CN110844032B - 一种浮心重心可调的球形水上运动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浮心重心可调的球形水上运动装置，它包括外球壳，所述外球壳内套有内球壳，中间有储水仓，内球壳和外球壳之间通过球壳连接模块固定连接，在内球壳内壁上连接有水平的旋转轴，旋转轴一端连接有旋转电机，中间固定连接有驱动控制箱，驱动控制箱下方分别连接有一号丝杆模组和二号丝杆模组，在一号丝杆模组和二号丝杆模组之间滑动连接有水平的三号丝杆模组，所述三号丝杆模组上设有电源箱和配重块。通过驱动电机控制三个驱动单元，实现装置重心位置的改变，使装置在偏心力矩和惯性力矩的共同作用下产生旋转，实现水上运动，装置的重心位置和浮心位置均可进行控制调节，运动灵活性好，稳定性强。

Description

一种浮心重心可调的球形水上运动装置

技术领域

本发明涉及一种水上运动装置，尤其涉及一种浮心重心可调的球形水上运动装置，属于球形机器人设备技术领域。

背景技术

球形运动机器人是一种以球形或者近似球形为外壳的独立运动体，它在运动方式上，以滚动为主。该类机器人在转向时具有独特的优势，比其他运动方式具有更好的灵活性，同时由于其几何的高度对称性，球形装置可以迅速的调整运行状态，具有很强的恢复能力，可以很好的适应环境。同时由于球体滚动的阻力相对较小，所以球形机器人的运动效率高，能耗小。球形机器人的驱动原理可分为2种，一种是驱动单元与球壳直接接触，由于存在摩擦力，驱动单元的运动直接使球壳转动，采用此方式的球形机器人结构相对简单，易于控制，但是转向能力较差，受到碰撞之后驱动单元与球壳之间的接触容易被破坏。另一种是通过驱动单元的运动改变机器人的重心位置，同时驱动单元的加减速运动产生惯性力，机器人在偏心力矩和惯性力矩的作用下滚动，此方式使机器人运动灵活，抗震性强。

水下机器人按用途分类可分为作业用水下机器人和观测用水下机器人；按电源配置分类，可分为有缆水下机器人和无缆水下机器人；按运动方式分类，可分为浮游式水下机器人、履带式水下机器人和步行式水下机器人。近年来，随着越来越多的国家重视海洋，如何设计出多功能智能化的水下机器人以及高效率的水下推进装置成为研究重点。目前，水下机器人的推进方式主要有螺旋桨推进、液压推进、泵喷推进、磁流体推进、仿生推进、履带推进等。这些推进方式都需要由特殊的推进器实现其运动功能，结构相对复杂，体积重量较大，运动灵活性和稳定性较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种浮心重心可调的球形水上运动装置，本发明通过驱动电机控制三个驱动单元，实现装置重心位置的改变，使装置在偏心力矩和惯性力矩的共同作用下产生旋转，实现水上运动，装置的重心位置和浮心位置均可进行控制调节，运动灵活性好，稳定性强，有效解决了上述存在的问题。

本发明的技术方案为：一种浮心重心可调的球形水上运动装置，它包括外球壳，所述外球壳内套有内球壳，中间有储水仓，内球壳和外球壳之间通过球壳连接模块固定连接，在内球壳内壁上连接有水平的旋转轴，旋转轴一端连接有旋转电机，中间固定连接有驱动控制箱，驱动控制箱下方分别连接有一号丝杆模组和二号丝杆模组，在一号丝杆模组和二号丝杆模组之间滑动连接有水平的三号丝杆模组，所述三号丝杆模组上设有电源箱和配重块。

所述驱动控制箱位于内球壳的中心，在驱动控制箱的内部下方设有控制模块，驱动控制箱上有轴孔，旋转轴穿过轴孔并与驱动控制箱固定连接。

所述一号丝杆模组包括驱动电机一、丝杆一和螺套一，驱动电机一固定连接在驱动控制箱内部下方，丝杆一与驱动电机一轴连接，螺套一滑动连接在丝杆一上。

所述二号丝杆模组包括驱动电机二、丝杆二和螺套二，驱动电机二固定连接在驱动控制箱内部下方，丝杆二与驱动电机二轴连接，螺套二滑动连接在丝杆二上。

所述三号丝杆模组包括减速器、驱动电机三、丝杆三螺套三和滑套，减速器固定连接在螺套一的侧壁上，驱动电机三丝杆三分别与减速器的输入轴和输出轴连接，滑套固定连接在螺套二侧壁上，在滑套上设有水平的滑孔，丝杆三位于滑孔内并可左右滑动，螺套三可滑动地螺纹连接在丝杆三上，电源箱和配重块与螺套三固定连接。

所述球壳连接模块为筒状结构，两端分别与外球壳和内球壳侧壁固定连接，中间设有空腔体，空腔体内设有水泵，水泵上连接有水管分别伸到储水仓底部和外球壳外部。实现储水仓的进水和排水，可以通过装置的进水和排水实现装置浮心的调整，提高稳定性。

所述丝杆一和丝杆二的轴线在同一平面内且相互垂直。

所述旋转电机固定连接在内球壳内壁上，旋转电机轴通过传动机构与旋转轴连接，旋转轴的两端通过轴承连接到内球壳内壁上。

所述电源箱内设有电源模块，电源模块用于为控制模块、旋转电机、水泵电机、驱动电机一、驱动电机二和驱动电机三供电。

所述控制模块通过导线分别与电源箱、旋转电机、水泵电机、驱动电机一、驱动电机二和驱动电机三电连接，控制模块上设有无线传输模块并与外部控制终端无线连接。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，采用本发明的技术方案，本发明通过储水仓的进水和排水，可以控制球形装置入水的深度，一方面调整装置的浮心，提高稳定性，使得装置具有良好的环境适应性和稳定性；另一方面通过改变球形装置与水流体的接触面积，改变其流体阻力，实现运动速度的调整；本发明通过驱动电机控制三个驱动单元，实现装置重心位置的改变，使装置在偏心力矩和惯性力矩的共同作用下产生旋转，实现水上运动；本发明通过一号丝杆模组和二号丝杆模组的协同控制，实现配重部分的上升和下降。通过三号丝杆模组，实现电源箱和配重装置的水平移动，进一步调整装置重心的水平位置，使装置的运动更加灵活，取得了很好的使用效果。

附图说明

图1为本发明剖视图；

图2为本发明内球壳连接示意图一；

图3为本发明内球壳连接示意图二；

图4为本发明内球壳内部结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将参照本说明书附图对本发明作进一步的详细描述。

实施例1：如附图1～4所示，一种浮心重心可调的球形水上运动装置，它包括外球壳10，所述外球壳10内套有内球壳9，中间有储水仓11，内球壳9和外球壳10之间通过球壳连接模块12固定连接，在内球壳（9）内壁上连接有水平的旋转轴3，旋转轴3一端连接有旋转电机2，中间固定连接有驱动控制箱1，驱动控制箱1下方分别连接有一号丝杆模组4和二号丝杆模组5，在一号丝杆模组4和二号丝杆模组5之间滑动连接有水平的三号丝杆模组6，所述三号丝杆模组6上设有电源箱7和配重块8。

进一步的，驱动控制箱1位于内球壳9的中心，在驱动控制箱1的内部下方设有控制模块13，驱动控制箱1上有轴孔17，旋转轴3穿过轴孔17并与驱动控制箱1固定连接。

进一步的，一号丝杆模组4包括驱动电机一41、丝杆一42和螺套一43，驱动电机一41固定连接在驱动控制箱1内部下方，丝杆一42与驱动电机一41轴连接，螺套一43滑动连接在丝杆一42上。

进一步的，二号丝杆模组5包括驱动电机二51、丝杆二52和螺套二53，驱动电机二51固定连接在驱动控制箱1内部下方，丝杆二52与驱动电机二51轴连接，螺套二53滑动连接在丝杆二52上。

进一步的，三号丝杆模组6包括减速器65、驱动电机三61、丝杆三62螺套三66和滑套63，减速器65固定连接在螺套一43的侧壁上，驱动电机三61和丝杆三62分别与减速器65的输入轴和输出轴连接，滑套63固定连接在螺套二53侧壁上，在滑套63上设有水平的滑孔64，丝杆三62位于滑孔64内并可左右滑动，螺套三66可滑动地螺纹连接在丝杆三62上，电源箱7和配重块8与螺套三66固定连接。

进一步的，球壳连接模块12为筒状结构，两端分别与外球壳10和内球壳9侧壁固定连接，中间设有空腔体14，空腔体14内设有水泵15，水泵15上连接有水管16分别伸到储水仓11底部和外球壳10外部。实现储水仓11的进水和排水，可以通过装置的进水和排水实现装置浮心的调整，提高稳定性。

进一步的，丝杆一42和丝杆二52的轴线在同一平面内且相互垂直。

进一步的，旋转电机2固定连接在内球壳9内壁上，旋转电机2轴通过传动机构与旋转轴3连接，旋转轴3的两端通过轴承连接到内球壳9内壁上。

进一步的，电源箱7内设有电源模块，电源模块用于为控制模块13、旋转电机2、水泵15电机、驱动电机一41、驱动电机二51和驱动电机三61供电。

进一步的，控制模块13通过导线分别与电源箱7、旋转电机2、水泵15电机、驱动电机一41、驱动电机二51和驱动电机三61电连接，控制模块13上设有无线传输模块并与外部控制终端无线连接。

装置通过旋转电机2经旋转轴3实现内部整体机构的旋转，控制球形装置在水面进行运动。驱动控制箱1控制旋转电机2的旋转速度和旋转方向，实现球形装置前进方向和速度的调节。

一号丝杆模组4和二号丝杆模组5经驱动控制箱1协同控制，实现电源箱7和配重块8的上升和下降，调整重心的高低位置，通过与浮心相配合，提高稳定性。

三号丝杆模组6通过驱动控制箱1的独立控制，实现电源箱7和配重块8的水平移动，进一步调整装置重心的水平位置，使装置的运动更加灵活。

电源箱7安装于三号丝杆模组6的移动块安装位上，其下方挂载配重块8，在不改变装置整体重量的情况下，有效降低了装置重心的位置。

本发明公开了一种浮心重心可调的球形水上运动装置，装置的重心位置和浮心位置均可进行控制调节，运动灵活性好，稳定性强。本发明通过驱动电机控制三个驱动单元，实现装置重心位置的改变，使装置在偏心力矩和惯性力矩的共同作用下产生旋转，实现水上运动。本发明采用双层球壳结构，内外球壳间安装了水泵机构，通过装置的进水和出水，实现装置浮心的调整，使得装置具有良好的环境适应性和稳定性。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种浮心重心可调的球形水上运动装置，它包括外球壳（10），其特征在于：在所述外球壳（10）内套有内球壳（9）；外球壳（10）与内球壳之间设置有储水仓（11），且在内球壳（9）和外球壳（10）之间通过球壳连接模块（12）固定连接；在内球壳（9）内壁上连接有水平的旋转轴（3）；旋转轴（3）一端连接有旋转电机（2），在旋转轴（3）的中间固定连接有驱动控制箱（1），驱动控制箱（1）下方分别连接有一号丝杆模组（4）和二号丝杆模组（5），在一号丝杆模组（4）和二号丝杆模组（5）之间滑动连接有水平的三号丝杆模组（6），所述三号丝杆模组（6）上设有电源箱（7）和配重块（8）；所述驱动控制箱（1）位于内球壳（9）的中心，在驱动控制箱（1）的内部下方设有控制模块（13），驱动控制箱（1）上有轴孔（17），旋转轴（3）穿过轴孔（17）并与驱动控制箱（1）固定连接；所述一号丝杆模组（4）包括驱动电机一（41）、丝杆一（42）和螺套一（43），驱动电机一（41）固定连接在驱动控制箱（1）内部下方，丝杆一（42）与驱动电机一（41）轴连接，螺套一（43）滑动连接在丝杆一（42）上；所述二号丝杆模组（5）包括驱动电机二（51）、丝杆二（52）和螺套二（53），驱动电机二（51）固定连接在驱动控制箱（1）内部下方，丝杆二（52）与驱动电机二（51）轴连接，螺套二（53）滑动连接在丝杆二（52）上；所述三号丝杆模组（6）包括减速器（65）、驱动电机三（61）、丝杆三（62）、螺套三（66）和滑套（63），减速器（65）固定连接在螺套一（43）的侧壁上，驱动电机三（61）和丝杆三（62）分别与减速器（65）的输入轴和输出轴连接，滑套（63）固定连接在螺套二（53）侧壁上，在滑套（63）上设有水平的滑孔（64），丝杆三（62）位于滑孔（64）内并可左右滑动，螺套三（66）可滑动地螺纹连接在丝杆三（62）上，电源箱（7）和配重块（8）与螺套三（66）固定连接。

2.根据权利要求1所述的浮心重心可调的球形水上运动装置，其特征在于：所述球壳连接模块（12）为筒状结构，两端分别与外球壳（10）和内球壳（9）侧壁固定连接，中间设有空腔体（14），空腔体（14）内设有水泵（15），水泵（15）上连接有水管（16）分别伸到储水仓（11）底部和外球壳（10）外部。

3.根据权利要求1所述的浮心重心可调的球形水上运动装置，其特征在于：所述丝杆一（42）和丝杆二（52）的轴线在同一平面内且相互垂直。

4.根据权利要求1所述的浮心重心可调的球形水上运动装置，其特征在于：所述旋转电机（2）固定连接在内球壳（9）内壁上，旋转电机（2）轴通过传动机构与旋转轴（3）连接，旋转轴（3）的两端通过轴承连接到内球壳（9）内壁上。

5.根据权利要求1所述的浮心重心可调的球形水上运动装置，其特征在于：所述电源箱（7）内设有电源模块，电源模块用于为控制模块（13）、旋转电机（2）、水泵（15）电机、驱动电机一（41）、驱动电机二（51）和驱动电机三（61）供电。

6.根据权利要求1所述的浮心重心可调的球形水上运动装置，其特征在于：控制模块（13）通过导线分别与电源箱（7）、旋转电机（2）、水泵（15）电机、驱动电机一（41）、驱动电机二（51）和驱动电机三（61）电连接，控制模块（13）上设有无线传输模块并与外部控制终端无线连接。