CN1318190C - 全方位运动球形机器人 - Google Patents

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Abstract

全方位运动球形机器人，在球壳的内部有一不与球壳固连的运动机构，该运动机构通过一支撑机构上布置的至少三个独轮滚动装置支撑在球壳上并可相对于球壳运动，运动机构在自身重力的作用下通过另一独轮滚动装置与球壳呈滚动接触，该另一独轮滚动装置在电机的驱动下在球壳内滚动，由此推动整个球壳的直线运动；该另一独轮滚动装置也可以在另一个电机的驱动下相对于支撑机构转动，由此改变该另一独轮滚动装置转动的朝向，从而实现机器人的全方位运动。支撑机构上的独轮滚动装置可以是三个呈120度布置，也可以是四个呈90度布置，或N(N＞2)个呈360/N度布置。本发明的运动机构与球壳是分离的、相互独立的，具有结构简单，运动的灵活性和稳定性都高的优点。

Description

全方位运动球形机器人
技术领域
本发明涉及一种可用于环境探测、星球探测及玩具领域的全方位运动球形机器人系统。
背景技术
球形机器人或球形机构是指一类将运动执行机构、传感器、控制器安装在一球形壳体内的系统的总称。由于这类机器人具有良好的动态和静态平衡性，因此不会因为碰撞而产生失稳状态。同时，由于其机电、传感部件和控制部件都包括在这个球中，因此具有很好的密封性，可以行驶在沙尘、潮湿、腐蚀性的恶劣环境中。A.Halme，T.Schonberg and Y.Wang，Motion Control of aSpherical Mobile Robot，4th IEEE International Workshop on AdvancedMotion Control AMC’96，Mie University，Japan 1996.介绍了芬兰的AarneHalme设计的一种球形机器人并申请了专利，该球形机器人采用了一个在球壳内滚动的轮来驱动整个球形机器人的运动；Michaud F. and Theberge-Turmel.Mobile robotic tpys and autism.In Dautenhahn，K.，Bod.A Socially IntelligentAgents Creating Relatiornships with Computers and Robots.Kluwer Academic，2002.介绍了加拿大的Francois Michaud和Serge Caron研制一个玩具用途的球形机器人，他们通过调整悬挂在主轴上的重物来实现机器人的转向；中国发明专利申请号01118289.X，改进的球形机器人全方位行走机构公开了北京邮电大学孙汉旭教授申请的一个全方位球形机器人的专利，它是通过球内的一个全方位运动机构来实现球形机器人的运动。申请人与合作者也曾申请了一个球形机器人的专利，它是通过电机直接带动球壳来前进后退，通过摆动一重物来实现球形机器人的转弯。
上述发明或设计的球形机器人存在的问题是结构比较复杂，而且运动的稳定性有待改进。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种结构简单，运动的灵活性和稳定性都很高的全方位运动球形机器人。
本发明的技术解决方案是：全方位运动球形机器人，包括球壳，其特征在于：在球壳的内部有一不与球壳固连的运动机构，该运动机构通过一支撑机构上布置的N个(N＞2)呈360/N度布置的支撑独轮滚动装置支撑在球壳上并可相对于球壳运动；在球壳的底部还有一底部独轮滚动装置，运动机构在自身重力的作用下通过底部独轮滚动装置与球壳底部呈滚动接触，底部独轮滚动装置与一个电机连接，在该电机的驱动下在球壳内滚动，从而推动整个球壳的直线运动；底部独轮滚动装置还与另一电机相连接，该另一电机轴上装有一个可在支撑机构表面滚动的轮子，在该另一个电机的驱动下，该轮子绕着支撑机构的几何中心转动，从而带动整个运动机构相对于支撑机构转动，由此改变运动机构的底部独轮滚动装置转动的朝向，从而实现机器人的全方位运动。
本发明与现有技术相比的有益效果：
(1)该球形机器人的运动机构与球壳是分离的、相互独立的，因此安装非常方便。而且结构非常简洁。
(2)本发明不同于以往的专利内容主要表现在，该球形机器人的运动机构非常简单，主要是由一连接在支撑机构(圆盘或支撑腿)上的独轮运动机构构成，独轮既可以绕自己的转动轴旋转，也可以整体相对于圆盘旋转，从而改变轮子转动的朝向。
附图说明
图1为本发明的一个实施例整体结构主视剖视示意图；
图2为图1的俯视示意图；
图3为本发明的另一实施例整体结构主视剖视示意图；
图4为图3的俯视示意图。
具体实施方式
如图1、图2所示，本发明的一个实施例为：在球壳1的内部有一通过三个小轮子2支撑在球壳上的运动机构7，三个小轮子2可以通过支架连接至圆盘3上，运动机构7由两个电机5、6和五个轮子组成，三个用于支撑的小轮子2、一个用于驱动球壳运动的大轮子4和一个与电机6连接的轮子9；两个电机一个用来驱动与球壳底部接触的大轮子4，另一个用来驱动轮子9并导致轮子4部分相对于圆盘转动。小轮子2呈120度安装在支撑运动机构7的圆盘3上，运动机构7在其内部电池组和控制系统8的重力作用下，大轮子4与球壳1呈滚动接触，在电机5的驱动下，大轮子4可相对于球壳1转动，由此驱动整个球壳1沿一定方向转动，实现整个球形机器人的直线运动，在电机6的作用下轮子9可相对于圆盘3转动，并导致与电机6固连的大轮子4也相对于圆盘3转动，由此改变大轮子4相对于地面的朝向，此时如果大轮子4转动，则可带动球壳1朝新的方向运动，从而实现球形机器人的全方位运动。
如图3、4所示，本发明的另一实施例为：支撑机构为支撑腿10，4个小轮子2呈90度布置在支撑腿10的一端，其它功能和作用与实施例1相似。

Claims (4)

1、全方位运动球形机器人，包括球壳，其特征在于：在球壳的内部有一不与球壳固连的运动机构，该运动机构通过一支撑机构上布置的N个(N＞2)呈360/N度布置的支撑独轮滚动装置支撑在球壳上并可相对于球壳运动；在球壳的底部还有一底部独轮滚动装置，运动机构在自身重力的作用下通过底部独轮滚动装置与球壳底部呈滚动接触，底部独轮滚动装置与一个电机连接，在该电机的驱动下在球壳内滚动，从而推动整个球壳的直线运动；底部独轮滚动装置还与另一电机相连接，该另一电机轴上装有一个可在支撑机构表面滚动的轮子，在该另一个电机的驱动下，该轮子绕着支撑机构的几何中心转动，从而带动整个运动机构相对于支撑机构转动，由此改变运动机构的底部独轮滚动装置转动的朝向，从而实现机器人的全方位运动。
2、根据权利要求1所述的全方位运动球形机器人，其特征在于：所述的支撑机构为一圆盘或支撑腿。
3、根据权利要求1所述的全方位运动球形机器人，其特征在于：所述的支撑独轮滚动装置为三个呈120度布置。
4、根据权利要求1所述的全方位运动球形机器人，其特征在于：所述的支撑独轮滚动装置为四个呈90度布置。
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