[发明专利]球形机器人

说明书

本发明提供了一种球形机器人，包括球壳及驱动组件。所述驱动组件包括连接部、驱动臂和两个控制力矩陀螺系统。所述驱动臂包含驱动轮和驱动电机。所述驱动轮与所述球壳内壁相接触，驱动所述球形机器人行走。所述两个控制力矩陀螺系统之间设有一组反向同步齿轮组，以带动所述两个控制力矩陀螺系统反向同步偏摆。所述球形机器人受到干扰力矩干扰时，通过控制所述控制力矩陀螺系统偏摆来产生进动力矩以克服所述干扰力矩及提高所述球形机器人的稳定性，从而平衡所述球形机器人的姿态。本发明提高了球形机器人的越障爬坡能力，实现无级变速。

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种球形机器人。

背景技术

球形机器人是指利用球体的滚动实现运动的机器人，可以实现全方位运动，与地面是单点接触，摩擦阻力小，能量利用效率高，并且具有不倒翁特性，可以避免常规的机器人容易出现的倾倒失稳现象。机器人的重要部件均包容在球体内部，受到球体外壳良好的保护，不容易因破坏而失效。采取合适的密封措施，可以使球形机器人的外壳具备防水能力，进而在较为恶劣的天气条件下使用，具有全天候的适应能力。

球形机器人由于受限于滚动的行走方式，往往运动稳定性不高，而且越障爬坡能力不强，这使得球形机器人在人们的生活领域(如具有大于30度的斜坡或楼梯等障碍)或某些凹凸不平的场地的应用受到极大的限制。

因此，如何提高球形机器人的越障爬坡能力，以增加球形机器人的应用场景和运动稳定性，为业界人士重点研究课题。

发明内容

针对以上的问题，本发明的目的是提供一种球形机器人，可实现越障爬坡、自动调节姿态及增加运动稳定性。

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种球形机器人，包括球壳及驱动组件；所述驱动组件包括固定支架，设于所述固定支架上的连接部，固连于所述连接部的伸缩驱动部和两个控制力矩陀螺系统、转动连接于所述连接部的驱动臂；所述两个控制力矩陀螺系统之间设有反向同步齿轮组，以带动所述两个控制力矩陀螺系统反向同步偏摆；

所述驱动臂之远离所述连接部的一端设有与所述球壳相接触的驱动轮，且通过与所述球壳之间产生摩擦力带动所述球形机器人行走；所述驱动臂与所述伸缩驱动部之间设有第一连杆，所述伸缩驱动部推动所述第一连杆以带动所述驱动臂绕所述连接部摆动，以调节所述驱动轮与所述球壳内壁的接触位置从而改变所述球形机器人的行走速度；

所述球形机器人受到干扰力矩时，通过控制所述伸缩驱动部带动所述驱动臂摆动，以改变所述球形机器人的行走速度，再控制所述两个控制力矩陀螺系统反向同步偏摆来增加进动力矩以克服所述干扰力矩及提高所述球形机器人的稳定性。

一种实施方式中，所述伸缩驱动部包括第一导轨、将所述第一导轨固定于所述连接部的导轨固定件、套设于所述第一导轨上的第一连接件及设于所述第一导轨远离所述连接部的一端的第二电机，所述第二电机用以驱动所述第一连接件沿所述第一导轨滑动；

所述第一连杆包括相对设置的第一端和第二端，所述第一端和所述第二端分别转动连接于所述第一连接件和所述驱动臂；所述第一连接件沿所述第一导轨滑动，带动所述第一连杆相对于所述连接部做往复运动，且带动所述驱动臂绕所述连接部摆动。

一种实施方式中，所述驱动臂还包括连接于所述连接部与所述驱动轮之间的第二连杆，所述驱动轮与所述第二连杆之间设有弹性连接件，所述弹性连接件沿着所述驱动臂方向伸缩，在所述球形机器人运动过程中起到缓冲减震作用及为所述驱动轮与所述球壳之间提供接触压力的作用。

一种实施方式中，所述弹性连接件包括弹簧、设于所述弹簧相对两侧的第二导轨、及设于所述第二导轨上的滑块，所述第二导轨一端固定连接于所述第二连杆，另一端朝向所述驱动轮方向延伸，所述滑块一端设于所述第二导轨上，另一端固定于所述驱动轮，所述弹簧固定于所述第二连杆与所述驱动轮之间，且处于压缩状态，为所述驱动轮与所述球壳之间提供接触压力。