专利名称：软壳体球形机器人的制作方法
技术领域：
软壳体球形机器人技术领域[0001]本实用新型属于机电一体化技术领域，特别是一种软壳体球形机器人，可用于剧毒气体检测、现场环境观测及军事攻击武器等多种领域。
背景技术：
[0002]球形机器人是一种新型结构的滚动行走机器人，具有运动速度快、越野性能好、控制相对简单等特点，自从芬兰赫尔辛基科技大学的海尔姆(Halme)等人于1996年制作了第一个球形机器人后，球形机器人逐渐成为国内外智能机器人研究领域的热点之一。在国外， 意大利比萨大学、瑞典乌普萨拉大学和Rotimdus公司、NASA、加拿大魁北克省舍布鲁克大学等先后开展球形机器人研究，推出不同功能的球形机器人。在国内也有一些单位和学者开始方面的探索，北京邮电大学、北京航空航天大学、上海交通大学、苏州大学、国防科技大学和西安电子科技大学等院校都在球形机器人研究方面取得了一定的研究成果[0003]总体看来，现有的球形机器人根据功能的不同，方案各有千秋，但基本上都为硬质材料球壳体，与地面基本为点接触，接触面小，需要控制精度较高。西安电子科技大学的李团结实用新型的内外驱动兼备的球形机器人装置(公开号CN101386174A)采用气囊壳体， 可以改善壳体与地面接触面小的问题，但不能实现自主冲气，和别的球形机器人设计一样， 存在着用于潜伏侦察时目标大、静止时候抗风吹能力差等缺点。实用新型内容[0004]本实用新型的目的在于提供一种能够在机器人移动前对球形机器人进行冲气，移动结束后对球形机器人进行排气而实现自主收放功能的球形机器人，并且能实现球形机器人全向运动并在任意点转向、可在配重组件搭载附件运输物品的软壳体球形机器人结构方案。[0005]实现本实用新型目的的技术方案为一种软壳体球形机器人，包括气囊球形壳、充排气装置、运动装置，充排气装置、运动装置通过压盖装在球形壳内，充排气装置由冲气泵、 单向阀和排气阀组成，单向阀和排气阀固定在气泵的两侧，单向阀串联在气泵的出气口后端，排气阀与气泵的进气口相通，气泵的进气口通过第一压盖与球形壳外部相通；[0006]运动装置包括主中轴、副中轴、直行驱动电机、转向轮、定位轮、转向驱动电机、转向导杆，主中轴一端装有直行驱动电机，该直行驱动电机通过第二压盖与球形壳联接，主中轴另一端插入副中轴中，主中轴和副中轴组成与不随球形壳转动的中空轴，副中轴通过固定轴承与气泵的充气泵电机联结，转向轮和转向驱动电机固定在主中轴上，转向驱动电机的轴与转向导杆连接，并带动转向导杆转动，定位轮固定在转向导杆上，并围绕转向轮转动，转向导杆下端安装配重组件。[0007]本实用新型与现有技术相比，其显著优点为(1)本实用新型移动时是一个球体， 停下时是一滩柔软体，有利于作为侦察时的潜伏隐蔽，且可以避免被风吹跑；(2)通过调节球体内冲气量的大小，改变球体与地面的接触面积，有利于提高机器人移动稳定性，可以减小爬楼梯之类的难度；C3)利用软壳体的收缩弹性和重量，可将球体内气体挤压排除，无须专门的抽气外排装置；(4)中轴的抽拉主副轴设计，可以满足球体变化时的直径变化需求， 还可为安装传感器、控制器等提供稳定平台；( 中轴的多面体抽拉主副轴设计，可以满足壳体相对转动时的力矩传递；(6)机构简洁，重心处于球体的下方，稳定性好、系统响应速度快；(7)两个电机分别驱动球体的直线运动和转向运动，控制方式解藕，可实现球形机器人全向行走和任意点原地转向；(8)配重组件，也可搭载附件(用于装载摄像头、各种姿态或环境传感器、天线、电池、充电接口、运输物等)，从而提高球形机器人的实用价值；(9)在球壳外部设计阻水花纹，可提高球形机器人水面行走能力。[0008]
以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
[0009]附图是本实用新型软壳体球形机器人的结构示意图。[0010]图中的附图标记及其所代表的组成部分[0011]1、软球壳2、配重组件3、主中轴4、副中轴5-1、第一压盖5_2、第二压盖6、直行驱动电机7、冲气泵电机8、冲气泵9、单向阀10、排气阀11、转向轮12、定位轮13、转向驱动电机14、转向导杆15、固定轴承具体实施方式
[0012]结合附图，本实用新型软壳体球形机器人的球壳体采用软材料气囊球形壳构成球形机器人的外部轮廓结构；冲排气装置在机器人移动前对通过冲气泵、单向阀向机器人进行冲气，移动结束后通过排气阀对机器人进行排气。运动机构主要由中轴、直行驱动机构、 转向驱动机构、配重组件等构成，中轴通过直行驱动机构与球壳联结，利用配重组件前后重心偏移来实现球形机器人的直线运动，通过转向驱动机构与配重组件联结，利用配重组件左右重心偏移来实现球形机器人的转向运动。中轴相对球壳不动，为安装传感器、控制器等提供稳定平台。球壳体采用软材料气囊球形壳1构成球形机器人的外部轮廓结构，根据行走路面的情况，调整冲排气量，调节球内压力，配合球形壳1柔软性，改变与路面的接触面积，提高行走稳定性。[0013]上述软壳体球形机器人的具体结构如下包括气囊球形壳1、充排气装置、运动装置，充排气装置、运动装置通过压盖5装在球形壳1内，充排气装置由冲气泵8、单向阀9和排气阀10组成，单向阀9和排气阀10固定在气泵8的两侧，单向阀9串联在气泵8的出气口后端，排气阀10与气泵8的进气口相通，气泵8的进气口通过第一压盖5-1与球形壳1 外部相通；[0014]运动装置包括主中轴3、副中轴4、直行驱动电机6、转向轮11、定位轮12、转向驱动电机13、转向导杆14，主中轴3 —端装有直行驱动电机6，该直行驱动电机6通过第二压盖 5-2与球形壳1联接，主中轴3另一端插入副中轴4中，主中轴3和副中轴4组成与不随球形壳1转动的中空轴，副中轴4通过固定轴承15与气泵8的充气泵电机7联结，转向轮11 和转向驱动电机13固定在主中轴3上，转向驱动电机13的轴与转向导杆14连接，并带动转向导杆14转动，定位轮12固定在转向导杆14上，并围绕转向轮11转动，转向导杆14下端安装配重组件2。[0015]本实用新型软壳体球形机器人需要移动前，气泵8从球形壳1外部经过单向阀9 向球形壳1内部冲气，形成机器人的外部球形轮廓结构；机器人行走结束后，排气阀10通过第一压盖5-1向球形壳1外部排气，机器人变一滩柔软体。气囊球形壳1采用软材料，该软材料为橡胶和金属布的复合材料。直行驱动电机6带动主中轴3、副中轴4发生与球形壳1 的相对转动，转向导杆14下装配重组件2前后摆动，致使球形机器人的重心发生偏移，带动球形壳1滚动从而实现机器人的直线；转向驱动电机13带动转向导杆14发生与主中轴3、 副中轴4的相对转动，转向导杆14下装配重组件2左右摆动，致使球形机器人的重心发生偏移，带动球形壳1滚动从而实现机器人的转弯运动。定位轮12和转向轮11保证装配重组件2在相对于转向导杆14与中空轴组成的平面内转动。主中轴3、副中轴4为多面体中空抽拉结构，即为非圆柱结构。[0016]本实用新型软壳体球形机器人的单向阀9和排气阀10固定在气泵8的两侧，通过压盖5和球形壳1联接，与外部环境相通。机器人需要移动前，气泵8从球形壳1外部经过单向阀9向球形壳1内部冲气，形成机器人的外部球形轮廓结构；机器人行走结束后，排气阀10通过压盖5向球形壳1外部排气，机器人变一滩柔软体，有利于作为侦察时的潜伏隐蔽，且可以避免被风吹跑；根据行走路面的情况，调整冲排气量，调节球内压力，配合球形壳 1柔软性，改变与路面的接触面积，提高行走稳定性。[0017]直行驱动电机6带动主中轴3、副中轴4发生与球形壳1的相对转动，转向导杆14 下装配重组件2前后摆动，致使球形机器人的重心发生偏移，带动球形壳1滚动从而实现机器人的直线；转向驱动电机13带动转向导杆14发生与主中轴3、副中轴4的相对转动，转向导杆14下装配重组件2左右摆动，致使球形机器人的重心发生偏移，带动球形壳1滚动从而实现机器人的转弯运动。定位轮12和转向轮11保证转向驱动电机13带动转向导杆 14和装配重组件2在相对与主中轴3、副中轴4的一个平面内转动。
权利要求1.一种软壳体球形机器人，其特征在于包括气囊球形壳(1)、充排气装置、运动装置， 充排气装置、运动装置通过压盖( 装在球形壳(1)内，充排气装置由冲气泵(8)、单向阀 (9)和排气阀(10)组成，单向阀(9)和排气阀(10)固定在气泵(8)的两侧，单向阀(9)串联在气泵⑶的出气口后端，排气阀(10)与气泵⑶的进气口相通，气泵⑶的进气口通过第一压盖(5-1)与球形壳(1)外部相通；运动装置包括主中轴⑶、副中轴⑷、直行驱动电机(6)、转向轮(11)、定位轮(12)、转向驱动电机(13)、转向导杆(14)，主中轴(3) —端装有直行驱动电机(6)，该直行驱动电机 (6)通过第二压盖(5-2)与球形壳(1)联接，主中轴(3)另一端插入副中轴中，主中轴 ⑶和副中轴⑷组成与不随球形壳⑴转动的中空轴，副中轴⑷通过固定轴承(15)与气泵⑶的充气泵电机⑵联结，转向轮(11)和转向驱动电机(13)固定在主中轴(3)上， 转向驱动电机(13)的轴与转向导杆(14)连接，并带动转向导杆(14)转动，定位轮(12)固定在转向导杆(14)上，并围绕转向轮(11)转动，转向导杆(14)下端安装配重组件O)。
2.根据权利要求1所述的软壳体球形机器人，其特征在于气囊球形壳(1)采用软材料。
3.根据权利要求1所述的软壳体球形机器人，其特征在于主中轴(3)、副中轴(4)为多面体中空抽拉结构，即为非圆柱结构。
专利摘要本实用新型公开了一种软壳体球形机器人，包括气囊球形壳、充排气装置、运动装置，充排气装置、运动装置通过压盖装在球形壳内，充排气装置由冲气泵、单向阀和排气阀组成，单向阀和排气阀固定在气泵的两侧，单向阀串联在气泵的出气口后端，排气阀与气泵的进气口相通，气泵的进气口通过第一压盖与球形壳外部相通。本实用新型移动时是一个球体，停下时是一滩柔软体，有利于作为侦察时的潜伏隐蔽，且可以避免被风吹跑。
文档编号B62D57/02GK202243763SQ20112018740
公开日2012年5月30日 申请日期2011年6月7日 优先权日2011年6月7日
发明者周守强, 张卫平, 方向, 杨力, 郭涛, 高振儒 申请人:中国人民解放军理工大学工程兵工程学院