本發(fā)明涉及磁懸浮領(lǐng)域以及電子控制領(lǐng)域，確切的描述為一種可使得搭載本系統(tǒng)的平臺懸浮于球形輪之上并于水平面上進行全方向運動的球形輪系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在需要靈活運動的小體積平臺如服務(wù)機器人、智能汽車、agv等平臺上，驅(qū)動系統(tǒng)及懸架減震系統(tǒng)占用空間過大導致有效載荷相應(yīng)減小、傳統(tǒng)輪胎無法完成復(fù)雜的平面全向運動、傳統(tǒng)驅(qū)動傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護困難等問題一直制約著這些平臺的發(fā)展。目前針對以上問題的解決方案為采用復(fù)雜的驅(qū)動傳動系統(tǒng)與微型減震配合，該方案結(jié)構(gòu)復(fù)雜易損壞且維修不易，對其涉及到的領(lǐng)域造成了諸多不良影響。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種以磁懸浮技術(shù)替代懸架減震，節(jié)省平臺空間，可使得搭載本系統(tǒng)的平臺懸浮于球形輪之上并在水平面上進行全方向運動的球形輪系統(tǒng)。

2、為解決以上問題，本發(fā)明所采用的方案是：一種可全向轉(zhuǎn)動的磁懸浮球輪系統(tǒng)，其特征在于，包括平臺電磁線圈懸浮系統(tǒng)、平臺處理器、無線充電發(fā)射系統(tǒng)、無線充電接受系統(tǒng)、全向電機動力系統(tǒng)、信號發(fā)射接受系統(tǒng)、輪內(nèi)處理器、下偏置配重、磁場耦合永磁體、支架、球輪一體化外殼、球輪內(nèi)傳感器，所述平臺電磁線圈懸浮系統(tǒng)、、無線充電發(fā)射系統(tǒng)、平臺處理器以及信號發(fā)射接受系統(tǒng)的一部分位于本全向磁懸浮球輪系統(tǒng)所安裝的平臺內(nèi)，所述無線充電接受系統(tǒng)、輪內(nèi)處理器、全向電機動力系統(tǒng)、下偏置配重、磁場耦合永磁體、支架、球輪內(nèi)傳感器以及信號發(fā)射接受系統(tǒng)的另一部分包含于球輪一體化外殼內(nèi)部，支架固定于下偏置配重之上，全向電機動力系統(tǒng)固定于下偏置配重之下，所述無線充電接受系統(tǒng)、信號發(fā)射接受系統(tǒng)、輪內(nèi)處理器、球輪內(nèi)傳感器承載于支架、下偏置配重及全向電機動力系統(tǒng)之上，磁場耦合永磁體固定于支架之上。

3、支架是支撐系統(tǒng)，起到將球輪外殼內(nèi)各系統(tǒng)固定于下偏置配重上的作用。

4、優(yōu)選的，所述平臺電磁線圈懸浮系統(tǒng)包括電磁線圈組、永磁體組、霍爾傳感器三個裝置，所述平臺電磁線圈懸浮系統(tǒng)包含多組電磁線圈組裝置及多組永磁體組裝置，每一組電磁線圈組裝置與一組永磁體組裝置配合工作，每一組電磁線圈組裝置與一組永磁體組裝置對應(yīng)一塊所述磁場耦合永磁體，所述磁場耦合永磁體位于電磁線圈懸浮系統(tǒng)的電磁線圈組裝置中軸線上，并受電磁線圈組裝置所產(chǎn)生的磁力影響，所述平臺電磁線圈懸浮系統(tǒng)內(nèi)多組電磁線圈組裝置及多組永磁體組裝置在平臺內(nèi)呈半球形對稱分布，全部電磁線圈組裝置及全部永磁體組裝置中軸線同時指向球輪重心，所述平臺處理器中微處理器裝置通過接受所述平臺電磁線圈懸浮系統(tǒng)中霍爾傳感器裝置的信號判斷磁場狀態(tài)，并通過線圈控制器裝置對所述平臺電磁線圈懸浮系統(tǒng)內(nèi)電磁線圈組裝置工作狀態(tài)進行調(diào)整，以達成平臺懸浮目的，同時，所述下偏置配重與所述平臺電磁線圈懸浮系統(tǒng)配合，共同起到約束包含于所述球輪一體化外殼內(nèi)部的所有系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)的作用，使得所述球輪一體化外殼進行滾動時，包含于所述球輪一體化外殼內(nèi)部的所有系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)相對于本全向磁懸浮球輪系統(tǒng)所安裝的平臺在空間中相對位置不產(chǎn)生預(yù)期之外的改變。

5、優(yōu)選的，所述無線充電發(fā)射系統(tǒng)包括電源處理電路和輸電線圈兩個裝置，所述無線充電接受系統(tǒng)包括輸電線圈、接受電路、充電電池、電池保護板四個裝置，所述無線充電發(fā)射系統(tǒng)將平臺內(nèi)電源輸入無線輸電控制電路裝置，經(jīng)調(diào)制后輸入線圈裝置產(chǎn)生電磁波，所述無線充電發(fā)射系統(tǒng)內(nèi)輸電線圈裝置與所述無線充電接受系統(tǒng)內(nèi)輸電線圈裝置平行且位于同一中軸線上，所述無線充電接受系統(tǒng)通過輸電線圈裝置接收到所述無線充電發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射的電磁波后轉(zhuǎn)化為交變電流，并將交變電流輸入接受電路裝置轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定電能經(jīng)由電池保護板裝置充入電池裝置，電池保護板裝置可檢測電池裝置狀況并通過接通或切斷電池裝置的輸入線路或輸出線路以此保護電池裝置，所述信號發(fā)射接受系統(tǒng)球輪內(nèi)部分、所述輪內(nèi)處理器、所述全向電機動力系統(tǒng)、所述球輪內(nèi)傳感器均由所述無線充電接受系統(tǒng)提供電能。

6、優(yōu)選的，所述信號發(fā)射接受系統(tǒng)包括一對射頻模塊和一對定向天線四個裝置，所述信號發(fā)射接受系統(tǒng)位于平臺部分在接受到來自平臺處理器的控制信息后，射頻模塊裝置將控制信息轉(zhuǎn)化為射頻信號并由定向天線裝置向球輪內(nèi)部所述信號發(fā)射接受系統(tǒng)位于球輪內(nèi)部分發(fā)射具有強定向性的電磁波，所述信號發(fā)射接受系統(tǒng)位于平臺部分中定向天線裝置的電磁波發(fā)射方向始終指向所述信號發(fā)射接受系統(tǒng)位于球輪內(nèi)部分中定向天線裝置的信號接受方向，所述信號發(fā)射接受系統(tǒng)位于球輪內(nèi)部分中定向天線裝置接受射頻信號后將信號輸入射頻模塊裝置，信號經(jīng)由射頻模塊裝置處理還原為控制信息。

7、優(yōu)選的，所述球輪一體化外殼可由多種工藝加工，所述球輪一體化外殼內(nèi)壁平整，外壁可根據(jù)本系統(tǒng)的不同使用場合附著不同外殼，所述包含于球輪一體化外殼內(nèi)部的所有系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)中，僅有全向電機動力系統(tǒng)與球輪一體化外殼接觸，所述全向電機動力系統(tǒng)包括電機組和麥克納姆輪組兩個裝置，所述輪內(nèi)處理器包括微處理器和電機驅(qū)動器兩個裝置，所述全向電機動力系統(tǒng)電機組裝置包含多臺電機，所述麥克納姆輪裝置安裝于所述全向電機動力系統(tǒng)電機組裝置內(nèi)每臺電機的動力輸出軸上，所述輪內(nèi)處理器接受來自所述信號發(fā)射接受系統(tǒng)位于球輪內(nèi)部分的控制信息，所述所述輪內(nèi)處理器內(nèi)的微處理器裝置將對控制信息進行解析，并將解析完成后所得到的指令分配至電機驅(qū)動器裝置，所述全向電機動力系統(tǒng)內(nèi)電機組裝置受到所述輪內(nèi)處理器內(nèi)電機驅(qū)動器裝置的控制，電機組裝置受控將動力輸出至與其連接的麥克納姆輪組裝置，由麥克納姆輪組裝置對所述球輪一體化外殼內(nèi)壁進行摩擦，使得所述球輪一體化外殼進行滾動。

8、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

9、本發(fā)明可通過磁懸浮技術(shù)替代復(fù)雜的驅(qū)動傳動系統(tǒng)，化繁為簡，節(jié)省空間同時降低維修成本；本發(fā)明球輪內(nèi)部環(huán)境穩(wěn)定，處于球輪內(nèi)部的電機及麥克納姆輪等驅(qū)動裝置不易受到損傷，大大延長了維修周期，增加了使用壽命；本發(fā)明可使得搭載本發(fā)明的平臺實現(xiàn)如平移，原地回轉(zhuǎn)等復(fù)雜機動，大大增加了搭載本發(fā)明的平臺的實用性以及對不同工作環(huán)境的適應(yīng)性；本發(fā)明的磁懸浮技術(shù)可替代可調(diào)懸架及減震系統(tǒng)，不僅可在一定范圍內(nèi)調(diào)整搭載本發(fā)明的平臺的離地距離，也可自動對不同地形做出調(diào)整，維持平臺通過不同地形時的穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種可全向轉(zhuǎn)動的磁懸浮球輪系統(tǒng)，其特征在于，包括平臺電磁線圈懸浮系統(tǒng)、平臺處理器、無線充電發(fā)射系統(tǒng)、無線充電接受系統(tǒng)、全向電機動力系統(tǒng)、信號發(fā)射接受系統(tǒng)、輪內(nèi)處理器、下偏置配重、磁場耦合永磁體、支架、球輪一體化外殼、球輪內(nèi)傳感器，所述平臺電磁線圈懸浮系統(tǒng)、、無線充電發(fā)射系統(tǒng)、平臺處理器以及信號發(fā)射接受系統(tǒng)的一部分位于本全向磁懸浮球輪系統(tǒng)所安裝的平臺內(nèi)，所述無線充電接受系統(tǒng)、輪內(nèi)處理器、全向電機動力系統(tǒng)、下偏置配重、磁場耦合永磁體、支架、球輪內(nèi)傳感器以及信號發(fā)射接受系統(tǒng)的另一部分包含于球輪一體化外殼內(nèi)部，支架固定于下偏置配重之上，全向電機動力系統(tǒng)固定于下偏置配重之下，所述無線充電接受系統(tǒng)、信號發(fā)射接受系統(tǒng)、輪內(nèi)處理器、球輪內(nèi)傳感器承載于支架、下偏置配重及全向電機動力系統(tǒng)之上，磁場耦合永磁體固定于支架之上。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可全向轉(zhuǎn)動的磁懸浮球輪系統(tǒng)，其特征在于，所述包含于球輪一體化外殼內(nèi)部的所有系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)中，僅有全向電機動力系統(tǒng)與球輪一體化外殼接觸。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可全向轉(zhuǎn)動的磁懸浮球輪系統(tǒng)，其特征在于，所述球輪一體化外殼可由多種工藝加工，所述球輪一體化外殼內(nèi)壁平整，外壁可根據(jù)本系統(tǒng)的不同使用場合附著不同外殼。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可全向轉(zhuǎn)動的磁懸浮球輪系統(tǒng)，其特征在于，所述全向電機動力系統(tǒng)包括電機組和麥克納姆輪組兩個裝置。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可全向轉(zhuǎn)動的磁懸浮球輪系統(tǒng)，其特征在于，所述平臺電磁線圈懸浮系統(tǒng)包括電磁線圈組、永磁體組、霍爾傳感器三種裝置。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可全向轉(zhuǎn)動的磁懸浮球輪系統(tǒng)，其特征在于，所述無線充電發(fā)射系統(tǒng)包括無線輸電控制電路和輸電線圈兩個裝置。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可全向轉(zhuǎn)動的磁懸浮球輪系統(tǒng)，其特征在于，所述無線充電接受系統(tǒng)包括輸電線圈、無線充電接受電路、充電電池、電池保護板四個裝置。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可全向轉(zhuǎn)動的磁懸浮球輪系統(tǒng)，其特征在于，所述信號發(fā)射接受系統(tǒng)包括一對射頻模塊和一對定向天線四個裝置。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可全向轉(zhuǎn)動的磁懸浮球輪系統(tǒng)，其特征在于，所述輪內(nèi)處理器包括微處理器和電機驅(qū)動器兩個裝置。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可全向轉(zhuǎn)動的磁懸浮球輪系統(tǒng)，其特征在于，所述球輪內(nèi)傳感器包括內(nèi)部組件溫度傳感器、濕度傳感器、陀螺儀三個裝置。

11.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種可全向轉(zhuǎn)動的磁懸浮球輪系統(tǒng)，其特征在于，所述平臺處理器包括微處理器、信號處理器、線圈控制器三個裝置。

12.根據(jù)權(quán)利要求1、4所述一種可全向轉(zhuǎn)動的磁懸浮球輪系統(tǒng)，其特征在于，所述全向電機動力系統(tǒng)電機組裝置包含多臺電機，所述麥克納姆輪裝置安裝于所述全向電機動力系統(tǒng)電機組裝置內(nèi)每臺電機的動力輸出軸上。

13.根據(jù)權(quán)利要求1、5所述一種可全向轉(zhuǎn)動的磁懸浮球輪系統(tǒng)，其特征在于，所述平臺電磁線圈懸浮系統(tǒng)包含多組電磁線圈組裝置及多組永磁體組裝置，每一組電磁線圈組裝置與一組永磁體組裝置配合工作，每一組電磁線圈組裝置與一組永磁體組裝置對應(yīng)一塊所述磁場耦合永磁體，所述磁場耦合永磁體位于電磁線圈懸浮系統(tǒng)的電磁線圈組裝置中軸線上，并受電磁線圈組裝置所產(chǎn)生的磁力影響。

14.根據(jù)權(quán)利要求1、5所述一種可全向轉(zhuǎn)動的磁懸浮球輪系統(tǒng)，其特征在于，所述平臺電磁線圈懸浮系統(tǒng)內(nèi)多組電磁線圈組裝置及多組永磁體組裝置在平臺內(nèi)呈半球形對稱分布，全部電磁線圈組裝置及全部永磁體組裝置中軸線同時指向球輪重心。

15.根據(jù)權(quán)利要求1、5所述一種可全向轉(zhuǎn)動的磁懸浮球輪系統(tǒng)，其特征在于，所述下偏置配重與所述平臺電磁線圈懸浮系統(tǒng)及所述配合，共同起到約束包含于所述球輪一體化外殼內(nèi)部的所有系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)的作用，使得所述球輪一體化外殼進行滾動時，包含于所述球輪一體化外殼內(nèi)部的所有系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)相對于本全向磁懸浮球輪系統(tǒng)所安裝的平臺在空間中相對位置不產(chǎn)生預(yù)期之外的改變。

16.根據(jù)權(quán)利要求1、5、11所述一種可全向轉(zhuǎn)動的磁懸浮球輪系統(tǒng)，其特征在于，所述平臺處理器中微處理器裝置通過接受所述平臺電磁線圈懸浮系統(tǒng)中霍爾傳感器裝置的信號判斷磁場狀態(tài)，并通過線圈控制器裝置對所述平臺電磁線圈懸浮系統(tǒng)內(nèi)電磁線圈組裝置工作狀態(tài)進行調(diào)整，以達成平臺懸浮目的。

17.根據(jù)權(quán)利要求1、6、7、9所述一種可全向轉(zhuǎn)動的磁懸浮球輪系統(tǒng)，其特征在于，所述無線充電發(fā)射系統(tǒng)將平臺內(nèi)電源輸入電源處理電路裝置，經(jīng)調(diào)制后輸入線圈裝置產(chǎn)生電磁波，所述無線充電發(fā)射系統(tǒng)內(nèi)輸電線圈裝置與所述無線充電接受系統(tǒng)內(nèi)受電線圈裝置平行且位于同一中軸線上，所述無線充電接受系統(tǒng)通過受電線圈裝置接收到所述無線充電發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射的電磁波后轉(zhuǎn)化為交變電流，并將交變電流輸入接受電路裝置轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定電能經(jīng)由電池保護板裝置充入充電電池裝置，電池保護板裝置可檢測充電電池裝置狀況并通過接通或切斷充電電池裝置的輸入線路或輸出線路以此保護充電電池裝置，同時電池保護板裝置會將充電電池裝置的實時狀態(tài)發(fā)送至輪內(nèi)處理器內(nèi)的微處理器裝置進行初步判斷分析。

18.根據(jù)權(quán)利要求1、7所述一種可全向轉(zhuǎn)動的磁懸浮球輪系統(tǒng)，其特征在于，所述信號發(fā)射接受系統(tǒng)球輪內(nèi)部分、所述輪內(nèi)處理器、所述全向電機動力系統(tǒng)、所述球輪內(nèi)傳感器均由所述無線充電接受系統(tǒng)提供電能。

19.根據(jù)權(quán)利要求1、9、11所述一種可全向轉(zhuǎn)動的磁懸浮球輪系統(tǒng)，其特征在于，所述信號發(fā)射接受系統(tǒng)位于平臺內(nèi)部分在接受到來自平臺處理器的控制信息后，由射頻模塊裝置將控制信息轉(zhuǎn)化為電磁波并由定向天線裝置向球輪內(nèi)部所述信號發(fā)射接受系統(tǒng)位于球輪內(nèi)部分發(fā)射具有強定向性的電磁波，所述信號發(fā)射接受系統(tǒng)中的一對定向天線始終互相對應(yīng)。

20.根據(jù)權(quán)利要求1、10所述一種可全向轉(zhuǎn)動的磁懸浮球輪系統(tǒng)，其特征在于，所述球輪內(nèi)傳感器將持續(xù)采集球輪內(nèi)部各裝置的溫度、球輪內(nèi)部濕度以及球輪內(nèi)部支架方向信息，并將信息傳遞至球輪內(nèi)處理器內(nèi)部進行初步判斷分析。

21.根據(jù)權(quán)利要求1、9、10、11、12、17所述一種可全向轉(zhuǎn)動的磁懸浮球輪系統(tǒng)，其特征在于，所述輪內(nèi)處理器將接受來自所述信號發(fā)射接受系統(tǒng)位于球輪內(nèi)部分的控制信息，所述所述輪內(nèi)處理器內(nèi)的微處理器裝置將對控制信息進行解析，并將解析完成后所得到的指令分配至電機驅(qū)動器裝置，同時，微處理器裝置對來自所述球輪內(nèi)傳感器及所述無線充電接受系統(tǒng)內(nèi)電池保護板裝置的信息進行分析后，將動態(tài)調(diào)節(jié)球輪內(nèi)各部分工作狀態(tài)，并將球輪內(nèi)狀態(tài)信息經(jīng)由信號發(fā)射接受裝置反饋至所述平臺處理器。

22.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、9、12所述一種可全向轉(zhuǎn)動的磁懸浮球輪系統(tǒng)，其特征在于，所述全向電機動力系統(tǒng)內(nèi)電機組裝置受到所述輪內(nèi)處理器內(nèi)電機驅(qū)動器裝置控制，電機組裝置受控將動力輸出至與其連接的麥克納姆輪組裝置，由麥克納姆輪組裝置對所述球輪一體化外殼內(nèi)壁進行摩擦，使得所述球輪一體化外殼進行滾動。

23.根據(jù)權(quán)利要求1、8、11所述一種可全向轉(zhuǎn)動的磁懸浮球輪系統(tǒng)，其特征在于，所述平臺處理器內(nèi)微處理器裝置會接受經(jīng)由信號處理器裝置處理后的平臺駕駛員操作信息或遠程操作數(shù)據(jù)信號并轉(zhuǎn)化為控制信息，通過信號發(fā)射接受系統(tǒng)位于平臺的部分將控制信息傳遞至球輪內(nèi)部，同時，所述平臺處理器內(nèi)微處理器裝置會接受經(jīng)由信號發(fā)射接受系統(tǒng)位于平臺的部分所接受到的來自球輪內(nèi)部的信息，并將信息反饋至駕駛臺儀表或遙控終端。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種可使得搭載本系統(tǒng)的平臺懸浮于球形輪之上并在水平面上進行全方向運動的球形輪系統(tǒng)，涉及磁懸浮領(lǐng)域和電子控制領(lǐng)域。本發(fā)明可通過磁懸浮技術(shù)替代復(fù)雜的驅(qū)動傳動系統(tǒng)，化繁為簡，節(jié)省空間同時降低維修成本；本發(fā)明球輪內(nèi)部環(huán)境穩(wěn)定，處于球輪內(nèi)部的電機及麥克納姆輪等驅(qū)動裝置不易受到損傷，大大延長了維修周期，增加了使用壽命；本發(fā)明可使得搭載本發(fā)明的平臺實現(xiàn)如平移，原地回轉(zhuǎn)等復(fù)雜機動，大大增加了搭載本發(fā)明的平臺的實用性以及對不同工作環(huán)境的適應(yīng)性；本發(fā)明的磁懸浮技術(shù)可替代可調(diào)懸架及減震系統(tǒng)，不僅可在一定范圍內(nèi)調(diào)整搭載本發(fā)明的平臺的離地距離，也可自動對不同地形做出調(diào)整，維持平臺通過不同地形時的穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：于溯遠,任志秋,夏浩迪,李軒成,孫震,寇恒元,桑鐵男
受保護的技術(shù)使用者：于溯遠
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2