[发明专利]多运动态球形机器人

说明书

技术领域

本发明涉及移动机器人领域，尤其涉及多运动态球形机器人。

背景技术

球形机器人因具有小巧、轻便、方便携带、运动灵活、功能多样等显著优点，能过满足在防爆、反恐、救援等多种领域的需要，从而引起了众多国家的重视，纷纷投入资金和时间对该类机器人技术展开了研究，并且已取得了一定研究成果。

1996年，芬兰赫尔辛基工业大学自动化技术实验室的首次设计了一种球形机器人，由一球壳和球内滚动单轮机构组成，依靠体内电机结合偏心力驱动。该结构出于单轮驱动局限性，无法实现系统的全方位运动。

近年来随着我国经济发展需要和国家对智能机器人技术的大力支持，以高校、研究院领头，依托实力企业的科研模式为我国机器人产业奠定了坚实的技术基础。在此期间，球形机器人研究工作也取得了一些进展。北京邮电大学与北京航天航空大学合作研制了一个直径为320mm的球形机器人。该机器人采用了一种全新、高效的内驱动方式，能自如地完成直线、圆弧运动，运动速度达到了3m/s，能够爬上20度的斜坡，并且能够实现原地自转，利用自身的形体优势用最少的自由度，以欠驱动的方式实现了球形机器人的全方位运动。但该机器人存在体积较大、越障能力较差、运动方向控制和姿态控制性能不太理想等不足之处。在样机试验中，机器人能够比较好地实现预期的直线运动，但其它运动与预期存在较大偏差，此外球形机器人的稳定性也不理想。

目前研制的球形机器人和两轮机器人均具自稳定、自平衡的优点，但由于主要利用偏心来提供驱动转矩，其爬坡和越障性能都较差，不能适应复杂地形环境。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有球态、两轮态和弹跳三种运动形态，便于携带、运输和投放，可在多种复杂地形环境中运动的多运动态球形机器人。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

一种多运动态球形机器人，包括两个半球形壳体和驱动两半球形壳体展开或闭合的螺旋伸缩机构，所述螺旋伸缩机构包括固定支架、驱动组件和两组伸缩组件，驱动组件装设于固定支架的中部，两组伸缩组件分别装设于固定支架的两端，所述各组伸缩组件一端与驱动组件相连，另一端设有一台驱动半球形壳体转动的驱动电机。

所述固定支架上设有滑槽，固定支架的中部设有齿轮容置部，所述驱动组件包括拨叉齿轮、展开齿轮和装设于固定支架上的展开电机，所述展开齿轮装设于展开电机的输出轴上，所述拨叉齿轮装设于齿轮容置部内并与展开齿轮啮合，所述各组伸缩组件包括滑块、拨叉螺纹套、电机螺纹套，所述拨叉螺纹套螺纹连接设于固定支架内，所述电机螺纹套螺纹连接设于拨叉螺纹套内，两处螺纹连接的螺纹旋向相反，拨叉螺纹套的拨叉部与拨叉齿轮两端的拨叉部相接，所述滑块一端与电机螺纹套固接，另一端滑设于滑槽内，所述驱动电机装设于电机螺纹套内。

所述螺旋伸缩机构上装设有弹跳机构，所述弹跳机构包括固设于固定支架上的弹跳机构支架以及装设于弹跳机构支架上的弹跳电机、蜗轮和蜗杆，所述弹跳电机的输出轴与蜗杆相连，所述蜗轮与蜗杆啮合，并通过一支承轴支承于弹跳机构支架上，支承轴的一端通过轴承套设有一拨杆，蜗轮上于拨杆同侧设有驱动拨杆转动的拨销，所述拨杆下方设有板簧，所述板簧一端固定，另一端通过一拉绳与拨杆的端部相连。

所述弹跳机构支架与固定支架之间设有橡胶垫块。

所述两半球形壳体上分别设有球壳连轴座，所述球壳连轴座包括扭簧、固定于半球形壳体上的球壳连接块和可相对球壳连接块转动的连轴挡块，所述连轴挡块装设于球壳连接块和半球形壳体之间，并通过扭簧与球壳连接块连接，所述驱动电机的输出轴与连轴挡块相接。

所述固定支架上装设有功能模块和可将功能模块伸出或收回的伸展机构。

所述伸展机构包括控制功能模块上下伸展的第一伸展舵机、第二伸展舵机、第一伸展摇臂和第二伸展摇臂、控制功能模块偏转姿态调整的第一姿态舵机、控制功能模块俯仰姿态调整的第二姿态舵机以及装设于固定支架上的舵机底座，所述第一伸展舵机固定于舵机底座上，所述第一伸展摇臂一端与第一伸展舵机的输出端相连，另一端与第二伸展舵机固接，所述第二伸展摇臂一端与第二伸展舵机的输出端相连，另一端与第一姿态舵机的输出端相连，所述第二姿态舵机的输出端与第一姿态舵机相连，所述功能模块固定于第二姿态舵机上。

所述功能模块为可见光摄像机、红外摄像机或信号中继设备。

所述固定支架底部装设有电控仓，所述电控仓内装设有控制装置和电源，所述固定支架上或弹跳机构支架上或电控仓内装设有无线收发模块。

与现有技术相比，本发明的优点就在于：