[发明专利]一种可变球形机器人

说明书

技术领域

本发明属于机器人的技术领域，具体涉及一种可变球形机器人。

背景技术

随着人类活动的发展和探索研究各领域的深入，军事运输、矿山开采、海底探测、教育娱乐等众多领域对机器人的需求日益强烈，但是对机器人功能的要求也越来越严格，所以一种能够在不平整的复杂地形中运动的移动机器人将具有非常广阔的应用前景。现在常见的腿式、轮式、履带式移动机器人基本可以适应某些特定环境的地形，但是在一些恶劣复杂的环境中已难以运用。

如果可以设计出一种类似不倒翁的移动机器人，并且具备全面的运动能力，就可在任何环境下都可以进行移动和保持系统的平衡与稳定，且不存在失稳状态，同时在与静态或动态的障碍发生碰撞时也可以在经过短暂的自身调整后恢复稳态，那么这样的机器人将成为适应能力非常强，在各种环境都实用的移动载体。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种可变球形机器人。它根据不同地形环境可变形成为不同形态，既可在复杂地形中行进，又可在平坦环境中滚动前进，极大地提高了对环境的适应能力，同时利用球形的体积最大化的优点搭载小型无人机实现了母体机器人搭载平台的设想。

本发明提出的可变球形机器人包括上下两层结构。上下两层结构的外壳均为半球壳体；下层结构包括伸缩机构和对称圆周式下层足机构；上层结构包括上层固定平台和对称圆周式上层足机构。

上下两层结构的外壳通过如下方法得到：

（1）选取正球壳，以过球心的任意直线为轴线截取一圆；

（2）以轴线为中心，将正球壳沿轴向均分为6等分；

（3）以垂直于轴线且过球心的平面，将球壳分割为上下半球，共得到上下两层结构的各6块外壳。

伸缩机构包括下层机架、下层机面、螺旋线单臂、齿轮A和齿轮B。下层机架结构是：一个平面圆板的上表面对称圆周分布6个圆柱，在圆柱底面中心的轴向上贯穿有通孔，平面圆板上还开有中心电机的固定孔。下层机面为一平面圆板，圆周上均布6个螺纹孔，下层机面的下表面与下层机架的上表面相对。下层机面下表面的圆板中心处固定中心电机，中心电机通过下层机架的固定孔，利用花键与位于下层机架的平面圆板的下表面中心处的齿轮A相连接。齿轮A分别与6个齿轮B相啮合形成齿轮组，6个齿轮B呈对称圆周分布在下层机架的下表面。每个齿轮B通过下层机架的圆柱通孔，利用固定轴固连一对螺旋线式单臂，其中一个螺旋线式单臂的起始端位于下层机架平面圆板的下表面，且位于齿轮B和下层机架平面圆板之间，另外一个螺旋线式单臂的起始端位于下层机面的上表面。每对螺旋线式单臂的放置形式和位置上下相对应，且上下螺旋线式单臂之间固定有支撑柱，支撑柱用于固连和支撑两个螺旋线式单臂。

对称圆周式下层足机构包括6组下层足单体结构，每对螺旋线式单臂的末端都固定有一组下层足单体结构。每组下层足单体结构包括三个电机、下层足、L型支架、U型支架、电机固定架和下层外壳。电机固定架用于固定第一电机和第二电机，L型支架用于固定第三电机。第一电机的轴贯通上下螺旋线式单臂末端的同心孔，第二电机的轴和第一电机的轴相互垂直。L型支架的一端固定第三电机，另一端固定下层足。第二电机的轴和第三电机的轴分别贯穿U型支架一端的同心孔，且第二电机的轴和第三电机的轴相互平行。每块下层外壳与一组下层足单体结构固连。齿轮B的旋转带动与齿轮B固连的螺旋线式单臂旋转，使得平面内螺旋线式单臂收缩闭合或张开。当螺旋线式单臂收缩闭合时，6块下层外壳组合成半球形。

上层固定平台包括上层固定板、6个电机固定架和6个电机。在上层固定板上对称圆周分布6个电机固定架，每个电机固定架固定有一个电机。

对称圆周式上层足机构包括6组上层足单体结构，上层固定平台上的每个电机的输出连接一组上层足单体结构。每组上层足单体结构包括电机舵杆、弧面架、连杆和上层外壳；电机输出端通过电机舵杆和连杆连接弧面架，弧面架固定连接一块上层外壳。

齿轮B固连螺旋线式单臂，6个齿轮B的旋转，带动6对螺旋线式单臂分别绕所固连的齿轮B的中心旋转，使得平面内螺旋线式单臂收缩闭合或者张开，当螺旋线式单臂收缩闭合时，机器人为球形。

本发明具有的优点和积极效果在于：

（1）本发明提出了一种可变球形机器人，具有可变形，扩展性强的特性，机器人可以通过伸缩机构实现伸展和缩回的形状变形，同时配合球形弧面外壳实现球形的变形；

（2）本发明的可变球形机器人，其伸展机构中单臂采用螺旋线式设计，这样的设计大大增加了机器人的运动范围和变形模式；