[实用新型]一种具有双摆锤的球形机器人

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种球形机器人，尤其是涉及一种具有双摆锤的球形机器人。

背景技术

球形机器人是一种以滚动方式行走的移动机器人。现有的球形机器人从外形上可分为球形或近似球形与蝶形两种。球形机器人的主要研制目标即使机器人可以方便灵活地沿任意方向滚动。

目前，球形机器人的驱动方式主要有转动体驱动、车驱动、移动质量块驱动、形变式驱动、陀螺仪驱动和偏心质量块驱动等方式。

其中，现有的陀螺仪驱动方式采用单摆锤，其需要实现摆锤的空间转动，技术难度大，稳定性低。

实用新型内容

为了解决背景技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种具有双摆锤的球形机器人。

本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型包括球形外壳、球形内壳、上摆锤、下摆锤、电机、两个轴承和两个固定轴，球形外壳装在球形内壳外形成球面滑动，球形内壳中安装有相互垂直的第一固定轴和第二固定轴，第一固定轴主要由分别位于第二固定轴两侧的两段轴构成，两段轴同轴，第一固定轴和第二固定轴的轴线交点位于球形内壳球心；第一固定轴的一端连接下摆锤电机的输出轴，第一固定轴的另一端通过下摆锤轴承连接到球形内壳壁孔中，下摆锤固定连接到第一固定轴中部；第二固定轴的一端连接上摆锤电机的输出轴，第二固定轴的另一端通过上摆锤轴承连接到球形内壳壁孔中，上摆锤固定连接到第二固定轴中部。

所述的上、下摆锤电机控制上、下摆锤在互相垂直的两个面内摆动，对球形外壳与地面接触点可以产生两个方向互相垂直的力矩，在合成力矩的作用下所述球形机器人实现向任意方向滚动。

下摆锤非重心端连接到靠近球心的第一固定轴两段轴的轴端处，上摆锤非重心端连接到靠近球心的第二固定轴轴中部处。

所述上摆锤和下摆锤的合成力矩是由以下的公式计算得到：

M=M12+M22]]>

公式中，M₁、M₂分别为上、下摆锤对球形与地面接触点的力矩；

上述上摆锤力矩是由以下的公式计算得到：

M₁＝G₁L₁sinθ

公式中，G₁、L₁分别为上摆锤的重力和其重心到固定点的距离，θ为上摆锤偏离竖直方向的角度；

上述下摆锤力矩是由以下的公式计算得到：

M₂＝G₂L₂sinφ

公式中，G₂、L₂分别为下摆锤的重力和其重心到固定点的距离，Φ为下摆锤偏离竖直方向的角度。

所述球形机器人应用于管道探测和现场侦查。

在与每个摆锤固定连接的轴端安装有一个电机，轴另一端装入固定在球形内壳上的轴承中。所述的摆锤在电机的作用下，可以实现绕轴的前后转动，上、下摆锤分别在互相垂直的两个面上半部和下半部摆动。

当摆锤偏离竖直方向时，摆锤重力对球形外壳与地面接触点产生一个力矩，在这个力矩的作用下，球形机器人整体朝着摆锤偏离方向滚动。

上、下两个摆锤在互相垂直的两个面内摆动，对球形外壳与地面接触点可以产生两个方向互相垂直的力矩，在合成力矩的作用下，球形机器人实现滚动。同时，可以通过调整上下摆锤转过的角度，从而调整对应力矩大小，进一步可以调整合成力矩的方向以及大小，最终可以实现球形机器人向任意方向滚动。

本实用新型具有的有益效果是：

1、球形机器人由两个摆锤来驱动，这样在互相垂直的两个面内摆动的摆锤只需要完成其在各自平面内的绕轴转动即可，即作平面运动，易实现、成本低且稳定性高。

2、可以通过调整上下摆锤转过的角度，从而调整对应力矩大小，进一步可以调整合成力矩的方向以及大小，最终可以实现球形机器人向任意方向滚动。

附图说明

图1是本实用新型的正视图。

图2是图1的侧视图。

图3是球形机器人yoz面上摆锤的结构示意图。