可抛投式球形机器人的制作方法

[0001]
本公开涉及球形机器人技术领域，尤其涉及一种可抛投式球形机器人。


背景技术：

[0002]
球形机器人的研究长期以来一直是国内外机器人领域研究的热点之一。该类机器人能够在复杂的非结构环境中稳定地行走，可以代替人完成许多危险作业，比如遇到地震等自然灾害，每次地震完之后就会有不少房屋坍塌，这时候需要救援部队来进行人员的施救。但是在地底下深层的一些难民还是很难找到。一方面搜索人员存在人身安全隐患，另一方面由于空间有限，搜索人员无法展开搜救任务。而球形机器人尺寸小，运动灵活，可以协助搜索人员开展搜救工作。此外，球形机器人还能够代替人们来进行侦察任务，或者在对一些具有危险程度的犯罪分子进行打击时，可以将球形机器人投入到犯罪分子的建筑物内，并且对室内的所有情况进行相应的拍摄。
[0003]
总之，球形机器人在军事、矿山开采、核能工业、星球表面探测、消防及营救、建筑业、示教娱乐等行业有着许多潜在的应用前景。它有球形或近似球形的外壳，其他机构、器件都封装在球壳内，阻止了外部环境对部件造成伤害；当机器人发生碰撞或从高处跌落时，球形的外壳使运动姿态易于调整和回复，不会发生“翻到”情况。与传统的轮式、足式移动机器人相比，球形机器人更适用于潮湿、多尘、崎岖的复杂环境。
[0004]
现有的球形机器人中存在以下不足，例如结构复杂、整机体积大、运动灵活性差以及平衡控制难等问题。


技术实现要素：

[0005]
为了解决或者至少缓解上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种可抛投式球形机器人，结构紧凑，运动平衡与稳定性好。
[0006]
根据本公开的一个方面，一种可抛投式球形机器人，包括壳体组件、支撑减震组件以及驱动底盘组件；
[0007]
所述壳体组件为中空的球体形状；所述支撑减震组件和所述驱动底盘组件放置于所述壳体组件内部；其中，所述驱动底盘组件设有驱动轮和配重块，所述支撑减震组件设有支撑轮；所述支撑轮和所述驱动轮上下相对设置；所述支撑减震组件和所述驱动底盘组件之间通过导向槽配合连接，使所述驱动轮和所述支撑轮之间的距离能够变动；且所述支撑减震组件的弹力使所述驱动轮和所述支撑轮压紧抵靠在所述壳体组件的内壁；
[0008]
所述配重块用于使所述驱动底盘组件保持在所述支撑减震组件的下方；所述驱动轮通过摩擦力带动所述壳体组件向前滚动。
[0009]
根据本公开的至少一个实施方式，所述支撑减震组件还包括支撑架、导向柱、减震弹簧和导向套；所述导向柱滑动安装在所述支撑架的中心孔中，所述导向套固定套设在所述导向柱上，所述减震弹簧套设在所述导向套上；所述支撑轮安装在所述支撑架上；所述导向槽设置在所述驱动底盘组件上，所述导向柱与所述导向槽配合连接。
[0010]
根据本公开的至少一个实施方式，所述支撑架沿直线方向延伸，所述中心孔位于所述支撑架的中间位置；所述支撑架的两端分别安装一个所述支撑轮。
[0011]
根据本公开的至少一个实施方式，所述支撑架的两端分别设有轮轴支座，所述支撑轮的轮轴转动安装在所述轮轴支座上。
[0012]
根据本公开的至少一个实施方式，所述支撑轮与所述壳体组件的内壁接触的表面呈锥形面。
[0013]
根据本公开的至少一个实施方式，所述驱动底盘组件还包括驱动底盘支架、驱动电机固定座、驱动电机以及齿轮传动机构；所述驱动电机固定座固定在所述驱动底盘支架上，所述驱动电机固定在所述驱动电机固定座上；所述驱动底盘支架的相对两侧分别通过驱动轮轴固定一个所述驱动轮；所述驱动电机通过所述齿轮传动机构与所述驱动轮连接，驱动所述驱动轮转动；所述配重块固定在所述驱动底盘支架的底部。
[0014]
根据本公开的至少一个实施方式，所述齿轮传动机构包括大齿轮和小齿轮，所述小齿轮与所述驱动电机的输出轴固定连接，所述大齿轮与所述驱动轮同心固定连接；所述小齿轮与所述大齿轮啮合传动；所述驱动电机包括一体设置的行星齿轮变速箱，所述输出轴为所述行星齿轮变速箱的输出轴。
[0015]
根据本公开的至少一个实施方式，所述驱动轮轴上固定有定位轴套，以定位所述驱动轮的轴向位置。
[0016]
根据本公开的至少一个实施方式，所述驱动底盘组件还包括编码器、固定架、无线充电模块、控制电路板以及音视频回传模块；所述驱动电机与所述编码器相连；所述无线充电模块通过所述固定架固定在所述驱动电机固定座上，且所述无线充电模块环绕在所述配重块周围；所述控制电路板固定在所述驱动底盘支架上，所述控制电路板与所述音视频回传模块相连。
[0017]
根据本公开的至少一个实施方式，所述壳体组件包括球形橡胶套、上半球壳体以及下半球壳体；所述上半球壳体和所述下半球壳体通过卡扣相连形成中空的球体形状；所述球形橡胶套包覆在所述上半球壳体和所述下半球壳体外部；且所述球形橡胶套的外表面设有多个具有弹性的凸起。
附图说明
[0018]
附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
[0019]
图1是本公开可抛投式球形机器人的示例性实施方式的立体结构示意图。
[0020]
图2是本公开中壳体组件的示例性实施方式的立体结构示意图。
[0021]
图3是本公开中支撑减震组件的示例性实施方式的立体结构示意图。
[0022]
图4是本公开中驱动底盘组件的示例性实施方式的立体结构示意图，其中的上下方位与机器人处于正常工作姿态时的方位相反。
[0023]
附图标记说明：
[0024]
101-壳体组件；102-支撑减震组件；103-驱动底盘组件；201-防震橡胶套；202-上半球壳体；203-下半球壳体；301-支撑架；302-导向柱； 303-减震弹簧；304-导向套；305-支
撑轮；401-驱动底盘支架；402-驱动电机固定座；403-小齿轮；404-驱动电机；405-编码器；406-定位轴套；407-大齿轮；408-配重块；409-无线充电模块；410-固定架；411
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驱动轮；412-驱动轮轴；413-控制电路板；414-音视频回传模块。
具体实施方式
[0025]
下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
[0026]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。
[0027]
根据本公开的一个方面，参见图1所示的本公开可抛投式球形机器人的示例性实施方式的立体结构示意图，提供了一种可抛投式球形机器人，包括壳体组件101、支撑减震组件102以及驱动底盘组件103。壳体组件101为中空的球体形状；所述支撑减震组件102和所述驱动底盘组件103放置于所述壳体组件101内部。其中，所述驱动底盘组件103设有驱动轮411和配重块408，所述支撑减震组件102设有支撑轮305。所述支撑轮305和所述驱动轮411上下相对设置，在机器人正常工作姿态时，驱动轮411在下面，支撑轮305在上面。所述支撑减震组件102和所述驱动底盘组件103之间通过导向槽配合连接，能产生相对移动，从而使所述驱动轮411和所述支撑轮305之间的距离能够变动，且所述支撑减震组件102的弹力使所述驱动轮411和所述支撑轮305压紧抵靠在所述壳体组件101的内壁。例如，当受到振动冲击时，驱动轮411和支撑轮305之间的距离可能会瞬时变小以缓冲冲击，然后再在弹力作用下回复原位与壳体组件101的内壁接触状态。配重块408用于使所述驱动底盘组件103保持在所述支撑减震组件102的下方。当驱动底盘组件103和支撑减震组件102的位置发生互换或倾斜时，由于配重块408的存在使得驱动底盘组件103向下倾倒并最终稳定在下部。所述驱动轮411通过摩擦力带动所述壳体组件101 向前滚动，使球形机器人整体发生位置移动。
[0028]
本公开的可抛投式球形机器人，采用支撑减震组件102和驱动底盘组件103的配合连接结构，使驱动轮411和支撑轮305紧凑的设置在壳体组件101内，通过驱动轮411与壳体组件101内壁之间的摩擦力产生移动。整体结构简单紧凑，体积小。通过设置配重块408使驱动底盘组件103能稳定的保持在下部，增强了运动灵活性和平衡控制性。
[0029]
在本公开的一个实施方式中，参见图3所示本公开中支撑减震组件 102的示例性实施方式的立体结构示意图，支撑减震组件102还包括支撑架301、导向柱302、减震弹簧303和导向套304。所述导向柱302 滑动安装在所述支撑架301的中心孔中，所述导向套304固定套设在所述导向柱302上，导向套304和导向柱302一起相对支撑架301上下滑动，所述减震弹簧303套设在所述导向套304上，减震弹簧303 一端抵靠在支撑架301上，另一端抵靠在驱动底盘组件上；所述支撑轮305安装在所述支撑架301上。导向槽设置在所述驱动底盘组件103 上，所述导向柱302与所述导向槽配合连接。
[0030]
进一步的，所述支撑架301沿直线方向延伸，所述中心孔位于所述支撑架301的中间位置；所述支撑架301的两端分别安装一个所述支撑轮305。
[0031]
进一步的，所述支撑架301的两端分别设有轮轴支座，所述支撑轮305的轮轴转动
安装在所述轮轴支座上。
[0032]
进一步的，所述支撑轮305与所述壳体组件101的内壁接触的表面呈锥形面。
[0033]
在本公开的一个实施方式中，参见图4所示本公开中驱动底盘组件 103的示例性实施方式的立体结构示意图，所述驱动底盘组件103还包括驱动底盘支架401、驱动电机固定座402、驱动电机404以及齿轮传动机构；所述驱动电机固定座402固定在所述驱动底盘支架401上，所述驱动电机404固定在所述驱动电机固定座402上；所述驱动底盘支架401的相对两侧分别通过驱动轮轴412固定一个所述驱动轮411；所述驱动电机404通过所述齿轮传动机构与所述驱动轮411连接，驱动所述驱动轮411转动；所述配重块408固定在所述驱动底盘支架401 的底部。
[0034]
进一步的，所述齿轮传动机构包括大齿轮407和小齿轮403，所述小齿轮403与所述驱动电机404的输出轴固定连接，所述大齿轮407 与所述驱动轮411同心固定连接；所述小齿轮403与所述大齿轮407 啮合传动。该实施方式中驱动电机404包括一体设置的行星齿轮变速箱(图中未示出)，也就是说行星齿轮变速箱直接与驱动电机是一体的，驱动电机的输出轴也就是所述行星齿轮变速箱的输出轴。
[0035]
进一步的，所述驱动轮轴412上固定有定位轴套406，以定位所述驱动轮411的轴向位置。
[0036]
进一步的，所述驱动底盘组件103还包括编码器405、固定架410、无线充电模块409、控制电路板413以及音视频回传模块414；所述驱动电机404与所述编码器405相连；所述无线充电模块409通过所述固定架410固定在所述驱动电机固定座402上，且所述无线充电模块 409环绕在所述配重块408周围；所述控制电路板413固定在所述驱动底盘支架401上，所述控制电路板413与所述音视频回传模块414 相连。无线充电模块409的作用是给驱动电池供电的，与驱动电机不直接连接。
[0037]
在本公开的一个实施方式中，参见图2所示本公开中壳体组件101 的示例性实施方式的立体结构示意图，所述壳体组件101包括球形橡胶套、上半球壳体202以及下半球壳体203；所述上半球壳体202和所述下半球壳体203通过卡扣相连形成中空的球体形状。所述球形橡胶套包覆在所述上半球壳体202和所述下半球壳体203外部；且所述球形橡胶套的外表面设有多个具有弹性的凸起。其中的球形橡胶套也可以称为防震橡胶套201。壳体组件是全封闭的，采用特殊处理，保证实现光线由内向外不受壳体的阻挡，从而不影响音视频回传模块414 的图像采集。
[0038]
以下结合附图1至附图4来具体说明本公开的一个优选实施方式。一种可抛投式的球形机器人，包括壳体组件101、支撑减震组件102 以及驱动底盘组件103三大部分。其中支撑减震组件102和驱动底盘组件103放置与壳体组件内部101，支撑减震组件102和驱动底盘组件103通过导向槽相连。
[0039]
如图2所示，壳体组件101包括防震橡胶套201、上半球壳体202 以及下半球壳体203。其中，防震橡胶套201具有一定的弹性，包覆在上半球壳体202和下半球壳体203上，上半球壳体202和下半球壳体203通过连接卡扣相连。
[0040]
如图3所示，支撑减震组件102包括支撑架301、导向柱302、减震弹簧303、导向套304以及支撑轮305。其中，导向柱302套在支撑架301的中心孔上，导向套304套在导向柱302上，减震弹簧303套在导向套304上，导向柱302的顶端大，下面的直径比导向套304的直径
小。导向柱302与支撑架301是相对滑动的。导向套304不可以沿导向柱302上下滑动。减震弹簧303一端抵靠在支撑架301上，另一端抵靠在驱动底盘组件103上。支撑架301能够沿着导向柱302的方向上上下滑动。两侧的支撑轮305通过转轴与支撑架301相连。支撑减震组件102的导向柱302与驱动底盘组件103的导向槽配合连接，中间的导向柱302装配有减震弹簧303，壳体组件101将支撑减震组件102和驱动底盘组件103压合在一起，并保证两者之间有一定的活动量，当球体受冲击时，减震弹簧303可以达到一定的减震效果。
[0041]
如图4所示，驱动底盘组件103包括驱动底盘支架401、驱动电机固定座402、小齿轮403、驱动电机404、编码器405、定位轴套406、大齿轮407、配重块408、无线充电模块409、固定架410、驱动轮411、驱动轮轴412、控制电路板413以及音视频回传模块414。其中，驱动电机固定座402通过螺钉固定在驱动底盘支架401上，驱动电机404 通过螺钉固定在电机固定座402上，驱动电机404可以选用直流无刷电机。驱动电机404与编码器405相连，驱动电机404是双输出轴，两边的输出轴分别固定连接一个小齿轮403和一个编码器405。分别有两套电机和齿轮结构。该实施方式中驱动电机404包括一体设置的行星齿轮变速箱(图中未示出)，也就是说行星齿轮变速箱直接与驱动电机是一体的，驱动电机的输出轴也就是所述行星齿轮变速箱的输出轴。小齿轮403与驱动电机404的输出轴固定连接，小齿轮403与大齿轮407啮合，大齿轮407与驱动轮411通过螺钉进行同心固定连接，大齿轮407与驱动轮轴412之间是间隙连接，材料自润滑。驱动轮411 通过驱动轮轴412固定在驱动底盘支架401的两侧，定位轴套406固定在驱动轮轴412上，定位轴套406类似一个轴肩，卡在驱动底盘支架401上，防止轮轴轴向窜动。该实施方式中采用两套独立的轮轴和驱动轮，驱动轮轴412和底盘支架401是相对固定的，两者之间没有设置轴承。配重块408通过螺钉固定在驱动底盘支架401上，配重块 408一面与无线充电模块409配合，一面抵在驱动电机404上。无线充电模块409通过固定架410的卡扣固定在驱动电机固定座402上，无线充电模块409的中部有个穿孔，配重块408嵌入到穿孔中，同时，无线充电模块409的底部形成球冠体的形状。无线充电模块409的作用是给驱动电池供电，与驱动电机404不直接连接。配重块408一面与无线充电模块409配合，一面抵在驱动电机404上。控制电路板413 固定在驱动底盘支架401上，控制电路板413与音视频回传模块414 相连。壳体组件是全封闭的，采用特殊处理，保证实现光线由内向外不受壳体的阻挡，从而不影响音视频回传模块的图像采集。
[0042]
该实施方式采用驱动电机、小齿轮和大齿轮将动力传递到两侧的驱动轮，结构简单、紧凑。配重块的设置使得机器人类似于不倒翁的特性，在静态和动态情况下可以保持系统的平衡与稳定，发生碰撞或者从高处跌落之后可以自行恢复至稳定状态，运动连续性强，能够适应更复杂的地形。此外，球形壳体的外层是由防震橡胶制成的，抛投时候声音会非常轻，加上支撑减震组件的作用，可以很好地完成抛投侦察等任务。
[0043]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/ 方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/ 方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
[0044]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0045]
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。