[发明专利]基于陀螺进动效应的球形机器人机构及行走方法

权利要求书

1.基于陀螺进动效应的球形机器人行走方法，其特征在于采用了基于陀螺进动效应的球形机器人机构，所述球形机器人机构包括设于外球壳(1)内部的陀螺驱动单元，所述陀螺驱动单元包括正方体支架(2)以及设于正方体支架(2)内部的陀螺转子机构和全向轮驱动单元，所述陀螺转子机构包括球形陀螺支架(7)和设于球形陀螺支架(7)内部的陀螺转子(8)，所述陀螺转子(8)由自带有增量式编码器的转子电机(10)驱动并进行高速旋转；所述全向轮驱动单元包括围绕球形陀螺支架(7)布置并驱动球形陀螺支架(7)万向转动的六个全向轮驱动组件；所述全向轮驱动组件包括由直流电机(5)驱动的单排全向轮(6)和检测单排全向轮(6)转动角度的绝对式编码器(3)，两两相对的单排全向轮(6)为一组，三组全向轮(6)分别处于正交于球形陀螺支架(7)中心的三个相互垂直的平面上；所述球形机器人机构的行走方案为：

①、初始时刻，通过安装在全向轮架(4)上的绝对式编码器(3)可检测出对应单排全向轮(6)的位置；

②、当驱动设于正方体支架(2)内部的全向轮驱动单元运动时，通过安装在全向轮架(4)上的绝对式编码器(3)可检测出对应单排全向轮(6)的转角，由于单排全向轮(6)与球形陀螺支架(7)之间的运动为纯滚动，进而求出球形陀螺支架(7)的姿态矩阵；

③、基于陀螺力矩的计算方法以及球形陀螺支架(7)的姿态矩阵，通过事先设计的轨迹控制器计算出各全向轮(6)驱动力矩和陀螺转子(8)驱动力矩，球形机器人的六个全向轮(6)及陀螺转子(8)将按照控制器计算出的力矩进行驱动；

④、基于陀螺的进动效应，当陀螺转子(8)受到两个不同方向的力矩时，陀螺转子(8)会产生对球形陀螺支架(7)的陀螺力矩；由于球形陀螺支架(7)与全向轮(6)存在滚动约束，同时全向轮(6)安装在全向轮架(4)上，全向轮架(4)安装在正方体支架(2)上，正方体支架(2)安装在外球壳(1)上，经过一系列力的相互作用，陀螺转子(8)会产生实现球形机器人自转以及全方位移动的陀螺力矩。