[发明专利]一种折展式变径球形机器人

说明书

一种折展式变径球形机器人，属于球形机器人技术领域。所述折展式变径球形机器人，包括设置在球壳内部的驱动机构和设置在球壳外部的支撑框架结构，驱动机构包括从内至外依次设置的内圈框架、中圈框架和外圈框架，外圈框架与球壳的内表面连接，支撑框架结构包括第一电动支撑杆、第二电动支撑杆和第三电动支撑杆，位于同一个球壳大圆上的第一电动支撑杆、第二电动支撑杆和第三电动支撑杆之间通过四连杆组件连接；相邻的两个第三电动支撑杆与位于其之间的第二电动支撑杆通过三连杆组件连接。所述折展式变径球形机器人，其通过整机变径式的折展收缩来降低、抬举机身，能够平稳快速地穿越如灾变的巷道等狭小非结构化的空间。

技术领域

本发明涉及球形机器人技术领域，特别涉及一种折展式变径球形机器人。

背景技术

当前，可移动机器人被广泛用于环境监测、灾难救援、考古探险、家庭娱乐等方面。传统的移动机器人依靠轮子或履带驱动，这种驱动方式在平坦的路面可以灵活的移动，但是遇到凹凸不平的路面或工作空间狭小时，机器人的运动将受到极大的限制。

国内外已经研制出若干种不同结构类型的球形机器人。世界上第一个具有球形外壳的球形机器人是由辛基科技大学的Halme教授在1996年制作的，其运动是靠球壳内安装的一个驱动轮实现，由电机驱动驱动轮在球壳内运动，改变球体的重心进而改变其运动状态。美国特拉华大学的Bhattacharya教授等研制了以两个相互垂直的转子为驱动系统的球形机器人。伊朗的Javadi等学者研制了一台名为“August”的球形机器人，该机器人主要依靠球内安装的四根轮辐上的配重块移动来改变重心的位置，驱动球体运动。球形机器人在近十年来得到众多单位和学者的关注，上海交通大学的金康进等学者提出一种四驱动球形机器人，即在球形机器人内部安装四个对称的驱动电机，每个驱动电机上安装有配重块，驱动电机的转动带动配重块的运动进而改变球形机器人的重心位置，从而实现球形机器人的全方位滚动。

虽然球形机器人运动时与地面为点接触，运动时的摩擦属于滚动摩擦，阻力小，可以灵活地进行全方位移动，其工作空间也从简单结构向多维、复杂、非结构化的方向进行转变，但是，现有的球形机器人的运动还是存在工作空间比较单一、对运动地形的要求较高、在狭小非结构化的环境中运动能力不足等技术问题。为适应井下特殊环境对球形机器人在多种地形结构特别是在复杂狭小的空间中工作的需求，需要进一步探索面向狭小非结构化如井下灾变巷道等空间适用的特种球形机器人。

发明内容

为了解决现有技术存在的球形机器人在狭小复杂的工作空间中运动能力不足等技术问题，本发明提供了一种折展式变径球形机器人，其通过整机变径式的折展收缩来降低、抬举机身，能够平稳快速地穿越如灾变的巷道等狭小非结构化的空间。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种折展式变径球形机器人，包括设置在球壳内部的驱动机构和设置在球壳外部的支撑框架结构；

所述驱动机构包括从内至外依次设置的内圈框架、中圈框架和外圈框架，所述内圈框架设置有兜状结构，所述兜状结构的内部设置有电源和控制模块，所述外圈框架与球壳的内表面连接；

所述支撑框架结构包括第一电动支撑杆、第二电动支撑杆和第三电动支撑杆，所述第一电动支撑杆设置有两个，且分别位于球壳的顶部和底部；所述第二电动支撑杆设置有2n个，且均匀设置在球壳的水平大圆处，n为大于等于2的偶数，2n个第二电动支撑杆之间通过四连杆组件连接；所述第三电动支撑杆设置有2m个，均匀对称设置在第二电动支撑杆的两侧，m为大于等于2的偶数；位于同一个球壳大圆上的第一电动支撑杆、第二电动支撑杆和第三电动支撑杆之间通过四连杆组件连接；相邻的两个第三电动支撑杆与位于其之间的第二电动支撑杆通过三连杆组件连接。

所述折展式变径球形机器人还包括若干个圆饼状连接件，所述第一电动支撑杆、第二电动支撑杆和第三电动支撑杆远离球壳的一端均设置有所述连接件，用以与四连杆组件和/或三连杆组件连接。