[发明专利]一种球形机器人

说明书

本发明公开了一种球形机器人，包括球形外壳以及在球形外壳内部的驱动装置，驱动装置包括：骨架，与球形外壳活动连接；配重，在球形外壳内具有至少三个方向的线性平移自由度并能移动至球形外壳的中心，各线性平移自由度并不全部在同一平面上；安装在骨架上的配重驱动件，配重驱动件的输出端驱动配重在上述的方向上线性平移；以及作为配重的电池和电路控制板，电池为配重驱动件和电路控制板供电，电路控制板信号连接配重驱动件。本发明大大简化了控制系统和驱动系统设计，保持机器人连续不间断的运动同时可以确保运动的稳定性。本发明可应用于机器人领域。

技术领域

本发明涉及微型机器人领域，特别是涉及一种球形机器人。

背景技术

球形移动机器人是指将内部驱动系统，如运动执行机构、传感器、能源装置、控制系统等安置在球形壳体内，通过内驱动并以滚动为主要行走方式的移动机器人。

球形移动机器人通过内部驱动装置的运动打破球体的静态平衡，运动灵活，可以实现原地转向和全方向行走，可在狭窄空间内作业，其驱动原理基本上分为两种，一种是驱动装置与球形外壳内表面直接接触，通过摩擦力作用使驱动装置的运动转化为球壳的转动，从而带动整个机器人运动；另一种是通过驱动装置的运动改变机器人的重心位置，同时驱动装置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。

采用驱动装置与球壳直接接触的球形移动机器人，结构相对简单，易于控制，但是转向能力较差，长时间运行后转向机构与球壳磨损严重，会影响机器人稳定运行。而采用改变机器人重心位置进行驱动，机器人的驱动方式更加简单灵活，抗震性强，但对运动执行机构及控制系统提出更高要求，加大了控制难度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种结构简单、易于控制的球形机器人。

本发明所采用的技术方案是：

一种球形机器人，包括球形外壳以及在球形外壳内部的驱动装置，所述驱动装置包括：

骨架，与球形外壳活动连接；

配重，在球形外壳内具有至少三个方向的线性平移自由度并能移动至球形外壳的中心，各所述线性平移自由度并不全部在同一平面上；

安装在骨架上的配重驱动件，配重驱动件的输出端驱动配重在上述的方向上线性平移；

以及作为配重的电池和电路控制板，电池为配重驱动件和电路控制板供电，电路控制板信号连接配重驱动件。

作为本发明的进一步改进，配重驱动件驱动配重沿线性方向的平移，使得配重偏离球形外壳的中心主轴并与主轴产生夹角，由此产生的偏心力矩使机器人滚动和转向。

作为本发明的进一步改进，所述驱动装置包括设置在球形外壳上或者骨架上的惯性测量单元，所述惯性测量单元信号连接电路控制板并由电池供电。

作为本发明的进一步改进，所述惯性测量单元包括若干传感器。

作为本发明的进一步改进，所述配重驱动件与骨架的重心大致位于球形外壳的中心位置。

作为本发明的进一步改进，所述配重驱动件包括至少三组直线驱动部件，每组直线驱动部件对应驱动配重在一个方向的线性平移，每组直线驱动部件包括输出方向相互平行的两台直线步进电机，每组直线驱动部件的两台直线步进电机对向安装或背向安装。

作为本发明的进一步改进，每组直线驱动部件的两台直线步进电机以球形外壳的中心呈中心对称分布。

作为本发明的进一步改进，所述配重驱动件通过连接并驱动所述的骨架来驱动配重。