[发明专利]一种球形移动机器人

说明书

本发明公开了一种球形移动机器人，包括球形外壳，球形外壳中布置有安装架，球形外壳包括两个滚动圆壳，安装架的两侧均布置有若干个滚动轮，各滚动圆壳内壁均布置有环形轨道，安装架中布置有控制装置和两个驱动电机，两个驱动电机位于安装架的下部，驱动电机的输出端布置有驱动轮。本发明设计了球形外壳中的安装架两侧通过若干个滚动轮在滚动圆壳内壁滚动，以使安装架与滚动圆壳之间保持相对独立；安装架中设计有两个驱动装置分别使两个滚动圆壳滚动，通过控制两个驱动装置输出的转速和转向，调整两个滚动圆壳的相对转动，从而控制机器人的运动。本发明运动稳定，操作简便，可广泛应用于智能设备技术领域。

技术领域

本发明涉及智能设备技术领域，特别涉及一种球形移动机器人。

背景技术

球形移动机器人是指将内部驱动系统，如运动执行机构、传感器、动力装置、控制系统等安置在球形壳体内，通过内驱动并以滚动为主要行走方式的移动机器人。

球形移动机器人结构简单，不需要复杂的运动副或运动关节就可进行移动。在运动方式上，以滚动运动为主，相比于其他运动方式能更灵活的转向，可以迅速调整运行状态，具有良好的动态和静态平衡性，运动方向可控性好，一旦运动失态能快速自我恢复，可进行连续工作，运动效率高、能量损耗小，同时内部驱动装置简单，通过对其内部驱动装置的控制即可实现运动，因而控制系统相较于传统机器人要简单许多。

球形机器人大多为完全封闭型，球形外壳可以很好保护内部装置，结构紧凑、占用空间小，使得球形机器人整体尺寸较小，从而增强球形机器人的环境适应能力，可以在无人、沙尘、潮湿、腐蚀性等恶劣条件下运行，无论粗糙还是光滑的地形都能顺利滚动行走，在相对柔软的地面如沙地、雪地等对其灵活性影响不大。

球形移动机器人通过内部驱动装置的运动打破球体的静态平衡，运动灵活，可以实现原地转向和全方向行走，可在狭窄空间内作业。

如图1至图4，现有方案驱动原理基本上分为以下几种：

一、如图1为单轮旋转驱动球壳内表面式球形机器人，通过单轮41与球形外壳内表面直接接触，通过摩擦力作用使驱动装置的运动转化为球壳的转动，从而带动整个机器人运动；

二、如图2为偏心质量块驱动式球形机器人，通过驱动装置使偏心质量块42绕着轴心旋转，偏心质量块42旋转产生的偏心力矩和惯性力矩使球体滚动。偏心质量块42左右偏转，使球体转向；

三、如图3为三轴联动改变重心式球形机器人，通过三轴联动机构43改变质量块与球形壳体几何中心的相对位置，使球形壳体重心偏移，从而产生偏心力矩，使球体实现运动；

四、如图4为双轮驱动改变重心式球形机器人，通过双轮旋转机构44改变重心的方式，轮子旋转与球壳内壁摩擦，内部驱动装置重心改变，迫使球体运动。

上述四种结构分别存在以下缺陷：

第一种，采用单轮旋转驱动球壳的方式，球壳冗余自由度过多，难以实现精准控制，不能保证机器人按照预设路线运动。其次上部使用弹簧支承，驱动装置与外球壳相对运动，运转不顺畅，机动性差。

第二种，偏心质量块旋转浪费大量能量，能量利用率低，降低续航能力。其次运动控制困难，运转不够平稳。

第三种，通过三轴联动来改变重心，内部需要较大的空间，结构不够紧凑，其次也存在运动控制较难，难以按照预定轨迹运动。

第四种，虽无以上三种机器人的缺点，但是内部驱动装置与球壳内壁会出现打滑现象，爬坡能力及越过障碍能力稍差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种球形移动机器人，既可使机器人运动顺畅，又可使内部结构与机器人的外壳相对独立。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：