2.3.2 雙電磁線圈驅動球形機器人方案設計

根據實際需要，電磁線圈托板兩側可以安裝K（K≥2）個電磁線圈，以提高球形機器人的動力性能，雙電磁線圈驅動球形機器人機構組成示意圖如圖2.3所示。

1.左半球殼；2.右半球殼；3.磁鋼環；4.永磁磁鋼；5.托架；6.供電電源及控制器；

7.飛輪；8-1.第一電磁線圈；8-2.第二電磁線圈；9.電動機；10.主軸

圖2.3 雙電磁線圈驅動球形機器人機構組成示意圖

可以看出，雙電磁線圈驅動全方位運動球形機器人與單電磁線圈驅動全方位運動球形機器人結構基本相似，也包括球殼、磁鋼環、內驅結構，所不同之處是電磁線圈分為兩組，每組又包含兩個（或多個）電磁線圈。

同組內的電磁線圈磁極端與任意一個安裝在球殼上的永磁磁鋼磁極端相對，或者與相鄰永磁磁鋼之間的球殼部分相對，且通電順序、電流方向一致。控制電路控制兩組電磁線圈的極性交替變化，使得電磁線圈的磁芯與永磁磁鋼產生吸引力或者排斥力，以帶動內部驅動機構繞主軸旋轉，由此實現球形機器人的前進和后退。而轉彎原理與單電磁線圈驅動全方位運動球形機器人原理相似：電動機帶動飛輪一起旋轉，球形機器人將按飛輪旋轉的反方向旋轉，由此實現電磁驅動球形機器人的轉向。

雙電磁線圈驅動球形機器人電磁線圈機構示意圖如圖2.4所示。通過調整螺釘固定在電磁線圈固定架上，通過調整螺釘可調整磁芯與磁鋼環之間的徑向距離；電磁線圈固定架加工成與球殼同心的弧形，以避免運動過程中發生干涉，并提高運動的穩定性。

1.第一電磁線圈；2.第二電磁線圈；3.電磁線圈固定架

圖2.4 雙電磁線圈驅動球形機器人電磁線圈機構示意圖

圖2.5所示為雙電磁線圈驅動球形機器人局部剖視圖。為確保球形機器人運動方向的可控性，電磁線圈的安裝位置應滿足：當左側電磁線圈組與某塊永磁磁鋼正對時，右側電磁線圈組正好介于兩塊永磁磁鋼中間。同理，當右側電磁線圈組與某塊永磁磁鋼正對時，左側電磁線圈組正好介于兩塊永磁磁鋼中間。

設兩電磁線圈組的第二電磁線圈相對球殼球心的夾角為α，相鄰永磁磁鋼相對于球殼球心的夾角為β，同組內的兩電磁線圈相對于球殼球心的夾角為γ，則α與β之間的關系應滿足式（2-1）；而γ與β之間的關系應滿足：

使得同組內電磁線圈同時正對永磁磁鋼或同時介于兩塊永磁磁鋼中間。

1.磁鋼環；2.永磁磁鋼；3.飛輪；4.供電電源及控制器；

5.第一電磁線圈；6.電動機；7.第二電磁線圈

圖2.5 雙電磁線圈驅動球形機器人局部剖視圖