位于機(jī)架3上，機(jī)架3等重心遠(yuǎn)離球心，可產(chǎn)生最大的偏心驅(qū)動(dòng)行走力矩；軌輪4由轉(zhuǎn)向電機(jī)5提供其沿弧軌2滾動(dòng)的動(dòng)力，同時(shí)拖動(dòng)機(jī)架3和全向輪6等沿弧軌2周向的運(yùn)動(dòng)，從而得到球形機(jī)器人的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，因機(jī)架3等重心遠(yuǎn)離球心而產(chǎn)生最大的偏心驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向力矩。機(jī)架3上還設(shè)有驅(qū)動(dòng)的控制系統(tǒng)和無線操作系統(tǒng)，控制系統(tǒng)為可編程控制器；無線操作系統(tǒng)為藍(lán)牙模塊；可編程控制器和藍(lán)牙模塊均為市場(chǎng)上可以買到的現(xiàn)有設(shè)備，并非本發(fā)明的重要技術(shù)特征。
[0036]實(shí)施例四
[0037]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明實(shí)施例設(shè)計(jì)了一種全方位運(yùn)動(dòng)球形機(jī)器人，如圖1至圖3所示，包括球殼1、弧軌2、機(jī)架3、軌輪4、全向輪6和導(dǎo)輪9;弧軌2設(shè)在球殼I內(nèi)，弧軌2兩端共軸穿過并支撐在球殼I的直徑上；機(jī)架3設(shè)在球殼I內(nèi)，機(jī)架3的上部由軌輪4和導(dǎo)輪9支撐在弧軌2上；全向輪6安裝在機(jī)架3的底部。機(jī)架3內(nèi)還包含有兩個(gè)軌輪4、兩個(gè)導(dǎo)輪9、轉(zhuǎn)向電機(jī)5、行走電機(jī)7和彈簧8 ;軌輪4沿弧軌2外側(cè)周向布置在機(jī)架3內(nèi)；導(dǎo)輪9布置在弧軌2前、后兩側(cè)的機(jī)架3內(nèi)；轉(zhuǎn)向電機(jī)5設(shè)在機(jī)架3上驅(qū)動(dòng)軌輪4 ;彈簧8位于機(jī)架3的槽內(nèi)，彈簧8支撐軌輪4 ;彈簧8提供軌輪4對(duì)弧軌2的壓力，同時(shí)使全向輪6和軌輪4適應(yīng)球殼I與弧軌2間的間隙差異；行走電機(jī)7設(shè)在機(jī)架3上驅(qū)動(dòng)全向輪6。除弧軌2外，所有球內(nèi)質(zhì)量都位于機(jī)架3上，機(jī)架3等重心遠(yuǎn)離球心，可產(chǎn)生最大的偏心驅(qū)動(dòng)行走力矩；軌輪4由轉(zhuǎn)向電機(jī)5提供其沿弧軌2滾動(dòng)的動(dòng)力，同時(shí)拖動(dòng)機(jī)架3和全向輪6等沿弧軌2周向的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，從而得到球形機(jī)器人的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，因機(jī)架3等重心遠(yuǎn)離球心而產(chǎn)生最大的偏心驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向力矩。機(jī)架3上還設(shè)有驅(qū)動(dòng)的控制系統(tǒng)和無線操作系統(tǒng)，控制系統(tǒng)為可編程控制器；無線操作系統(tǒng)為藍(lán)牙模塊；可編程控制器和藍(lán)牙模塊均為市場(chǎng)上可以買到的現(xiàn)有設(shè)備，并非本發(fā)明的重要技術(shù)特征?；≤?采用斷面為槽型、方型或工字型的軌道制成，便于支撐導(dǎo)輪9和靠摩擦力工作的軌輪4。因機(jī)架3與弧軌2是兩個(gè)獨(dú)立體，位姿處于死點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)全向輪6將帶動(dòng)弧軌2和機(jī)架3脫離死點(diǎn)，進(jìn)而會(huì)使全向輪6失去對(duì)球殼I的徑向壓力和驅(qū)動(dòng)摩擦力，導(dǎo)輪9對(duì)稱布置于弧軌2前、后兩側(cè)，保證弧軌2與機(jī)架3在行走的過程中位姿始終處于死點(diǎn)，進(jìn)而兩者可同步行走運(yùn)動(dòng)。
[0038]實(shí)施例五
[0039]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明實(shí)施例設(shè)計(jì)了一種全方位運(yùn)動(dòng)球形機(jī)器人，如圖1至圖3所示，包括球殼1、弧軌2、機(jī)架3、軌輪4、全向輪6和導(dǎo)輪9;弧軌2設(shè)在球殼I內(nèi)，弧軌2兩端共軸穿過并支撐在球殼I的直徑上；機(jī)架3設(shè)在球殼I內(nèi)，機(jī)架3的上部由軌輪4和導(dǎo)輪9支撐在弧軌2上；全向輪6安裝在機(jī)架3的底部。機(jī)架3內(nèi)還包含有兩個(gè)軌輪4、兩個(gè)導(dǎo)輪9、轉(zhuǎn)向電機(jī)5、行走電機(jī)7和彈簧8 ;軌輪4沿弧軌2外側(cè)周向布置在機(jī)架3內(nèi)；導(dǎo)輪9布置在弧軌2前、后兩側(cè)的機(jī)架3內(nèi)；轉(zhuǎn)向電機(jī)5設(shè)在機(jī)架3上驅(qū)動(dòng)軌輪4 ;彈簧8位于機(jī)架3的槽內(nèi)，彈簧8支撐軌輪4 ;彈簧8提供軌輪4對(duì)弧軌2的壓力，同時(shí)使全向輪6和軌輪4適應(yīng)球殼I與弧軌2間的間隙差異；行走電機(jī)7設(shè)在機(jī)架3上驅(qū)動(dòng)全向輪6。除弧軌2外，所有球內(nèi)質(zhì)量都位于機(jī)架3上，機(jī)架3等重心遠(yuǎn)離球心，可產(chǎn)生最大的偏心驅(qū)動(dòng)行走力矩；軌輪4由轉(zhuǎn)向電機(jī)5提供其沿弧軌2滾動(dòng)的動(dòng)力，同時(shí)拖動(dòng)機(jī)架3和全向輪6等沿弧軌2周向的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，從而得到球形機(jī)器人的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，因機(jī)架3等重心遠(yuǎn)離球心而產(chǎn)生最大的偏心驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向力矩。機(jī)架3上還設(shè)有驅(qū)動(dòng)的控制系統(tǒng)和無線操作系統(tǒng)，控制系統(tǒng)為可編程控制器；無線操作系統(tǒng)為藍(lán)牙模塊；可編程控制器和藍(lán)牙模塊均為市場(chǎng)上可以買到的現(xiàn)有設(shè)備，并非本發(fā)明的重要技術(shù)特征?；≤?制成齒軌；齒軌分為內(nèi)齒軌或外齒軌；軌輪4采用齒輪；內(nèi)齒軌外還設(shè)有掛輪；掛輪與齒輪連接，保持齒軌與齒輪的嚙合，實(shí)現(xiàn)無滑移的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)。因機(jī)架3與弧軌4是兩個(gè)獨(dú)立體，位姿處于死點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)全向輪6將帶動(dòng)弧軌2和機(jī)架3脫離死點(diǎn)，進(jìn)而會(huì)使全向輪6失去對(duì)球殼I的徑向壓力和驅(qū)動(dòng)摩擦力，導(dǎo)輪9對(duì)稱布置于弧軌2前、后兩側(cè)，保證弧軌2與機(jī)架3在行走的過程中位姿始終處于死點(diǎn)，進(jìn)而兩者可同步行走運(yùn)動(dòng)。
[0040]在優(yōu)選方案中，軌輪4至少布置兩個(gè)或兩個(gè)以上；為了保證轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，軌輪4始終與弧軌2具有所需壓力。
[0041]在優(yōu)選方案中，導(dǎo)輪9至少布置兩個(gè)或兩個(gè)以上，為了減小轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)時(shí)弧軌2與機(jī)架3的摩擦阻力。
[0042]由上述本發(fā)明的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例具有以下益處:
[0043]1、利用全向輪在兩個(gè)正交方向可同時(shí)滾動(dòng)的特性，來驅(qū)動(dòng)球內(nèi)單偏心質(zhì)量實(shí)現(xiàn)全向運(yùn)動(dòng)的球形機(jī)器人。機(jī)構(gòu)原理簡(jiǎn)潔，控制全向運(yùn)動(dòng)的策略直觀，容易工程化實(shí)現(xiàn)；
[0044]2、將行走電機(jī)、轉(zhuǎn)向電機(jī)和驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)等都集成在機(jī)架上，為球形機(jī)器人的系統(tǒng)集成帶來方便；
[0045]3、可動(dòng)件質(zhì)量遠(yuǎn)離球心，即承載機(jī)架貼于球殼內(nèi)表面運(yùn)動(dòng)，為球形機(jī)器人同時(shí)提供了最大化的偏心驅(qū)動(dòng)行走力矩和轉(zhuǎn)向力矩，進(jìn)而最大化地增強(qiáng)球形機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性和動(dòng)力效率；
[0046]4、由于機(jī)架位于弧軌下方，理論上球殼內(nèi)的機(jī)架上方將可以提供最大化的載物空間和能力；
[0047]5、本發(fā)明的機(jī)構(gòu)可以較好地識(shí)別自身位姿，為實(shí)現(xiàn)智能控制提供了便利；
[0048]6、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要高精度的零部件，從而可降低工程化成本。
[0049]以上，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種全方位運(yùn)動(dòng)球形機(jī)器人，其特征在于， 包含球殼、弧軌、機(jī)架和全向輪； 所述弧軌設(shè)在所述球殼內(nèi)，所述弧軌兩端共軸穿過并支撐在球殼的直徑上； 所述機(jī)架設(shè)在所述球殼內(nèi)，所述機(jī)架的上部由軌輪和導(dǎo)輪支撐在所述弧軌上； 所述全向輪安裝在所述機(jī)架的底部。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全方位運(yùn)動(dòng)球形機(jī)器人，其特征在于: 所述機(jī)架內(nèi)還包含有多個(gè)軌輪、多個(gè)導(dǎo)輪、轉(zhuǎn)向電機(jī)、行走電機(jī)和彈簧； 所述軌輪在所述機(jī)架內(nèi)沿弧軌外側(cè)周向布置； 所述導(dǎo)輪布置在所述機(jī)架內(nèi)位于所述弧軌的前、后兩側(cè)； 所述轉(zhuǎn)向電機(jī)設(shè)在所述機(jī)架上，驅(qū)動(dòng)所述軌輪； 所述彈簧位于所述機(jī)架的槽內(nèi)，所述彈簧一端支撐所述軌輪； 所述行走電機(jī)設(shè)在所述機(jī)架上，驅(qū)動(dòng)所述全向輪。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全方位運(yùn)動(dòng)球形機(jī)器人，其特征在于: 所述機(jī)架上還設(shè)有驅(qū)動(dòng)的控制系統(tǒng)和無線操作系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)為可編程控制器；所述無線操作系統(tǒng)為藍(lán)牙模塊。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的全方位運(yùn)動(dòng)球形機(jī)器人，其特征在于: 所述弧軌采用斷面為槽型、方型或工字型的軌道制成，便于支撐所述導(dǎo)輪和靠摩擦力工作的所述軌輪。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的全方位運(yùn)動(dòng)球形機(jī)器人，其特征在于: 所述弧軌制成齒軌，所述齒軌為外齒軌或內(nèi)齒軌； 所述轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)的軌輪采用齒輪； 所述內(nèi)齒軌外還設(shè)有掛輪； 所述掛輪與所述齒輪連接，保持齒軌與所述齒輪的嚙合。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全方位運(yùn)動(dòng)球形機(jī)器人，其特征在于， 所述軌輪布置兩個(gè)或兩個(gè)以上。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全方位運(yùn)動(dòng)球形機(jī)器人，其特征在于， 所述導(dǎo)輪布置兩個(gè)或兩個(gè)以上。
【專利摘要】本發(fā)明實(shí)施例公開了一種全方位運(yùn)動(dòng)球形機(jī)器人，包含球殼、弧軌、機(jī)架和全向輪；所述弧軌設(shè)在所述球殼內(nèi)，所述弧軌兩端共軸穿過并支撐在球殼的直徑上；所述機(jī)架設(shè)在所述球殼內(nèi)，所述機(jī)架的上部由軌輪和導(dǎo)輪支撐在所述弧軌上；所述全向輪安裝在所述機(jī)架的底部；由上述本發(fā)明的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例具有以下益處：利用全向輪在兩個(gè)方向可同時(shí)滾動(dòng)的特性，來驅(qū)動(dòng)球內(nèi)單偏心質(zhì)量實(shí)現(xiàn)全向運(yùn)動(dòng)的球形機(jī)器人；可動(dòng)件質(zhì)量遠(yuǎn)離球心，最大化地增強(qiáng)球形機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性和動(dòng)力效率；由于機(jī)架位于弧軌下方，可以較好地識(shí)別自身位姿，為實(shí)現(xiàn)智能控制提供了便利；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要高精度的零部件，從而可降低工程化成本。
【IPC分類】B62D57/02
【公開號(hào)】CN105128967
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510542938
【發(fā)明人】劉偉, 趙錦旭, 王克俊, 李尊, 梁少喆, 劉孟玨
【申請(qǐng)人】北京交通大學(xué)
【公開日】2015年12月9日
【申請(qǐng)日】2015年8月28日