CN111114664A - 一种电磁驱动球形机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，尤其是一种电磁驱动球形机器人，包括外扩展球，外扩展球内部安装有内驱动球，内驱动球的外侧壁与外扩展球的内侧壁之间固定安装有若干伸缩套筒，伸缩套筒在内驱动球的外侧壁上均匀分布，伸缩套筒上均套设有第一弹簧，内驱动球的内部安装有PCB电路板，PCB电路板的四角均螺纹安装有螺钉，PCB电路板通过螺钉与内驱动球的内壁固定，螺钉上均套设有第二弹簧，内驱动球的外壁上安装有电磁驱动机构。本发明利用电磁驱动原理，可在铁磁性材料上沿360°方位进行移动，其转向性能灵活，有较强的适应环境的能力。可实现在管道、壳体以及箱体内全方位作业的实验目标。

Description

一种电磁驱动球形机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种电磁驱动球形机器人。

背景技术

机器人是人类20世纪最伟大的发明之一，移动机器人是机器人中的一个重要的分支，它指机器人本身不固定，能够在大范围运动的机器人。球形机器人是以滚动方式行走，运动动力依靠内部驱动装置和外部摩擦力提供的球形或类球形的移动机器人。

球形机器人所有的驱动装置、动力源、各种传感器等都被布置于球形外壳的内部，从而球形机器人的内部部件可以得到其密封外壳提供的最大可靠性的保护。从球形机器人的外形来说，球形结构可以使其内部体积最大化，可以抵抗内部过压或压力不足，这种特性对于水下或太空应用是非常有用的，球形机器人的独特外形使得球形机器人在转向时具有独特的优势，与其他的运动方式相比能更灵活地转向而且球形机器人的转弯半径很小，可以轻易的实现零角度转弯；球形结构可以自由地向任何方向旋转，所以对球形机器人来说所有的位置都是稳定的；当球形机器人执行未知环境探测等任务时，当与障碍物或其他运动机构发生碰撞时，球形结构具有较强的自我恢复能力。另外由于球体滚动的阻力相对滑动或轮式装置的运动阻力小得多，所以球形机器，人还具有运动效率高、能量消耗小的优点；

现有的球形的机器人在应用到工业管道、壳体以及箱体复杂环境下的作业时，机械运动方式单一，不能根据环境改变自身的运动状态。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在机械运动方式单一的缺点，而提出的一种电磁驱动球形机器人。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

设计一种电磁驱动球形机器人，包括外扩展球，所述外扩展球内部安装有内驱动球，所述内驱动球的外侧壁与外扩展球的内侧壁之间固定安装有若干伸缩套筒，所述伸缩套筒在内驱动球的外侧壁上均匀分布，所述伸缩套筒上均套设有第一弹簧，所述内驱动球的内部安装有PCB电路板，所述PCB电路板的四角均螺纹安装有螺钉，所述PCB电路板通过螺钉与内驱动球的内壁固定，所述螺钉上均套设有第二弹簧，所述内驱动球的外壁上安装有电磁驱动机构。

优选的，所述电磁驱动机构，所述电磁驱动机构包括八个电磁铁固定块，八个所述电磁铁固定块均匀固定在内驱动球的外壁上，八个所述电磁铁固定块上均固定安装有电磁铁，所述电磁铁均贯穿外扩展球的侧壁，所述电磁铁的顶面与外扩展球的弧面性相匹配，所述外扩展球上开设有若干与电磁铁相匹配的卡槽，相邻两个所述电磁铁之间均固定安装有永磁铁。

优选的，相邻两个所述电磁铁与永磁铁之间的夹角为72°，相邻的单个所述电磁铁和永磁铁的角度为36°。

优选的，八个所述电磁铁其中一个到达最低位置时，将其断电，给其邻近的其它电磁铁通电，可以实现在铁磁性材料上的移动。

优选的，所述PCB电路板包括单片机、与单片机信号连接的PWM控制器、通讯模块、八路三极管放大模块、按键复位模块、USB供电以及下载模块、串口下载模块、5V转3.3V模块、陀螺仪驱动模块和蓝牙模块，所述通讯模块的输出端信号连接有九轴运动处理传感器，所述八路三极管放大模块的输出端电性连接有继电器，所述继电器与电磁铁的线圈电性连接，所述蓝牙模块与继电器信号连接。

优选的，所述电磁铁供电的能源装置为开关电源，通过USB供电以及下载程序进行供电；所述蓝牙模块对单个电磁铁进行切换控制，编写相关程序导入手机，利用手机进行操作控制；内部的九轴运动处理传感器用以控制姿态角，辨别球体位置和操作人员的位置关系。

优选的，所述PCB电路板还包括若干贴片电容、贴片电阻、贴片二极管、贴片三极管、排针、USB母座、插座和直插四角按键，所述贴片电容、贴片电阻、贴片二极管、贴片三极管、排针、USB母座、插座和直插四角按键通过电路连接分别形成八路三极管放大电路、单片机核心电路、按键复位电路、5V转3.3V电路、陀螺仪驱动电路、USB供电以及下载电路、串口下载电路和蓝牙接口电路。

本发明提出的一种电磁驱动球形机器人，有益效果在于：与其它球形机器人相比，解决了其机械运动形式单一的问题；很好的优化了球形机器人在管道、壳体以及箱体复杂环境下的作业；利用球形机器人的结构密封特点，配合使用各种传感器，可大大增强机器人对外界环境信息的处理能力。利用电磁驱动原理，可在铁磁性材料上沿360°方位进行移动，其转向性能灵活，有较强的适应环境的能力。可实现在管道、壳体以及箱体内全方位作业的实验目标。

附图说明

图1为本发明提出的一种电磁驱动球形机器人的结构示意图；

图2为本发明提出的一种电磁驱动球形机器人的剖视图；

图3为本发明提出的一种电磁驱动球形机器人的电磁驱动机构的结构示意图；

图4为本发明提出的一种电磁驱动球形机器人的系统框图。

图中：外扩展球1、卡槽11、内驱动球3、伸缩套筒4、第一弹簧5、PCB电路板6、螺钉7、第二弹簧8、电磁驱动机构9、电磁铁固定块91、电磁铁92、永磁铁93。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1：

参照图1-3，一种电磁驱动球形机器人，包括外扩展球1，球形机器人可以在管道、壳体以及箱体复杂环境下的作业，利用球形机器人的结构密封特点，配合使用各种传感器，温度传感器，红外传感器，湿度传感器等，大大增强机器人对外界环境信息的处理能力；再者，通过多个电磁驱动球形机器人的配合以及交互作用，可实现更多复杂环境下的作业。

外扩展球1内部安装有内驱动球3，内驱动球3的外侧壁与外扩展球1的内侧壁之间固定安装有若干伸缩套筒4，伸缩套筒4在内驱动球3的外侧壁上均匀分布，伸缩套筒4上均套设有第一弹簧5，第一弹簧5可以起到很好的缓冲作用；内驱动球3的内部安装有PCB电路板6，PCB电路板6的四角均螺纹安装有螺钉7，PCB电路板6通过螺钉7与内驱动球3的内壁固定，螺钉7上均套设有第二弹簧8，内驱动球3的外壁上安装有电磁驱动机构9；

电磁驱动机构9包括八个电磁铁固定块91，八个电磁铁固定块91均匀固定在内驱动球3的外壁上，八个电磁铁固定块91上均固定安装有电磁铁92，电磁铁92均贯穿外扩展球1的侧壁，电磁铁92的顶面与外扩展球1的弧面性相匹配，外扩展球1上开设有若干与电磁铁92相匹配的卡槽11，相邻两个电磁铁92之间均固定安装有永磁铁93，相邻两个电磁铁92与永磁铁93之间的夹角为72°，相邻的单个电磁铁92和永磁铁93的角度为36°，八个电磁铁92其中一个到达最低位置时，将其断电，给其邻近的其它电磁铁通电，可以实现在铁磁性材料上的移动，两个电磁铁92中间布置一个永磁铁93，永磁铁93用以保证其运动过程的平稳可靠性，因此可以实现电磁驱动球形机器人在铁磁性材料上的全方位的运动；利用电磁驱动，可在铁磁性材料上沿360°方位进行移动，其转向性能灵活，有较强的适应环境的能力。可实现在铁磁性材料上的全方位的运动。

实施例2：

参照图1-4，作为本发明的另一优选实施例，与实施例1的区别在于，PCB电路板6包括单片机、与单片机信号连接的PWM控制器、通讯模块、八路三极管放大模块、按键复位模块、USB供电以及下载模块、串口下载模块、5V转3.3V模块、陀螺仪驱动模块和蓝牙模块，通讯模块的输出端信号连接有九轴运动处理传感器，八路三极管放大模块的输出端电性连接有继电器，继电器与电磁铁92的线圈电性连接，蓝牙模块与继电器信号连接；电磁铁供电的能源装置为开关电源，通过USB供电以及下载程序进行供电；蓝牙模块对单个电磁铁92进行切换控制，编写相关程序导入手机，利用手机进行操作控制；内部的九轴运动处理传感器用以控制姿态角，辨别球体位置和操作人员的位置关系。

实施例3：

参照图1-4，作为本发明的另一优选实施例，与实施例1或实施例2的区别在于，PCB电路板6还包括若干贴片电容、贴片电阻、贴片二极管、贴片三极管、排针、USB母座、插座和直插四角按键，贴片电容、贴片电阻、贴片二极管、贴片三极管、排针、USB母座、插座和直插四角按键通过电路连接分别形成八路三极管放大电路、单片机核心电路、按键复位电路、5V转3.3V电路、陀螺仪驱动电路、USB供电以及下载电路、串口下载电路和蓝牙接口电路。通过多种电路的之间的配合，从而完成对电磁驱动球形机器人进行控制。

PCB电路板6上可安装不同类型的传感器，可以实现对球形机器人不同功能的不同需求，工业上，可在沟渠、管道等狭小空间执行任务；球形机器人的构件被密封在壳体内部，可以保证球体内部不受灰尘、潮气、和其他恶劣环境影响，在军事上可搭载装置进行极端环境反恐、侦查任务，通过电磁力环保无污染，应用前景可观。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电磁驱动球形机器人，包括外扩展球(1)，其特征在于，所述外扩展球(1)内部安装有内驱动球(3)，所述内驱动球(3)的外侧壁与外扩展球(1)的内侧壁之间固定安装有若干伸缩套筒(4)，所述伸缩套筒(4)在内驱动球(3)的外侧壁上均匀分布，所述伸缩套筒(4)上均套设有第一弹簧(5)，所述内驱动球(3)的内部安装有PCB电路板(6)，所述PCB电路板(6)的四角均螺纹安装有螺钉(7)，所述PCB电路板(6)通过螺钉(7)与内驱动球(3)的内壁固定，所述螺钉(7)上均套设有第二弹簧(8)，所述内驱动球(3)的外壁上安装有电磁驱动机构(9)。

2.根据权利要求1所述的一种电磁驱动球形机器人，其特征在于，所述电磁驱动机构(9)，所述电磁驱动机构(9)包括八个电磁铁固定块(91)，八个所述电磁铁固定块(91)均匀固定在内驱动球(3)的外侧壁上，八个所述电磁铁固定块(91)上均固定安装有电磁铁(92)，所述电磁铁(92)均贯穿外扩展球(1)的侧壁，所述电磁铁(92)的顶面与外扩展球(1)的弧面性相匹配，所述外扩展球(1)上开设有若干与电磁铁(92)相匹配的卡槽(11)，相邻两个所述电磁铁(92)之间均固定安装有永磁铁(93)。

3.根据权利要求2所述的一种电磁驱动球形机器人，其特征在于，相邻两个所述电磁铁(92)与永磁铁(93)之间的夹角为72°，相邻的单个所述电磁铁(92)和永磁铁(93)的角度为36°。

4.根据权利要求3所述的一种电磁驱动球形机器人，其特征在于，八个所述电磁铁(92)其中一个到达最低位置时，将其断电，给其邻近的其它电磁铁通电，可以实现在铁磁性材料上的移动。

5.根据权利要求1所述的一种电磁驱动球形机器人，其特征在于，所述PCB电路板(6)包括单片机、与单片机信号连接的PWM控制器、通讯模块、八路三极管放大模块、按键复位模块、USB供电以及下载模块、串口下载模块、5V转3.3V模块、陀螺仪驱动模块和蓝牙模块，所述通讯模块的输出端信号连接有九轴运动处理传感器，所述八路三极管放大模块的输出端电性连接有继电器，所述继电器与电磁铁(92)的线圈电性连接，所述蓝牙模块与继电器信号连接。

6.根据权利要求7所述的一种电磁驱动球形机器人，其特征在于，所述电磁铁供电的能源装置为开关电源，通过USB供电以及下载程序进行供电；所述蓝牙模块对单个电磁铁(92)进行切换控制，编写相关程序导入手机，利用手机进行操作控制；内部的九轴运动处理传感器用以控制姿态角，辨别球体位置和操作人员的位置关系。

7.根据权利要求6所述的一种电磁驱动球形机器人，其特征在于，所述PCB电路板(6)还包括若干贴片电容、贴片电阻、贴片二极管、贴片三极管、排针、USB母座、插座和直插四角按键，所述贴片电容、贴片电阻、贴片二极管、贴片三极管、排针、USB母座、插座和直插四角按键通过电路连接分别形成八路三极管放大电路、单片机核心电路、按键复位电路、5V转3.3V电路、陀螺仪驱动电路、USB供电以及下载电路、串口下载电路和蓝牙接口电路。

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