CN105966481A - 万向轮式球形运载装置及其使用方法 - Google Patents

万向轮式球形运载装置及其使用方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105966481A
CN105966481A CN201610339398.0A CN201610339398A CN105966481A CN 105966481 A CN105966481 A CN 105966481A CN 201610339398 A CN201610339398 A CN 201610339398A CN 105966481 A CN105966481 A CN 105966481A
Authority
CN
China
Prior art keywords
spherical
housing
universal wheel
wheel type
cabin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610339398.0A
Other languages
English (en)
Inventor
于涛
蔡伟伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Jiaotong University
Original Assignee
Shanghai Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Jiaotong University filed Critical Shanghai Jiaotong University
Priority to CN201610339398.0A priority Critical patent/CN105966481A/zh
Publication of CN105966481A publication Critical patent/CN105966481A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D57/00—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
    • B62D57/02—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D37/00—Stabilising vehicle bodies without controlling suspension arrangements
    • B62D37/04—Stabilising vehicle bodies without controlling suspension arrangements by means of movable masses
    • B62D37/06—Stabilising vehicle bodies without controlling suspension arrangements by means of movable masses using gyroscopes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D57/00—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
    • B62D57/02—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
    • B62D57/024—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members specially adapted for moving on inclined or vertical surfaces

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Motorcycle And Bicycle Frame (AREA)

Abstract

本发明提供了一种万向轮式球形运载装置及其使用方法，包括壳体、驾驶室以及动力驱动装置；其中，驾驶室设置在所述壳体的内侧；所述驾驶室的上端能够沿所述壳体的一侧内壁面滑动，下端能够沿所述壳体的另一侧内壁面滑动；所述动力驱动装置包括多个伸缩足；多个所述伸缩足的一端均连接所述壳体的外壁面。多个所述伸缩足沿所述壳体的外壁面依次均匀分布。本发明没有运动死区，实现球形机器人的全方位运动与球面的万向滚动，增强了遇到特殊情况时的机器人运动能力，提高了转向灵敏度，能够有效避障。

Description

万向轮式球形运载装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及，具体地，涉及一种万向轮式球形运载装置及其使用方法。
背景技术
球形机器人运动机构首先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，缺点是不能转向。
目前球形机器人存在的二个问题，一是部分球形机器人采用二驱动或三驱动实现的三自由度球形机器人存在运动死区，在球面的特殊区域与地面接触时，机器人失去运动能力；二是球形机器人未考虑越障功能，这就限制了球形机器人在很多方面的应用价值。因此，发明一种结构简单、控制难度低、具有良好越障避障能力、能够全方位移动并且能够实现球面万向滚动的新型球形机器人是非常必须的。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种万向轮式球形运载装置及其使用方法，尤其是能够有效实现越障、壁障及碰撞保护功能。本发明比其他球形机器人具有更大的运动灵活性和更强的平衡能力，在结构设计、控制方式方法上独具特点。本发明可用于星球探测、运输、救援、军事等方面。
根据本发明提供的万向轮式球形运载装置，包括壳体、驾驶室以及动力驱动装置；
其中，驾驶室设置在所述壳体的内侧；所述驾驶室的上端能够沿所述壳体的一侧内壁面滑动，下端能够沿所述壳体的另一侧内壁面滑动；
所述动力驱动装置包括多个伸缩足；多个所述伸缩足的一端均连接所述壳体的外壁面。
优选地，多个所述伸缩足沿所述壳体的外壁面依次均匀分布。
优选地，还包括顶部滚球和底部滚球；
所述驾驶室的上端设置有第一球形凹槽，下端设置有多个第二球形凹槽；所述第一球形凹槽和所述壳体的一侧内壁面之间设置有顶部滚球；
所述第二球形凹槽和所述壳体的另一侧内壁面之间设置有底部滚球。
优选地，还包括中央控制单元、陀螺仪以及广角成像系统；
所述陀螺仪设置在所述驾驶室；所述广角成像系统设置在所述壳体上；
所述中央控制单元电连接所述陀螺仪、所述广角成像系统、所述动力驱动装置的伸缩足。
优选地，所述壳体呈球形；所述驾驶室呈锥形；
所述驾驶室的下端呈球冠状；所述驾驶室设置有平衡重物；
所述伸缩足的底端呈球冠状。
本发明提供的所述的万向轮式球形运载装置的使用方法，包括如下步骤：
行进步骤，具体为，壳体下端前侧的伸缩足进行收缩运动；壳体下端后侧的伸缩足进行伸张运动；
制动步骤，具体为，壳体下端前侧的伸缩足进行伸张运动；壳体下端后侧的伸缩足进行收缩运动；
停止固定步骤，具体为，壳体下端前侧和后侧的伸缩足均进行伸张运动
越障步骤，具体为，壳体下端前侧和后侧的伸缩足均进行伸张运动；壳体下端的伸缩足进行收缩运动。
优选地，所述伸缩足的伸缩和收缩运动的行程可调。
优选地，还包括驾驶平衡调节步骤：
-中央控制单元实时接收陀螺仪传送的驾驶室的角位移、角加速度；通过控制相对应的伸缩足的伸缩速度与加速度，间接控制万向轮式球形运载装置的直线速度与加速度，利用惯性力的作用保持驾驶室直立与稳定性。
优选地，当发生碰撞时，碰撞的伸缩足进行收缩以吸收碰撞能量，同时中央控制单元取消的平衡调节步骤。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明没有运动死区，实现球形机器人的全方位运动与球面的万向滚动，增强了遇到特殊情况时的机器人运动能力，提高了转向灵敏度，能够有效避障；
2、本发明结构简单，控制方式简单，各伸缩足之间相互独立且运动方式相同，不存在机械耦合问题；
3、本发明中伸缩足行程可调可为障碍物腾出空间，从而实现越障功能；
4、本发明驾驶室与球形壳体无硬性机械连接，其直立控制与稳定性控制为驾驶员驾驶提供了可能；
5、本发明中万向轮式球形机器人或运载车辆发生高强度碰撞事故时，碰撞的伸缩足进行收缩可吸收部分能量，同时驾驶室可进行大幅度横摆或圆周运动进一步吸收能量，以减少驾驶室内的冲击。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明中万向轮式球形运载装置的一个方向的结构示意图；
图2为本发明中万向轮式球形运载装置的另一个方向的结构示意图；
图3为本发明中万向轮式球形运载装置前进示意图；
图4为本发明中万向轮式球形运载装置制动示意图；
图5为本发明中万向轮式球形运载装置停止示意图；
图6为本发明中万向轮式球形运载装置越障示意图；
图7为本发明中驾驶平衡调节控制流程图；
图8为本发明中万向轮式球形运载装置碰撞示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本实施例中，本发明提供的万向轮式球形运载装置，为旋转对称结构，采用外部动力驱动方式，包括壳体1、驾驶室2以及动力驱动装置；
其中，驾驶室2设置在所述壳体1的内侧；所述驾驶室2的上端能够沿所述壳体1的一侧内壁面滑动，下端能够沿所述壳体1的另一侧内壁面滑动；
所述动力驱动装置包括多个伸缩足4；多个所述伸缩足4的一端均连接所述壳体1的外壁面。
多个所述伸缩足4沿所述壳体1的外壁面依次均匀分布。
本发明提供的万向轮式球形运载装置，还包括顶部滚球8和底部滚球6；
所述驾驶室2的上端设置有第一球形凹槽，下端设置有多个第二球形凹槽；所述第一球形凹槽和所述壳体1的一侧内壁面之间设置有顶部滚球8；
所述第二球形凹槽和所述壳体1的另一侧内壁面之间设置有底部滚球6。
顶部滚球8和底部滚球6内嵌于驾驶室2表面，嵌入部分超过滚球最大圆周，顶部滚球8和底部滚球6内嵌表面与第一球形凹槽、第二球形凹槽配合表面涂有润滑油；
本发明提供的万向轮式球形运载装置，还包括中央控制单元、陀螺仪以及广角成像系统；
所述陀螺仪设置在所述驾驶室2；所述广角成像系统设置在所述壳体1上；
所述中央控制单元电连接所述陀螺仪、所述广角成像系统、所述动力驱动装置的伸缩足4。中央控制单元控制遍布球壳1外侧的伸缩足4实现伸缩运动，同时实时接收陀螺仪7传送的驾驶室2角位移、角速度等数据，通过控制微调伸缩足伸缩速度与加速度，间接控制万向轮式球形机器人或运载车辆直线速度与加速度，利用惯性力的作用保证驾驶室2直立与稳定性。
所述壳体1呈球形；所述驾驶室2呈锥形；六个广角成像系统3固定在壳体1周围，物理方位为上下左右，通过图像处理技术对周围环境完全成像。
所述驾驶室2的下端呈球冠状；所述驾驶室2设置有平衡重物；平衡重5与陀螺仪7用于保证驾驶室稳定性。
所述伸缩足4的底端呈球冠状。
本发明提供的所述的万向轮式球形运载装置的使用方法，包括如下步骤：
行进步骤，具体为，壳体1下端前侧的伸缩足进行收缩运动；具体为壳体1下端后侧的伸缩足进行伸张运动；如图3所示，行进时，壳体1最大圆周及其周围前端部分伸缩足9、10等进行收缩运动，后端部分伸缩足11、12等进行伸张运动。行进过程中前端部分伸缩足9、10等的收缩运动，腾出的空间相当于在前进方向上形成一个下坡，减少行进阻力；后端部分伸缩足11、12等进行伸张运动，其与地面摩擦力与支持力的作用形成驱动力。球形壳体1每个最大圆周伸缩足构成该方向行进车轮，转弯时有超过两个最大圆周伸缩足参与运动，由此称为万向轮式。
制动步骤，具体为，壳体1下端前侧的伸缩足进行伸张运动；壳体1下端后侧的伸缩足进行收缩运动；如图4所示，制动时，球形壳体1最大圆周及其周围前端部分伸缩足13、14等进行伸张运动，后端部分伸缩足27、28等进行收缩运动。制动过程中前端部分伸缩足15、16等的伸张运动，相当于在前进方向上形成一个上坡，增大行进阻力；后端部分伸缩足13、14等进行伸张运动，其与地面分离不提供驱动力。
停止固定步骤，具体为，壳体1下端前侧和后侧的伸缩足均进行伸张运动；如图5所示，停止时，球形壳体1底部小圆边缘伸缩足17、20等进行伸张运动将其支起实现固定。
越障步骤，具体为，壳体1下端前侧和后侧的伸缩足均进行伸张运动；壳体1下端的伸缩足进行收缩运动。如图6所示，越障时，球形壳体1底部与障碍物接触的部分伸缩足22、23等增大收缩行程可为障碍物腾出空间，由此实现越障功能。
所述伸缩足的伸缩和收缩运动的行程可调。
本发明提供的万向轮式球形运载装置的使用方法，还包括驾驶平衡调节步骤：
-中央控制单元实时接收陀螺仪7传送的驾驶室2的角位移、角加速度；通过控制相对应的伸缩足的伸缩速度与加速度，间接控制万向轮式球形运载装置的直线速度与加速度，利用惯性力的作用保持驾驶室2直立与稳定性。首先平衡重5可减小驾驶室摆动幅度，
当发生碰撞时，碰撞的伸缩足进行收缩以吸收碰撞能量，同时中央控制单元取消的驾驶平衡调节步骤。此时驾驶室可进行大幅度横摆甚至圆周运动进一步吸收能量，以减少驾驶室内冲击。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种万向轮式球形运载装置，其特征在于，包括壳体(1)、驾驶室(2)以及动力驱动装置；
其中，驾驶室(2)设置在所述壳体(1)的内侧；所述驾驶室(2)的上端能够沿所述壳体(1)的一侧内壁面滑动，下端能够沿所述壳体(1)的另一侧内壁面滑动；
所述动力驱动装置包括多个伸缩足(4)；多个所述伸缩足(4)的一端均连接所述壳体(1)的外壁面。
2.根据权利要求1所述的万向轮式球形运载装置，其特征在于，多个所述伸缩足(4)沿所述壳体(1)的外壁面依次均匀分布。
3.根据权利要求1所述的万向轮式球形运载装置，其特征在于，还包括顶部滚球(8)和底部滚球(6)；
所述驾驶室(2)的上端设置有第一球形凹槽，下端设置有多个第二球形凹槽；所述第一球形凹槽和所述壳体(1)的一侧内壁面之间设置有顶部滚球(8)；
所述第二球形凹槽和所述壳体(1)的另一侧内壁面之间设置有底部滚球(6)。
4.根据权利要求1所述的万向轮式球形运载装置，其特征在于，还包括中央控制单元、陀螺仪以及广角成像系统；
所述陀螺仪设置在所述驾驶室(2)；所述广角成像系统设置在所述壳体(1)上；
所述中央控制单元电连接所述陀螺仪、所述广角成像系统、所述动力驱动装置的伸缩足(4)。
5.根据权利要求1所述的万向轮式球形运载装置，其特征在于，所述壳体(1)呈球形；所述驾驶室(2)呈锥形；
所述驾驶室(2)的下端呈球冠状；所述驾驶室(2)设置有平衡重物；
所述伸缩足(4)的底端呈球冠状。
6.一种权利要求1至5任一项所述的万向轮式球形运载装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
行进步骤，具体为，壳体(1)下端前侧的伸缩足进行收缩运动；壳体(1)下端后侧的伸缩足进行伸张运动；
制动步骤，具体为，壳体(1)下端前侧的伸缩足进行伸张运动；壳体(1)下端后侧的伸缩足进行收缩运动；
停止固定步骤，具体为，壳体(1)下端前侧和后侧的伸缩足均进行伸张运动
越障步骤，具体为，壳体(1)下端前侧和后侧的伸缩足均进行伸张运动；壳体(1)下端的伸缩足进行收缩运动。
7.根据权利要求6所述的万向轮式球形运载装置的使用方法，其特征在于，所述伸缩足的伸缩和收缩运动的行程可调。
8.根据权利要求6所述的万向轮式球形运载装置的使用方法，其特征在于，还包括驾驶平衡调节步骤：
-中央控制单元实时接收陀螺仪(7)传送的驾驶室(2)的角位移、角加速度；通过控制相对应的伸缩足的伸缩速度与加速度，间接控制万向轮式球形运载装置的直线速度与加速度，利用惯性力的作用保持驾驶室(2)直立与稳定性。
9.根据权利要求8所述的万向轮式球形运载装置的使用方法，其特征在于，当发生碰撞时，碰撞的伸缩足进行收缩以吸收碰撞能量，同时中央控制单元取消的驾驶平衡调节步骤。
CN201610339398.0A 2016-05-20 2016-05-20 万向轮式球形运载装置及其使用方法 Pending CN105966481A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610339398.0A CN105966481A (zh) 2016-05-20 2016-05-20 万向轮式球形运载装置及其使用方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610339398.0A CN105966481A (zh) 2016-05-20 2016-05-20 万向轮式球形运载装置及其使用方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105966481A true CN105966481A (zh) 2016-09-28

Family

ID=56956084

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610339398.0A Pending CN105966481A (zh) 2016-05-20 2016-05-20 万向轮式球形运载装置及其使用方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105966481A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107416063A (zh) * 2017-04-06 2017-12-01 西安电子科技大学 一种可实现滚动、行走的球形六足机器人
CN107618582A (zh) * 2017-08-21 2018-01-23 南京航空航天大学 干粘附与钩爪的足/轮/履带混合式四驱车及其运动方法
CN107757742A (zh) * 2017-09-12 2018-03-06 南京航空航天大学 连续旋转驱动直线弹射机构及其多面体机器人与运动方法
CN108216418A (zh) * 2018-01-04 2018-06-29 北京建筑大学 一种多足机器人
CN112208663A (zh) * 2020-10-19 2021-01-12 重庆华渝重工机电有限公司 一种球形车

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN87212214U (zh) * 1987-08-31 1988-04-06 吉林工业大学 机械传动式步行轮
CN1317397A (zh) * 2001-06-07 2001-10-17 上海交通大学 翻滚型轮腿式移动机器人
CN1669615A (zh) * 2004-03-18 2005-09-21 朱金华 模拟太空运动车
CN102310710A (zh) * 2011-06-03 2012-01-11 北京航空航天大学 一种适用于可变直径半步行轮的四连杆轮架
CN103142361A (zh) * 2013-01-19 2013-06-12 北京航空航天大学 一种爬楼轮椅的变形步行轮
CN103963556A (zh) * 2014-04-30 2014-08-06 占舒婷 一种可变形的轮子
CN104999451A (zh) * 2015-07-04 2015-10-28 冯圣冰 一种变半径行走的机器人
WO2015173065A1 (de) * 2014-05-16 2015-11-19 Saf-Holland Gmbh Rad und verfahren zum antreiben eines rades

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN87212214U (zh) * 1987-08-31 1988-04-06 吉林工业大学 机械传动式步行轮
CN1317397A (zh) * 2001-06-07 2001-10-17 上海交通大学 翻滚型轮腿式移动机器人
CN1669615A (zh) * 2004-03-18 2005-09-21 朱金华 模拟太空运动车
CN102310710A (zh) * 2011-06-03 2012-01-11 北京航空航天大学 一种适用于可变直径半步行轮的四连杆轮架
CN103142361A (zh) * 2013-01-19 2013-06-12 北京航空航天大学 一种爬楼轮椅的变形步行轮
CN103963556A (zh) * 2014-04-30 2014-08-06 占舒婷 一种可变形的轮子
WO2015173065A1 (de) * 2014-05-16 2015-11-19 Saf-Holland Gmbh Rad und verfahren zum antreiben eines rades
CN104999451A (zh) * 2015-07-04 2015-10-28 冯圣冰 一种变半径行走的机器人

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107416063A (zh) * 2017-04-06 2017-12-01 西安电子科技大学 一种可实现滚动、行走的球形六足机器人
CN107618582A (zh) * 2017-08-21 2018-01-23 南京航空航天大学 干粘附与钩爪的足/轮/履带混合式四驱车及其运动方法
CN107618582B (zh) * 2017-08-21 2019-04-19 南京航空航天大学 具有干粘附与钩爪的足轮履带混合式四驱车及其运动方法
CN107757742A (zh) * 2017-09-12 2018-03-06 南京航空航天大学 连续旋转驱动直线弹射机构及其多面体机器人与运动方法
CN107757742B (zh) * 2017-09-12 2019-08-20 南京航空航天大学 连续旋转驱动直线弹射机构及其多面体机器人与运动方法
CN108216418A (zh) * 2018-01-04 2018-06-29 北京建筑大学 一种多足机器人
CN112208663A (zh) * 2020-10-19 2021-01-12 重庆华渝重工机电有限公司 一种球形车

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105966481A (zh) 万向轮式球形运载装置及其使用方法
CN100532181C (zh) 多运动态球形机器人
CN104906750B (zh) 一种全方位跑步机及具有该跑步机的游戏系统
US10491823B2 (en) Mobile vehicle
CN203841993U (zh) 一种自主导盲机器人
CN106625569B (zh) 一种具有二轴自稳云台的自平衡探测机器人
CN107472389B (zh) 一种可主动调节落地前姿态的弹跳机器人
CN106494523B (zh) 双驱动球形探测机器人
KR101226261B1 (ko) 전방향 충격 흡수 메커니즘을 구비한 투척형 정찰 로봇
CN203142835U (zh) 侦查移动小车
CN205273726U (zh) 一种自平衡和骑行两用的电动车
Niu et al. Mechanical development and control of a miniature nonholonomic spherical rolling robot
CN102862616B (zh) 抛掷式移动机器人
CN108706095A (zh) 一种适用沟道巡检的具有防撞装置的微型多旋翼无人机
Tadakuma Tetrahedral mobile robot with novel ball shape wheel
CN106414225B (zh) 一种带辅助功能的电动独轮车
CN106427390A (zh) 全向轮、包括全向轮的机器人移动平台及移动机器人
CN105235770A (zh) 一种四足机器人的二自由度仿生弹性脊柱结构
TWI551494B (zh) 三維飛輪行動載具
CN107077139A (zh) 智能机器人
CN206125219U (zh) 一种横动越障排爆机器人
CN209479812U (zh) 一种可翻滚与越障的多足机器人
KR101871339B1 (ko) 투척형 정찰 로봇
CN110815174A (zh) 跟随机器人
CN109987184A (zh) 滑板车

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20160928

RJ01 Rejection of invention patent application after publication