[發(fā)明專利]一種變構(gòu)型球臂一體化球形機(jī)器人

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210412485.X
• 申請(qǐng)日: 2022-04-19
• 公開（公告）號(hào): CN114889718A
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫漢旭;王展彤;李明剛;馬龍;孫萍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京郵電大學(xué);北京師范大學(xué);煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號(hào): B62D57/02
• 分類號(hào): B62D57/02;B62D57/032
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開一種變構(gòu)型球臂一體球形化機(jī)器人。發(fā)明所述球形機(jī)器人可通過核心臂和球殼連接臂的作用，改變機(jī)器人構(gòu)態(tài)為球式、雙輪式、四足式和多足臂協(xié)作的形式，通過不同構(gòu)態(tài)之間的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)外操作和靈活移動(dòng)，本發(fā)明既兼顧了球形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)靈活、自我保護(hù)性好等優(yōu)點(diǎn)，又克服球形機(jī)器人對(duì)外操作性差的缺點(diǎn)，同時(shí)又將輪式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)效率高，腿式機(jī)器人的越障能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)融合進(jìn)了球形機(jī)器人中，使發(fā)明所述機(jī)器人具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種變構(gòu)型球臂一體化球形機(jī)器人，具體地說一種帶有機(jī)械臂的球形機(jī)器人，可以通過結(jié)構(gòu)變形的方式分別以球式、雙輪式、四足式和多機(jī)協(xié)同的形式進(jìn)行對(duì)外操作和運(yùn)動(dòng)，屬于機(jī)器人領(lǐng)域。

背景技術(shù)

球形機(jī)器人是近20年前才出現(xiàn)的一種新型移動(dòng)機(jī)器人，是傳統(tǒng)移動(dòng)機(jī)器人的有益補(bǔ)充，其移動(dòng)方式較為特殊，依靠內(nèi)部驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)球殼實(shí)現(xiàn)全方位移動(dòng)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)、電子設(shè)備都置于球殼內(nèi)部。現(xiàn)有的球形機(jī)器人主要是以整球滾動(dòng)的形式進(jìn)行移動(dòng)，或在球體內(nèi)部增加機(jī)構(gòu)來提高球形機(jī)器人的通過性，大多數(shù)并未考慮對(duì)球體本身進(jìn)行2次變形來增加機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)能力。現(xiàn)有的可實(shí)現(xiàn)對(duì)外操作的球形機(jī)器人大多數(shù)是在球體內(nèi)部加裝機(jī)械臂，并未進(jìn)一步考慮到加裝的機(jī)械臂對(duì)于球形機(jī)器人的更深層次含義。

申請(qǐng)?zhí)枮?01720818138.1公開的一種球形變胞機(jī)器人，該機(jī)器人包括支撐框架、伸縮組件、上肢組件和下肢組件，其中支撐框架上安裝有上下導(dǎo)軌板、主舵機(jī)和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等復(fù)雜組件，該機(jī)器人通過復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了球形機(jī)器人的變胞展開。該專利融合了球體形態(tài)的快速滾動(dòng)能力，以及仿生多肢體行走的復(fù)雜地形適應(yīng)能力，但其并不具備對(duì)外操作能力。

申請(qǐng)?zhí)枮?02110393069.5公開了一種帶臂球形探測(cè)機(jī)器人，該機(jī)器人通過舵機(jī)驅(qū)動(dòng)力和重?cái)[及機(jī)械臂的重力作用下進(jìn)行滾動(dòng)，通過變形組件調(diào)節(jié)球形殼體展開或閉合，在球殼打開情況下實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的對(duì)外操作。該專利在球體內(nèi)加裝的機(jī)械臂僅能在球殼打開時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)外操作，并未考慮到加裝的機(jī)械臂對(duì)于球形機(jī)器人本身的作用。

隨著人類活動(dòng)范圍的擴(kuò)大和探索階段的深入，在一些復(fù)雜多變的環(huán)境中，要求機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)、運(yùn)動(dòng)方式靈活、可對(duì)外操作等能力，單純的球形移動(dòng)機(jī)器人已經(jīng)不利于實(shí)際應(yīng)用。因此，本專利提出了一種變構(gòu)型球臂一體化球形機(jī)器人，它可根據(jù)不同的環(huán)境進(jìn)行形態(tài)結(jié)構(gòu)變化，提高了機(jī)器人對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種球形機(jī)器人設(shè)計(jì)方案，具體是以加裝機(jī)械臂的方式，實(shí)現(xiàn)球形機(jī)器人在單球、雙輪、四足、多球組合多種模式下的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人移動(dòng)和對(duì)外探測(cè)等多種任務(wù)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的解決方案是：

所述機(jī)器人包括核心臂(1)、可展開球殼(2)、攀附機(jī)構(gòu)(3)、球殼連接臂(4)、末端執(zhí)行手爪(5)、以及十字科學(xué)載荷控制平臺(tái)(6)。

所述核心臂(1)是兩條分別由7個(gè)球形可對(duì)接關(guān)節(jié)(100)所組成的多自由度機(jī)械臂，其球形關(guān)節(jié)包括對(duì)接機(jī)構(gòu)(101)、編碼器(102)、驅(qū)控一體裝置(103)、電機(jī)(104)、減速器(105)及力矩傳感器(106)等。其每個(gè)球形關(guān)節(jié)的對(duì)接機(jī)構(gòu)均可連接其他球形關(guān)節(jié)、攀附機(jī)構(gòu)(3)、末端執(zhí)行手爪(5)等，核心臂(1)首段關(guān)節(jié)通過對(duì)接機(jī)構(gòu)(101)與十字科學(xué)載荷控制平臺(tái)(6)相連接。

所述十字科學(xué)載荷控制平臺(tái)(6)上有電池、紅外傳感器、照明設(shè)備、雷達(dá)傳感等元件和核心臂(1)和球殼連接臂(4)的控制主板等裝置與控制系統(tǒng)，是整個(gè)球形機(jī)器人的核心，控制平臺(tái)另一端連接有球殼連接臂(4),用于控制球殼的開合。

所述可展開球殼(2)包括由碳纖維制成，內(nèi)表面附有太陽能膜片的瓣?duì)钋驓ぃ驓づc球殼連接臂(4)連接處有旋轉(zhuǎn)折展機(jī)構(gòu)(210)，可控制球殼的瓣?duì)钫归_。

本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)原理為：