一种基于陀螺稳定原理的混合驱动模式球形机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种基于陀螺稳定原理的混合驱动模式球形机器人，包括壳体，所述壳体内设置有主支撑结构件，所述主支撑结构件的内侧设置有转向组件。本发明专利技术通过动量轮电机驱动的模具钢动量轮作为陀螺，利用陀螺的定轴性得到一个相对惯性系静止的稳定平台，对这个平台施力使机器人获得相对于惯性系的加速度，从而实现机器人的运动，六轴陀螺姿态传感器获取的原始数据对球形机器人姿态进行更新，再用串级PID调节球形的姿态平衡，使得球形机器人可以实现不抖动的直线运动，还通过金属舵机、模具钢动量轮、动量轮电机、驱动电机相互协调工作驱动壳体以不同的方式进行运动，同时实现原地转向和弧形转向两种转向方式。转向和弧形转向两种转向方式。

【技术实现步骤摘要】
一种基于陀螺稳定原理的混合驱动模式球形机器人


[0001]本专利技术涉及机器人
，具体为一种基于陀螺稳定原理的混合驱动模式球形机器人。

技术介绍

[0002]球形机器人是指一类驱动系统位于球壳内部，通过内驱动方式实现球体运动并将所有控制器安装在一个球形壳体内的机器人。球形机器人具有特殊的全封闭外形结构，这种特殊的外形结构可以通过外壳使得内部设备与外界高温、高气压甚至高腐蚀、高辐射环境隔绝。球形机器人可以在多种环境下运动，包括平地，缓坡和水下等。相较于传统的机器人，球形机器人与地面接触的面积更小，有利于转向和移动，可有效避免出现倾倒的情况。2001年，北京邮电大学的教授孙汉旭教授率先开始研究球形机器人，在国家重点项目支持下开发出了BYQ
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1、BYQ
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2以及BYQ
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3球形机器人对球形机器人的控制系统进行深入研究，针对球形机器人特殊的外形结构，设计了不同种控制系统，使其能在无线控制下进行全方位运动以及避障或越障，并对其动力学模型和平面运动时的运动学模型进行了理论上的分析，并制作出样机。2006年， T.Otani等设计了一种陀螺仪驱动的球形机器人，依据角动量守恒原理实现机器人控制。在2012年Urakubo等进一步展开了对于该球的研究，提出了一系列的反馈控制规律。
[0003]球形外壳与减震系统相互配合可以有效减小震动从而保护内部设备，在平面上运动更为平稳，如果在其内部有图传系统，可以增强画面的质量，并且球面形状更具观赏性，可以用于展演。在生活中，球形机器人可以用于教育以及服务行业。在医学领域，球形机器人可以用于消化道检查，减轻病人的痛苦。在工业生产中，可以用于管道检测等。在军事领域，球形机器人的机动性和隐蔽性都能良好地展现出来，可以做侦察监测等工作。但是，由于球形机器人的空间动力学模型及运动学模型较为复杂，其具有非线性，耦合性和非链式等特点，使得球形机器人的运动控制问题尚未完全解决。为解决球形机器人稳定运动与灵活转向控制问题，以陀螺仪为核心元件搭建稳定平台，研究基于陀螺稳定原理的混合驱动模式球形机器人具有重要的现实意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于陀螺稳定原理的混合驱动模式球形机器人，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于陀螺稳定原理的混合驱动模式球形机器人，包括壳体，所述壳体内设置有主支撑结构件，所述主支撑结构件的内侧设置有转向组件，所述转向组件包括金属舵机、动量轮支持结构件、动量轮电机、模具钢动量轮，所述主支撑结构件的下侧设置有控制器，所述主支撑结构件的底部设置有两个驱动组件，所述驱动组件包括驱动电机、电机齿轮、壳体支撑结构件、驱动齿圈，所述主支撑结构件的两侧设置有安装组件，所述安装组件包括光轴、开关支撑结构件，所述金属舵机、动量轮
电机、驱动电机与控制器电性连接。
[0006]优选的，所述金属舵机安装在主支撑结构件，所述动量轮支持结构件安装在金属舵机上，所述动量轮电机安装在动量轮支持结构件的下端，所述模具钢动量轮安装在动量轮电机的下端外侧。
[0007]优选的，所述动量轮支持结构件为U形结构架，所述主支撑结构件的上端部位于U形结构架的内侧。
[0008]优选的，所述驱动电机安装在主支撑结构件底部，所述电机齿轮安装驱动电机上，所述壳体支撑结构件安装在壳体内侧，所述驱动齿圈安装在壳体支撑构件的内侧，所述驱动齿圈与电机齿轮啮合。
[0009]优选的，所述壳体上开设有与若干个壳体支撑结构件配合使用的定位孔。
[0010]优选的，所述光轴安装在主支撑结构件的外侧端面，所述开关支撑结构件安装在光轴上，所述光轴位于驱动齿圈的内侧，所述开关支撑结构件位于壳体的外侧。
[0011]优选的，所述开关支撑结构件的侧面安装有电源总开关、按键，所述电源总开关、按键与控制器电性连接。
[0012]优选的，所述开关支撑结构件的外侧安装有灯圈，所述灯圈与控制器电性连接。
[0013]优选的，所述控制器包括控制电路板、六轴陀螺姿态传感器模块、通信模块、电源模块等单元组成。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0015]1、本专利技术通过动量轮电机驱动的模具钢动量轮作为陀螺，利用陀螺的定轴性得到一个相对惯性系静止的稳定平台，对这个平台施力使机器人获得相对于惯性系的加速度，从而实现机器人的运动，六轴陀螺姿态传感器获取的原始数据对球形机器人姿态进行更新，再用串级PID调节球形的姿态平衡，使得球形机器人可以实现不抖动的直线运动；
[0016]2、本专利技术同时还通过金属舵机、模具钢动量轮、动量轮电机、驱动电机相互协调工作驱动壳体以不同的方式进行运动，通过调节模具钢动量轮的转速可以实现球形机器人原地旋转，通过改变金属舵机的角度可以实现球形机器人的弧形转弯；
[0017]3、本专利技术同时还通过控制器、灯圈、六轴陀螺姿态传感器模块的配合使用，利用六轴陀螺姿态传感器模块获取的原始数据对球形机器人姿态进行更新，再用串级PID调节灯圈灯光的亮度与颜色等状态，来显示不同的球体状态，方便进行远程查看。
附图说明
[0018]图1为本专利技术一种基于陀螺稳定原理的混合驱动模式球形机器人中主支撑结构件的立体结构示意图；
[0019]图2为本专利技术一种基于陀螺稳定原理的混合驱动模式球形机器人中的立体结构示意图；
[0020]图3为本专利技术一种基于陀螺稳定原理的混合驱动模式球形机器人侧视剖视图；
[0021]图4为本专利技术一种基于陀螺稳定原理的混合驱动模式球形机器人中转向组件的立体结构示意图。
[0022]图中：1、壳体；2、主支撑结构件；3、转向组件；31、金属舵机；32、动量轮支持结构件；33、动量轮电机；34、模具钢动量轮；4、控制器；5、驱动组件；51、驱动电机；52、电机齿轮；
53、壳体支撑结构件；54、驱动齿圈；6、安装组件；61、光轴；62、开关支撑结构件；7、电源总开关；8、按键；9、灯圈。
具体实施方式
[0023]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0024]请参阅图1
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4，本专利技术提供一种技术方案：壳体1，壳体1内安装有主支撑结构件2，主支撑结构件2的内侧安装有可以控制球体运动方向的转向组件 3，转向组件3包括金属舵机31、动量轮支持结构件32、动量轮电机33、模具钢动量轮34，主支撑结构件2的下侧安装有控制器4，主支撑结构件2的底部安装有两个提供前进后退动力的驱动组件5，驱动组件5包括驱动电机 51、电机齿轮52、壳体支撑结构件53、驱动齿圈54，主支撑结构件2的两侧安装有安装组件6，安装组件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于陀螺稳定原理的混合驱动模式球形机器人，包括壳体(1)，其特征在于：所述壳体(1)内设置有主支撑结构件(2)，所述主支撑结构件(2)的内侧设置有转向组件(3)，所述转向组件(3)包括金属舵机(31)、动量轮支持结构件(32)、动量轮电机(33)、模具钢动量轮(34)，所述主支撑结构件(2)的下侧设置有控制器(4)，所述主支撑结构件(2)的底部设置有两个驱动组件(5)，所述驱动组件(5)包括驱动电机(51)、电机齿轮(52)、壳体支撑结构件(53)、驱动齿圈(54)，所述主支撑结构件(2)的两侧设置有安装组件(6)，所述安装组件(6)包括光轴(61)、开关支撑结构件(62)，所述金属舵机(31)、动量轮电机(33)、驱动电机(51)与控制器(4)电性连接。2.根据权利要求1所述的一种基于陀螺稳定原理的混合驱动模式球形机器人，其特征在于：所述金属舵机(31)安装在主支撑结构件(2)，所述动量轮支持结构件(32)安装在金属舵机(31)上，所述动量轮电机(33)安装在动量轮支持结构件(32)的下端，所述模具钢动量轮(34)安装在动量轮电机(33)的下端外侧。3.根据权利要求2所述的一种基于陀螺稳定原理的混合驱动模式球形机器人，其特征在于：所述动量轮支持结构件(32)为U形结构架，所述主支撑结构件(2)的上端部位于U形结构架的内侧。4.根据权利要求3所述的一种基于陀螺稳定原理的混合驱动模式球形机器人，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩雁飞，盛荔，徐天泽，刘媛媛，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：