[发明专利]双流体环驱动全方位球形机器人

说明书

技术领域

本发明属于机电技术领域，涉及一种双流体环驱动全方位球形机器人，可应用于探测、搜救、军事、运输、娱乐等领域。

背景技术

球形机器人因其具有行动灵活、转弯半径小、自我恢复能力好、承载能力强、能轻易滚过粗糙的地形等诸多独特优势，倍受科技人员关注，是目前机器人研究领域的热点问题之一，具广泛的研究空间和良好的应用前景。

从上世纪90年代，美国、芬兰等国家的研究者着手研究、试制球形机器人以来，对球形机器人的研究越来越为人们所重视，球形机器人已成为国际上一个新兴的研究热点。1996年，Aame Halme等人使用电机驱动转轮在球体内运动，实现球体运动，1997年，Bicchi等使用在球体内部运动的小车作为球形机器人的驱动装置实现了球体的运动，2000年，Bhattacharya等通过在球体内设置的相互垂直的转子实现球体的驱动，2002年，Javadi等通过在球体内安装四根支杆调节配重位置实现球体的定向运动，2004年，Dehez等利用安装在球体内的偏心轮实现两自由度驱动。此外，德国、法国、瑞士、比利时、印度、泰国、新加坡、中国台湾等国家和地区的许多研究者对球形机器人也进行了全方位的理论研究，并取得了一定的进展。

1999年11月，北京航空航天大学丁希仑教授提出了自主球形机器人的设想，设计了一种遥控并具有部分自主功能的球形机器人或自动车辆，并申请了“自主球形机器人”（申请号：99122494.9）发明专利；2001年，上海交通大学的杨汝清教授带领学生对球形机器人进行了基础性的原理研究，此项研究虽然只是处于初步阶段，但为我国球形机器人的研究打下了一定的理论基础；国防科学技术大学尚建忠等在2007年11月申请的发明专利“多运动态球形机器人”（申请号：200710192461.3），公开了一种具有球态、两轮态和弹跳三种运动形态的球形机器人机构；北京邮电大学孙汉旭教授在2009年5月申请的发明专利“半球差动球形机器人”（申请号：200910084119.0）,提出了一种半球差动球形机器人，该半球形机器人是通过将球壳分为两个相互独立的半球壳进行分别驱动控制，具有灵活、准确的运动方位控制能力。到目前为止，北京航空航天大学、北京邮电大学、哈尔滨工业大学、西安电子科技大学、苏州大学、国防科技大学等多家单位开展了球形机器人的研究，也取得了不少的成果。

尽管国内外已有不少球形机器人的设计，其驱动机构也多种多样，但大部分存在着结构复杂、工程实现较难、实用性较低的不足。迄今为止，还没有一种驱动方式为大家所公推，有关球形机器人的结构和驱动方式的研究，还没有一套成熟的理论体系。

发明内容

本发明的目的在于克服现有球形机器人驱动机构的不足，提供一种半球分离的双流体驱动球形机器人装置，使其兼备轮式、球形机器人的特点，以适应多种复杂的地形环境。

本发明的技术解决方案是：

双流体环驱动全方位球形机器人，包括球壳、环形密封容器、轴流装置、半球离合机构、丝杠轴；其特征在于：球壳由左、右两半球壳组成；每个半球内均有环形密封容器，环形密封容器环面与球壳球面共轴于丝杠轴，环形密封容器内部盛装流体（通常为液体），流体体积为容器容积的1/2（略大于1/2），环形密封容器内部对称安装两个轴流装置，轴流装置驱动液体在环形密封容器内流动，从而改变球形机器人的半球质心位置；左右两个半球相互独立并分别驱动，当对左右两半球采用同步控制，即：使得左右两半球的质心位置、方向一致，即可实现球形机器人的前进和后退；当对左右两半球控制不同步时，即：使得左右两半球的质心位置或方向不一致，即可实现球形机器人的转弯；由此，通过对左右半球质心位置和方向进行控制，即可实现球形机器人的全向滚动；位于球壳内部的离合机构用于调整左右两半球的分、合状态，当左右半球分开后，双流体环驱动球形机器人则具轮式机器人的特点，可在较好的地形环境下，平稳、快速前进或后退，当左右半球处于合并状态时，双流体环驱动球形机器人则具球形机器人的“不怕翻到、运动灵活”等特点。