[发明专利]具有翻滚和跳跃功能的球形机器人

说明书

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种具有翻滚和跳跃功能的球形机器人。

背景技术

机器人的应用越来越广，正在替代人发挥着日益重要的作用。随着应用范围的扩大，机器人面临的工作环境也越来越恶劣，如星际探索、军事侦察以及反恐活动等。在这些应用领域中地势往往很复杂，存在各式各样的障碍物或沟渠，有时还存在危险性，这就要求机器人具有很强的机动性和灵活性。

目前移动机器人主要有两种运动方式。一种靠轮子或履带驱动，另一种是仿生的爬行或步行运动方式。轮子或履带驱动的机器人只能在相对平坦的地势下工作，一旦地势凹凸不平其运动将受到很大的限制。步行或爬行机器人自由度多，控制复杂，运动缓慢，而且遇到障碍物同样无能为力。轮式机器人与爬行机器人都不能越过与自身大小相当的障碍物，只有能跳跃的机器人才能做到这一点。跳跃机器人可以越过数倍甚至数十倍于自身尺寸的障碍物。如果能把机器人的跳跃运动方式与其它的运动方式结合，则可以提高机器人的机动性和灵活性，进而扩大其活动范围及应用领域。

球形机器人与用轮子滚动行走的轮式机器人相比，不存在“翻倒”的问题，与步行或爬行机器人相比，具有运动速度快、承载能力强的特点，而且具有驱动少、控制简单的优势。另外，球形机器人又是一种新型的机器人，其造型新颖别致，行动灵活，几乎没有死角，可以轻易地实现0角度转弯和全方位行走，因而球形机器人可用在未经开发的崎岖不平的地面或沼泽等地区执行运输、侦察和排雷或星球探测等任务，因而球形机器人的研究倍受科技人员关注。

现有的球形机器人虽然能够实现顺畅的翻滚运动，但是跳跃机构过于复杂，跳跃过程不连贯，容易出现翻倒的现象，稳定性较差，不利于摄像头采集图像。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有翻滚和跳跃功能的球形机器人，将翻滚机构和跳跃机构安装在密封的球形外壳内，球形外壳与底座配合安装，在使用时，跳跃机构采用拉伸弹簧蓄能，释放拉伸弹簧后，跳跃机构的底板带动配重块急速向上运动，撞击平衡盘后实现跳跃，同时在底板上安装翻滚轮系，通过翻滚电机驱动配重块转动，实现球形机器人的翻滚动作，保持机器人运转的稳定性，扩大适应范围。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：具有翻滚和跳跃功能的球形机器人，包括球形外壳、底座、安装在球形外壳内的翻滚机构和安装在球形外壳与底座之间的跳跃机构，所述球形外壳一侧顶部安装摄像头，球形外壳两侧固定安装声音识别卡，所述球形外壳内还安装控制模块，所述控制模块信号输入端连接摄像头和声音识别卡，所述控制模块信号输出端连接翻滚机构和跳跃机构控制端。

所述跳跃机构包括连接板、底板、顶板、平衡盘、直线齿轮系和底部固定板，所述连接板、顶板和底板自上而下平行设置，所述底部固定板位于底板下方，所述顶板和底部固定板之间安装两根导杆和两根丝杠，两根导杆上端与顶板固定连接，底板通过滑套与两根导杆滑动配合，两根导杆下端与底部固定板连接，两根丝杠上端穿过顶板设置、且与顶板之间安装轴承，两根丝杠下端均通过止推轴承安装在底部固定板上，所述平衡盘借助于丝杠螺母与丝杠配合安装，所述底板上设置两个通孔，两根丝杠穿过两个通孔设置，所述底板圆周上均布至少四根拉伸弹簧，拉伸弹簧上端与平衡盘连接，所述底板与底部固定板之间设置插接装置，所述连接板用于和球形外壳内侧固定连接，连接板借助于立柱与顶板固定连接，所述底板上固定安装翻滚齿轮系，所述顶板与连接板之间安装直线齿轮系，底部固定板与壳体固定连接。

所述插接装置包括竖向安装在底部固定板上的插板和水平安装在底板上表面的插销以及用于驱动插销的插接电机，所述插板上设置插孔。

所述直线齿轮系包括直线电机、主动齿轮、中间齿轮和被动齿轮，所述直线电机竖向固定安装在顶板上表面，其动力输出端固定安装主动齿轮，与主动齿轮配套安装两套与其啮合的中间齿轮，两套中间齿轮相对于主动齿轮的轴线呈轴对称，所述两根丝杠顶端分别固定安装一套被动齿轮，两套被动齿轮分别与两套中间齿轮啮合。

所述翻滚机构包括固定安装在底板上的翻滚电机和大齿轮，所述大齿轮借助于齿轮轴与设置在底板下方的配重块连接，所述齿轮轴与底板之间安装两套反向的止推轴承，所述配重块为圆柱状结构，所述翻滚电机动力输出端固定安装与大齿轮啮合的小齿轮，翻滚电机驱动小齿轮转动，所述底部固定板中部设置通孔，所述配重块位于该通孔内。