[发明专利]一种遥控型自平衡驱动球形机器人

说明书

本发明涉及一种遥控型自平衡驱动球形机器人，该球形机器人包括球形外壳、行走模块、平衡模块、重心调节模块、无线接收控制装置和电池，且所述行走模块、所述重心调节模块、所述无线接收控制装置、所述无线数据接收装置和所述电池都直接或间接地机械连接到所述平衡模块，且所述重心调节模块设置在所述平衡模块上方。本文所述的球形机器人通过球形外壳内部的单轮自平衡驱动方式利用万向轮的自重实现前后行驶，并通过重心调节模块的左右移动，使其运动更灵活且越障能力显著提高。

技术领域

本申请涉及一种机器人装置，具体涉及一种遥控型自平衡驱动球形机器人。

背景技术

针对不同环境中的探索与检测，科学家们研发出了各种不同的全地形机器人，适合在草地、沙漠、水面、平地和碎石等环境行驶。因为全地形机器人具有在各种环境中适应力强、动作敏捷、控制方便且工作效率高等优点，所以它们被广泛应用在极端环境里进行越障和寻物。

球形机器人是一种形状特殊的全地形运动型机器人，可以凭借滚动移动的方式适应复杂的地形环境，和普通的轮式移动机器人相比，具有更强的适应复杂环境的能力。球形机器人行动灵活，不仅可以在平面、斜坡面上行驶，还可以在崎岖不平的地面，甚至是水面、泥泽地里行驶并且可以穿越管道和洞穴。

与轮式移动机器人相比，球形机器人的平衡性能和转弯性能更难以控制，本领域的科学家们为此已进行了许多研究。例如，于楠等在《一种独轮车式球形六足机器人结构设计》中披露以Arduino UNO R3开发板为主控制板，开发了一种独轮车式滚动的球形六足机器人的结构设计和控制平台，其以球形形状为基础，结合独轮车滚动运动与六足机器人的结构和运动特点，设计球形六足机器人模型，同时适应多种复杂地形的变化通过搭载样机对机器人的六足行走和自主滚动进行了实验研究。

李艳生等在《小型球形水底观测机器人设计分析与实现》中披露面向水底信息获取和环境观测需求，基于球状壳体抵抗水压能力强，转动水阻力小，便于姿态控制特点，提出球形水底观测机器人构型，由螺旋桨推进、姿态调节和复合滚动装置组成欠驱动六自由度水下移动平台，球壳作为密闭舱保护内部电子器件，结合重摆以滚动形式实现水底滚动。通过对机器人流体力学仿真计算出水动力系数并建立水下动力学方程，进一步对机器人的螺旋桨推进、飞轮转向和球壳滚动进行分析，得出球壳优化尺寸以及飞轮匹配惯量和球壳滚动特性。基于球形机器人水下移动平台和地面监控软件的水底观测系统架构，研制出球形水底观测机器人。

千承辉等在《可适应复杂地形的球形自平衡寻物机器人》中披露了一台可适应复杂地形、半径约为5cm的不倒翁式球形自平衡寻物机器人。它可以实现周围信息的采集、无线传输数据、无线充电等功能。为了精确控制其运动，采用位置式PD和卡尔曼滤波等算法，在保持重心稳定的同时，抑制高斯白噪声，使机器人始终以水平视角输出图像信息，提高了采集数据的可靠性。经过测试，机器人可以在受到干扰后的3秒内恢复平衡，还可实现多台协同控制、超大面积寻物的功能，具有稳定的鲁棒性和比一般轮式机器人更强的抗干扰能力。

此外，公开号为CN1295907A且标题为“自主球形机器人”的中国发明专利申请披露了一种遥控并具有部分自主功能的球形机器人，其外部轮廓为球形,内部一台直流伺服电机通过传动改变活动质量块的位置产生重力矩驱动球体向前滚动；另一台直流伺服电机通过调整滑块的位置实现平衡和转弯。利用各种传感器和遥控装置以及控制电路,可对球体进行无线遥控,实现球形机器人的停、转、平衡及沿所要求的轨迹运动。本发明可用于星球探测、运输、探险、救援、军事、娱乐等方面,能够在沼泽、沙滩、冰雪地、水上及太空等环境作业。