基于电磁控制的两栖椭球形机器人的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于电磁控制的两栖椭球形机器人。椭球形壳体分为两半后，两个椭球形壳体断开截面处各安装有电动机和螺旋桨。球壳在两端直接与两个电动机相连。在陆地上运动时，通过电磁装置控制配重实现转向运动；通过控制电动机实现前后运动。通过螺旋桨转速不同实现在水中的运动。采用驱动单元驱动球壳和重心偏移混合驱动系统，不仅解决了连接强度的问题，而且运动性能更完善。由电磁装置控制配重从而控制转向，电磁机构带动配重偏移，使机器人重心改变，产生转向力矩，同时采用椭球外壳以使转向更为平稳。下水时，在水中将球打开成为相铰接的两半，打开后的两个半椭球开合面安装有螺旋桨，通过螺旋桨使机器人实现在水中的运动。
【专利说明】基于电磁控制的两栖椭球形机器人
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及机器人领域，特别涉及一种能实现水陆两栖运动的基于电磁控制 的两栖椭球形机器人。
【背景技术】
[0002] 球形机器人是一种以滚动方式行走的独立运动体，以球形、近似球或碟形为外壳。 目前国内外都已研究出成型的球形机器人，首次设计球形机器人的是芬兰赫尔辛基工业大 学，该机器人内部是一个可在球内滚动的单轮机构，采用单电机内部驱动装置，该设计实现 了球壳的运动，但单轮驱动的固有局限性使其系统无法实现全方位运动。随着机器人研究 的发展，球形机器人也逐渐得到完善，最有代表性的是伊朗的两位学者于2002年研制的球 形机器人August，其内部驱动机构采用一套四根轮辐，每套轮辐包括一个步进电机、一根圆 柱螺杆和一个配重，通过改变重心位置产生驱动力矩实现滚动，只是运动速度较慢，且控制 困难。
[0003] 虽然目前的球形机器人已经具备多种优势，如结构相对简单，驱动装置较易控制， 外形小巧，运动灵活，受干扰小，承载能力较高，但仍存在一些不足，如运动方式仍旧较为单 一，稳定性较差，大多只能在陆地活动。
【发明内容】
[0004] 本实用新型的目的在于提供一种基于电磁控制的两栖椭球形机器人，解决了现有 技术存在的上述问题。本实用新型的基于电磁控制的两栖椭球形机器人不仅可以在复杂的 路面上滚动，而且可以分解成两部分，以实现潜水运动，同时采用的电磁力矩系统使球形机 器人运动更加灵活。本实用新型机器人可以实现水陆两栖运动，并且可以潜入水中。椭球 形壳体分为两半后，两个椭球形壳体断开截面处各安装有4个电动机和螺旋桨。椭球形壳 体在两端直接与两个电动机相连。机器人在陆地上运动时，通过电磁铁控制配重，使球形机 器人实现转向运动；通过控制所述的2个电动机，实现球形机器人的前后运动。在水中运动 时，通过所述的4个螺旋桨转速不同，实现在水中的运动。
[0005] 本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：
[0006] 基于电磁控制的两栖椭球形机器人，椭球形壳体分为两半且之间通过连接装置12 铰接相连，椭球形壳体11与直流电动机I3的输出轴固定连接于B位置，所述直流电动机 I3固定在电动机固定座15上，所述电动机固定座15与支撑轴4焊接于A位置；电磁装置 5内固定设置环形电磁铁，同时电磁装置5与支撑轴4之间通过销固定；支撑轴4与花键轴 6为固定连接，电磁装置5通过复位弹簧14与花键套筒16连接，所述花键套筒16与花键轴 6花键连接，在花键轴6上设置挡销17,限制花键套筒16复位时的位置；花键套筒16通过 连杆与配重装置7连接，所述配重装置7内部设有锂电池1 ;花键轴4与圆板9固定连接，电 路板和接收器2、方向传感器8、直流电动机II13分别固定连接在圆板9上，所述圆板9与 椭球形壳体11固定为一体；螺旋浆10通过直流电动机II13固定连接在椭球形壳体11后 部。
[0007] 所述的直流电动机II13为防水电机。
[0008] 本实用新型采用驱动单元驱动球壳和重心偏移混合驱动系统。机器人启动阶段， 由电控装置--电磁装置5和花键轴6控制配重装置7,当配重装置7转过一定角度(经计 算得出)后，椭球形壳体11便开始转动；由电磁装置5、配重装置7控制转向，当球形机器人 转向时，电磁装置5带动配重装置7偏移，使机器人左右方向重心改变，产生转向力矩，实现 转向功能。为了避免因电磁装置5快速改变配重装置7位置而引发的侧翻现象，特采用椭 球外壳11以使转向更为平稳。
[0009] 本实用新型的球形机器人，可以在水中将椭球形壳体11打开成为两半，打开后的 两个半椭球后部安装有螺旋桨10,通过螺旋桨10使机器人实现在水中的运动，可以潜入较 深的位置，使球形机器人完全实现两栖功能。
[0010] 本实用新型的有益效果在于：构思新颖、巧妙，结构简单。不仅可以在复杂的路面 上滚动，而且可以分解成两部分，以实现潜水运动。采用驱动单元驱动球壳和重心偏移混合 驱动系统，既降低了机器人的控制难度，又提高了机器人的转向能力，同时创新的电磁力矩 系统能更方便、快速地改变配重的位置，使球形机器人运动更加灵活、迅速。打开后的两个 半椭圆后部安装有螺旋桨，通过螺旋桨使机器人实现在水中的运动，这样就大幅度提高了 机器人在水中的前进速度，而且其运动不仅局限于水面，使球形机器人完全实现两栖功能， 同时椭球机器人在水中分为两半椭球，螺旋桨外露，比球壳完全封闭动力强很多，平衡和速 度也更易控制，实用性强。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分， 本实用新型的示意性实例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限 定。
[0012] 图1为本实用新型的整体结构示意图；
[0013] 图2为本实用新型的原理示意图；
[0014] 图3为本实用新型的配重装置的结构示意图；
[0015] 图4为图3的侧视示意图；
[0016] 图5为本实用新型的两个半椭球的连接处结构示意图；
[0017] 图6为本实用新型的陆地滚动运动分析图；
[0018] 图7为本实用新型的直流电动机I附近的局部放大示意图；
[0019] 图8为本实用新型的复位弹簧附近的局部放大示意图；
[0020] 图9为本实用新型的半椭球立体分解示意图。
[0021] 图中：1、锂电池；2、电路板和接收器；3、直流电动机I;4、支撑轴；5、电磁装置； 6、花键轴；7、配重装置；8、方向传感器；9、圆板；10、螺旋桨；11、椭球形壳体；12、连接装 置；13、直流电动机II;14、复位弹簧；15、电动机固定座；16、花键套筒；17、挡销。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图进一步说明本实用新型的详细内容及其【具体实施方式】。
[0023] 参见图1至图9,本实用新型的基于电磁控制的两栖椭球形机器人，椭球形壳体分 为两半且之间通过连接装置12铰接相连，椭球形壳体11与直流电动机I3的输出轴固定 连接于B位置，所述直流电动机I3固定在电动机固定座15上，所述电动机固定座15与支 撑轴4焊接于A位置；电磁装置5内固定设置环形电磁铁，同时电磁装置5与支撑轴4之 间通过销固定；支撑轴4与花键轴6为固定连接，电磁装置5通过复位弹簧14与花键套筒 16连接，所述花键套筒16与花键轴6花键连接，在花键轴6上设置挡销17,限制花键套筒 16复位时的位置；花键套筒16通过连杆与配重装置7连接，所述配重装置7内部设有锂电 池1 ;花键轴4与圆板9固定连接，电路板和接收器2、方向传感器8、直流电动机II13分别 固定连接在圆板9上，所述圆板9与椭球形壳体11固定为一体；螺旋浆10通过直流电动机 II13固定连接在椭球形壳体11后部。
[0024]所述的直流电动机II13为防水电机。
[0025] 参见图1至图6所示，直流电动机I3、支撑轴4、花键轴6、配重装置7构成电 机配重机构，其中配重装置7中包含锂电池1。机器人在陆地上直线运动时，电机配重机 构发挥作用。直流电动机I3驱动配重装置7旋转一定角度时，驱动力便不足以使配重 装置7继续上升，椭球形壳体11开始转动，于是便实现了机器人的前后运动。根据配重 的力矩、地面的摩擦以及负载转矩等的共同作用，计算出总质量Y与配重质量XI的关系， 确保了机器人的运动和本方案的可行。假设摩擦系数是0，负载转矩是T1，运动平衡时
【权利要求】
1. 一种基于电磁控制的两栖椭球形机器人，其特征在于：椭球形壳体分为两半且之间 通过连接装置（12)铰接相连，椭球形壳体（11)与直流电动机I (3)的输出轴固定连接于B 位置，所述直流电动机I (3)固定在电动机固定座（15)上，所述电动机固定座（15)与支撑 轴（4)焊接于A位置；电磁装置（5 )内固定设置环形电磁铁，同时电磁装置（5 )与支撑轴（4) 之间通过销固定；支撑轴（4)与花键轴（6)为固定连接，电磁装置（5)通过复位弹簧（14)与 花键套筒（16 )连接，所述花键套筒（16 )与花键轴（6 )花键连接，在花键轴（6 )上设置挡销 (17)，限制花键套筒（16)复位时的位置；花键套筒（16)通过连杆与配重装置（7)连接，所述 配重装置（7 )内部设有锂电池（1);花键轴（4)与圆板（9 )固定连接，电路板和接收器（2 )、方 向传感器（8)、直流电动机II (13)分别固定连接在圆板（9)上，所述圆板（9)与椭球形壳体 (11)固定为一体；螺旋浆（10)通过直流电动机II (13)固定连接在椭球形壳体（11)后部。
2. 根据权利要求1所述的基于电磁控制的两栖椭球形机器人，其特征在于：所述的直 流电动机II (13)为防水电机。
【文档编号】B60F3/00GK204249765SQ201420654325
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年11月5日 优先权日:2014年11月5日
【发明者】赵宏伟, 朱宝行, 王昆, 刘彦超 申请人:吉林大学