[发明专利]增强功能的球形移动装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种球形移动装置，确切的说，涉及一种不倒翁式的增强功能的球形移动装置。

背景技术

不倒翁式移动机器人是近年来国内外新近兴起、并发展迅速的一个特种研究领域，它属于球形行走机器人的范畴。球形行走机器人与地面是点接触，属于纯滚动摩擦，阻力非常小，行动灵活，可实现零转弯半径。基于行走机器人发展起来的不倒翁式的行走机器人，首先它具有不倒翁的特性，在被打击、摇晃时，它能够围绕其圆形底座摇摆并逐渐恢复并保持直立。另外作为一种移动工具，它还具有球形行走机器人的特点。目前，世界各国都对不倒翁机器人产生了兴趣，并率先由日本、瑞士研制成功，现在国内外已经出现若干种基于不同原理的不同结构的不倒翁机器人。这类机器人既包含有球形机器人的特点，且具有不倒的特性，因此适应道路的能力很强，在坎坷不平的地面上是一种比较理想的运载工具。其应用前景非常广泛，可用于军用侦察、家庭服务、益智玩具开发等领域。但是，目前的不倒翁机器人结构复杂，造价比较高，大多只有在通电时才能保持站立，一旦断电，机器人就会倾倒，有可能造成不必要的损失，这在很大程度上局限了不倒翁机器人的应用。如何改进结构，保证机器人断电时依然能够站立，成为申请人关注和研究的新课题。

发明内容

本发明为了适应上述要求，提供一种能在平地站立、行走和转弯的不倒翁装置，该装置在断电情况下依然能够自己保持站立，解决了大多数机器人面临的断电需要外界支撑的难题。

为了达到上述目的，本发明所提供的基于球形移动机器人的一种增强功能的球形移动装置。它包括：

外壳，外壳与长轴固连，并具有某特定形状；

驱动机构和转弯机构，其都由电机驱动，内部安装有配重，配重可以是重摆、飞轮等，至少一个电机可驱动配重相对于球壳绕长轴转动，所述配重足够重以提供足以防止构件翻倒的基于重力的恢复力；

行走机构，其包括与长轴两端连接的球壳，所述球壳可绕长轴转动而不引起其他部件同步的转动。

所述长轴伸出球壳部分与机器人外壳固定，该长轴两端与固定在球壳上的法兰连接，使球壳可绕长轴转动而不会引起其他部件的同步运动，球壳内部采用对称安装的两框架板构件来代替传统长轴，以便利于加工和装配工艺。

所述外壳、长轴和配重构成了倒立摆结构，配重占机器人总体质量的比重很大，使得机器人重心在长轴以下，底部的圆形球壳与地面接触，保证了机器人在断电的时候可自己保持站立。

根据本发明的一个实施方式，提供了一种用于增强功能的球形移动机器人的驱动装置，所述装置包括：驱动机构，其包括驱动装置和传动装置，驱动装置为电机，固定在长轴或与长轴固连的外壳上，传动装置可以是相啮合齿轮或者与球壳压紧的传动轮等，安装在电机轴上并与球壳或固连在球壳上的结构啮合，可带动球壳相对于长轴转动。转弯机构，其包括一固定在长轴上的短轴，短轴上安装有飞轮电机，电机轴上安有飞轮。

所述驱动装置为伺服电机，其固定在长轴或与长轴固连的外壳上，电机轴与长轴轴向平行。所述传动机构可以是一对分别安装于驱动电机轴和球壳法兰上的啮合齿轮，所述球壳法兰固定在球壳两端并与长轴通过轴承连接，还可以是与球壳在最高点处啮合的传动轮，该啮合方式既可以是内啮合也可以是外啮合。

所述转弯机构包括垂直于长轴的短轴，该短轴采用电机固定板代替，用于安装飞轮电机，其中飞轮电机轴线垂直长轴于球心位置并背向长轴，其上安有飞轮，飞轮足够重，可用于提供基于重力的恢复力以保证机器人不会倾倒。电机可带动飞轮转动，实现机器人的转弯。

根据本发明的一个实施方式，提供了一种用于增强功能的球形移动机器人的驱动装置，所述装置包括：驱动机构，其包括驱动电机，所述驱动电机通过某种传动方式可以使内部的重摆相对于球壳转动以获得移动。转弯机构，其包括短轴电机，所述短轴电机安装在长轴上，并能通过一定传动方式驱动重摆左右摆动。

所述驱动装置为伺服电机，其固定在长轴或与长轴固连的外壳上，电机轴与长轴轴向平行。所述传动机构可以是一对分别安装于驱动电机轴和球壳法兰上的啮合齿轮，所述球壳法兰固定在球壳两端并与长轴通过轴承连接。还可以是与球壳在最高点或最低点处啮合的传动轮，该啮合方式在最高点时既可以是内啮合也可以是外啮合。

所述转弯机构包括垂直于长轴的短轴，该短轴安装于长轴上并相对于球壳中心点对称，该短轴可绕自身轴线转动。短轴两端对称安装有重摆，重摆足够重并尽量远离球心，当装置摆动时用于提供尽可能大的基于重力的恢复力以保证机器人不会倾倒并逐渐靠近平衡位置。短轴电机通过锥齿轮传动可带动重摆左右摆动，实现机器人重心的偏移。