[發明專利]一種可變球形機器人

有效

• 申請號: 201310683706.8
• 申請日: 2013-12-13
• 公開（公告）號: CN103693124A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 王少萍;王嘉宇;化永朝
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032;B62D57/02
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 祗志潔

技術領域

本發明屬于機器人的技術領域，具體涉及一種可變球形機器人。

背景技術

隨著人類活動的發展和探索研究各領域的深入，軍事運輸、礦山開采、海底探測、教育娛樂等眾多領域對機器人的需求日益強烈，但是對機器人功能的要求也越來越嚴格，所以一種能夠在不平整的復雜地形中運動的移動機器人將具有非常廣闊的應用前景。現在常見的腿式、輪式、履帶式移動機器人基本可以適應某些特定環境的地形，但是在一些惡劣復雜的環境中已難以運用。

如果可以設計出一種類似不倒翁的移動機器人，并且具備全面的運動能力，就可在任何環境下都可以進行移動和保持系統的平衡與穩定，且不存在失穩狀態，同時在與靜態或動態的障礙發生碰撞時也可以在經過短暫的自身調整后恢復穩態，那么這樣的機器人將成為適應能力非常強，在各種環境都實用的移動載體。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提出一種可變球形機器人。它根據不同地形環境可變形成為不同形態，既可在復雜地形中行進，又可在平坦環境中滾動前進，極大地提高了對環境的適應能力，同時利用球形的體積最大化的優點搭載小型無人機實現了母體機器人搭載平臺的設想。

本發明提出的可變球形機器人包括上下兩層結構。上下兩層結構的外殼均為半球殼體；下層結構包括伸縮機構和對稱圓周式下層足機構；上層結構包括上層固定平臺和對稱圓周式上層足機構。

上下兩層結構的外殼通過如下方法得到：

（1）選取正球殼，以過球心的任意直線為軸線截取一圓；

（2）以軸線為中心，將正球殼沿軸向均分為6等分；

（3）以垂直于軸線且過球心的平面，將球殼分割為上下半球，共得到上下兩層結構的各6塊外殼。

伸縮機構包括下層機架、下層機面、螺旋線單臂、齒輪A和齒輪B。下層機架結構是：一個平面圓板的上表面對稱圓周分布6個圓柱，在圓柱底面中心的軸向上貫穿有通孔，平面圓板上還開有中心電機的固定孔。下層機面為一平面圓板，圓周上均布6個螺紋孔，下層機面的下表面與下層機架的上表面相對。下層機面下表面的圓板中心處固定中心電機，中心電機通過下層機架的固定孔，利用花鍵與位于下層機架的平面圓板的下表面中心處的齒輪A相連接。齒輪A分別與6個齒輪B相嚙合形成齒輪組，6個齒輪B呈對稱圓周分布在下層機架的下表面。每個齒輪B通過下層機架的圓柱通孔，利用固定軸固連一對螺旋線式單臂，其中一個螺旋線式單臂的起始端位于下層機架平面圓板的下表面，且位于齒輪B和下層機架平面圓板之間，另外一個螺旋線式單臂的起始端位于下層機面的上表面。每對螺旋線式單臂的放置形式和位置上下相對應，且上下螺旋線式單臂之間固定有支撐柱，支撐柱用于固連和支撐兩個螺旋線式單臂。

對稱圓周式下層足機構包括6組下層足單體結構，每對螺旋線式單臂的末端都固定有一組下層足單體結構。每組下層足單體結構包括三個電機、下層足、L型支架、U型支架、電機固定架和下層外殼。電機固定架用于固定第一電機和第二電機，L型支架用于固定第三電機。第一電機的軸貫通上下螺旋線式單臂末端的同心孔，第二電機的軸和第一電機的軸相互垂直。L型支架的一端固定第三電機，另一端固定下層足。第二電機的軸和第三電機的軸分別貫穿U型支架一端的同心孔，且第二電機的軸和第三電機的軸相互平行。每塊下層外殼與一組下層足單體結構固連。齒輪B的旋轉帶動與齒輪B固連的螺旋線式單臂旋轉，使得平面內螺旋線式單臂收縮閉合或張開。當螺旋線式單臂收縮閉合時，6塊下層外殼組合成半球形。

上層固定平臺包括上層固定板、6個電機固定架和6個電機。在上層固定板上對稱圓周分布6個電機固定架，每個電機固定架固定有一個電機。

對稱圓周式上層足機構包括6組上層足單體結構，上層固定平臺上的每個電機的輸出連接一組上層足單體結構。每組上層足單體結構包括電機舵桿、弧面架、連桿和上層外殼；電機輸出端通過電機舵桿和連桿連接弧面架，弧面架固定連接一塊上層外殼。

齒輪B固連螺旋線式單臂，6個齒輪B的旋轉，帶動6對螺旋線式單臂分別繞所固連的齒輪B的中心旋轉，使得平面內螺旋線式單臂收縮閉合或者張開，當螺旋線式單臂收縮閉合時，機器人為球形。

本發明具有的優點和積極效果在于：

（1）本發明提出了一種可變球形機器人，具有可變形，擴展性強的特性，機器人可以通過伸縮機構實現伸展和縮回的形狀變形，同時配合球形弧面外殼實現球形的變形；

（2）本發明的可變球形機器人，其伸展機構中單臂采用螺旋線式設計，這樣的設計大大增加了機器人的運動范圍和變形模式；