内部的内部结构支撑架(2)、转轮机构(3)和摆锤结构(6)，其中内部结构支撑架(2)为两个，对称设置在球形外壳内部；所述转轮机构(3)安装在内部结构支撑架(2)上，且转轮机构(3)远离球心设置；所述摆锤结构(6)挂接在两内部结构支撑架(2)上，能够绕内部结构支撑架(2)进行转动。2.根据权利要求1所述的球形机器人，其特征在于，所述内部结构支撑架(2)包括中空的圆筒(201)、多个支撑杆(202)和空心轴杆(203)；多个支撑杆(202)均匀分布在圆筒(201)的圆周上；空心轴杆(203)固定连接在圆筒(201)靠近球形外壳(1)球心的一端，且空心轴杆(203)末端设有凹槽，两凹槽嵌合在一起，组成空心主轴。3.根据权利要求2所述的球形机器人，其特征在于，所述转轮机构(3)包括转轮(301)和驱动电机(302)，所述驱动电机(302)的输出轴与转轮(301)中心轴连接，且驱动电机(302)设置在圆筒(201)内部。4.根据权利要求3所述的球形机器人，其特征在于，所述转轮(301)侧面均匀设有多个通孔，用于放置配重(304)。5.根据权利要求3所述的球形机器人，其特征在于，所述摆锤结构(6)包括摆臂(601)和摆锤电机(602)，摆臂(601)顶部悬挂于空心主轴上，摆臂(601)还安装有摆锤电机(602)和电路电气元件(603)。6.根据权利要求5所述的球形机器人，其特征在于，所述空心主轴上安装有导电滑环(5)，其外环连线接通电路电气元件(603)，内环连线与驱动电机(302)连接。7.根据权利要求6所述的球形机器人，其特征在于，所述电路电气元件(603)包括上位机、下位机...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈学超，袁志诚，吴嘉豪，余张国，孟非，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：