一種具有雙擺錘的球形機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種球形機(jī)器人，尤其是涉及一種具有雙擺錘的球形機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002] 球形機(jī)器人是一種以滾動(dòng)方式行走的移動(dòng)機(jī)器人?，F(xiàn)有的球形機(jī)器人從外形上可 分為球形或近似球形與蝶形兩種。球形機(jī)器人的主要研制目標(biāo)即使機(jī)器人可以方便靈活地 沿任意方向滾動(dòng)。
[0003] 目前，球形機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式主要有轉(zhuǎn)動(dòng)體驅(qū)動(dòng)、車驅(qū)動(dòng)、移動(dòng)質(zhì)量塊驅(qū)動(dòng)、形變 式驅(qū)動(dòng)、陀螺儀驅(qū)動(dòng)和偏心質(zhì)量塊驅(qū)動(dòng)等方式。
[0004] 其中，現(xiàn)有的陀螺儀驅(qū)動(dòng)方式采用單擺錘，其需要實(shí)現(xiàn)擺錘的空間轉(zhuǎn)動(dòng)，技術(shù)難度 大，穩(wěn)定性低。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 為了解決【背景技術(shù)】中存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種具有雙擺錘的 球形機(jī)器人。
[0006] 本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：
[0007] 本實(shí)用新型包括球形外殼、球形內(nèi)殼、上擺錘、下擺錘、電機(jī)、兩個(gè)軸承和兩個(gè)固定 軸，球形外殼裝在球形內(nèi)殼外形成球面滑動(dòng)，球形內(nèi)殼中安裝有相互垂直的第一固定軸和 第二固定軸，第一固定軸主要由分別位于第二固定軸兩側(cè)的兩段軸構(gòu)成，兩段軸同軸，第一 固定軸和第二固定軸的軸線交點(diǎn)位于球形內(nèi)殼球心;第一固定軸的一端連接下擺錘電機(jī)的 輸出軸，第一固定軸的另一端通過(guò)下擺錘軸承連接到球形內(nèi)殼壁孔中，下擺錘固定連接到 第一固定軸中部;第二固定軸的一端連接上擺錘電機(jī)的輸出軸，第二固定軸的另一端通過(guò) 上擺錘軸承連接到球形內(nèi)殼壁孔中，上擺錘固定連接到第二固定軸中部。
[0008] 所述的上、下擺錘電機(jī)控制上、下擺錘在互相垂直的兩個(gè)面內(nèi)擺動(dòng)，對(duì)球形外殼與 地面接觸點(diǎn)可以產(chǎn)生兩個(gè)方向互相垂直的力矩，在合成力矩的作用下所述球形機(jī)器人實(shí)現(xiàn) 向任意方向滾動(dòng)。
[0009] 下擺錘非重心端連接到靠近球心的第一固定軸兩段軸的軸端處，上擺錘非重心端 連接到靠近球心的第二固定軸軸中部處。
[0010] 所述上擺錘和下擺錘的合成力矩是由以下的公式計(jì)算得到：
[0012]公式中，Mi 12分別為上、下擺錘對(duì)球形與地面接觸點(diǎn)的力矩；
[0013]上述上擺錘力矩是由以下的公式計(jì)算得到：
[0014] Mi = GiLisin9
[0015]公式中而山分別為上擺錘的重力和其重心到固定點(diǎn)的距離，0為上擺錘偏離豎直 方向的角度；
[0016] 上述下擺錘力矩是由以下的公式計(jì)算得到：
[0017] M2 = G2L2sin <})
[0018]公式中，G2、L2分別為下擺錘的重力和其重心到固定點(diǎn)的距離，①為下擺錘偏離豎 直方向的角度。
[0019] 所述球形機(jī)器人應(yīng)用于管道探測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)偵查。
[0020] 在與每個(gè)擺錘固定連接的軸端安裝有一個(gè)電機(jī)，軸另一端裝入固定在球形內(nèi)殼上 的軸承中。所述的擺錘在電機(jī)的作用下，可以實(shí)現(xiàn)繞軸的前后轉(zhuǎn)動(dòng)，上、下擺錘分別在互相 垂直的兩個(gè)面上半部和下半部擺動(dòng)。
[0021] 當(dāng)擺錘偏離豎直方向時(shí)，擺錘重力對(duì)球形外殼與地面接觸點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)力矩，在這 個(gè)力矩的作用下，球形機(jī)器人整體朝著擺錘偏離方向滾動(dòng)。
[0022] 上、下兩個(gè)擺錘在互相垂直的兩個(gè)面內(nèi)擺動(dòng)，對(duì)球形外殼與地面接觸點(diǎn)可以產(chǎn)生 兩個(gè)方向互相垂直的力矩，在合成力矩的作用下，球形機(jī)器人實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)。同時(shí)，可以通過(guò)調(diào) 整上下擺錘轉(zhuǎn)過(guò)的角度，從而調(diào)整對(duì)應(yīng)力矩大小，進(jìn)一步可以調(diào)整合成力矩的方向以及大 小，最終可以實(shí)現(xiàn)球形機(jī)器人向任意方向滾動(dòng)。
[0023] 本實(shí)用新型具有的有益效果是：
[0024] 1、球形機(jī)器人由兩個(gè)擺錘來(lái)驅(qū)動(dòng)，這樣在互相垂直的兩個(gè)面內(nèi)擺動(dòng)的擺錘只需要 完成其在各自平面內(nèi)的繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)即可，即作平面運(yùn)動(dòng)，易實(shí)現(xiàn)、成本低且穩(wěn)定性高。
[0025] 2、可以通過(guò)調(diào)整上下擺錘轉(zhuǎn)過(guò)的角度，從而調(diào)整對(duì)應(yīng)力矩大小，進(jìn)一步可以調(diào)整 合成力矩的方向以及大小，最終可以實(shí)現(xiàn)球形機(jī)器人向任意方向滾動(dòng)。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是本實(shí)用新型的正視圖。
[0027]圖2是圖1的側(cè)視圖。
[0028] 圖3是球形機(jī)器人yoz面上擺錘的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029] 圖4是球形機(jī)器人xoz面下擺錘的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030] 圖5是球形機(jī)器人xoy面合成力矩的矢量圖。
[0031] 其中：1、上擺錘，2、下擺錘電機(jī)，3、球形外殼，4、下擺錘軸承，5、第一固定軸，6、球 形內(nèi)殼，7、上擺錘電機(jī)，8、第二固定軸，9、下擺錘，10、下擺錘軸承。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面將結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0033] 如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型包括球形外殼3、球形內(nèi)殼6、上擺錘1、下擺錘9、電 機(jī)、兩個(gè)軸承和兩個(gè)固定軸，球形外殼3裝在球形內(nèi)殼6外形成球面滑動(dòng)，球形內(nèi)殼6中安裝 有相互垂直的第一固定軸5和第二固定軸8,第一固定軸5主要由分別位于第二固定軸8兩側(cè) 的兩段軸構(gòu)成，兩段軸同軸，第一固定軸5和第二固定軸8的軸線交點(diǎn)位于球形內(nèi)殼6球心。
[0034] 第一固定軸5的一端連接下擺錘電機(jī)2的輸出軸，第一固定軸5的另一端通過(guò)下擺 錘軸承4連接到球形內(nèi)殼6壁孔中，下擺錘9固定連接到第一固定軸5中部，下擺錘9非重心端 連接到靠近球心的第一固定軸5兩段軸的軸端處。
[0035] 第二固定軸8的一端連接上擺錘電機(jī)7的輸出軸，第二固定軸8的另一端通過(guò)上擺 錘軸承10連接到球形內(nèi)殼6壁孔中，上擺錘1固定連接到第二固定軸8中部。上擺錘1非重心 端連接到靠近球心的第二固定軸8軸中部處。
[0036] 上、下擺錘電機(jī)控制上、下擺錘在互相垂直的兩個(gè)面內(nèi)擺動(dòng)，對(duì)球形外殼3與地面 接觸點(diǎn)可以產(chǎn)生兩個(gè)方向互相垂直的力矩，在合成力矩的作用下所述球形機(jī)器人實(shí)現(xiàn)向任 意方向滾動(dòng)。
[0037]如圖3所示，上擺錘力矩是由以下的公式（1)計(jì)算得到：
[0038] Mi = GiLisin9 (1)
[0039]公式（1)中，分別為上擺錘的重力和其重心到固定點(diǎn)的距離，0為上擺錘偏離 豎直方向的角度。
[0040] 如圖4所示，下擺錘力矩是由以下的公式(2)計(jì)算得到：
[0041] M2 = G2L2sin <}> (2)
[0042] 公式(2)中，G2、L2分別為下擺錘的重力和其重心到固定點(diǎn)的距離，〇為下擺錘偏離 豎直方向的角度。
[0043]如圖3所示，合成力矩是由以下的公式(3)計(jì)算得到：
(3)
[0045]公式(3)中，Mi 12分別為上、下擺