[发明专利]一种面向非结构化环境的地面滚动摩阻系数球形感知器

摘要

本发明涉及一种面向非结构化环境的地面滚动摩阻系数球形感知器，其特征在于它包括一球壳，球壳内表面上刚性连一驱动电机的输出轴，驱动电机固定连接一驱动电机座，驱动电机座通过其支撑杆连接球壳内表面，且驱动电机的输出轴与驱动电机座的支撑杆在同一条直线上，实现通过控制驱动电机的转矩来控制球壳运动；驱动电机座上还固定连接一单摆，且单摆的长度小于球壳的内部半径；单摆内部设置有用于控制球壳运动速度和计算非结构化环境下地面滚动摩阻系数的控制模块。本发明由于采用球形封闭设计，无棱无角，在发生碰撞时，不易倾覆，且有效的保护内部结构不受外界环境的破坏。因此，本发明可以广泛用于轮式移动机器人控制和月球探测等领域。

主权项

一种面向非结构化环境的地面滚动摩阻系数球形感知器，其特征在于：它包括一球壳，所述球壳内表面上刚性连接一驱动电机的输出轴，所述驱动电机固定连接一驱动电机座，所述驱动电机座通过其支撑杆连接所述球壳内表面，且所述驱动电机的输出轴与所述驱动电机座的支撑杆在同一条直线上，实现通过控制所述驱动电机的转矩来控制所述球壳运动；所述驱动电机座上还固定连接一单摆，且所述单摆的长度小于所述球壳的内部半径；所述单摆内部设置有用于控制所述球壳运动速度和计算非结构化环境下地面滚动摩阻系数的控制模块；所述控制模块包括速度控制机构、角度测量机构、运算机构和电源机构；所述速度控制机构用于控制所述球壳保持匀速运动；所述角度测量机构用于测量所述球壳匀速运动时所述单摆的摆角，并将该摆角传送给所述运算机构；所述运算机构根据摆角计算滚动摩阻系数；所述电源机构为所述驱动电机和所述控制模块供电；所述速度控制机构包括测速传感器和信息处理单元，且所述信息处理单元内预设期望速度；所述测速传感器用于实时测量所述球壳的速度，并将速度信息反馈给所述信息处理单元；所述信息处理单元根据当前所述球壳的速度与其内预设的期望速度的误差，调节所述驱动电机的输出转矩，转矩作用于所述球壳，由于所述球壳与所述驱动电机刚性连接，因此对所述驱动电机座产生一个大小相等、方向相反的反作用转矩，从而所述驱动电机座带动所述单摆摆动，所述单摆的摆动导致面向非结构化环境的地面滚动摩阻系数球形感知器的重心偏离，所述单摆的重力相对面向非结构化环境的地面滚动摩阻系数球形感知器与地面的接触点产生一个偏心转矩，从而所述驱动球壳克服滚动摩阻，开始滚动，所述测速传感器实时传送所述球壳的速度给所述信息处理单元，所述信息处理单元不断调节所述驱动电机的输出转矩，从而使面向非结构化环境的地面滚动摩阻系数球形感知器按期望速度匀速运动。