[发明专利]一种球形机器人内部驱动系统

说明书

本发明公开了一种球形机器人内部驱动系统，包括：内球壳；外球壳，包覆于内球壳外表面，外球壳相对于内球壳转动设置；内驱动模块，固定设置于内球壳的内表面，内驱动模块上设置至少两个驱动轮，驱动轮部分穿过内球壳后与外球壳的内表面抵接；以及滚动支撑轮，滚动支撑轮部分穿过内球壳后与外球壳的内表面抵接，滚动支撑轮与内驱动模块之间设置有弹性件，弹性件提供弹力使得驱动轮以及滚动支撑轮保持与外球壳的内表面抵接。该驱动系统中的驱动轮可时刻保持与外球壳的内表面良好接触，不会出现外球壳遇到不平地面产生颠簸后，驱动轮与外球壳的内表面接触分离现象，进而保证球形机器人可迅速获得动力响应，确保了球形机器人的运动精度。

技术领域

本发明涉及球形机器人技术领域，特别涉及一种球形机器人内部驱动系统。

背景技术

球形移动机器人是指将内部驱动系统如运动执行机构、传感器、动力装置、控制系统等安置在球形壳体内，通过内驱动并以滚动为主要行走方式的移动机器人。

球形移动机器人结构简单，不需要复杂的运动副或运动关节就可进行移动。在运动方式上，以滚动运动为主，相比于其他运动方式能更灵活的转向，可以迅速调整运行状态，具有良好的动态和静态平衡性，运动方向可控性好，一旦运动失态能快速自我恢复，可进行连续工作，运动效率高、能量损耗小。同时内部驱动装置简单，通过对其内部驱动装置的控制即可实现运动，因而控制系统相较于传统机器人要简单许多。

球形机器人大多为完全封闭型，球形外壳可以很好保护内部装置，结构紧凑、占用空间小。球形机器人整体尺寸较小，从而增强了球形机器人的环境适应能力，使其可以在无人、沙尘、潮湿、腐蚀性等恶劣条件下运行，无论粗糙还是光滑的地形都能顺利滚动行走。在相对柔软的地面如沙地、雪地等对其灵活性影响不大。

球形移动机器人通过内部驱动装置的运动打破球体的静态平衡，运动灵活，可以实现原地转向和全方向行走，可在狭窄空间内作业。现有的球形移动机器人其驱动原理为双轮旋转改变重心式，轮子旋转与球壳内壁摩擦，内部驱动装置重心改变，迫使球体运动，轮子与球壳内壁之间的摩擦力，由机器人内部驱动单元自重产生的正压力提供。

但是，该球形移动机器人的内部驱动装置与球壳内壁会出现打滑现象，尤其当机器人遇到不平整地面，运动驱动单元会由于惯性作用，驱动轮会弹起，驱动轮便不再与球壳内部接触，进而导致动力失效，运动控制精度丢失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种球形机器人内部驱动系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：一种球形机器人内部驱动系统，包括：

内球壳；

外球壳，所述外球壳包覆于内球壳外表面，所述外球壳相对于内球壳转动设置；

内驱动模块，固定设置于内球壳的内表面，所述内驱动模块上设置至少两个驱动轮，所述驱动轮部分穿过内球壳后与所述外球壳的内表面抵接；以及，

滚动支撑轮，所述滚动支撑轮部分穿过内球壳后与所述外球壳的内表面抵接，所述滚动支撑轮与内驱动模块之间设置有弹性件，所述弹性件提供弹力使得所述驱动轮以及所述滚动支撑轮保持与外球壳的内表面抵接。

进一步地，所述内驱动模块上设置有第一支架，所述滚动支撑轮转动安装在第二支架上，所述弹性件设置在第一支架和第二支架之间。

进一步地，所述弹性件为压缩弹簧，所述压缩弹簧的两端分别与第一支架和第二支架抵接。

进一步地，所述驱动轮的数量为两个且分别设置于所述内驱动模块的两侧，所述滚动支撑轮位于两个所述驱动轮的上方中间，所述驱动轮的旋转中心线与所述滚动支撑轮的旋转中心线相互平行。

进一步地，还包括前支撑轮，所述前支撑轮转动设置于所述内驱动模块上，所述前支撑轮部分穿过内球壳后与所述外球壳的内表面抵接。