[实用新型]可全向进动的球形陀螺机构

说明书

技术领域：

本实用新型涉及陀螺仪平衡控制技术，具体为一种可全向进动的球形陀螺机构。

背景技术：

机械陀螺具有结构紧凑、运转稳定等特点，其进动可以产生极强的陀螺力矩，是一种高效可靠的运动物体姿态调节机械装置。目前这种机构常集中应用在智能体的自动平衡控制方面，比如Lit公司的“永不倾倒”智能双轮车Lit Motor C1以及单点支撑正方体机器人Cubli。

现有的机械陀螺有单轴、双轴和三轴几种，通常是由内外嵌套轴实现多轴的运转。在一些技巧表演中，陀螺转子的高速转动，受到干扰后会自动产生陀螺力矩抵消干扰力矩保持系统的平衡。

但目前多轴的机械陀螺结构冗余，如正方体机器人Cubli采用了三个单轴陀螺，其陀螺轴线两两垂直、结构复杂，对加工精度有很高的要求；而单轴的陀螺，如Lit Motor C1的水平安装机械陀螺，只能进行俯仰单方向的进动，其产生陀螺力矩的调整范围会受到一定的限制。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提出了一种可全向进动的球形陀螺机构。

本实用新型可全向进动的球形陀螺机构，其技术方案包括置于球体的陀螺转子，所述球体置于可使其全方位转动的上、下全向轮驱动组件中，所述上、下全向轮驱动组件分别对应于球体的上、下球面设置，各全向轮驱动组件包括绕圆周均布的多个全向轮组，各全向轮组包括设于对应弧形轮架上的三个均与球面接触的全向轮，各全向轮组中，两两全向轮的转轴之间通过万向节连接，首、尾全向轮的转轴分别连接球体电机和检测全向轮转速的增量式编码器。

本实用新型的关键点在于该机构如何进行平衡控制，其力矩是如何传递的，当球体进动时，球体内的陀螺转子高速运转产生陀螺力矩，该力矩通过全向轮驱动组件和球体的约束作用而传递到工作件上进行工作。

为便于模型的建立与控制器的设计，上方各全向轮组的中间全向轮的轴线向上交汇于一点；下方各全向轮组的中间全向轮的轴线向下交汇于一点。

为防止驱动打滑，所述全向轮的轮面上或和球体的球面上设有胶层。

所述全向陀螺的一种结构包括居中的陀螺转子，所述陀螺转子的上、下轴端通过轴承机构安装，陀螺转子的一轴端连接陀螺电机，另一轴端连接检测陀螺转子转速的增量式编码器。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型主要解决了转子绕空间任意轴的转向问题，改进了传统三轴机械陀螺的不足，提供了一种全向驱动的方法，同时为全向球形陀螺机构的模型建立提供了理论指导。

2、本实用新型在通过建模后可精确控制球的进动转向，可使其在任意轴方向上产生陀螺力矩。

3、本实用新型利用了约束传递力矩的工作原理，可将高速转子产生的转动力矩有效的传递给机件进行工作。

附图说明

图1为本实用新型一种实施方式的立体结构示意图。

图2为图1实施方式中下支撑架的立体结构示意图。

图3为本图1实施方式中球壳的内部结构示意图。

图号标识：1、球体；2、弧形轮架；3、全向轮；4、万向节；5、薄饼电机；6、增量式编码器；7、陀螺转子；8、陀螺电机；9、轴承；10、隔板；11、支撑板；12、全向轮组；13、平台。

具体实施方式

下面结合附图所示实施方式对本实用新型的技术方案作进一步说明。

本实用新型可全向进动的球形陀螺机构，其技术方案包括中空的球体1，所述球体1置于全方位驱动其旋转的上、下全向轮驱动组件中，上、下全向轮驱动组件安装于机件的上、下平台13上，球体1内置有陀螺转子7，如图1所示。

所述全向陀螺包括于球体1内居中的陀螺转子7，所述陀螺转子7转轴的上、下端分别通过轴承9于球体1内部的上、下隔板10上就位安装，陀螺转子7转轴的上端由安装于上隔板10上的陀螺电机8直接驱动，陀螺转子7转轴的下端连接安装于下隔板10上的增量式编码器6，如图3所示。

上、下全向轮驱动组件分别对应在球体1的上、下球面上，以下位全向轮驱动组件为例：下位全向轮驱动组件包括圆周均布的三个全向轮组12(各全向轮组12处于各自对应的竖直面上)，各全向轮组12包括通过对应弧形轮架2安装的三个均与球体1球面接触的全向轮3(具有相同的规格大小)，各全向轮组12中，第一个全向轮3的转轴与第二个全向轮3的转轴、第二个全向轮3的转轴与第三个全向轮3的转轴之间均通过万向节4连接，第一个全向轮3的转轴与弧形轮架2上安装的电机5的输出轴连接，第三个全向轮3的转轴与弧形轮架2上安装的增量式编码器6的转轴连接，各弧形轮架2均通过对应的支撑板11于机件的下平台13上安装，三个全向轮组12中的中间全向轮3处于同一水平面上且三个中间全向轮3的轴线向下汇交于一点；上、下全向轮驱动组件中相对应的全向轮组12的位置上、下对齐，如图1、图2所示。