一种自适应转向及爬坡的变形球形机器人的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种自适应转向及爬坡的变形球形机器人。

背景技术：

球形机器人是一种以球形或近似球形的结构为外壳的独立运动体。它在运动方式上，以滚动运动为主。现有技术的球形机器人转弯方向不平稳，容易碰撞，减少使用寿命，为此，我们研发一种自适应转向及爬坡的变形球形机器人，通过中间球壳的变形，使得机器人平稳爬坡，通过左侧球壳向左伸出或右侧球壳向右伸出，使机器人平稳向左或向右拐弯，调整伸出的长度，可以调整机器人转弯的半径。

技术实现要素：

本发明的发明目的是，针对上述问题，提供一种自适应转向及爬坡的变形球形机器人，以解决球形机器人爬坡力小以及转弯不平稳的技术问题。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种自适应转向及爬坡的变形球形机器人，包括左侧球壳、中间球壳以及右侧球壳，所述左侧球壳、中间球壳以及右侧球壳共同拼接成一个完整的球形外壳，所述中间球壳内安装有驱动装置，所述驱动装置包括电机、中心轴以及空心轴，所述空心轴套设于所述中心轴上且与其转动连接，所述中间球壳通过旋转支撑臂与所述空心轴连接，所述中间球壳被构造为绕所述中心轴转动的结构，所述电机安装于所述中心轴上且驱动所述空心轴绕所述中心轴转动，所述左侧球壳和右侧球壳分别安装于所述中心轴的两端，所述中间球壳为由四片圆弧球壳组成的可变形壳组，每一片所述圆弧球壳均通过一个所述旋转支撑臂与所述空心轴铰链连接，所述旋转支撑臂与所述空心轴之间均安装有舵机。

作为一种改进的方式，所述中心轴的右侧设有第一安装部，所述第一安装部安装所述电机，所述中心轴的左端设有第二安装部，所述第二安装部安装有第一电动推杆，所述左侧球壳固定安装于所述第一电动推杆的推杆上，所述中心轴的右端设有第三安装部，所述第三安装部安装有第二电动推杆，所述右侧球壳固定安装于所述第二电动推杆的推杆上。

作为一种改进的方式，所述圆弧球壳为由两片弧形板构成的z字形结构，所述圆弧球壳在舵机驱动下绕着铰链转动一定的角度使得中间球壳转变成用于爬坡的叶片轮形的外壳。

作为一种改进的方式，所述中心轴通过两个滚动轴承嵌套在所述空心轴中。

作为一种改进的方式，所述电机的输出轴上安装有小齿轮，所述空心轴的右侧固定连接有大齿轮，所述小齿轮与所述大齿轮啮合。

作为一种改进的方式，所述中心轴的左侧安装有蓄电池，所述蓄电池相对于所述中间球壳与所述电机左右对称设置，所述蓄电池下部设有配重块。

作为一种改进的方式，所述中间球壳内安装有功能模组，所述功能模组包括摄像头模组、红外线收发模组、灯光模组、检测传感器模组中的一种或几种。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

可变形的中间球壳由四片圆弧球壳组成，圆弧球壳在舵机驱动下绕着铰链转动一定的角度使得圆弧球壳转变成叶片轮形状的球壳，可极大增强机器人在爬坡过程中的抓地力，从而实现爬坡。

由于所述中心轴的右侧设有第一安装部，所述第一安装部安装所述电机，所述中心轴的左端设有第二安装部，所述第二安装部安装有第一电动推杆，所述左侧球壳固定安装于所述第一电动推杆的推杆上，所述中心轴的右端设有第三安装部，所述第三安装部安装有第二电动推杆，所述右侧球壳固定安装于所述第二电动推杆的推杆上，所述的第一电动推杆与左侧球壳相连，所述左侧球壳在第一推杆的推动下向左伸出，此时左侧球壳为球形机器人的左转弯提供一个支点，从而实现机器人平稳向左转弯；调整左侧球壳向左伸出的长度，可以调整机器人向左转弯的半径。所述的第二电动推杆与右侧球壳相连，所述右侧球壳在第二推杆的推动下向右伸出，此时右侧球壳为球形机器人的右转弯提供一个支点，从而实现机器人平稳向右转弯；调整右侧球壳向右伸出的长度，可以调整机器人向右转弯的半径。本发申请利用局部球壳作为转弯的支点，使得球形机器人平稳转弯，杜绝了球形机器人在转弯过程中偏离期望路径等现象的发生。而且调整这一小部分球壳向外伸出的长度，可以调整机器人转弯的半径，从而灵活的绕开障碍，巧妙转弯。

由于所述圆弧球壳为由两片弧形板构成的z字形结构，所述圆弧球壳在舵机驱动下绕着铰链转动一定的角度使得中间球壳转变成用于爬坡的叶片轮形的外壳。所述的四片圆弧球壳都设计成z字形结构，极大地缩小中间球壳在变形展开时相邻两叶片球壳之间的间隙，使得机器人平稳爬坡。

由于所述中心轴的左侧安装有蓄电池，所述蓄电池相对于所述中间球壳与所述电机左右对称设置，所述蓄电池下部设有配重块。所述的中心轴设有配重块，以平衡中心轴另一端大齿轮、小齿轮、电机和第一安装部的重量，使得球形机器人在不变形状态下的质心位于球心的正下方，运动更加平稳。

附图说明

图1是根据本发明的自适应转向及爬坡的变形球形机器人的结构示意图；

图2是根据本发明的自适应转向及爬坡的变形球形机器人的剖视图；

图3是根据本发明的自适应转向及爬坡的变形球形机器人的内部结构图；

图4是根据本发明的自适应转向及爬坡的变形球形机器人的爆炸图；

图5是根据本发明的自适应转向及爬坡的变形球形机器人的内部安装部示意图；

图6是根据本发明的可变形中间球壳z形设计结构图；

图7是根据本发明的可变形中间球壳圆弧形球壳状态图；

图8是根据本发明的可变形中间球壳叶片轮形球壳状态图；

图9是根据本发明的小半径转弯图；

图10是根据本发明的大半径转弯图；

图中，1-左侧球壳；2-中间球壳；201、202、203、204-圆弧球壳；3-右侧球壳；4-第一电动推杆；5-电池；6-配重块；7-第一轴承；8-第二轴承；9-中心轴；10-第二电动推杆；11-电机；13-旋转支撑臂；14-舵机；15-空心轴；16-大齿轮；17-小齿轮；a-第一安装部；b-第二安装部；c-第三安装部。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

结合图1至图4所示，一种自适应转向及爬坡的变形球形机器人，包括左侧球壳1、中间球壳2以及右侧球壳3，左侧球壳1、中间球壳2以及右侧球壳3共同拼接成一个完整的球形外壳，中间球壳2内安装有驱动装置，驱动装置包括电机11、中心轴9以及空心轴15，空心轴15套设于中心轴9上且与其转动连接，中心轴9通过两个滚动轴承(第一轴承7、第二轴承8)嵌套在空心轴15中。电机11安装于中心轴9上且驱动空心轴15绕中心轴9转动，电机11的输出轴上安装有小齿轮17，空心轴15的右侧固定连接有大齿轮16，小齿轮17与大齿轮16啮合。中间球壳2通过旋转支撑臂13与空心轴15连接，中间球壳2被构造为绕中心轴9转动的结构，

如图5所示，中心轴9的右侧设有第一安装部a，第一安装部a安装电机11，中心轴9的左端设有第二安装部b，第二安装部b安装有第一电动推杆4，左侧球壳1固定安装于第一电动推杆4的推杆上，中心轴9的右端设有第三安装部c，第三安装部c安装有第二电动推杆10，右侧球壳3固定安装于第二电动推杆10的推杆上，第一电动推杆4与左侧球壳1相连，左侧球壳1在第一推杆的推动下向左伸出，此时左侧球壳1为球形机器人的左转弯提供一个支点，从而实现机器人平稳向左转弯；调整左侧球壳1向左伸出的长度，可以调整机器人向左转弯的半径。第二电动推杆10与右侧球壳3相连，右侧球壳3在第二推杆的推动下向右伸出，此时右侧球壳3为球形机器人的右转弯提供一个支点，从而实现机器人平稳向右转弯；调整右侧球壳3向右伸出的长度，可以调整机器人向右转弯的半径。

左侧球壳1和右侧球壳3分别安装于中心轴9的两端，中间球壳2为由四片圆弧球壳(201、202、203、204)组成的可变形壳组，圆弧球壳(201、202、203、204)为由两片弧形板构成的z字形结构。每一片圆弧球壳(201、202、203、204)均通过一个旋转支撑臂13与空心轴15铰链连接，旋转支撑臂13与空心轴15之间均安装有舵机14。圆弧球壳(201、202、203、204)在舵机14驱动下绕着铰链转动一定的角度使得中间球壳2转变成用于爬坡的叶片轮形的外壳。四片圆弧球壳(201、202、203、204)都设计成z字形结构，极大地缩小中间球壳2在变形展开时相邻两叶片球壳之间的间隙，使得机器人平稳爬坡。

中心轴9的左侧安装有蓄电池5，蓄电池5相对于中间球壳2与电机11左右对称设置，蓄电池5下部设有配重块6。中间球壳2内安装有功能模组，功能模组包括摄像头模组、红外线收发模组、灯光模组、检测传感器模组中的一种或几种。

本发明的自适应转向及爬坡的变形球形机器人的工作原理为：

如图1所示，可变形的中间球壳2不变形时，在电机11驱动下，中间球壳2绕球体的水平转动轴线、分别相对左侧球壳1和右侧球壳3转动，以驱动球形机器人前进、后退。

左侧球壳1和右侧球壳3不作为自适应转向及爬坡的变形球形机器人的驱动轮，而是在自适应转向及爬坡的变形球形机器人转弯时向外伸出，为自适应转向及爬坡的变形球形机器人转弯时提供一个支点，保证自适应转向及爬坡的变形球形机器人转弯的平稳性和准确性。

如图9所示，当自适应转向及爬坡的变形球形机器人直行时，左侧球壳1和右侧球壳3都不伸出，这时自适应转向及爬坡的变形球形机器人的质心在球心的正下方，自适应转向及爬坡的变形球形机器人做直线运动，当自自适应转向及爬坡的变形球形机器人需要向左拐弯时，左侧球壳1通过第一电动推杆4推动向外伸出，此时自适应转向及爬坡的变形球形机器人因为质心改变而向左倾斜，左侧球壳1靠近地面的一端触地，为自适应转向及爬坡的变形球形机器人提供一个支撑点，此时中间球壳2转动使自适应转向及爬坡的变形球形机器人平稳地向左转弯。如图10所示，调整左侧球壳1向左伸出的长度，可以调整机器人向左转弯的半径，从而灵活的绕开障碍，巧妙转弯，当转弯动作完成之后，左侧球壳11可以通过第一电动推杆4收缩，使质心回到球心正下方，自适应转向及爬坡的变形球形机器人可以继续向前、向后行驶。

同理，当自适应转向及爬坡的变形球形机器人需要向右转弯时，右侧球壳3通过第二电动推杆10推动向外伸出，此时自适应转向及爬坡的变形球形机器人因为质心改变而向右倾斜，右侧球壳3靠近地面的一端触地，为自适应转向及爬坡的变形球形机器人提供一个支撑点，此时中间球壳2转动使自适应转向及爬坡的变形球形机器人平稳地向右转弯，调整右侧球壳3向右伸出的长度，可以调整机器人向右转弯的半径，从而灵活的绕开障碍，巧妙转弯，当转弯动作完成之后，右侧球壳3可以通过第二电动推杆10收缩，使质心回到球心正下方，自适应转向及爬坡的变形球形机器人可以继续向前、向后行驶。

当自适应转向及爬坡的变形球形机器人需要爬坡时，因为可变形的中间球壳2由四片圆弧球壳(201、202、203、204)组成，圆弧球壳(201、202、203、204)与对应的舵机14通过铰链连接安装在空心轴15上，圆弧球壳(201、202、203、204)在舵机14驱动下绕着铰链转动一定的角度使得圆弧球壳转变成叶片形球壳，从而实现爬坡。如图6所示，四片圆弧球壳(201、202、203、204)都设计成z字形结构。如图7、图8所示，当圆弧形球壳变形成叶片形球壳时，z字形结构可以极大地缩小相邻两叶片形球壳之间的间隙，使得机器人平稳爬坡。

可选的，自适应转向及爬坡的变形球形机器人内部可携带功能模组，功能模组可安装在中心轴9两端的正方形安装部上，功能模组可包括：摄像头模组、红外线收发模组、灯光模组、检测传感器模组中的一种或几种。本领域技术人员可以根据实际用途进行设计。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖范围，实施例并非用以限定本发明的专利申请范围。