[实用新型]一种摆式球形机器人及其控制系统

说明书

本实用新型公开了一种摆式球形机器人及其控制系统，该球形机器人包括球形壳体、及设置在所述球形壳体内的转动单元和摆动单元，转动单元包括第一法兰盘联轴器、第二法兰盘联轴器、箱型转轴、第一步进电机和第二步进电机，摆动单元包括第一直行电机、第二直行电机和摆锤。本实用新型的球形机器人极大减少了运动构件，使其运动方式更加灵活轻便，提高了球形机器人运行的可靠性。

技术领域

本实用新型属于球形机器人及控制技术领域，涉及一种特种机器人，更具体地，尤其涉及一种摆式球形机器人及其控制系统。

背景技术

近年来，移动机器人在军事侦察、核事故应急处置、消防领域等场合广泛应用。目前，应用较多的轮式、履带式和腿式移动机器人在特种环境中存在结构复杂、运动灵活度差、控制难度大等缺陷。球形机器人近二十年来由于其环境适应能力强、球壳能够避免特种环境对内部电子元器件等结构的损坏等优势，被大多数研究者广泛研究和开发应用。

球形机器人因一般具有圆球形的外部结构形状而得名，是一类新型的移动机器人形态。不同于传统的轮式、足式机器人，球形机器人的主要特征优势在于，通过球形外壳的滚动实现基本运动，易于实现平坦地形下的全向运动，并具有较高的运动效率和运动速度；运动过程中，当机器人发生碰撞或从高处跌落时，封闭的球形外壳还能够有效保护机器人内部设备。

但是，现有的球形机器人内部结构复杂，驱动方式灵活性低，不适合低成本设计及实用性。此外，球形机器人具有非完整约束、欠驱动、非链式、强耦合等特点，并且具有震荡的倾向性，导致其理论模型非常复杂，球形机器人的运动控制一直是不易解决的难题。摆式和轮式驱动的球形机器人是最常见的两种类型的球形机器人，其中轮式驱动的球形机器人具有结构和控制系统简单等优点，但由于内部可能出现打滑，不良好接触等情况，造成球形机器人失控。近年来对摆式驱动的球形机器人的研究已经成为了热点，其中摆式驱动的控制和结构优化是两个必须要解决的关键问题。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本实用新型旨在提供一种能够减少内部构件，驱动方式灵活轻便且能够低成本开发的摆式结构球形机器人及其控制系统。

为了达到上述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种摆式球形机器人，包括球形壳体、及设置在所述球形壳体内的转动单元和摆动单元；

所述转动单元包括第一法兰盘联轴器、第二法兰盘联轴器、箱型转轴、第一步进电机和第二步进电机，所述第一步进电机和第二步进电机呈对称固定设置在箱型转轴两端，所述第一步进电机与第一法兰盘联轴器转动连接，所述第二步进电机与第二法兰盘联轴器转动连接，所述第一法兰盘联轴器和第二法兰盘联轴器还分别与球形壳体固定连接；

所述摆动单元包括第一N20电机、第二N20电机和摆锤，所述摆锤设置在箱型转轴中心位置，所述第一N20电机和第二N20电机呈对称固定设置在箱型转轴两侧且分别与摆锤转动连接。

进一步地，所述第一步进电机和第二步进电机分别与箱型转轴通过螺栓紧固连接。

进一步地，所述第一步进电机与第一法兰盘联轴器通过紧定螺钉连接。

进一步地，所述第二步进电机与第二法兰盘联轴器通过紧定螺钉连接。

进一步地，所述第一法兰盘联轴器和第二法兰盘联轴器分别与球形壳体通过螺栓紧固连接。

进一步地，还包括控制板和电池，所述控制板和电池呈中心对称固定设置在箱型转轴两侧。

进一步地，所述控制板和电池分别通过粘性材料附着在箱型转轴上。