2.3.2 双电磁线圈驱动球形机器人方案设计

根据实际需要，电磁线圈托板两侧可以安装K（K≥2）个电磁线圈，以提高球形机器人的动力性能，双电磁线圈驱动球形机器人机构组成示意图如图2.3所示。

可以看出，双电磁线圈驱动全方位运动球形机器人与单电磁线圈驱动全方位运动球形机器人结构基本相似，也包括球壳、磁钢环、内驱结构，所不同之处是电磁线圈分为两组，每组又包含两个（或多个）电磁线圈。

同组内的电磁线圈磁极端与任意一个安装在球壳上的永磁磁钢磁极端相对，或者与相邻永磁磁钢之间的球壳部分相对，且通电顺序、电流方向一致。控制电路控制两组电磁线圈的极性交替变化，使得电磁线圈的磁芯与永磁磁钢产生吸引力或者排斥力，以带动内部驱动机构绕主轴旋转，由此实现球形机器人的前进和后退。而转弯原理与单电磁线圈驱动全方位运动球形机器人原理相似：电动机带动飞轮一起旋转，球形机器人将按飞轮旋转的反方向旋转，由此实现电磁驱动球形机器人的转向。

双电磁线圈驱动球形机器人电磁线圈机构示意图如图2.4所示。通过调整螺钉固定在电磁线圈固定架上，通过调整螺钉可调整磁芯与磁钢环之间的径向距离；电磁线圈固定架加工成与球壳同心的弧形，以避免运动过程中发生干涉，并提高运动的稳定性。

图2.5所示为双电磁线圈驱动球形机器人局部剖视图。为确保球形机器人运动方向的可控性，电磁线圈的安装位置应满足：当左侧电磁线圈组与某块永磁磁钢正对时，右侧电磁线圈组正好介于两块永磁磁钢中间。同理，当右侧电磁线圈组与某块永磁磁钢正对时，左侧电磁线圈组正好介于两块永磁磁钢中间。

设两电磁线圈组的第二电磁线圈相对球壳球心的夹角为α，相邻永磁磁钢相对于球壳球心的夹角为β，同组内的两电磁线圈相对于球壳球心的夹角为γ，则α与β之间的关系应满足式（2-1）；而γ与β之间的关系应满足：

使得同组内电磁线圈同时正对永磁磁钢或同时介于两块永磁磁钢中间。