CN105911998A - 球形驱动联动装置 - Google Patents
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Abstract
一种球形驱动联动装置，包括：球壳和球帽，球壳内部设有行走驱动机构和球帽驱动机构，球帽内设有球外磁模块；行走驱动机构包括一对摩擦转轮、分别驱动摩擦转轮旋转的一对第一驱动电机，摩擦转轮的外轮毂利用摩擦力带动球壳滚动；球帽驱动机构包括装在行走驱动机构上的安装腔体、设于安装腔体内的第二驱动电机以及由第二驱动电机带动旋转的球内磁模块，球内磁模块与球外磁模块下上相互对应，球内磁模块旋转产生感应磁场，球外磁模块在磁场的作用下使球帽可相对悬浮于球壳之上。本发明外形小巧、结构紧凑稳固、控制准确平稳，通过行走驱动机构贴合球壳内表面驱动球体运动，球体内外通过磁性模块相互耦合作用实现非接触式联动。
Description
技术领域
本发明涉及球形运行装置，更具体的涉及一种球形驱动联动装置。
背景技术
球形运动装置这类产品主要用在玩具产业或现在流行的VR虚拟现实游戏行业，目前，现在市面上同类产品主要问题和缺点在于：1、装置的驱动控制方式不够准确到位，不能按照操作指示准确的进行直行、转弯、停止运动等；2、现有技术中能实现球内机构带动球体运动，但这种球体不能带着其他球体外构件进行运动。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种球形驱动联动装置。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种球形驱动联动装置，包括：球壳、球帽以及控制系统，所述球壳内部设有行走驱动机构和球帽驱动机构，所述球帽底端面呈向内凹入的球形弧面，球帽内设有球外磁模块；所述行走驱动机构包括：对称设置的摩擦转轮、分别驱动摩擦转轮旋转的一对第一驱动电机以及设于中部的重心铁块，所述摩擦转轮的外轮毂呈截顶半球弧结构，由外轮毂利用摩擦力带动球壳滚动；所述球帽驱动机构包括：装在行走驱动机构上的安装腔体、设于安装腔体内的第二驱动电机以及由第二驱动电机带动旋转的球内磁模块，所述球内磁模块与球外磁模块下上相互对应，球内磁模块旋转产生感应磁场，球外磁模块在磁场的作用下使球帽可相对悬浮于球壳之上。
作为优选方案，所述控制系统包括：控制工作状态的MCU微控单元、电源模块、用于与操控端之间传输信号的通信模块、用于检测空间运动状态的传感器模块以及行走驱动机构控制模块和球帽驱动机构控制模块，所述行走驱动机构控制模块在第一驱动电机上各设置有一套控制单元，分别控制两个第一驱动电机相对独立工作。
作为优选方案，所述控制系统还包括设在球帽内且无线连接于MCU微控单元的球帽模块，所述球帽模块包括多角度拍摄和录像的摄像头。
作为优选方案，所述球帽模块包括用于检测附近障碍物的红外探头传感器。
作为优选方案，所述传感器模块包括陀螺仪传感器和加速度传感器。
作为优选方案，所述通信模块为蓝牙模块。
作为优选方案，所述电源模块为可充电式锂电池。
作为优选方案，所述摩擦转轮的外轮毂上加装有增大摩擦驱动力的橡胶条。
作为优选方案，所述球壳内设置有音箱。
作为优选方案，所述第一驱动电机的动力输出端分别连接有减速机，减速机再通过传动轴插接在与其相邻的摩擦转轮上。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明的装置主要用于玩具领域中，搭配不同的造型可以制作各种有趣主题的遥控玩具；或通过手机控制配合VR虚拟场景，成为一种虚拟和现实结合的高科技机器人玩具。本发明外形小巧、结构紧凑稳固、控制准确平稳，本装置通过内设的行走驱动机构贴合球壳内表面驱动球体运动，球体内外通过磁性模块相互耦合作用，实现球体与球体外构件非接触式联动。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，其中：
图1为本发明较佳实施例的内部结构示意图；
图2为本发明较佳实施例的电路原理示意图。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。较佳实施例中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
请参见图1，本发明较佳实施例中设计的一种球形驱动联动装置，其具体包括：球壳10、球帽20、行走驱动机构、球帽驱动机构以及控制系统，球壳10呈球形壳体结构，球帽20位于球壳10的上方，行走驱动机构和球帽驱动机构都设于球壳10的内部，由行走驱动机构驱动球壳10进行滚动，由球帽驱动机构连接支撑着球帽20，控制系统用于控制整台装置的运行状态。
具体地，行走驱动机构安装在球壳10的内部下侧，行走驱动机构主要包括：一对摩擦转轮31和一对第一驱动电机32，两个摩擦转轮31对称设置，摩擦转轮31的外轮毂呈截顶半球弧结构，两个外轮毂的相对端面圆直径大于相背端面圆直径。摩擦转轮31的外轮毂底端部直接相贴于球壳10的内表面，两个第一驱动电机32安装在两个摩擦转轮31之间，第一驱动电机32的动力输出端分别连接有减速机（图中未标示），减速机再通过传动轴插接在与其相邻的摩擦转轮31，由第一驱动电机32通过减速机带动摩擦转轮31进行旋转，再由摩擦转轮31的外轮毂底端部利用摩擦力带动球壳10滚动。两个第一驱动电机32相对独立工作，其各有一套控制单元，来分别控制摩擦转轮31的转速，当两个第一驱动电机32朝向同侧输出相同转速时，球壳10能够直线前进或后退；当两个第一驱动电机32朝向同侧输出不同转速时，球壳10能够进行曲线前进或后退；当两个第一驱动电机32朝向不同侧输出相同转速时，球壳10能够以其中心为轴原地自转；当两个第一驱动电机32朝向不同侧输出不同转速时，球壳10能够以其转速低的一侧为轴原地转圈，从而使得本装置能够在平面上按照任意指令进行通畅无阻的行走滚动。在行走驱动机构的中心还设置有重心铁块33，重心铁块33使得整个球形装置具有一个平稳的重心，运动时能够保持平衡、稳定。
进一步地，在摩擦转轮31的外轮毂上还加装有橡胶条34，橡胶条34是为了增加摩擦转轮31的外轮毂与球壳10内表面之间的摩擦力，使得第一驱动电机32带动摩擦转轮31能够输出足够大的驱动力。
具体地，球帽驱动机构安装在球壳10的内部上侧，球帽驱动机构主要包括：安装腔体41、第二驱动电机42以及球内磁模块43，安装腔体41安装在行走驱动机构的上方，安装腔体41用于支撑安装整个机构，第二驱动电机42设置在安装腔体41内，其动力输出端朝向上方，并传动连接于球内磁模块43，由第二驱动电机42带动球内磁模块43旋转。球内磁模块43内设置有磁性构件44，球内磁模块43旋转时能够产生感应磁场。
具体地，球帽20的底端面呈向内凹入的球形弧面，球帽20能够扣在球壳10的正上方，在球帽20内设置有球外磁模块21，球外磁模块21内也设置有磁性构件，球外磁模块21与球内磁模块43相互对应上下设置，两者之间仅相隔一层球壳10。球内磁模块43旋转时，球外磁模块21在磁场的作用下，也能够进行同步旋转，使得球壳10滚动过程中，球帽20始终相对悬浮于球壳10的上方，不会掉下来。
请参见图2，本装置的控制系统主要包括：MCU微控单元51、电源模块52、通信模块53、传感器模块54、行走驱动机构控制模块55以及球帽驱动机构控制模块56。
MCU微控单元51为本装置的中央处理单元，其设置在球壳10的内部。MCU微控单元51用于接收传感器模块54的各种检测信号，经过运算处理后，发出驱动信号给行走驱动机构控制模块55以及球帽驱动机构控制模块56，控制两个机构的工作状态。
电源模块52设置在球壳10的内部，电源模块52为可充电式锂电池，为本装置提供电力。
通信模块53可以是蓝牙模块，蓝牙模块用于与操控端之间传输各种控制信号或数据信号。通信模块53并不只限于蓝牙模块，也可以是其他通信方式。
传感器模块54包括设置在球壳10内部的陀螺仪传感器和加速度传感器等，陀螺仪传感器和加速度传感器等传感器能够实时检测球壳10或者球帽20的空间运动状态。传感器模块54并不只限于上述两种传感器，也可以是其他用于检测运动状态或空间方位的其他运动传感器。
行走驱动机构控制模块55在第一驱动电机32上各设置有一套控制单元，分别控制两个第一驱动电机32相对独立工作。球帽驱动机构控制模块56为设置在第二驱动电机42上的控制单元，控制第二驱动电机42工作。
进一步地，本套控制系统还包括设置在球帽20内的球帽模块（图中未标示），球帽模块无线连接于MCU微控单元51，球帽模块可以包括摄像头和红外探头传感器等，摄像头能够进行多角度拍摄和录像，然后将图像数据传输到相应的操控端显示界面，红外探头传感器能够实时检测本装置所处周围环境，当检测到周围有障碍物时，会及时进行避让。本发明所涉及的传感器并不限于本实施例，也可以根据需要设置其他的能够达到相同功能效果的传感器。由于球壳10要进行滚动前进，因此，像摄像头和红外探头传感器这样要进行嵌装的构件就必须要设置在球帽20上。
进一步地，在球壳10上还设置有音箱（图中未标示），通过音箱能够播放音乐。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1. 一种球形驱动联动装置，其特征在于，包括：球壳、球帽以及控制系统，所述球壳内部设有行走驱动机构和球帽驱动机构，所述球帽内设有球外磁模块；
所述行走驱动机构包括：对称设置的摩擦转轮、分别驱动摩擦转轮旋转的一对第一驱动电机以及设于中部的重心铁块，所述摩擦转轮的外轮毂呈截顶半球弧结构，由外轮毂利用摩擦力带动球壳滚动；
所述球帽驱动机构包括：装在行走驱动机构上的安装腔体、设于安装腔体内的第二驱动电机以及由第二驱动电机带动旋转的球内磁模块，所述球内磁模块与球外磁模块下上相互对应，球内磁模块旋转产生感应磁场，球外磁模块在磁场的作用下使球帽可相对悬浮于球壳之上。
2.根据权利要求1所述的球形驱动联动装置，其特征在于，所述控制系统包括：控制工作状态的MCU微控单元、电源模块、用于与操控端之间传输信号的通信模块、用于检测空间运动状态的传感器模块以及行走驱动机构控制模块和球帽驱动机构控制模块，所述行走驱动机构控制模块在第一驱动电机上各设置有一套控制单元，分别控制两个第一驱动电机相对独立工作。
3.根据权利要求2所述的球形驱动联动装置，其特征在于，所述控制系统还包括设在球帽内且无线连接于MCU微控单元的球帽模块，所述球帽模块包括多角度拍摄和录像的摄像头。
4.根据权利要求3所述的球形驱动联动装置，其特征在于，所述球帽模块包括用于检测附近障碍物的红外探头传感器。
5.根据权利要求2至4任一项所述的球形驱动联动装置，其特征在于，所述传感器模块包括陀螺仪传感器和加速度传感器。
6.根据权利要求2至4任一项所述的球形驱动联动装置，其特征在于，所述通信模块为蓝牙模块。
7.根据权利要求2至4任一项所述的球形驱动联动装置，其特征在于，所述电源模块为可充电式锂电池。
8.根据权利要求1或2所述的球形驱动联动装置，其特征在于，所述摩擦转轮的外轮毂上加装有增大摩擦驱动力的橡胶条。
9.根据权利要求1或2所述的球形驱动联动装置，其特征在于，所述球壳内设置有音箱。
10.根据权利要求1或2所述的球形驱动联动装置，其特征在于，所述第一驱动电机的动力输出端分别连接有减速机，减速机再通过传动轴插接在与其相邻的摩擦转轮上。
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