[实用新型]环境探测球形机器人

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种可用于环境探测、星球探测及缺少人为干预环境巡逻的环境探测球形机器人系统。

背景技术

球形机器人是一种将运动机构和控制器件等包含在一个球形壳体内的系统的总称。由于这类机器人具有良好的动态和静态平衡性，因此不会因为碰撞或跌落而产生失稳状态。同时，由于其机电、传感和控制部件都包括在这个球壳之中，因此具有很好的密封性，可以在沙尘、潮湿、腐蚀性的恶劣环境中工作。A.Halme，T.Schonberg and Y.Wang，Motion Control of aSpherical Mobile Robot，4th IEEE International Workshop on AdvancedMotion Control AMC’96，Mie University，Japan 1996.介绍了芬兰的AarneHalme设计的一种球形机器人并申请了专利，该球形机器人采用了一个在球壳内滚动的轮来驱动整个球形机器人的运动；Antonino Bicchi，AndreaBalluch，etc.Introducing the“SPHERICLE”：an experimental testbed forresearch and teaching in nonholonomy.In：Proceedings of the 1997 IEEEInt.Conf.on Robotics and Automation，Albuquerque，New Mexico，April1997：2620-2625.介绍了意大利比萨大学的Antonio bicchi等发明的一种结构不同的球形机器人，该球形机器人主要是放置一辆小车于球壳中，通过对小车的控制来实现机器人的运动；Michaud F.and Theberge-Turmel.Mobile robotic tpys and autism.In Dautenhahn，K.，Bod.A SociallyIntelligent Agents Creating Relationships with Computers and Robots.Kluwer Academic，2002.介绍了加拿大的Francois Michaud和Serge Caron研制一个玩具用途的球形机器人，他们通过调整悬挂在主轴上的重物来实现机器人的转向；中国发明专利申请号01118269.X，改进的球形机器人全方位行走机构公开了北京邮电大学孙汉旭教授申请的一个全方位球形机器人的专利，它是通过球内的一个全方位运动机构来实现球形机器人的运动。申请人与合作者也曾申请了一个球形机器人的专利，它是通过电机直接带动球壳来前进后退，通过摆动一重物来实现球形机器人的转弯。

球形机器人的一个主要的用途是可以进行探测或观测，但上述发明或设计的球形机器人只追求运动的灵活性，而忽略了具体应用中传感器等设备的加装问题。由于球形机器人只能采用遥控或自主的方式来运动，在这两种方式下，如果让机器人在远距离或有遮挡的环境中运动，都需要传感器的辅助，如视觉传感器，遥控者在视觉信息的指引下可以让球形机器人按着任务的需要进行合理的动作，同时球形机器人也可以在视觉信息的导引下做一些自主运动。如果无法为视觉等传感器提供一个稳定的安装平台，传感器会随着球形机器人转动，这时传感器提供的不是某个确定方向的有用环境信息，而是不稳定的机器人附近的信息，这些信息无法为机器人的运动提供合理的指导。为了能够为球形机器人提供合理有效的传感信息，需要在球形机器人上为传感器提供一个不随机器人转动的安装位置。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，不仅可以提供一种不随球壳发生转动的轴，便于传感器的安装和使用，而且具有一套结构与控制都非常简单的运动机构，可以方便地完成前进、后退、左转、右转等运动功能的球形机器人。

本发明的技术解决方案是：环境探测球形机器人，包括球壳，其特征在于：在球壳的内部安装有一不随球壳转动的主轴，球壳与主轴之间通过滚动轴承相连，在主轴前面安装有运动机构，运动机构的两端安装有两个轮子，两个轮子与球壳呈滚动接触。当驱动机构的轮子与球壳发生相对滚动时，驱动机构可带动中空轴发生与球壳的相对转动，此时固定在中空轴上的重块前后摆动，致使球形机器人的重心发生偏移，从而实现机器人的前进和后退。如果驱动机构爬升的同时电机也作旋转，重块会相对于球形机器人的形心同时在平面两个方向发生偏移，其合成运动会产生一个偏心力矩，致使机器人向重块所在的方向偏转，从而实现机器人的转弯运动。