CN103158433A - 用于驱动球轮的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于驱动球轮的系统。根据本发明示例性实施方式的用于驱动球轮的系统可以包含：旋转球，具有多个磁模块；固定体，具有多个被调试并配置成通过电流产生磁场的线圈模块，并部分地围住旋转球以使旋转球的一部分露出；支撑轮，布置在旋转球与固定体之间，该支撑轮被调试并配置成(i)保持旋转球与固定体之间的大致恒定的距离，并且(ii)可旋转地支撑该旋转球；传感器，设置在旋转球和固定体的至少一个中，该传感器被调试并配置成测量旋转球的旋转速度和位置；以及控制装置，被调试并配置成接收驱动信号以及传感器所测量的旋转速率和位置，并传送将电流供应至线圈模块的控制信号。

Description

用于驱动球轮的系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2011年12月8日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2011-0131193号的优先权和利益，其全部内容通过引用的方式结合入本文。
技术领域
本发明涉及一种用于驱动球轮的系统，更具体地，涉及一种用于驱动球轮的系统，其在全方向上移动球轮且为直接驱动。
背景技术
近来，车轮直接与电机连接以直接驱动车轮的轮毂电机变得尤为引人注意。然而，轮毂电机和传统车轮驱动类型具有一个自由度(DOF)。因此，轮毂电机不能在所有方向上移动车辆。
为解决这个问题，将球形装置(spherical linkage)或球轮应用在车辆的车轮上。但是，使用球形装置或球轮的车辆或驱动装置(例如，美国专利第4785899号和美国专利公开第2002-0153205号)很难控制或很难达到三个自由度的移动。此外，已公开被磁体和线圈所产生的磁力而驱动的球轮(例如，韩国专利公开第10-2009-0093523号和美国专利第6906441号)，但是因为车辆的车轮在任意方向上转动，将磁体设定在固定位置是富有挑战性的。
以上在背景部分公开的信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此可以包含不构成已经为国内本领域普通技术人员所知的现有技术的信息。
发明内容
本发明努力提供一种用于驱动球轮的系统，其具有基于使用者所设定的方向而有效地在所有方向上移动车辆的优点。
根据本发明示例性实施方式的用于驱动球轮的系统可包含：旋转球，具有多个磁模块；固定体，具有被调试并配置成通过电流产生磁场的多个线圈模块，并部分地围住旋转球以使旋转球的一部分露出；支撑轮，位于旋转球与固定体之间，且被调试并配置成(i)保持旋转球与固定体之间的大致恒定的距离以及(ii)可旋转地支撑该旋转球；传感器，设置在旋转球和固定体的至少一个内，被调试并配置成测量旋转球的旋转速度和位置；以及控制装置，被调试并配置成接收驱动信号以及由传感器所测量的旋转速率和位置，并传送将电流供应到线圈模块的控制信号。
磁模块可以是线圈。
磁模块可以等距地定位在旋转球的圆周方向上，线圈模块可以定位在旋转球的圆周方向上以对应于磁模块。
磁模块可以插入旋转球并布置成靠近旋转球的外周。
各个线圈模块可以插入固定体并布置成靠近固定体的内周。
控制装置可以根据通过驱动信号而旋转的旋转球的旋转方向而将线圈模块分成几个部分，并相继向线圈模块的各个部分供应电流。
附图说明
图1是根据本发明示例性实施方式的用于驱动球轮的系统的示意图。
图2是根据本发明示例性实施方式的球轮的示意图。
图3和图4是根据本发明示例性实施方式的用于驱动球轮的系统的操作示意图。
图5～图7是根据本发明示例性实施方式的球轮的驱动方向上的磁场活动和供应到固定体的线圈模块中的电流的方向的示意图。
提供以下附图标记以方便阅读者：
1：用于驱动球轮的系统
10：球轮
12：旋转球  13：磁模块
14：固定体  15：线圈模块
16：支撑轮
20：传感器
30：控制装置
具体实施方式
本发明的示例性实施方式将参考附图进行详细描述，以使本领域技术人员容易实施。
这些示例性实施方式是根据本发明的示例性实施方式。由于本领域技术人员可以以多种形式实施本发明，应该理解的是，本发明的范围不局限于下文所描述的示例性实施方式。
图1是根据本发明示例性实施方式的用于驱动球轮的系统的示意图，图2是根据本发明示例性实施方式的球轮的示意图。
用于驱动球轮的系统1用于改变磁场从而在所有方向上驱动车辆并独立地驱动球轮。参考图1和图2，用于驱动球轮的系统1包含球轮10、传感器20和控制装置30。
球轮10具有三个旋转自由度以在所有方向上移动。球轮10包含旋转球12、固定体14、和一个或多个支撑轮16。
旋转球12在接触底面的状态下旋转并包含多个受磁场影响的磁模块13。旋转球12可以设置为多种类型。根据一个示例性实施方式，旋转球12可以是中空的球。
多个磁模块13插入旋转球12中并布置成靠近旋转球12的外周。同时，磁模块13设置在旋转球12的径向方向上并等距地沿圆周定位。根据一个示例性实施方式，通过连接所有多个磁模块13而形成的多边形可以是十二面体或二十面体。如图所示，磁模块13受到由固定体14的线圈模块15所产生的磁场的影响。根据示例性实施方式，磁模块13可以是，但不局限于，线圈。然而，磁模块13可以是金属块。同样，旋转球12的外周可以是金属面。可以通过固定体14的线圈模块15中的磁场变化所产生的电磁感应来驱动旋转球12。
固定体14部分地围住旋转球12以使旋转球12的一部分露出。固定体14包含多个通过电流产生磁场的线圈模块15。固定体14可以根据与球轮结合的物体而设置为多种配置。但是，固定体14应当具有大致与旋转球12的外周相匹配的内周。
多个线圈模块15插入固定体14中并布置成靠近固定体14的内周。此外，各个线圈模块15对应于多个磁模块13中的一个。更详细地说，在固定体14内的旋转球部分上的磁模块13与彼此对应的线圈模块15逐一匹配。如上所述，磁模块13沿旋转球12的圆周等距地定位，且线圈模块15位于旋转球12的圆周方向上以对应磁模块13。然而，线圈模块15不能布置在固定体14的端部，也就是，旋转球12露出的部分。因此，磁模块13的数量可以多于线圈模块15的数量。
线圈模块15使用从电流供给设备(未示出)供应而来的电流而产生磁场。
支撑轮16布置在旋转球与固定体之间以保持旋转球12与固定体14之间的恒定距离。特别地，支撑轮16可旋转地支撑旋转球12。多个支撑轮16设置为多种类型。根据示例性实施方式，支撑轮16可以是圆形球轮(ball caster)、球形轴承、或万向轮。
传感器20设置在旋转球12和固定体14的至少一个中，并测量旋转球12的旋转速度和位置。根据示例性实施方式，如图2所示，传感器20布置成靠近固定体14的内周。旋转球12的旋转速度可以使用光学传感器或磁传感器进行测量。同时，旋转球12的位置可以使用编码器来计算。
控制装置30用于向线圈模块15供应电流。更具体而言，控制装置30接收由使用者所设定的驱动信号以及由传感器20所测量的旋转速度和位置，并传递将电流供给线圈模块的控制信号。驱动信号包括球轮的移动，也就是，球轮的方向和速度。
特别地，根据通过驱动信号而旋转的旋转球12的旋转方向，控制装置30将线圈模块15划分为数个部分，并相继将电流供给线圈模块15的各个部分。
球轮的操作将在下文中详细描述。
图3和图4是示出根据本发明示例性实施方式的用于驱动球轮的系统的操作示意图。
如图3和图4所示，将描述旋转球12的磁模块13为线圈的示例性实施方式。在图3和图4中，虚线表示磁场且粗线表示磁力，即磁场的互引力(mutual attraction)。
当控制装置30在线圈模块15产生磁场时，控制装置30根据旋转球12的旋转方向将线圈模块15分成首先产生磁场的第一线圈模块17和其次产生磁场的第二线圈模块18，并相继向第一线圈模块17和第二线圈模块18供应电流。第一线圈模块17和第二线圈模块18布置成彼此靠近。此外，旋转球12的线圈19和磁模块13布置成对应于第一线圈模块17。
如果将电流供应至第一线圈模块17，在第一线圈模块17内产生的磁场经过旋转球12的线圈19。之后，如果已经供给第一线圈模块17的电流供应到第二线圈模块18，在第二线圈模块18内产生磁场。同时，在旋转球12的线圈19中引起(induce)阻碍固定体14中磁场变化的电流。因此，在旋转球12的线圈19中产生磁场。
因此，在旋转球12的线圈19中所产生的磁场与在第二线圈模块18中所产生的磁场之间产生互引力。因此，可移动的旋转球12朝向第二线圈模块18移动。
现在将详细描述上述的用于驱动球轮的系统1的操作。
图5～图7是根据本发明示例性实施方式的球轮的驱动方向上的磁场活动和供应到固定体的线圈模块中的电流的方向的示意图。图5～图7中的‘A’部、‘B’部、和‘C’部是线圈模块15中电流供给的部分。
如果使用者设定驱动方向，控制装置30基于驱动信号来传递将电流供给线圈模块15的控制信号。此时，控制装置30传递将从传感器20接收到的旋转球12的旋转速度和位置考虑在内的控制信号。
控制装置30根据所设定的旋转球12的旋转方向而将线圈模块15分成数个部分，并相继将电流供应到线圈模块15的各个部分。
根据示例性实施方式，图5～图7示出球轮被设定为从左旋转到右。
控制装置30根据设定的球轮的旋转方向而将固定体14的线圈模块15分成数个部分。因此，相继地，在电流供给布置在左边的线圈模块15之后，电流供给布置在中间和右边的线圈模块15。换言之，电流相继供给图5中‘A’部分的线圈模块15、图6中‘B’部分的线圈模块15、和图7中‘C’部分的线圈模块15。因此，如果在线圈模块15中产生从左到右变化的磁场，在对应于布置在左边的线圈模块15的磁场模块13中产生磁场。因此，通过线圈模块15的磁场与磁模块13的磁场之间的互引力而转动旋转球12。
根据本发明的示例性实施方式，球轮可以基于使用者所设定的方向而有效地在所有方向上移动。
尽管本发明已经结合目前考虑到的可行的示例性实施方式而进行了描述，应该理解的是，本发明不局限于所公开的实施方式，相反，意在涵盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种改变和等同配置。

Claims (6)

1.一种用于驱动球轮的系统，包含：
旋转球，具有多个磁模块；
固定体，具有多个被调试并配置成通过电流产生磁场的线圈模块，并部分地围住所述旋转球以使所述旋转球的一部分露出；
支撑轮，布置在所述旋转球与所述固定体之间，所述支撑轮被调试并配置成(i)保持所述旋转球与所述固定体之间的大致恒定的距离以及(ii)可旋转地支撑所述旋转球；
传感器，设置在所述旋转球和所述固定体的至少一个中，所述传感器被调试并配置成测量所述旋转球的旋转速度和位置；以及
控制装置，被调试并配置成接收驱动信号以及由所述传感器测量的旋转速度和位置，并且传递将电流供给所述线圈模块的控制信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，
所述磁模块是线圈。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，
所述磁模块等距地定位于所述旋转球的圆周方向上，并且所述线圈模块定位于所述旋转球的圆周方向上以对应于所述磁模块。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，
所述磁模块插入所述旋转球中，并布置成靠近所述旋转球的外周。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，
所述线圈模块插入所述固定体中，并布置成靠近所述固定体的内周。
6.根据权利要求2所述的系统，其中，
根据通过所述驱动信号而旋转的所述旋转球的旋转方向，所述控制装置将所述线圈模块分成数个部分，并相继向所述线圈模块的各个部分供应电流。
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