[发明专利]一种流体驱动的球形滚动机器人及其驱动方法

说明书

本发明公开了一种流体驱动的球形滚动机器人及其驱动方法。目前球形机器人的驱动方式主要有小车驱动、配重驱动、形变驱动和风力驱动，均存在一定缺陷。本发明一种流体驱动的球形滚动机器人，包括控制盒、动力机构、球形外壳和平衡箱。动力机构包括环形管、第一重心调节块、第二重心调节块和隔板。控制盒内安装有油路模块。油路模块包括油箱、第一换向阀、第二换向阀、第一通断阀、第二通断阀、溢流阀和液压源。本发明利用液压传动方式，控制管内液体流动，从而驱动内部重心调节块运动，改变机器人质心位置，与传统球形机器人质心改变方式相比，结构更加简单可靠，运动更加平稳灵活。

技术领域

本发明属于球形机器人技术领域，具体涉及一种流体驱动的球形滚动机器人及其驱动方法。

背景技术

球形机器人是一种新型结构的移动机器人，与传统的轮式、轨道式或足式移动机器人相比，具有行动灵活、转弯半径小、控制相对简单、现场适应性强等诸多独特优势，深受国内外研究人员关注，是目前机器人技术领域的热点问题之一。球形机器人可根据驱动原理分为：力矩平恒，质量平衡和角动量守恒。尽管国内外已有不少球形机器人的设计，其驱动机构也是多种多样，但大部分存在着结构复杂、实用性较低等缺陷。迄今为止，还没有一种驱动方式为大家所公推，有关球形机器人的和驱动方式的研究，还没有一套成熟的理论体系。

综合国内外球形机器人的研究来看，目前球形机器人的驱动方式主要有小车驱动、配重驱动、形变驱动和风力驱动。小车驱动式可控性差，运动速度受限；配重驱动式控制难度大；形变驱动式不能携带其他组件；风力驱动式过度依赖于风力。小车驱动式和配重驱动式为主动运动式机器人，驱动源不能提供长时间的续航；形变式机器人不能携带组件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种流体驱动的球形滚动机器人及其驱动方法。

本发明一种流体驱动的球形滚动机器人，包括控制盒、动力机构、球形外壳和平衡箱。所述的动力机构包括环形管、第一重心调节块、第二重心调节块和隔板。所述的环形管固定在球形外壳内。环形管内固定有两块隔板。两块隔板将环形管的内腔分隔为互不连通的第一半环腔和第二半环腔。环形管的内侧设置有第一流体口、第二流体口、第三流体口和第四流体口。第一流体口、第二流体口与第一半环腔的两端分别连通。第三流体口、第四流体口与第二半环腔的两端分别连通。第一重心调节块、第二重心调节块分别设置在第一半环腔、第二半环腔内。两个平衡箱对中设置在球形外壳的两侧。两个平衡箱的侧部均设置有推进器。

所述的控制盒固定在球形外壳内。控制盒内安装有油路模块。油路模块包括油箱、第一换向阀、第二换向阀、第一通断阀、第二通断阀、溢流阀和液压源。所示液压源的进油口与油箱连通。溢流阀的进油口与液压源的出油口连通，溢流口与油箱连通。第一换向阀的进油口与液压源的出油口连通，回油口与第一通断阀的其中一个工作油口连通，第一工作油口与环形管上的第一流体口相通，第二工作油口与环形管上的第二流体口相通。第二换向阀的进油口与液压源连，回油口与第二通断阀的第一个工作油口连通，第一工作油口与环形管上的第三流体口连通，第二工作油口与环形管上的第四流体口连；第一通断阀及第二通断阀的另一个工作油口均与油箱连通。环形管及油箱中均充满液压油。控制盒内还装有陀螺仪。控制盒、球形外壳和平衡箱组合在一起的重心与球形外壳的球心重合。

作为优选，所述的推进器包括电机和螺旋桨。电机固定在对应的平衡箱内。螺旋桨与电机的输出轴固定。螺旋桨的轴线垂直于平衡箱的中心轴线，且垂直于环形管的中心轴线。

作为优选，所述环形管的外侧边缘与球形外壳的内侧壁接触。所述环形管的材质为ABS塑料。所述第一半环腔与第二半环腔的长度相等。

作为优选，所述球形外壳的球心与环形管的几何中心重合。所述球形外壳的球心位于两个平衡箱的中心轴线上。两个平衡箱的连线与两块隔板的连线相互垂直。

作为优选，所述的第一重心调节块、第二重心调节块呈球形，且直径等于环形管的内径。