[发明专利]双动力四驱五全向轮重载球形机器人

说明书

本发明涉及一种具有五个全向轮的四驱动球形机器人。该发明主要包括球壳、机架、行走驱动、转向驱动、弹簧、支撑及四个驱动全向轮和底盘等部件。球壳内的部件偏心质量及弹簧预压力共同作用于球壳内表面，所提供的摩擦力使偏心质量偏离球心，从而产生偏心力矩使球壳滚动。四个全向轮两个一组按正交位支撑在底盘下方，可提供大的承载能力，其中前后两全向轮由一个行走电机驱动，左右两全向轮由一个转向电机驱动，位于顶部的支撑全向轮可以防止底盘倾覆。

技术领域

本发明涉及运动球形机器人技术领域，尤其涉及一种双动力四驱五全向轮重载球形机器人。

背景技术

球形机器人具有良好的密闭性，能够适应复杂、恶劣的工作环境，并有较大的体积，因此，探索新型结构和驱动的球形机器人很有应用前景。

现有专利申请201410147444.8提出一种麦克纳姆轮驱动式球形机器人，该机构主要不足:1)麦克纳姆轮的滚子与驱动方向为45°布置，麦克纳姆轮在前进过程中将引起45°方向的不确定滚动，导致精确控制其运动轨迹困难；2)支撑麦克纳姆轮的机架缺少弹性结构，难以确保麦克纳姆轮与球壳内表面保持接触和摩擦力；3)球体内部的气动杆与球壳内表面的接触摩擦力会阻碍麦克纳姆轮的驱动能力。

现有专利申请201510194055.5提出一种全步姿行走球形机器人，采用4 个电机分别驱动4个全向轮运动，这个机构的问题是：1)两个同向电机难以保持同步，从而引起运动干涉，增大控制策略的复杂性；2)机构顶部采用球形万向轮，球形万向轮均为偏心设计，与球壳的接触点不在作用力垂直线上，承重能力差，需要转向时，万向轮必须围绕主轴做偏心运动达到顺直方向后方可按所变方向运行，其不但费力且运动轨迹不准确。

现有专利申请201710513040提出一种正交位双全向轮驱动球形机器人，该结构采用上下两个全向轮呈正交布置，压力集中于直径的两端，会导致球壳局部变形，影响运动效果。

本专利提出的双动力四驱五全向轮重载球形机器人，显著增加全向轮与球壳的接触区域，分散球壳内部压力，从而可以承载大的工作载荷，双动力驱动便于实现行走和转向的协调运动，可简化控制。

发明内容

本发明提供了一种双动力四驱五全向轮重载球形机器人，主要包括球壳1、支撑全向轮2、弹簧3、机架4、驱动全向轮5、转向驱动6、行走驱动7、底盘 8；

所述机架4位于球壳1内部，固定弹簧3，连接支撑全向轮2及底盘8，所述支撑全向轮2位于机架4顶部。

所述弹簧3位于支撑全向轮2和机架4之间，使支撑全向轮2始终与球壳内部保持接触，并增大驱动全向轮5对球壳内部的压力。

所述驱动全向轮5两两正交布置在底盘8的前后和左右方向，每一组驱动全向轮前后位同步运动。

所述支撑全向轮2起到防止球壳内部装置出现倾覆的作用，也可以适当增加各全向轮与球壳内部的接触摩擦力，提供足够的偏心力矩。

所述弹簧3能够使球体内部结构有一定自适应能力，当球壳发生变形时，保证驱动全向轮5与球壳始终保持接触，从而获得驱动摩擦力，并有助于减震缓冲。

所述一组驱动全向轮5前后分布在底盘8两侧，由一个行走驱动7驱动，主要负责球形机器人行进。另一组驱动全向轮由转向驱动6驱动，实现球形机器人转向运动，两组全向轮互不干涉。

所述底盘8位于球壳底部，驱动全向轮5两两正交布置在底盘8的前后和左右方向，可降低球形机器人内部装置的重心，四个全向轮可以分散球壳内部压力，避免压力集中引起的球壳变形严重，从而可以承载更大的工作载荷。

所述转向驱动6与一个驱动全向轮5集成为一体，直接传递动力，在该轮的另一侧采用皮带连接位于相应位置的驱动全向轮，从而实现一组全向轮的同步运动。