[发明专利]一种搭载有控制力矩陀螺，并且具有原地自转能力的球形机器人

权利要求书

1.一种搭载控制力矩陀螺，并且具有原地自转能力的球形机器人，主要由均质球壳、前进驱动机构、转向机构、控制力矩陀螺机构等部分组成，其特征在于：

所述球壳由半球壳、连接片和法兰盘所组成，两个半球壳之间通过连接片、法兰盘互相连接形成一个完整的球体；所述前进驱动机构由长轴电机、均质框架、长轴齿轮、空心长轴套和重摆等部分组成；所述转向机构由两个转向电机、转向齿轮机构以及齿形带轮机构等组成，通过两个电机输出力矩之间的配合，驱动均质框架和重摆进行转动，从而实现球形机器人的原地转向；所述控制力矩陀螺机构由飞轮、飞轮转动电机、飞轮固定框架、框架转动舵机和齿形带轮机构等组成；所述重摆主要包括重摆底盘以及安装在其上的驱动电机和电池等组成。

2.根据权利要求1所述的球壳，其特征在于：

所述球壳由两个半球壳通过连接片和螺栓连接形成一个完整的球形外壳，球壳的球冠部分被削去，并安装上两个法兰盘，球壳与法兰盘之间利用螺栓固连，采用这样的设计，便于内部机构的安装放置和球壳的实际加工。

3.根据权利1要求所述的前进驱动机构主要由均质框架、长轴电机、长轴齿轮、空心长轴套和重摆等部分组成，其特征在于：

所述框架采用中空设计，利于固定电机的位置并减轻整体质量；其中，长轴电机安装在框架中，框架两端通过螺栓固定有两个轴承座，每个轴承座中都装配有滚动轴承；均质框架通过轴承座中的轴承与长轴套一端形成滚动连接，长轴套另一端与球壳上的法兰盘利用螺栓固连；所述驱动机构中的长轴齿轮包括长轴主动齿轮和长轴从动齿轮，其中，长轴主动齿轮通过顶丝固定在长轴电机输出轴上，与长轴从动齿轮之间形成啮合，长轴从动齿轮与长轴套固连在一起，这样在电机驱动长轴主动齿轮转动时便会带动与长轴从动齿轮固定的长轴套一起转动，从而带动球壳滚动实现机器人的前进和后退运动(由于长轴套和框架之间采用的是滚动连接，因此框架在长轴套转动的时候会保持相对稳定)。

4.根据权利1要求所述的转向机构主要由均质框架、重摆、两个转向电机、转向齿轮机构以及齿形带轮机构等组成，其特征在于：

所述转向机构中均质框架底部安装有一个轴承座，通过轴承座中装配的滚动轴承和重摆摆杆之间形成滚动配合，轴承座上放置有一个定位圆片，通过螺栓将其和重摆摆杆固连在一起，实现重摆的定位；两个转向电机均固定在重摆上，其中电机1的输出轴端固定有转向小齿轮，电机2的输出轴端固定有转向小带轮，分别驱动其转动；转向大齿轮以及大带轮上均开有通孔，通过螺栓和均质框架固连在一起，其和重摆摆杆之间通过滚动轴承形成滚动配合；通过两个电机输出力矩的相对配合，同时控制均质框架与重摆构件进行转向，而框架通过中空长轴套与球壳固连在一起，从而实现球形机器人的原地转向。

5.根据权利1要求所述的控制力矩陀螺机构主要由飞轮、飞轮转动电机、飞轮固定框架、框架转动舵机和齿形带轮机构等构成，其特征在于：

所述控制力矩陀螺机构中，飞轮转子安装在飞轮固定框架中，并在飞轮转动电机的驱动下高速旋转，飞轮固定框架通过框架连接件与倾斜大带轮连接在一起，倾斜大带轮通过齿形带与倾斜小带轮形成传动配合，当框架转动舵机带动固定在其输出轴上的倾斜小带轮转动时，大带轮会随之转动，从而带动飞轮固定框架倾斜，使得飞轮转子也倾斜一定的角度；由于飞轮转动速度很大，而且倾斜的速度和角度均由舵机控制，因而由于陀螺的进动效应，力矩控制陀螺机构可以产生很大数量级的进动力矩，使得球形机器人具有更大的启动力矩，更快的运行速度和更高的越障能力。

6.根据权利1要求所述的重摆主要由重摆底盘和安装在其上的驱动电机，电池组等组成，其特征在于：

所述重摆通过滚动轴承和均质框架之间形成滚动配合，其主要配重由安装在其上的驱动电机、电池组以及飞轮机构等组成，不需要额外搭载配重；重摆的质量远大于均质球壳，因此在长轴电机驱动齿轮转动时，会直接带动球壳转动，从而实现机器人的运动。