万向滚动球形机器人.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102398265A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102398265A(43)申请公布日2012.04.04(21)申请号201010285063.8(22)申请日2010.09.17(71)申请人俞建峰地址214174江苏省无锡市惠山区堰新路328号机电检测中心(72)发明人俞建峰(51)Int.Cl.B25J11/00(2006.01)B62D57/00(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称万向滚动球形机器人(57)摘要本发明公开了一种万向滚动球形机器人，涉及球形机器人领域。短轴电机和短轴处于球壳中心线，以内框两端为转动支承；长轴经过球壳中心线，与短轴所在的球壳中心线垂直相交于球心；长轴以球壳内侧为转动支承副，长轴上的被动齿轮与长轴电机连接的长轴主动齿轮啮合；方位电机轴线经过球心，惯性轮与方位电机相连接，惯性轮的对称线经过方位电机轴线，短轴和长轴旋转导致惯性轮翻转，实现球形机器人的直线运动，方位电机转动惯性轮实现球形机器人转向控制。本发明三个自由度互相独立，实现了球形机器的全方位移动，实现了球形机器人球面的万向滚动，控制方式简单，惯性轮重心易于调节，内框的框形结构可用于控制电路板、电源等部件的放置。CN10239865ACN102398265A权利要求书1/1页1.一种万向滚动球形机器人，包括球壳和内部的行走驱动装置，其特征在于：行走驱动装置包括处于球壳中心线的短轴电机和短轴，短轴经过内框对称线，并以内框两端为转动支承；长轴经过球壳中心线，该中心线与短轴所在的球壳中心线垂直相交于球心；长轴以球壳内侧为转动支承副，两对长轴支承轴承对称安装在球壳内侧；长轴电机以长轴支承轴承为转动支承，长轴电机所在轴线与长轴所在轴线平行；长轴上的被动齿轮与长轴电机连接的长轴主动齿轮啮合；内框中心与球壳中心重合，内框的两对称线分别与短轴和长轴的中心线重合；方位电机轴线经过球心，且该轴线垂直于短轴中心线和长轴中心线相交构成的平面；惯性轮与方位电机相连接，惯性轮的对称线经过方位电机轴线；短轴和长轴旋转导致惯性轮翻转，实现球形机器人的直线运动，方位电机转动惯性轮实现球形机器人转向控制。2.根据权利要求1所述的万向滚动球形机器人，其特征在于：所述内框为“十字形”形状或者两侧中部带圆弧形长方体，圆弧圆心位于内框的对称中心。3.根据权利要求2所述的万向滚动球形机器人，其特征在于：所述内框固定在长轴上，长轴转动时带动内框、短轴、短轴电机、方位电机、惯性轮同步转动。4.根据权利要求1所述的万向滚动球形机器人，其特征在于：所述惯性轮的横截面为圆形、梯形、或者长方形，在惯性轮的上方开有圆孔，降低惯性轮的重心位置。5.根据权利要求1所述的万向滚动球形机器人，其特征在于：所述短轴以内框为支撑，并以内框两端为转动副。6.根据权利要求5所述的万向滚动球形机器人，其特征在于：所述短轴的轴线与长轴轴线、方位电机轴线相交于球心，并且短轴的轴线、长轴轴线、方位电机轴线互相垂直。7.根据权利要求1所述的万向滚动球形机器人，其特征在于：所述方位电机固定在短轴上，短轴电机转动时，带动短轴、方位电机、惯性轮同步转动。2CN102398265A说明书1/4页万向滚动球形机器人技术领域[0001]本发明涉及一种球形机器人，特别是一种万向滚动球形机器人，属于机电一体化技术领域。背景技术[0002]球形机器人是球状的移动机器人，类似于仓鼠球，本质是改变内部的重心位置以提供移动驱动力，同时方向可控性好。它能在泥、沙、雪甚至水中行动，也可在有毒气体泄露、辐射、生物危害环境下活动，适合危险环境探测、太空开发、消防救灾、军事活动、科学考察、家庭服务和娱乐等领域。[0003]球形机器人与轮形移动机器人相比，有其独特的优点。球形机器人是全封闭的个体。轮形移动机器人易受污染，也不能翻倒；由于其惯性不足，导致其越过粗糙表面的能力较弱。要增加轮形移动越障能力，只有增大轮子的尺寸，但是也增加了机器人的总体尺寸和重量。球形机器人的发明就是由增强机器人的越障能力而推动的。第一台具有真正意义上的球形机器人运动机构是由芬兰赫尔辛基大学的Halme教授于1996年提出来的，该球形机器人的球壳内设计了一套单轮机构驱动球体运动，通过改变球体的重心实现球体的直线运动，缺点是不能实现转向。球形机器人在近十多年来得到众多研究者的关注和重视。[0004]南京航空航天大学杨忠等人的发明专利“结构简化的全方位运动球形机器人”（专利号ZL200810020280.7）的主轮在行走电机的驱动下沿球壳内侧滚动，从而驱动球体作直线运动，质量小车在其内部电机的驱动下沿圆弧架运动，使球体重心左右偏移，从而实现机器人的转向控制，该结构的机器人利用不完整系统的特点使用2个电机