内导轨驱动组件及球形机器人的制作方法

本申请涉及机械技术领域，尤其是涉及一种内导轨驱动组件及球形机器人。

背景技术

在机械领域中，驱动一个或多个部件按照特定的轨迹运动以实现某些特定的功能是非常常见的，但是如何提高驱动的效率、如控制部件的实际运动轨迹不偏离预设的轨迹却是需要考虑诸多因素的。

球形机器人是指利用球体的滚动实现运动的机器人，可以实现全方位运动，与地面是单点接触，摩擦阻力小，能量利用效率高，并且具有不倒翁特性，可以避免常规的机器人容易出现的倾倒失稳现象。机器人的重要部件均包容在球体内部，受到球体外壳良好的保护，不容易因破坏而失效。采取合适的密封措施，可以使球形机器人的外壳具备防水能力，进而在较为恶劣的天气条件下使用，具有全天候的适应能力。进一步的，球形机器人一般还包括设于球体外部的头部，头部搭载功能器件实现摄像头等功能器件以实现智能化的人机交流功能，同时提高了球形机器人给用户的亲和感，使其可以作为家庭机器人使用。

现有技术中，球形机器人的头部直接固定在球体外部，在球形机器人的静止状态下，头部没有自由度，即头部无法在球体表面相对球体运动，人机交流功能的用户体验较低，头部位置无法根据内置的功能器件的工作要求变化，球形机器人智能化较低，无法满足家庭机器人的使用要求。

技术实现要素：

本申请要解决的技术问题是提供一种头部驱动组件及球形机器人，用以解决现有技术中在球形机器人的静止状态下，头部无法在球体表面相对球体运动，人机交流功能的用户体验较低，头部位置无法根据内置的功能器件的工作要求变化，球形机器人智能化较低，无法满足家庭机器人的使用要求的问题。

为解决上述技术问题，本申请提供一种内导轨驱动组件，位于球形机器人的球体外，用于控制所述球形机器人的头部运动，所述内导轨驱动组件包括：

弧形支架，包括互连为一体的第一固定段、第二固定段及导轨段，所述导轨段位于所述第一固定段和所述第二固定段之间，所述第一固定段和所述第二固定段用于固定至所述球体上，所述导轨段包括底板和侧板，一对所述侧板固定于所述底板相对的两侧并形成收容空间；

同步带，所述同步带的两端分别固定于所述第一固定段和所述第二固定段，所述同步带至少部分贴合于所述底板上；

滑动组件，部分收容于所述收容空间，并滑动连接所述侧板，所述滑动组件还设有第一电机和带轮，所述带轮位于所述同步带与所述底板之间，所述第一电机用于驱动所述带轮在所述同步带上转动，以使所述滑动组件在所述导轨段上移动。

一种实施方式中，所述侧板的内壁设有凸起的导轨，所述滑动组件设有导向轮，所述导向轮的周壁为与所述导轨对应的凹面，所述导向轮收容于所述收容空间中，并在所述导轨上滚动，以限制所述滑动组件在所述导轨段上移动。

一种实施方式中，所述滑动组件包括主支架和第一转轴，所述主支架用于安装所述带轮和所述第一电机，所述第一转轴转动连接所述主支架，一对所述导向轮转动连接所述第一转轴，从而使所述导向轮可以在弧形的所述导轨段内滚动。

一种实施方式中，所述滑动组件还包括固定框，所述导向轮转动连接所述固定框，一对所述固定框固定于所述第一转轴的两端，以使一对所述导向轮的运动方向一致。

一种实施方式中，所述滑动组件还设有张紧轮，所述带轮位于一对所述张紧轮之间，所述同步带位于所述张紧轮与所述底板之间，并且所述同步带接触所述张紧轮，所述张紧轮用于拉伸所述同步带以使所述同步带接触所述带轮的表面。

一种实施方式中，所述张紧轮套设于所述第一转轴上，以使所述张紧轮与所述带轮的相对位置固定。

一种实施方式中，头部驱动组件还包括第二电机和托盘，所述第二电机安装于所述主支架与所述托盘之间，所述托盘用于固定连接所述头部，所述第二电机用于驱动所述头部自转。

一种实施方式中，头部驱动组件还包括导线，所述导线放置于所述弧形支架的表面，所述导线用于电连接所述球体与所述头部，所述主支架上设有绕线件，所述绕线件位于所述主支架沿所述弧形支架的延伸方向的两侧，所述导线缠绕于所述绕线件上，以防止所述导线阻碍所述头部驱动组件移动。

一种实施方式中，所述头部驱动组件还包括防尘盖，所述防尘盖盖合于所述收容空间的开口处，所述防尘盖包括沿所述防尘盖的长度方向的第一缝隙，及多个沿所述防尘盖的宽度方向的第二缝隙，所述第一缝隙和所述第二缝隙相互交错将所述防尘盖划分成多个防尘片，所述滑动组件移动时，将所述滑动组件所在位置的防尘片掀起。

本申请还提供一种球形机器人，所述球形机器人包括头部、球体及以上任意一项所述的内导轨驱动组件，所述头部驱动组件位于所述球体外，所述头部安装于所述头部驱动组件上，所述头部通过所述内导轨驱动组件相对于所述球体运动。

本申请的有益效果如下：弧形支架固定连接球体，头部安装于滑动组件上，滑动组件在弧形支架的导轨段滑动，从而实现头部在球体上的相对运动，同步带与带轮配合驱动滑动组件移动，能量传递效率高，滑动组件在导轨段的收容空间内移动，限制滑动组件的移动方向且保护滑动组件，头部位置可以根据内置的功能器件的工作要求变化，提高了球形机器人的智能化，人机交流功能的用户体验高，满足家庭机器人的使用要求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的明显变形方式。

图1为本申请实施例提供的球形机器人的结构示意图。

图2为本申请实施例提供的球形机器人的部分结构示意图。

图3、图4及图5为本申请实施例提供的内导轨驱动组件的结构示意图。

图6为图5的a-a方向剖视图。

图7和图8为本申请实施例提供的弧形支架的结构示意图。

图9为图8的b-b方向剖视图。

图10、图11及图12为本申请实施例提供的滑动组件的结构示意图。

图13为图12的c-c方向剖视图。

图14和图15为本申请实施例提供的滑动组件的部分结构示意图。

图16为图15的d-d方向剖视图。

图17为本申请实施例提供的滑动组件与同步带的位置关系示意图。

图18为本申请实施例提供的内导轨驱动组件的一种实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请提供的内导轨驱动组件用于驱动部件按照预定的轨迹运动，该部件可以为任意运动部件，请参阅图1和图2，本申请实施例提供的内导轨驱动组件30应用于球形机器人100，当然，其他实施方式中，也可以应用于除球形机器人100以外的其他机械结构中。进一步的，球形机器人100包括头部20、球体10及内导轨驱动组件30，头部20与球体10通过内导轨驱动组件30连接，球体10内承载驱动装置、电源、平衡机构等装置，球体10内的驱动装置驱动球体10的外壳旋转，依靠球体10外壳的外表面与地面的摩擦力驱使球形机器人100行走，头部20安装在内导轨驱动组件30上，内导轨驱动组件30控制头部20保持在球体10外，且头部20可以在球体10外相对球体10运动。在球体10处于静止状态时，内导轨驱动组件30控制头部20移动到球体10表面的任意位置，同时，内导轨驱动组件30还可以驱动头部20自旋转，从而改变头部20内置的功能器件的工作状态，例如通过改变头部20的位置改变头部20内置的摄像头的拍摄角度等，提高了球形机器人100的智能化。

请参阅图3至图5，本申请实施例提供的内导轨驱动组件30包括弧形支架32、同步带36及滑动组件34。结合图7至图9，本实施例中，弧形支架32包括互连为一体的第一固定段322、第二固定段324及导轨段326，导轨段326位于第一固定段322和第二固定段324之间，具体的，第一固定段322、第二固定段324及导轨段326一体成型，弧形支架32可以为铝合金等重量较轻且牢固的材料制成。一种实施方式中，第一固定段322与第二固定段324相对导轨段326对称，第一固定段322和第二固定段324用于固定至球体10上，具体的，第一固定段322与第二固定段324上设有通孔以通过螺钉等紧固件固定至球体10。进一步的，弧形支架32整体为u型，其中导轨段326为圆弧段，导轨段326与球体10表面形状相同，可以减小导轨段326与球体10表面之间的间隙，以使弧形支架32及头部20更贴近球体10，提高球形机器人100的整体效果。本实施例中，导轨段326包括底板326a和侧板326b，一对侧板326b固定于底板326a相对的两侧并形成收容空间326c。具体的，底板326a和侧板326b一体成型，一对侧板326b向底板326a的同一侧弯折，导轨段326通过锻压等方式一体成型，侧板326b和底板326a形成具有开口的收容空间326c。

具体到图3和图4，本实施例中，同步带36的两端分别固定于第一固定段322和第二固定段324，同步带36至少部分贴合于底板326a上。具体的，同步带36的两端分别通过紧固件固定于第一固定段322和第二固定段324上，并且同步带36被拉紧，从而使同步带36贴合在底板326a的表面上。一种实施方式中，同步带36的齿形位于同步带36面对底板326a的一侧，以用于与带轮44配合。一种实施方式中，底板326a上还可以设有压紧件，压紧件将同步带36按压在底板326a的表面上。

结合图3至图6，本实施例中，滑动组件34部分收容于收容空间326c，并滑动连接侧板326b，具体的，滑动组件34部分位于一对侧板326b之间，并抵持侧板326b，并且滑动组件34与侧板326b之间可以相对滑动，换言之，滑动组件34可以在导轨段326以导轨段326的形状为轨迹移动，从而使滑动组件34在球体10上移动，且移动过程中滑动组件34与球体10表面的垂直距离不变。本实施例中，滑动组件34还设有第一电机42和带轮44，带轮44位于同步带36与底板326a之间，第一电机42用于驱动带轮44在同步带36上转动，以使滑动组件34在导轨段326上移动。具体的，第一电机42和带轮44安装在滑动组件34上，并且第一电机42可以驱动带轮44旋转，同步带36压紧在带轮44表面的齿形上。第一电机42驱动带轮44转动时，带轮44上的齿形与同步带36上的齿形相互作用，由于同步带36固定在弧形支架32上不可相对弧形支架32移动，带轮44及滑动组件34在沿着同步带36的铺设方向移动，换言之，第一电机42驱动滑动组件34在导轨段326移动。

弧形支架32固定连接球体10，头部20安装于滑动组件34上，滑动组件34在弧形支架32的导轨段326滑动，从而实现头部20在球体10上的相对运动，同步带36与带轮44配合驱动滑动组件34移动，能量传递效率高，滑动组件34在导轨段326的收容空间326c内移动，限制滑动组件34的移动方向且保护滑动组件34，头部20位置可以根据内置的功能器件的工作要求变化，提高了球形机器人100的智能化，人机交流功能的用户体验高，满足家庭机器人的使用要求。

请参阅图6、图8及图9，本实施例中，侧板326b的内壁设有凸起的导轨3200，滑动组件34设有导向轮52，导向轮52的周壁为与导轨3200对应的凹面，导向轮52收容于收容空间326c中，并在导轨3200上滚动，以限制滑动组件34在导轨段326上移动。具体的，一对侧板326b上均设有凸起的导轨3200，导轨3200沿着侧板326b的长度方向延伸，一种实施方式中，凸起的导轨3200也为长条状，并且导轨3200的截面为圆弧状。本实施例中，滑动组件34设有导向轮52，导向轮52的凹面状的周壁与导轨3200的形状相对应，导轨3200卡合于导向轮52的凹面中，以限制导向轮52及滑动组件34只能沿导轨3200的延伸方向移动，导轨3200的延伸方向与导轨段326形状一致，换言之，在导轨3200的限制下，滑动组件34的运动轨迹只能为沿导轨段326延伸的弧形段。进一步的，导向轮52与导轨3200之间为滚动摩擦，摩擦损耗小。本实施例中，导向轮52收容于收容空间326c中，导向轮52与位于收容空间326c内的导轨3200接触，导向轮52与导轨3200的接触收到收容空间326c的保护，提高了各构件的使用寿命。一种实施方式中，导向轮52与导轨3200之间可以涂有润滑油。

请参阅图10至图13，本实施例中，滑动组件34包括主支架54和第一转轴56，主支架54用于安装带轮44和第一电机42，第一转轴56转动连接主支架54，一对导向轮52转动连接第一转轴56，从而使导向轮52可以在弧形的导轨段326内滚动。具体的，主支架54为中空的框体，具体的，主支架54包括第一主支架542和第二主支架544，两个第二主支架544通过螺钉等紧固件固定在第一主支架542的两侧。带轮44安装于第一主支架542的内部，第一电机42安装于第一主支架542的外部，并且第一电机42连接至带轮44，从而用于驱动带轮44转动。第一转轴56转动连接第二主支架544，并且第一转轴56可以相对第二主支架544转动，一种实施方式中，第一转轴56通过滚动轴承连接第二主支架544。两个导向轮52分别连接至第一转轴56的两端，第一转轴56转动时，可以改变导向轮52的移动方向。进一步的，侧板326b上凸起的导轨3200的延伸方向为弧形，通过第一转轴56可以改变导向轮52的移动方向，以使导向轮52的凹面始终与导轨3200的凸面贴合，导向轮52可以很好的起到导向的作用，避免滑动组件34从弧形支架32上脱离。

结合图14至图16，本实施例中，滑动组件34还包括固定框58，导向轮52转动连接固定框58，一对固定框58固定于第一转轴56的两端，以使一对导向轮52的运动方向一致。具体的，固定框58为u形，导向轮52连接于固定框58的两端，从而导向轮52可以相对固定框58转动。一种实施方式中，固定框58和第一转轴56的端部固定连接，在第一转轴56相对于主支架54转动时，导向轮52与固定框58形成一个整体与第一转轴56一同相对主支架54转动，从而使导向轮52可以转动至与导轨3200一致的方向。本实施例中，滑动组件34包括四个导向轮52，每个导向轮52通过一个固定框58固定至第一转轴56的端部，每个第一转轴56的两端各固定一个固定框58及导向轮52，两个第一转轴56分别安装于第一主支架542的两侧，即两对导向轮52分别安装于带轮44的两侧，对于滑动组件34在导轨段326的前后两个方向滑动时，导向轮52均可以起到导向的作用。

请参阅图14至图16，本实施例中，滑动组件34还设有张紧轮46，带轮44位于一对张紧轮46之间，同步带36位于张紧轮46与底板326a之间，并且同步带36接触张紧轮46，张紧轮46用于拉伸同步带36以使同步带36接触带轮44的表面。具体的，张紧轮46位于滑动组件34的移动方向上，并且张紧轮46的转轴与带轮44的转轴平行，从而在滑动组件34的移动过程中，张紧轮46与带轮44同时转动。本实施例中，张紧轮46的数量为两个，同步带36在张紧轮46与带轮44之间的环绕方向如图17所示，张紧轮46将接触带轮44的同步带36拉紧，同步带36紧贴带轮44，具体的，同步带36的齿形紧密卡合带轮44的卡合，从而使滑动组件34整体移动，避免打滑，提高能量传递效率。一种实施方式中，张紧轮46与带轮44的转动方向相反，张紧轮46表面光滑，张紧轮46接触同步带36没有齿形的一侧表面，以减小张紧轮46与同步带36之间的摩擦损耗，避免张紧轮46影响同步带36与带轮44的相互作用。

请参阅图14至图16，本实施例中，张紧轮46套设于第一转轴56上，以使张紧轮46与带轮44的相对位置固定。具体的，张紧轮46与第一转轴56转动连接，一种实施方式中，张紧轮46通过滚动轴承与第一转轴56连接，张紧轮46的转动与第一转轴56的转动相互不影响。本实施例中，第一转轴56与带轮44的转轴平行，从而使张紧轮46的转轴与带轮44的转轴平行。将张紧轮46套设在第一转轴56上，无需额外设置结构安装张紧轮46，简单化结构，且有利于减小滑动组件34的重量，降低能耗。

请参阅图10至图13，本实施例中，内导轨驱动组件30还包括第二电机62和托盘64，第二电机62安装于主支架54与托盘64之间，托盘64用于固定连接头部20，第二电机62用于驱动头部20自转。具体的，头部20通过紧固件固定在托盘64上，通过第二电机62可以驱动头部20相对于滑动组件34转动，换言之，通过第二电机62驱动，头部20可以在球体10外实现自转，头部20可以转动面对至任意方向，头部20内设的红外传感器等可以根据使用要求面对不同方向，进行不同工作。

请参阅图18，本实施例中，内导轨驱动组件30还包括导线70，导线70放置于弧形支架32的表面，导线70用于电连接球体10与头部20。具体的，导线70用于传递信号或电源。导线70从球体10内引出，并铺设于弧形支架32的表面，导线70延伸至滑动组件34上，并通过滑动组件34连接至头部20，以向头部20供电或传输信号。本实施例中，主支架54上设有绕线件72，绕线件72位于主支架54沿弧形支架32的延伸方向的两侧，导线70缠绕于绕线件72上，以防止导线70阻碍内导轨驱动组件30移动。具体的，绕线件72位于主支架54上，并与滑动组件34一通运动，导线70在绕线件72上多次折叠、缠绕后再连接至头部20，绕线件72避免滑动组件34运动时，导线70在滑动组件34的前进方向上阻挡滑动组件34前进，或在与滑动组件34的前进方向相反的方向上拉扯滑动组件34，影响滑动组件34前进。

请参阅图2，本实施例中，内导轨驱动组件30还包括防尘盖80，防尘盖80盖合于收容空间326c的开口处，防尘盖80包括沿防尘盖80的长度方向的第一缝隙802，及多个沿防尘盖80的宽度方向的第二缝隙804，第一缝隙802和第二缝隙804相互交错将防尘盖80划分成多个防尘片800，滑动组件34移动时，将滑动组件34所在位置的防尘片800掀起。具体的，防尘盖80为橡胶等可变形材料制成，防尘盖80为长条状，盖合于收容空间326c的开口，从而使防尘盖80、一对侧板326b及底板326a形成四周封闭的空间，同步带36、导线70、导向轮52等全部或部分收容于该空间中。防尘盖80将收容空间326c内部与外界隔开，起到防尘、防水等作用。本实施例中，第一缝隙802沿防尘盖80的长度方向延伸，多个第二缝隙804相互平行，并且第二缝隙804与第一缝隙802相互交错，将防尘盖80上形成多个独立的、可掀起的防尘片800，滑动组件34部分位于收容空间326c内，部分位于收容空间326c外，在滑动组件34所在的位置，防尘片800被掀起，以避免阻挡滑动组件34。一种实施方式中，滑动组件34的主支架54上还设有拨片件82，拨片件82位于主支架54的运动方向的两侧，拨片件82用于在滑动支架运动时，拨片件82先于滑动之间接触防尘片800，并将防尘片800掀起，避免防尘片800阻挡滑动组件34移动。

弧形支架32固定连接球体10，头部20安装于滑动组件34上，滑动组件34在弧形支架32的导轨段326滑动，从而实现头部20在球体10上的相对运动，同步带36与带轮44配合驱动滑动组件34移动，能量传递效率高，滑动组件34在导轨段326的收容空间326c内移动，限制滑动组件34的移动方向且保护滑动组件34，头部20位置可以根据内置的功能器件的工作要求变化，提高了球形机器人100的智能化，人机交流功能的用户体验高，满足家庭机器人的使用要求。

请参阅图1，本申请实施例还提供一种球形机器人100，球形机器人100包括头部20、球体10及本申请实施例提供的内导轨驱动组件30，内导轨驱动组件30位于球体10外，头部20安装于内导轨驱动组件30上。具体的，头部20与球体10通过内导轨驱动组件30连接，球体10内承载驱动装置、电源、平衡机构等装置，球体10内的驱动装置驱动球体10的外壳旋转，依靠球体10外壳的外表面与地面的摩擦力驱使球形机器人100行走，头部20安装在内导轨驱动组件30上，内导轨驱动组件30控制头部20保持在球体10外，且头部20可以在球体10外相对球体10运动。在球体10处于静止状态时，内导轨驱动组件30控制头部20移动到球体10表面的任意位置，同时，内导轨驱动组件30还可以驱动头部20自旋转，从而改变头部20内置的功能器件的工作状态，例如通过改变头部20的位置改变头部20内置的摄像头的拍摄角度等，提高了球形机器人100的智能化。

以上所揭露的仅为本申请几种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本申请之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本申请权利要求所作的等同变化，仍属于申请所涵盖的范围。