一种无线充电的全封闭球型机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种无线充电的全封闭球型机器人。包括球型机器人的内部结构与球壳、用于发射能量的无线输电模块，用于接收能量的无线受电模块，用于管理电池的电池管理模块，用于控制电池开断的感应开关模块，用于提供电能的电池模块，用于产生控制命令的外部控制模块、用于控制球型机器人的主控模块、用于与主控模块进行无线通讯的无线通信模块、本发明专利技术具有可无线充电、结构灵活、响应速度快、封闭性好、控制途径广泛等优点，可广泛地应用于休闲娱乐、辅助探测等方面。

【技术实现步骤摘要】
一种无线充电的全封闭球型机器人
本专利技术涉及球型机器人，特别是一种无线充电的全封闭球型机器人。
技术介绍
从1996年第一个具有圆球外壳的球型机器人出现开始，球型机器人的研究已经开展了20年，在此期间国内外的众多学者相继提出了许多结构，其中一种即全封闭型球型机器人。全封闭型球型机器人其内部结构与外部环境相分离，具有良好的封闭性，可以适应多种环境下的工作。但是相对的，由于其特有的封闭性，球型机器人的电能供应、数据采集等方面受到了较大的限制。
技术实现思路
基于上述的目标，本专利技术的主要解决球型机器人的电能供应、封闭性，同时，简化控制方式及结构。为了达到上述目的，本专利技术提出的技术方案为：无线充电的全封闭球型机器人组成包括无线输电模块、无线受电模块、电池管理模块、感应开关模块、电池模块、稳压模块、主控模块、球体姿态模块、外部控制模块、无线通信模块、驱动模块、电机模块；其中，无线输电模块，在球体外部，将外部电源的电能转化成能量传输给无线受电模块；无线受电模块，安装在球体内部，用于接收无线输电模块发送的能量，与电池管理模块连接为充电提供电能；电池管理模块，安装在球体内部，接收无线受电模块发送的能量；控制向电池模块输入的电流及电压的大小，最终完成对电池充电的管理；感应开关模块，用于控制整个系统电路的通断，所述开关模块由常闭型干簧管构成，通过外部磁性物质接近改变通断状态，连接电池模块以及电池管理模块；电池模块，安装在球体内部，用于提供电能；连接到5V稳压模块产生其他模块所需求的电能，连接到驱动模块提供驱动的电能；稳压模块，安装在球体内部，用于将电源模块电压转换为5V与3.3V电压，为无线通信模块、主控模块、球体姿态模块供电；主控模块，接收来自无线通信模块的控制命令，向无线通信模块发送查询命令，查询外部控制模块是否在线；接收来自球体姿态模块的角度、地磁数据，并将其融合，并按照融合结果生成PWM波发送给驱动模块，所述主控模块为STM32F103C8T6；球体姿态模块，安装在球体内部，用于检测球体在运行过程中的姿态参数，包含三轴角速度、三轴加速度、地磁方向，将其融合成角度和地磁信息发送给主控模块；外部控制模块，在球体外部，可为包含蓝牙或者NRF24L01的设备或模块，用于产生控制命令或者采集所处平面倾斜角度，通过自身的无线通信功能发送到球内无线通信模块；无线通信模块，安装在球体内部，用于实现无线通信，通过无线功能接收外部控制模块的控制命令或所处平面的倾斜角度；接收主控模块的查询命令，查询外部控制模块或者是否在线；将倾斜角度或控制命令发送到主控模块；驱动模块，安装在球体内部，用于为电机提供驱动电流，接收来自主控模块的控制命令，向电机模块提供驱动电流；综上所述，本专利技术所述一种无线充电的全封闭球型机器人其电池模块为系统提供电能；主控模块处理相关信号，控制驱动模块；无线通信模块用于实现无线通讯；外部控制模块用于提供控制命令或者本模块所处平面的角度；球体姿态模块用于获取球体当前姿态；感应开关模块控制整个系统电路的通断；电源模块用于为整体供电；无线输电模块用于实现无线充电能量的发送；无线受电模块用于实现无线充电能量的接收；驱动模块用于执行主控模块的控制指令；电机模块用于提供动力。因此，本专利技术具有结构简单、使用方便的特点。另外，本专利技术采用的无线输电模块、无线受电模块、电源管理模块、感应开关模块、电池模块、稳压模块、球体姿态模块、无线通信模块、外部控制模块、主控模块、驱动模块、电机模块可靠性均较高，故本专利技术具有较高的可靠性。附图说明图1为本专利技术机械结构原理图1。图2为本专利技术机械结构原理图2。图3为本专利技术机械结构原理图3。图4为本专利技术机械结构原理图4。图5为本专利技术机械结构原理图5。图6为本专利技术的电路工作总体流程图。图7为本专利技术所述驱动模块的组成结构示意图。图8为本专利技术所述稳压模块组的组成结构示意图。图9为本专利技术外部控制模块的工作示意图。图10为本专利技术无线通信模块的组成结构示意图。图11为本专利技术球体姿态模块的组成结构示意图。图12为本专利技术无线受电模块的组成结构示意图。图13为本专利技术电源管理模块的组成结构示意图。图14为本专利技术感应开关模块的组成结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施方式对本专利技术作进一步地详细描述。本专利技术所述球型机器人包括球壳1和设置于球壳1内的内部结构主体2。请参阅图1、图2、图3、图4、图5。内部结构主体2设置于球壳1内，主体包括：21主体执行部件、22辅助部件两部分。21包括电机组211、配重组212、平衡机构组213、电机套组214、核心控制板215、电池216和无线充电217-1、无线开关217-2、支撑框架组218、两个轮子2110。22包括避震机构221、连接及传动机构万向轮组222。电机组211包含主驱动电机2111-1和2111-2为两个轮子提供动力和平衡飞轮驱动电机2112为两个相同的反向旋转的平衡飞轮提供高速动力。配重组212的配重块当主体2运动时产生偏移，致使主体中心偏移，配合整体中心共同为球体提供驱动力。平衡机构组213包括驱动电机2112为飞轮提供充足的动力和平衡飞轮2131、2132用来克服重力矩保证球体的平衡及其附带连接反向机构齿轮2133保证两个飞轮等速反向高速旋转。电机套组214由2141和2142构成，2141支撑两个主驱动电机2111并支撑框架组2181和核心控制板壳2182。电机套2142支撑核心控制板。支撑框架组218包含框架2181、2182、2183、2184，框架2181支撑电池216、核心控制板壳2182和框架2183，框架2183支撑三对框架2184。避震机构221由三对相同的弹簧组成，并于框架2181活口连接，起到避震作用。连接及传动机构222由三对框架2184支撑着万向轮组219最终完成主体和球壳的动态连接。对高速旋转的飞轮平衡解释。旋转的陀螺角速度矢量与重力矩的乘机遵循右手螺旋定则，也就是它们的叉积垂直于两矢量决定的平面，因此陀螺重心的运动也将遵循叉积的方向，简单来讲就是运动的陀螺重心不沿重力方向运动。本专利技术所述的球型机器人在通过无线控制工作时，核心控制板215控制驱动电机2111-1和2111-2正、反旋转利用轮子2110和球壳1的摩擦力带动主体21、22偏移，主体的偏移导致内部结构主体21重心发生变化进而使球型机器人前进和后退；核心控制板215控制平衡驱动电机2112随倾角的增加转速增加维持主体的平衡；核心控制板215通过分别控制驱动电机2111-1和2111-2而实现零角度转弯；具体通过外部控制模块发送的指令实现理想的运动。图6为本专利技术所述电路工作总体流程图。如图6所示，外部控制模块9将外部控制模块所在平面的角度或者控制命令通过无线通信模块8发送到主控模块10，主控模块将角度或控制命令处理后生成的PWM波发送给驱动模块12来驱动电机13使球型机器人运动，电池模块5通过5V稳压模块6与3.3V稳压模块7分别为球体姿态模块11、无线通信模块8进行供电，无线输电模块1为无线受电模块2提供电能，经电池管理模块3为电池模块5进行充电，感应开关模块4控制电池通断的状态。图7为本专利技术所述驱动模块的组成结构示意图。如图7所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线充电的全封闭球型机器人，其特征在于，所述无线充电的全封闭球型机器人包括无线输电模块、无线受电模块、电池管理模块、感应开关模块、电池模块、稳压模块、主控模块、球体姿态模块、外部控制模块、无线通信模块、驱动模块、电机模块其中，无线输电模块，在球体外部，将外部电源的电能转化成能量传输给无线受电模块；无线受电模块，安装在球体内部，用于接收无线输电模块发送的能量，与电池管理模块连接为充电提供电能；电池管理模块，安装在球体内部，接收无线受电模块发送的能量；控制向电池模块输入的电流及电压的大小，最终完成对电池充电的管理；感应开关模块，用于控制整个系统电路的通断，所述开关模块由常闭型干簧管构成，通过外部磁性物质接近改变通断状态，连接电池模块以及电池管理模块；电池模块，安装在球体内部，用于提供电能；连接到5V稳压模块产生其他模块所需求的电能，连接到驱动模块提供驱动的电能；稳压模块，安装在球体内部，用于将电源模块电压转换为5V与3.3V电压，为无线通信模块、主控模块、球体姿态模块供电；主控模块，接收来自无线通信模块的控制命令，向无线通信模块发送查询命令，查询外部控制模块是否在线；接收来自球体姿态模块的角度、地磁数据，并将其融合，并按照融合结果生成PWM波发送给驱动模块，所述主控模块为STM32F103C8T6；球体姿态模块，安装在球体内部，用于检测球体在运行过程中的姿态参数，包含三轴角速度、三轴加速度、地磁方向，将其融合成角度和地磁信息发送给主控模块；外部控制模块，在球体外部，可为包含蓝牙或者NRF24L01的设备或模块，用于产生控制命令或者采集所处平面倾斜角度，通过自身的无线通信功能发送到球内无线通信模块；无线通信模块，安装在球体内部，用于实现无线通信，通过无线功能接收外部控制模块的控制命令或所处平面的倾斜角度；接收主控模块的查询命令，查询外部控制模块或者是否在线；将倾斜角度或控制命令发送到主控模块；驱动模块，安装在球体内部，用于为电机提供驱动电流，接收来自主控模块的控制命令，向电机模块提供驱动电流。...

【技术特征摘要】
1.一种无线充电的全封闭球型机器人，其特征在于，所述无线充电的全封闭球型机器人包括无线输电模块、无线受电模块、电池管理模块、感应开关模块、电池模块、稳压模块、主控模块、球体姿态模块、外部控制模块、无线通信模块、驱动模块、电机模块其中，无线输电模块，在球体外部，将外部电源的电能转化成能量传输给无线受电模块；无线受电模块，安装在球体内部，用于接收无线输电模块发送的能量，与电池管理模块连接为充电提供电能；电池管理模块，安装在球体内部，接收无线受电模块发送的能量；控制向电池模块输入的电流及电压的大小，最终完成对电池充电的管理；感应开关模块，用于控制整个系统电路的通断，所述开关模块由常闭型干簧管构成，通过外部磁性物质接近改变通断状态，连接电池模块以及电池管理模块；电池模块，安装在球体内部，用于提供电能；连接到5V稳压模块产生其他模块所需求的电能，连接到驱动模块提供驱动的电能；稳压模块，安装在球体内部，用于将电源模块电压转换为5V与3.3V电压，为无线通信模块、主控模块、球体姿态模块供电；主控模块，接收来自无线通信模块的控制命令，向无线通信模块发送查询命令，查询外部控制模块是否在线；接收来自球体姿态模块的角度、地磁数据，并将其融合，并按照融合结果生成PWM波发送给驱动模块，所述主控模块为STM32F103C8T6；球体姿态模块，安装在球体内部，用于检测球体在运行过程中的姿态参数，包含三轴角速度、三轴加速度、地磁方向，将其融合成角度和地磁信息发送给主控模块；外部控制模块，在球体外部，可为包含蓝牙或者NRF24L01的设备或模块，用于产生控制命令或者采集所处平面倾斜角度，通过自身的无线通信功能发送到球内无线通信模块；无线通信模块，安装在球体内部，用于实现无线通信，通过无线功能接收外部控制模块的控制命令或所处平面的倾斜角度；接收主控模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，吴思，田大庆，齐坤，刘丁柯，盛琨平，王宏业，姜勇杰，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41