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CN111098945A - 一种钟摆式滚动机器人 - Google Patents

一种钟摆式滚动机器人 Download PDF

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CN111098945A
CN111098945A CN201811267765.6A CN201811267765A CN111098945A CN 111098945 A CN111098945 A CN 111098945A CN 201811267765 A CN201811267765 A CN 201811267765A CN 111098945 A CN111098945 A CN 111098945A
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CN
China
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rolling robot
casing
type rolling
shaft
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CN201811267765.6A
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English (en)
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王酉
李光
何梦佳
张子昂
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Luoteng Hangzhou Technology Co ltd
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Luoteng Hangzhou Technology Co ltd
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D57/00—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
    • B62D57/02—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units

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  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

本发明涉及一种钟摆式滚动机器人，解决滚动机器人多是依靠驱动源带动滚动机器人的壳体转动从而驱动壳体在地面上滚动的问题。本装置包括壳体，其特征在于：所述壳体左右侧壁之间架设水平设置的主轴，所述壳体为以主轴为轴线的回转体，所述主轴中心设有水平设置并与主轴相互垂直的副轴，副轴两端悬空，且副轴两端的下方吊设有摆动块，所述主轴和副轴的交叉处设置有驱动主轴和副轴转动的驱动装置。本发明利用滚动机器人壳体内部钟摆式的摆动块的前后、左右摆动来改变整体的质心位置，从而带动滚动机器人的前后运动和左右转弯，结构简单，控制更为精准可靠。

Description

一种钟摆式滚动机器人
技术领域
本发明属于行进装置领域，涉及一种滚动机器人，特别涉及一种钟摆式滚动机器人。
背景技术
机器人是一种通过手动或者自动控制，模拟人类完成各种指令的一种智能化装置。机器人可以代替人体进行各种复杂精细的操作，也可以代替人类进入复杂、危险的环境进行探索作业，保证人员安全。现有的机器人有固定设置、在一定区域范围内进行操作的固定式机器人，也有可移动的，通过机械腿、履带、滚轮等结构实现机器人的行走移动。移动式机器人还有一种自身为回转体结构，通过驱动源带动自身回转体滚动前进的滚动机器人。现有的滚动机器人多是依靠驱动源带动滚动机器人的壳体转动从而驱动壳体在地面上滚动。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的滚动机器人多是依靠驱动源带动滚动机器人的壳体转动从而驱动壳体在地面上滚动的问题，提供一种钟摆式滚动机器人，通过质心的变化来驱动滚动机器人行进和转向。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种钟摆式滚动机器人，包括壳体，其特征在于：所述壳体左右侧壁之间架设水平设置的主轴，所述壳体为以主轴为轴线的回转体，所述主轴中心设有水平设置并与主轴相互垂直的副轴，副轴两端悬空，且副轴两端的下方吊设有摆动块，所述主轴和副轴的交叉处设置有驱动主轴和副轴转动的驱动装置。本装置滚动机器人通过摆动块的摆动来控制整体质心的移动，实现滚动机器人的移动以及转向。当滚动机器人需要前进或者后退时，驱动装置带动主轴转动，副轴设置在主轴中部且两端悬空，因此副轴被主轴带动绕主轴转动一个角度，从而带动摆动块向前或者向后摆动，造成整体质心的前移或者后移，从而带动滚动机器人前进或者后退。当滚动机器人需要转弯时，主轴持续转动保持滚动机器人稳定前进或者后退，同时驱动装置驱动副轴绕自身轴线转动，带动摆动块向左侧或者后侧摆动，使整体质心向一侧便宜，使滚动机器人向一侧倾斜，从而实现转弯。
作为优选，所述驱动装置包括单个电机和传动装置，传动装置为单输入、双输出的变速齿轮组，变速齿轮组的输入端连接电机，所述电机连接设置在壳体内的电源模块。电机模块设置在驱动装置内部。
作为另外的优选，所述驱动装置包括多个电机，各电机分别通过传动带连接主轴或者副轴，所述电机连接设置在壳体内的电源模块。电机模块设置在驱动装置内部。
作为优选，所述摆动块上端和副轴两端固定连接。
作为优选，所述摆动块下端贴靠壳体内壁的底面设置。
作为优选，所述摆动块的重量为壳体自重的0.5倍以上。
作为优选，所述壳体内还设有控制系统，所述控制系统包括设置在壳体内的传感器及PID控制器，所述传感器包括GPS、陀螺仪、加速度传感器及码盘。传感器均设置在壳体内相对稳定的位置，优选为设置于驱动装置内，其中码盘对应电机数量设置并安装在电机的输出轴上。
作为优选，所述壳体为球形、椭球形、横置的圆柱型或者鼓型。壳其中，球形、椭球形或者鼓型在主滚道的两侧均为弧形过度，便于转弯，圆柱型的壳体适用以前后运动为主的极端情况。壳体也可为拟合为球形、椭球型、圆柱型、鼓型的多面体结构，只要面数足够多，如30面体，也可达到滚动的效果，这种改变应视为球形、椭球型、圆柱型、鼓型的等同替换。
作为优选，壳体为左右对称结构，壳体环绕主轴的环周中部为前后方向运动的主滚道。主滚道可以采用高强度耐磨材料制成。
作为优选，所述壳体的左右侧壁设置透明壳体。壳体左右侧壁运动时不接触地面，可以采用透明材料制成，便于观测壳体内部运动状态，也便于壳体内加装图像识别传感器等信息采集装置。
本发明利用滚动机器人壳体内部钟摆式的摆动块的前后、左右摆动来改变整体的质心位置，从而带动滚动机器人的前后运动和左右转弯，结构简单，控制更为精准可靠。
附图说明
图1是本发明的球形壳体结构示意图。
图2是本发明的椭球型壳体结构示意图。
图3是本发明的圆柱型壳体结构示意图。
图4是本发明的鼓型壳体结构示意图。
图5是本发明的球形壳体内部静止状态侧视结构示意图。
图6是本发明的球形壳体内部前行状态侧视结构示意图。
图7是本发明的球形壳体内部静止状态正视结构示意图。
图8是本发明的球形壳体内部转弯状态正视结构示意图。
图中：1、壳体，2、主轴，3、副轴，4、摆动块，5、驱动装置。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步说明。
实施例：一种钟摆式滚动机器人，如图1、5-8所示。本装置包括壳体1，壳体为球形，壳体左右侧壁之间架设水平设置的主轴2，主轴中心设有水平设置并与主轴相互垂直的副轴3，副轴两端悬空，副轴既可随主轴转动而绕主轴的轴线转动，也可以自身的轴线转动。副轴两端的下方吊设有摆动块4，摆动块4与副轴的两端固定连接，不可相对转动。所述主轴和副轴的交叉处设置有驱动主轴和副轴转动的驱动装置5。驱动装置5包括两个直流电机，两个直流电机分别通过传动带连接主轴和副轴，控制所述电机连接设置在壳体内的电源模块。直流电机也可以设置为四个，其中两个直流电机与主轴2传动，分别控制主轴正反转，从而控制滚动机器人前进和后退，另外两个直流电机与副轴3传动，分别控制副轴正反转，从而控制滚动机器人的左右转弯。本方案依赖于质心的改变来产生滚动机器人行进的扭矩，质心的变化通过摆动块来控制，取决于摆动块的重量和质心位置。因此摆动块的重量越大扭矩越高、摆动块的重量设置壳体自重的2倍以上。摆动块尽可能贴近壳体1底面内壁，以提高扭矩，而且尽可能低的质心位置可以保证滚动机器人的稳定。壳体为左右对称结构，壳体环绕主轴的环周中部为前后方向运动的主滚道，壳体的左右侧壁设置透明壳体。
壳体内还设置控制系统，控制系统包括用于检测机器人和驱动系统的即时动态的动态状态传感器以及PID控制器，传感器包括GPS、至少一个陀螺仪，至少一个加速度传感器及码盘。传感器均设置在驱动装置内，其中码盘对应电机数量设置并安装在电机的输出轴上。并且它们各自的检测数据通过有线或无线传输到控制单元或外部的远程计算机以供进一步处理。
具体的，控制系统包括三个陀螺仪，三个加速度传感器和与电机数量对应的码盘。陀螺仪用来检测不同旋转轴线的旋转，加速度传感器放置为在三个不同的方向上检测加速度。根据一个实例，三个陀螺仪放置成围绕三个正交的轴旋转，加速度传感器放置成在三个正交方向上检测加速度。因此，控制系统能够检测动态状态的任何变化，例如方向，速度，高度等的突然变化。
作为本方案的变形，壳体可以如图2-4所示，设置为椭球体、圆柱体或者鼓型。
如图5-8所示，当滚动机器人需要前进或者后退时，驱动装置带动主轴转动，副轴设置在主轴中部且两端悬空，因此副轴被主轴带动绕主轴转动一个角度，从而带动摆动块向前或者向后摆动，造成整体质心的前移或者后移，从而带动滚动机器人前进或者后退。当滚动机器人需要转弯时，主轴持续转动保持滚动机器人稳定前进或者后退，同时驱动装置驱动副轴绕自身轴线转动，带动摆动块向左侧或者右侧摆动，使整体质心向一侧偏移，使滚动机器人向一侧倾斜，从而实现转弯。

Claims (10)

1.一种钟摆式滚动机器人，包括壳体，其特征在于：所述壳体左右侧壁之间架设水平设置的主轴，所述壳体为以主轴为轴线的回转体，所述主轴中心设有水平设置并与主轴相互垂直的副轴，副轴两端悬空，且副轴两端的下方吊设有摆动块，所述主轴和副轴的交叉处设置有驱动主轴和副轴转动的驱动装置。
2.根据权利要求1所述的一种钟摆式滚动机器人，其特征在于：所述驱动装置包括单个电机和传动装置，传动装置为单输入、双输出的变速齿轮组，变速齿轮组的输入端连接电机，所述电机连接设置在壳体内的电源模块。
3.根据权利要求1所述的一种钟摆式滚动机器人，其特征在于：所述驱动装置包括多个电机，各电机分别通过传动带连接主轴或者副轴，所述电机连接设置在壳体内的电源模块。
4.根据权利要求1所述的一种钟摆式滚动机器人，其特征在于：所述摆动块上端和副轴两端固定连接。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种钟摆式滚动机器人，其特征在于：所述摆动块下端贴靠壳体内壁的底面设置。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种钟摆式滚动机器人，其特征在于：所述摆动块的重量为壳体自重的0.5倍以上。
7.根据权利要求1或2或3或4所述的一种钟摆式滚动机器人，其特征在于：所述壳体内还设有控制系统，所述控制系统包括设置在壳体内的传感器及PID控制器，所述传感器包括GPS、陀螺仪、加速度传感器及码盘中的部分或者全部。
8.根据权利要求1或2或3或4所述的一种钟摆式滚动机器人，其特征在于：所述壳体为球形、椭球形、横置的圆柱型或者鼓型。
9.根据权利要求1或2或3或4所述的一种钟摆式滚动机器人，其特征在于：壳体为左右对称结构，壳体环绕主轴的环周中部为前后方向运动的主滚道。
10.根据权利要求1或2或3或4所述的一种钟摆式滚动机器人，其特征在于：所述壳体的左右侧壁设置透明壳体。
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