[發明專利]一種球型機器人變形機構及變形方法

有效

• 申請號: 202110393112.8
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN112937711B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 朱立紅;張金龍;朱曉明;李晨曦;楊熙龍;黃麒;郭淼;張良
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: B62D57/02
• 分類號: B62D57/02;B25J11/00
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 何志欣

本發明涉及一種球型機器人變形機構及變形方法，其包括球形殼體(1)和設置在所述球形殼體(1)內并控制球形殼體(1)進行變形的變形組件(2)，所述變形組件(2)上連接有受驅動組件(5)驅動的重擺(3)，其中，所述重擺(3)用于驅動所述球形殼體(1)進行定向滾動，且其能夠在所述球形殼體(1)展開狀態下使得所述球形殼體(1)和變形組件(2)被懸空支撐；在所述驅動組件(5)通過驅動所述變形組件(2)而間接驅動所述重擺(3)進行擺動，以驅動球形機器人滾動時，所述驅動組件(5)能夠調節所述重擺(3)的擺動方向和/或擺動角度，使得球形機械人能夠跟隨所述重擺(3)在至少兩個方向上的擺動而進行方向可調節地滾動。本發明構建一種新型驅動及變形結構的球形機器人內部機構。

技術領域

本發明涉及球型機器人技術領域，尤其涉及一種球型機器人變形機構及變形方法。

背景技術

球形機器人是近二十年來熱門的話題，它具有全封閉球形外殼，球內包含控制系統、動力系統、傳感器等，其行進方式以滾動運動為主。球形機器人的這種外殼和運動方式的特殊性使其具有獨特的優勢。與傳統機器人相比，球形機器人具有體積小、操作靈活、不受地形限制等特點，在房屋倒塌后形成的各類復雜裂縫和孔洞中可以行動自如，在救援通道尚未開辟出來前，可以通過裂縫或者孔洞通道提前偵測被困者的信息，輔助施救者制定方案，有效地執行救援任務。同時，球形機器人上配備自動循跡、智能避障以及搖桿控制等功能增強輔助救援的能力。通過攝像頭采集球形機器人周圍的環境信息，將獲取的圖形信息通過5.8G模塊傳輸給用戶終端，為救災工作者探測受災人員位置提供幫助，大大節約了救援時間，爭取有效利用黃金救援時間。球形機器人在救援現場能夠出色地協助救援人員完成搜尋探測任務，極大地提高救援的效率。

然而，目前的球形機器人的應用主要為在其內部搭載攝像設備和傳感器等裝置實現偵測功能，絕大部分球形機器人不具備任何的對外操作能力。對于帶臂球形機器人的研究工作尚未充分展開，而日益增加的對于特殊環境探測偵察機器人的需求，正急切地需要帶臂球形機器人相關技術的研究與發展。

中國專利CN103587602A公開了一種主動式單擺球形機器人。它包括一個球形外殼和一個單擺，所述球形外殼由一個前半球殼體與一個后半球殼體以螺釘旋配構成的球形殼體。所述球形外殼內腔中，通過一個前固定條和一個后固定條安裝所述單擺。所述單擺是在一個內框內同軸線安裝一個長軸電機和一個短軸電機，該長軸電機直接連接驅動所述前半殼球殼繞內框中心軸線Y轉動，該短軸電機通過傳動機構傳動一個驅動擺繞與軸線Y垂直的X軸線轉動，實現球形機器人全方位穩定行走。該專利不存在機械臂結構的設置，無法滿足日益增加的對于特殊環境探測偵察機器人的需求。

中國專利CN101559794A公開了一種履帶式球形機器人，它包括球殼、設于球殼內的框架、設于框架上滾動驅動裝置和設于框架上的機械臂，包括球殼開合裝置和履帶行走裝置，球殼由左半球殼和右半球殼組成，在框架與左、右半球殼之間均設有球殼開合裝置，其包括設置在框架上的驅動電機，其通過傳動機構連接左半球殼和右半球殼，使得該左半球殼和右半球殼相對于框架體運動而實現球殼的開合；在框架上設置驅動電機，其通過傳動機構連接所述履帶行走裝置，使得履帶行走裝置運動打開地從球殼中伸出或縮回。該履帶式球形機器人融合履帶式機器人和球形機器人的特點，可更好地獲取外部環境信息，并在此基礎上實現智能化，從而擴大了球形移動機器人的應用范圍。但是該專利的驅動結構復雜，存在多個調節控制結構占用了大量的球內空間，且該專利的滾動調節結構為單獨的重擺結構，加大了裝置重量和空間占有率，無法在球形殼體內部進行更多功能的擴展，也加大了在崎嶇或坡度地面滾動的難度和能量耗費，另外，該專利在進行球殼的展開或閉合操作時，殼體的邊緣始終與地面直接接觸，摩擦力大，對球殼的磨損程度大，尤其是在閉合狀態時還可能導致雜物進入到球殼內部，嚴重影響了內部變形機構的正常使用。

因此，針對現有技術的缺陷急需一種能夠更好地適用于各種惡劣環境、操作方便、能進行外部環境探測和能夠防止雜物進入球殼內部對變形機構造成損傷的球形機器人。