一种具有双摆锤的球形机器人的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种球形机器人，尤其是涉及一种具有双摆锤的球形机器人。
【背景技术】
[0002] 球形机器人是一种以滚动方式行走的移动机器人。现有的球形机器人从外形上可 分为球形或近似球形与蝶形两种。球形机器人的主要研制目标即使机器人可以方便灵活地 沿任意方向滚动。
[0003] 目前，球形机器人的驱动方式主要有转动体驱动、车驱动、移动质量块驱动、形变 式驱动、陀螺仪驱动和偏心质量块驱动等方式。
[0004] 其中，现有的陀螺仪驱动方式采用单摆锤，其需要实现摆锤的空间转动，技术难度 大，稳定性低。 【实用新型内容】
[0005] 为了解决【背景技术】中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种具有双摆锤的 球形机器人。
[0006] 本实用新型采用的技术方案是：
[0007] 本实用新型包括球形外壳、球形内壳、上摆锤、下摆锤、电机、两个轴承和两个固定 轴，球形外壳装在球形内壳外形成球面滑动，球形内壳中安装有相互垂直的第一固定轴和 第二固定轴，第一固定轴主要由分别位于第二固定轴两侧的两段轴构成，两段轴同轴，第一 固定轴和第二固定轴的轴线交点位于球形内壳球心;第一固定轴的一端连接下摆锤电机的 输出轴，第一固定轴的另一端通过下摆锤轴承连接到球形内壳壁孔中，下摆锤固定连接到 第一固定轴中部;第二固定轴的一端连接上摆锤电机的输出轴，第二固定轴的另一端通过 上摆锤轴承连接到球形内壳壁孔中，上摆锤固定连接到第二固定轴中部。
[0008] 所述的上、下摆锤电机控制上、下摆锤在互相垂直的两个面内摆动，对球形外壳与 地面接触点可以产生两个方向互相垂直的力矩，在合成力矩的作用下所述球形机器人实现 向任意方向滚动。
[0009] 下摆锤非重心端连接到靠近球心的第一固定轴两段轴的轴端处，上摆锤非重心端 连接到靠近球心的第二固定轴轴中部处。
[0010] 所述上摆锤和下摆锤的合成力矩是由以下的公式计算得到：
[0012]公式中，Mi 12分别为上、下摆锤对球形与地面接触点的力矩；
[0013]上述上摆锤力矩是由以下的公式计算得到：
[0014] Mi = GiLisin9
[0015]公式中而山分别为上摆锤的重力和其重心到固定点的距离，0为上摆锤偏离竖直 方向的角度；
[0016] 上述下摆锤力矩是由以下的公式计算得到：
[0017] M2 = G2L2sin <})
[0018]公式中，G2、L2分别为下摆锤的重力和其重心到固定点的距离，①为下摆锤偏离竖 直方向的角度。
[0019] 所述球形机器人应用于管道探测和现场侦查。
[0020] 在与每个摆锤固定连接的轴端安装有一个电机，轴另一端装入固定在球形内壳上 的轴承中。所述的摆锤在电机的作用下，可以实现绕轴的前后转动，上、下摆锤分别在互相 垂直的两个面上半部和下半部摆动。
[0021] 当摆锤偏离竖直方向时，摆锤重力对球形外壳与地面接触点产生一个力矩，在这 个力矩的作用下，球形机器人整体朝着摆锤偏离方向滚动。
[0022] 上、下两个摆锤在互相垂直的两个面内摆动，对球形外壳与地面接触点可以产生 两个方向互相垂直的力矩，在合成力矩的作用下，球形机器人实现滚动。同时，可以通过调 整上下摆锤转过的角度，从而调整对应力矩大小，进一步可以调整合成力矩的方向以及大 小，最终可以实现球形机器人向任意方向滚动。
[0023] 本实用新型具有的有益效果是：
[0024] 1、球形机器人由两个摆锤来驱动，这样在互相垂直的两个面内摆动的摆锤只需要 完成其在各自平面内的绕轴转动即可，即作平面运动，易实现、成本低且稳定性高。
[0025] 2、可以通过调整上下摆锤转过的角度，从而调整对应力矩大小，进一步可以调整 合成力矩的方向以及大小，最终可以实现球形机器人向任意方向滚动。
【附图说明】
[0026]图1是本实用新型的正视图。
[0027]图2是图1的侧视图。
[0028] 图3是球形机器人yoz面上摆锤的结构示意图。
[0029] 图4是球形机器人xoz面下摆锤的结构示意图。
[0030] 图5是球形机器人xoy面合成力矩的矢量图。
[0031] 其中：1、上摆锤，2、下摆锤电机，3、球形外壳，4、下摆锤轴承，5、第一固定轴，6、球 形内壳，7、上摆锤电机，8、第二固定轴，9、下摆锤，10、下摆锤轴承。
【具体实施方式】
[0032] 下面将结合附图和实例对本实用新型作进一步的说明。
[0033] 如图1和图2所示，本实用新型包括球形外壳3、球形内壳6、上摆锤1、下摆锤9、电 机、两个轴承和两个固定轴，球形外壳3装在球形内壳6外形成球面滑动，球形内壳6中安装 有相互垂直的第一固定轴5和第二固定轴8,第一固定轴5主要由分别位于第二固定轴8两侧 的两段轴构成，两段轴同轴，第一固定轴5和第二固定轴8的轴线交点位于球形内壳6球心。
[0034] 第一固定轴5的一端连接下摆锤电机2的输出轴，第一固定轴5的另一端通过下摆 锤轴承4连接到球形内壳6壁孔中，下摆锤9固定连接到第一固定轴5中部，下摆锤9非重心端 连接到靠近球心的第一固定轴5两段轴的轴端处。
[0035] 第二固定轴8的一端连接上摆锤电机7的输出轴，第二固定轴8的另一端通过上摆 锤轴承10连接到球形内壳6壁孔中，上摆锤1固定连接到第二固定轴8中部。上摆锤1非重心 端连接到靠近球心的第二固定轴8轴中部处。
[0036] 上、下摆锤电机控制上、下摆锤在互相垂直的两个面内摆动，对球形外壳3与地面 接触点可以产生两个方向互相垂直的力矩，在合成力矩的作用下所述球形机器人实现向任 意方向滚动。
[0037]如图3所示，上摆锤力矩是由以下的公式（1)计算得到：
[0038] Mi = GiLisin9 (1)
[0039]公式（1)中，分别为上摆锤的重力和其重心到固定点的距离，0为上摆锤偏离 竖直方向的角度。
[0040] 如图4所示，下摆锤力矩是由以下的公式(2)计算得到：
[0041] M2 = G2L2sin <}> (2)
[0042] 公式(2)中，G2、L2分别为下摆锤的重力和其重心到固定点的距离，〇为下摆锤偏离 竖直方向的角度。
[0043]如图3所示，合成力矩是由以下的公式(3)计算得到：
(3)
[0045]公式(3)中，Mi 12分别为上、下摆