[發明專利]一種球輪腿復合可對外操作移動機器人

有效

• 申請號: 202110507107.5
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113212579B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 孫漢旭;李明剛;馬龍;孫萍
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學;北京師范大學
• 主分類號: B62D57/02
• 分類號: B62D57/02;B62D57/032
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種球輪腿復合可對外操作移動機器人，其中包括球殼、關節、手爪以及能源和控制系統，所述球殼采用非屏蔽材料，所述關節集成驅動器、減速器和編碼器，所述手爪上安裝微型深度攝像頭。在球形模式下，機器人處于封閉狀態，相當于重擺驅動球形移動機器人；在輪腿模式下，機器人相對于一個兩輪平衡車，當機械臂作用于地面該機器人可作為輪腿復合移動機器人。關節2和6用于驅動機器人滾動，關節3和5用于實現機器人球?輪結構變形，關節4用于改變球形模式下的重心位置以實現轉彎，關節11為機械臂根部旋轉關節，在球形模式下可作為飛輪驅動電機，在輪式模式下可將機械臂旋轉到球殼開合處用于機械臂對外操作，手爪8和14可用于對外操作或作為翻越障礙時的腿部支撐。該機器人可實現多種模式運動，環境適應性強，可實現對外操作，擴展了移動機器人的結構和功能內涵。

技術領域

本發明涉及一種球輪腿復合可對外操作移動機器人，具體地說可分別通過球式、輪式和腿式進行運動，屬于機器人領域。

背景技術

球式、輪式和腿式移動機器人各有優劣，適用于不同的工作場景，目前星球表面探測主要使用的是輪腿式移動機器人，球形移動機器人以其密閉性和全方位運動特性被用于軍事偵察等領域。申請號CN202020587103.3公開了一種全地形球形輪腿式機器人，包括第一副球體、中心球體和第二副球體。申請號201910188184.4設計了一種由三分支機械臂作為第三驅動球形機器人，包括了框架、支撐機構和三分支機械臂。申請CN201310331622.8公開的一種半球差動可伸縮式球形機器人包括了絲杠機構、蝸輪蝸桿機構等。

在現有公開文獻中，球形機器人結構和功能得到了改進和擴展，但有的結構不對稱無法一邊運動一邊對外操作，有的已經失去真正意義上的球形結構，有的引入傳動機構過多布局不夠緊湊對球殼內部空間利用不充分。在家庭服務、軍事偵察、星球探測等領域中，都要求機器人具有結構協調、運動方式靈活、可對外操作等能力。

為進一步改進移動機器人的結構和功能，需研究一種可實現多種運動模式和對外操作的移動機器人。

發明內容

本發明目的在于提出一種多種運動方式復合的可對外操作移動機器人方案，可實現球式、輪式和腿式三種運動方式，在輪式和腿式模式下可實現對外操作任務。

為實現上述目的，本發明提供的解決方案是：

所述機器人包括球殼、關節、手爪、能源和控制系統，所述球殼分為左半球1和右半球7并采用非屏蔽材料制成，所述關節集成驅動器、減速器和編碼器，關節2/6/9/13繞X軸方向旋轉，關節3/4/5/10/12繞Y軸方向旋轉，關節11繞Z軸方向旋轉，關節2一端通過滑環和左半球1連接，關節6一端通過滑環與右半球7連接，所述關節9-13以及手爪構成一個三分支機械臂，所述手爪分為左手爪14和右手爪8，兩個手爪上均安裝有深度攝像頭，所述手爪也可以換成小型麥克納姆輪或其他末端執行器，所述能源和控制系統安裝在球殼內表面，并通過滑環與各個關節、手爪和相機連接，該機器人有球形滾動、輪式滾動和腿式爬行3種運動模式。

本發明的運動原理為：

球形模式下，機器人處于封閉狀態，關節9-13以及手爪8和手爪14構成的機械臂充當重擺，通過關節4可改變其短軸方向的角度，關節2和關節6均可作為長軸驅動電機，當其中一個關節出現故障時，球形狀態下機器人仍能依靠另一個完好的關節運動。

滾動模式是依靠關節3和關節5相對旋轉將關節4向上提升，由于關節3與關節4之間的連桿以及關節4和關節5之間的連桿等長且為剛性連桿，因此隨著關節4提升球殼將被逐漸撐開，通過球殼內壁安裝的微型陀螺儀可確定球殼打開是否垂直與地面接觸，當球殼打開后機器人可實現左右半輪同步運動或差速運動，同時可使用機械臂進行對外操作任務。

腿式爬行模式是在球殼打開后，機械臂和左右半球配合構成一種4足爬行機器人，左右半球可實現左右方向移動，機械臂可實現前后方向移動，通過方向分解原理可知4足形態下可實現平面全方位爬行。