[发明专利]一种可跳跃的球形机器人

说明书

技术领域

本发明属于移动机器人领域，涉及一种具有复合运动方式的移动机器人装置，具体来说，涉及一种通过控制可实现平面运动和跳跃越障的球形机器人。

技术背景

球形机器人由于在行进过程中具有运动灵活、零半径转弯等优点，在当今各行业中具有广泛应用，但是在崎岖地形上运动能力有限，遇到障碍物就束手无策，很难越过高度超过限制的障碍物。机器人的广泛应用对机器人的地面通过能力、自由移动能力和环境适应能力提出了更高的要求，这也就提出了跳跃机器人的研究意义。跳跃机器人必须先将能量储存，然后释放能量，转化为机器人系统的重力势能，实现机器人跳跃。将基于弹簧的跳跃装置与球形机器人整合起来，同时实现平面移动和跳跃功能，具备很强的实用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种可实现平面全向运动和跳跃的球形机器人，该机器人在平面可进行全向运动；遇到障碍物时，可以通过跳跃进行规避，且结构简单，控制简单，能量利用率高，稳定性好。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种可跳跃的球形机器人包括弹簧锁定释放装置、弹簧跳跃机构、球体驱动装置的短轴部分、球体驱动装置的长轴部分以及球壳五部分，弹簧锁定释放装置在弹簧跳跃机构的上方，并与之相连，球体驱动装置短轴部分与弹簧锁定释放装置，球体驱动装置长轴部分与弹簧跳跃机构相连，球壳连接到球体驱动装置长轴部分上；

所述的弹簧跳跃机构包括左右连杆、定位齿轮组、左滑块、右滑块、导轨、滑块限位架、弹簧杆、拉伸弹簧、钢丝绳、底座；

所述的导轨固定于锁定释放装置中央；

所述的齿轮组、连杆通过螺钉可转动连接在底座上，定位齿轮组分别与左右连杆下端固定，左右连杆上端与左右滑块同轴连接，左右滑块与导轨之间可滑动连接，滑块限位架固定于导轨上；

所述的滑块与连杆通过螺栓同轴心连接，弹簧杆穿过滑块与连杆的装配孔，拉伸弹簧可根据所需能量增减根数，弹簧两端分别固定于左右弹簧杆上，钢丝绳一端与底座中心相连，另一端穿过锁定释放装置中心孔与滚筒卷制，滚筒电机固定在底板上，滚筒电机轴一端与滚筒相连。

进一步，所述的弹簧锁定释放装置包括控制电机、控制电机基座、一对减速齿轮组、减速传动轴、一对缺齿齿轮组、滚筒、单向轴承、导向杆、轴基座、底板；

所述的控制电机基座、轴基座都是固定安装在底板上的，控制电机固定在控制电机基座上，轴通过轴承安装在轴基座上；

所述的减速小齿轮与电机的输出轴固定，减速大齿轮与减速传动轴固定安装，缺齿齿轮也安装在减速传动轴上；

所述的滚筒电机与滚筒相连，滚筒与滚筒齿轮安装在传动轴上，传动轴与轴基座之间通过单向轴承连接，单向轴承外壳与轴基座固连，导向杆穿过弹簧锁定释放装置底板上的通孔，其下端固定在跳跃机构底座上。

进一步，所述的球体驱动装置短轴部分包括短轴电机、电机固定件、短轴连接轴、重摆；电机固定件固定在底板上，短轴电机固定安装在电机固定件上，重摆通过短轴连接轴和短轴电机输出轴相连；

进一步，所述球体驱动装置长轴部分包括长轴连接轴、长轴电机、底座；长轴电机固定在底座上，长轴连接轴与电机输出轴相连，球体驱动装置长轴部分通过长轴连接轴与球壳相连

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：可实现平移和跳跃运动，且跳跃结构简单，能量利用率高，轨迹可控。

1、跳跃结构简单，跳跃过程易于实现。

跳跃机构控制原理简单、结构简单、能量利用率高，跳跃过程易于实现。跳跃过程即能量转换过程，分为三步：弹簧储能阶段、弹簧锁定阶段、能量释放阶段。弹簧储能阶段：利用控制电机带动齿轮转动，从而使滚筒转动，收卷钢丝绳，使连杆张开，沿着导轨移动，拉伸弹簧，实现弹簧能量存储。弹簧锁定阶段：到达能量锁定值时，电机停转，保持弹簧拉伸长度。能量释放阶段：电机启动，缺齿齿轮不再限制滚筒转动速度，弹簧受恢复力恢复原长过程中，释放存储能量。跳跃原理：释放能量时，弹簧锁定释放装置使上板获得向上的速度，带动机器人整体离地跳跃。

2、能适应各种路况，进行平面运动和跳跃运动。

在运行过程中，球形机器人的运动状态可随着路况的改变而改变，具有很强的适应性。

3、可控制起跳的高度，减少不必要的耗能。

在运行过程中，根据路障的不同，球形机器人需要起跳的高度也不同。通过滚筒电机，可实现锁定钢丝绳长度的调整，通过控制锁定钢丝绳的长度，进而实现对起跳能力的调整。

4、可任意角起跳，轨迹可控。