[发明专利]一种变构型球臂一体化球形机器人

说明书

本发明公开一种变构型球臂一体球形化机器人。发明所述球形机器人可通过核心臂和球壳连接臂的作用，改变机器人构态为球式、双轮式、四足式和多足臂协作的形式，通过不同构态之间的变化，实现对外操作和灵活移动，本发明既兼顾了球形机器人的运动灵活、自我保护性好等优点，又克服球形机器人对外操作性差的缺点，同时又将轮式机器人的运动效率高，腿式机器人的越障能力强等优点融合进了球形机器人中，使发明所述机器人具有很强的环境适应能力。

技术领域

本发明涉及一种变构型球臂一体化球形机器人，具体地说一种带有机械臂的球形机器人，可以通过结构变形的方式分别以球式、双轮式、四足式和多机协同的形式进行对外操作和运动，属于机器人领域。

背景技术

球形机器人是近20年前才出现的一种新型移动机器人，是传统移动机器人的有益补充，其移动方式较为特殊，依靠内部驱动单元驱动球壳实现全方位移动，其机械结构、电子设备都置于球壳内部。现有的球形机器人主要是以整球滚动的形式进行移动，或在球体内部增加机构来提高球形机器人的通过性，大多数并未考虑对球体本身进行2次变形来增加机器人的运动能力。现有的可实现对外操作的球形机器人大多数是在球体内部加装机械臂，并未进一步考虑到加装的机械臂对于球形机器人的更深层次含义。

申请号为201720818138.1公开的一种球形变胞机器人，该机器人包括支撑框架、伸缩组件、上肢组件和下肢组件，其中支撑框架上安装有上下导轨板、主舵机和齿轮传动机构等复杂组件，该机器人通过复杂的结构设计和传动，实现了球形机器人的变胞展开。该专利融合了球体形态的快速滚动能力，以及仿生多肢体行走的复杂地形适应能力，但其并不具备对外操作能力。

申请号为202110393069.5公开了一种带臂球形探测机器人，该机器人通过舵机驱动力和重摆及机械臂的重力作用下进行滚动，通过变形组件调节球形壳体展开或闭合，在球壳打开情况下实现机械臂的对外操作。该专利在球体内加装的机械臂仅能在球壳打开时实现对外操作，并未考虑到加装的机械臂对于球形机器人本身的作用。

随着人类活动范围的扩大和探索阶段的深入，在一些复杂多变的环境中，要求机器人具有结构协调、运动方式灵活、可对外操作等能力，单纯的球形移动机器人已经不利于实际应用。因此，本专利提出了一种变构型球臂一体化球形机器人，它可根据不同的环境进行形态结构变化，提高了机器人对环境的适应能力。

发明内容

本发明的目的在于提出一种球形机器人设计方案，具体是以加装机械臂的方式，实现球形机器人在单球、双轮、四足、多球组合多种模式下的转换，实现机器人移动和对外探测等多种任务。

为实现上述目的，本发明提供的解决方案是：

所述机器人包括核心臂(1)、可展开球壳(2)、攀附机构(3)、球壳连接臂(4)、末端执行手爪(5)、以及十字科学载荷控制平台(6)。

所述核心臂(1)是两条分别由7个球形可对接关节(100)所组成的多自由度机械臂，其球形关节包括对接机构(101)、编码器(102)、驱控一体装置(103)、电机(104)、减速器(105)及力矩传感器(106)等。其每个球形关节的对接机构均可连接其他球形关节、攀附机构(3)、末端执行手爪(5)等，核心臂(1)首段关节通过对接机构(101)与十字科学载荷控制平台(6)相连接。

所述十字科学载荷控制平台(6)上有电池、红外传感器、照明设备、雷达传感等元件和核心臂(1)和球壳连接臂(4)的控制主板等装置与控制系统，是整个球形机器人的核心，控制平台另一端连接有球壳连接臂(4),用于控制球壳的开合。

所述可展开球壳(2)包括由碳纤维制成，内表面附有太阳能膜片的瓣状球壳，球壳与球壳连接臂(4)连接处有旋转折展机构(210)，可控制球壳的瓣状展开。

本发明的运动原理为：