[发明专利]一种电磁铁和铁砂配合驱动的球形机器人结构

说明书

本发明公开了一种电磁铁和铁砂配合驱动的球形机器人结构，它包括控制器壳、连接轴、中心球壳和环绕球壳，控制器壳通过连接轴与中心球壳连接，在每块中心球壳的四周连接有环绕球壳，所有中心球壳和环绕球壳相互连接成一个圆球壳体结构，在圆球壳体内部有细铁砂，中心球壳的内侧壁上设有电磁铁和锂电池，周围设有导线开孔，底端设有导线控制线开孔，环绕球壳的内侧壁上也设有电磁铁，周围设有导线开孔并与锂电池导线连接，电磁铁和锂电池经导线控制线开孔通过连接轴与控制器壳导线连接。采用电磁铁进行驱动，电磁铁通电即产生磁场，控制方式简单，响应速度快；具有原理简单直观、易于控制、运动方式灵活多样的优点。

技术领域

本发明涉及一种机器人，尤其涉及一种电磁铁和铁砂配合驱动的球形机器人结构，属于机器人设备技术领域。

背景技术

随着人类社会的发展，人类对复杂危险环境的探测需求持续增加，例如星球探索、灾难营救等。在这些复杂的情况下，一般的机器人由于其设计的专门化，往往难以胜任不同的恶劣情况。此时，球形机器人应运而生。球形机器人拥有全封闭的球形外壳，其所有的核心零部件均可置于球壳的保护之下。球形机器人通过质心偏移、动量守恒或者球壳的形变来进行驱动，运动灵活且不存在侧翻问题，因此球形机器人在复杂环境探索等方面具有广阔的前景。

目前球形机器人根据其驱动方式主要分为四大类型，分别是质心偏移型、角动量守恒型、水下型以及形变型。质心偏移型原理简单、运动方式直观，因此得到广泛关注。质心偏移型球形机器人按照其质心偏移的方式分为四种类型：单摆锤类、双摆锤类、小车类和多质量块类。单摆锤类通过一个电机和摆锤配合，当摆锤转动时球体质心改变。双摆锤类在单摆锤类基础上增加了一个摆锤，通过两个摆锤的配合实现了更复杂的动作。小车类利用电机驱动球内的轮子，从而改变质心驱动球形机器人。多质量块类内部装有三到四根固定轴，利用电机驱动固定轴上的质量块达到改变质心的目的。

单摆锤类结构简单，摆锤只能在一个平面内进行圆周运动，其越障能力和转弯能力都较弱。双摆锤类虽然增加一个摆锤，一定程度上改善了单摆锤运动方式单一的缺点，但是并不能改变摆锤只能在一个平面内进行圆周运动的缺陷，并且双摆锤难以平衡，直线运动较为困难。小车类其车轮与球壳之间存在非完整约束，对控制提出了更高的要求。多质量块类也只有三到四个质量块可以控制，且只能沿相应的固定轴进行滑动，限制了机器人运动的灵活性，并且轨迹控制很复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种电磁铁和铁砂配合驱动的球形机器人结构，该机器人具有结构简单、动作灵活、可控性强等特点，改进现有质心偏移型球形机器人驱动方式的不足，有效的解决了上述存在的问题。

本发明的技术方案为：一种电磁铁和铁砂配合驱动的球形机器人结构，它包括控制器壳、连接轴、中心球壳和环绕球壳，所述控制器壳的四周分别通过六根连接轴与六块中心球壳连接，在每块中心球壳的四周连接有三块或五块环绕球壳，所有中心球壳和环绕球壳相互连接成一个圆球壳体结构，在圆球壳体内部有细铁砂，中心球壳的内侧壁上设有电磁铁和锂电池，周围设有导线开孔，底端设有导线控制线开孔，环绕球壳的内侧壁上也设有电磁铁，周围设有导线开孔并与锂电池导线连接，电磁铁和锂电池经导线控制线开孔通过连接轴与控制器壳导线连接。

所述中心球壳和环绕球壳均为五边或六边的等边结构，其中一块中心球壳的外侧设有充电开孔，外部电源通过充电开孔可给锂电池充电。

所述控制器壳内部设有控制器和MEMS陀螺仪传感器，控制器分别与MEMS陀螺仪传感器、锂电池和电磁铁导线连接。

所述控制器通过MEMS陀螺仪获取机器人位置和姿态，根据目标轨迹和速度计算出应通中心球壳或环绕球壳，并向与应通电的球壳相连中心球壳中的选择开关发送通电指令。选择开关将应通电的球壳电磁铁与中心球壳锂电池接通，应通电球壳电磁铁吸引球内细铁砂，质心位置改变，球体开始运动。