球形机器人的制作方法

本发明涉及机械领域，具体涉及一种球形机器人。

背景技术

球形机器人是指利用球体的滚动实现运动的机器人，与地面是单点接触，摩擦阻力小，能量利用效率高，并且可以通过降低重心，从而使球形机器人具有不倒翁特性，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。

球形机器人由于受限于滚动的行走方式，往往运动稳定性不高，而且越障爬坡能力不强，这使得球形机器人在人们的生活领域(如具有大于30度的斜坡或楼梯等障碍)或某些凹凸不平的场地的应用受到极大的限制。

因此，如何提高球形机器人的越障爬坡能力，以增加球形机器人的应用场景和运动稳定性，为业界人士重点研究课题。

技术实现要素：

本发明提供了一种球形机器人，可实现球形机器人越障爬坡、自动调节姿态及增加运动稳定性。

本发明提供了一种球形机器人，包括球形壳体、位于所述球形壳体内的第一驱动件、传动杆及至少一组飞轮组件，所述球形壳体具有轴心，所述球形壳体绕所述轴心转动，以带动所述球形机器人移动，所述传动杆沿所述轴心延伸，所述传动杆连接在所述球形壳体的内壁和所述第一驱动件之间，所述第一驱动件用于驱动所述传动杆绕所述轴心转动，以带动所述球形壳体转动；

所述飞轮组件包括横跨所述轴心的连杆、连接至所述连杆两端的第一飞轮和第二飞轮，所述第一飞轮的偏摆轴和所述第二飞轮的偏摆轴均垂直于所述连杆及所述轴心；

所述球形机器人受到干扰力矩时，通过控制所述第一飞轮和所述第二飞轮反向同步偏摆来输出进动力矩，以克服所述干扰力矩。

本发明提供的一种球形机器人，包括球形壳体、位于所述球形壳体内的第一驱动件、传动杆及至少一组飞轮组件。所述第一驱动件用于驱动所述传动杆绕所述轴心转动，以带动所述球形壳体转动。所述飞轮组件包括横跨所述轴心的连杆、连接至所述连杆两端的第一飞轮和第二飞轮。所述球形机器人受到干扰力矩时，通过控制所述第一飞轮和所述第二飞轮反向同步偏摆来输出进动力矩，以克服所述干扰力矩。由于所述第一飞轮的偏摆轴和所述第二飞轮的偏摆轴均垂直于所述连杆及所述轴心，这样的布局方式使得所述第一飞轮和所述第二飞轮的飞轮半径极大地增加，这样可以增加飞轮的转动惯量，从而增加飞轮组件的进动力矩，进一步提高球形机器人的越障能力和行走平稳性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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附图。

图1是本发明实施例提供的一种球形机器人的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的一种机器人驱动组件的结构示意图。

图3是本发明实施例提供的一种机器人驱动组件的局部结构示意图。

图4是本发明实施例提供的一种身部驱动组件的结构示意图。

图5是本发明实施例提供的一种身部驱动组件的结构示意图。

图6是本发明实施例提供的一种身部驱动组件的局部结构示意图。

图7是本发明实施例提供的一种身部驱动组件的俯视图。

图8是本发明实施例提供的一种飞轮组件的结构示意图。

图9是本发明实施例提供的一种飞轮组件的局部结构示意图。

图10是本发明实施例提供的一种飞轮组件的局部结构示意图。

图11是本发明实施例提供的一种头部驱动组件的结构示意图。

图12是是本发明实施例提供的一种身部驱动组件的截面图。

图13为本发明实施例提供的头部驱动组件的第一视角的结构示意图。

图14为本发明实施例提供的头部驱动组件的第二视角的结构示意图。

图15为本发明实施例提供的头部驱动组件的第三视角的结构示意图。

图16为本发明实施例提供的弧形支架的第一视角的结构示意图。

图17为本发明实施例提供的弧形支架的第二视角的结构示意图。

图18为图17的b－b方向剖视图。

图19为图15的a－a方向剖视图。

图20为本发明实施例提供的滑动组件的第一视角的结构示意图。

图21为本发明实施例提供的滑动组件的第二视角的结构示意图。

图22为本发明实施例提供的滑动组件的第三视角的结构示意图。

图23为图22的c－c方向剖视图。

图24为本发明实施例提供的滑动组件的第一视角的部分结构示意图。

图25为本发明实施例提供的滑动组件的第二视角的部分结构示意图。

图26为图25的d－d方向剖视图。

图27为本发明实施例提供的滑动组件与同步带的位置关系示意图。

图28为本发明实施例提供的头部驱动组件的一种实施方式的结构示意图。

图29是本发明第一实施例提供的一种球形壳体的结构示意图。

图30是本发明第一实施例提供的球形壳体在越障时的结构示意图。

图31是本发明第二实施例提供的一种球形壳体的结构示意图。

图32是本发明第三实施例提供的一种球形壳体的结构示意图。

图33是本发明第三实施例提供的一种球形壳体的局部结构示意图。

图34是本发明第三实施例提供的球形壳体在越障时的一种结构示意图。

图35是本发明第三实施例提供的球形壳体在越障时的另一种结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

请参阅图1及图2，图1是本发明实施例提供的一种球形机器人100。图2是本发明实施例提供的一种球形机器人驱动组件200。所述球形机器人100包括球形壳体10、位于所述球形壳体10外的头部20及球形机器人驱动组件200。所述球形机器人驱动组件200包括身部驱动组件40和头部驱动组件30。所述身部驱动组件40位于所述球形壳体10内，用于驱动所述球形壳体10运动。所述球形壳体10具有轴心l。所述球形壳体10绕所述轴心l转动，以使所述球形机器人移动。所述头部驱动组件30用于驱动所述头部20运动。头部20与球形壳体10通过头部驱动组件30连接，球形壳体10内承载驱动装置、电源、平衡机构等装置，球形壳体10内的身部驱动组件40驱动球形壳体10旋转，依靠球形壳体10的外表面与地面的摩擦力驱使球形机器人100行走，头部20安装在头部驱动组件30上，头部驱动组件30控制头部20保持在球形壳体10外，且头部20可以相对球形壳体10运动。头部驱动组件30控制头部20相对球形壳体10表面呈3自由度偏摆，同时，头部驱动组件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，例如改变头部20的位置及改变头部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。

在其他实施例中，所述球形机器人100可以不包括头部2。即球形机器人100包括球形壳体10和球形机器人驱动组件200，也在本发明的保护范围内。球形机器人驱动组件200可以驱动球形壳体10运动，球形机器人100可以实现越障、爬坡、自动调节姿态等物理运动。

请参阅图2￣图4，图2是本发明实施例提供的一种机器人驱动组件200。图3是机器人驱动组件200局部结构示意图。图4是图2沿ll｀的截面图。所述机器人驱动组件200包括身部驱动组件40和头部驱动组件30。所述身部驱动组件40位于所述球形壳体10内。所述身部驱动组件40包括支撑框架50及固定在所述支撑框架50上的第一驱动件410、传动杆420及至少一组飞轮组件430。

请参阅图2及图3，所述支撑框架50用于安装所述飞轮组件430、第一驱动件410、传动杆420及头部驱动组件30。所述支撑框架50包括承载台51及一对对接的t形架52。承载台51位于所述球形壳体10的球心与地面之间，用于承载飞轮组件等，所述承载台51位于球形壳体10靠近地面的位置，以降低所述球形机器人100的重心并增加所述球形机器人100的行走稳定性。

请参阅图2￣图4，头部驱动组件30和球形壳体10的驱动结构夹设在一对对接的t形架52形成的收容空间内。一对对接的t形架52沿大致垂直于地面的方向将所述球形壳体10分隔并形成左半球101和右半球102。请参阅图4，所述飞轮组件430包括第一飞轮432和第二飞轮433，第一飞轮432和第二飞轮433分别设于所述球形壳体10的左半球101和右半球102中。所述第一飞轮432的偏摆轴l1和第二飞轮433的偏摆轴l2垂直于地面设置，使得所述第一飞轮432和第二飞轮433分别在所述球形壳体10的左半球101和右半球102内偏摆，所述第一飞轮432和第二飞轮433的飞轮半径可以大于或等于所述球形壳体10的半径，相比于第一飞轮和第二飞轮的偏摆轴平行于地面的布局方式，所述第一飞轮432和所述第二飞轮433的飞轮半径极大地增加，这样可以增加飞轮自转时的转动惯量，从而增加飞轮组件430的进动力矩，进一步提高球形机器人100的越障能力和行走平稳性。

在其他的实施方式中，所述身部驱动组件40可以包括多组飞轮组件430，所述多组飞轮组件430的偏摆轴可以垂直于地面或平行于地面设置。

可选的，所述第一飞轮包括飞轮转子、套设于所述飞轮转子外围的转子框架及驱动所述飞轮转子绕其中心轴转动的自转电机，所述自转电机用于带动所述飞轮转子高速旋转。所述第二飞轮的结构与所述第一飞轮的结构可以相同。

请参阅图5，所述传动杆420沿所述轴心ll｀延伸，所述传动杆420的一端固定连接至所述球形壳体10，另一端连接所述第一驱动件410。所述第一驱动件410用于驱动所述传动杆420绕所述轴心ll｀转动，以带动所述球形壳体10转动，所述球形壳体10与地面产生摩擦力，从而驱动所述球形壳体10在地面移动。

请参阅图3、图6及图7，所述第一驱动件410包括套设于所述传动杆420的外围的第一齿轮403、与所述第一齿轮403相啮合的第二齿轮404和第三齿轮405。所述第二齿轮404正对所述第三齿轮405。所述第二齿轮404和第三齿轮405安装于所述一对对接的t形架52上。所述传动杆420横卧在所述一对对接的t形架52之间，以使位于所述传动杆420一端的所述第一齿轮403与所述第二齿轮404和第三齿轮405相啮合。所述第一驱动件410还包括第一电机407和第二电机408。所述第一电机407用于驱动所述第二齿轮404运动，所述第二电机408用于驱动所述第三齿轮405运动，所述第二齿轮404和所述第三齿轮405用于带动所述第一齿轮403转动，以使所述传动杆420转动，从而带动所述球形壳体10转动。

本实施例中，所述传动杆420在第一驱动件410的作用下，产生所述球形机器人100移动的驱动力矩。所述飞轮组件430在球形机器人100遇障时产生帮助所述球形机器人100越障的进动力矩。所述驱动力矩和所述进动力矩可以帮助所述球形机器人100在平地行走时或遇障时，稳定所述球形机器人100的重心，防所述球形机器人100的重心不稳而摔倒，特别是，所述驱动力矩和所述进动力矩促使所述球形机器人100顺利通过较大坡度、坑洼地面、上楼梯等，增加所述球形机器人100的应用场景。

具体而言，在球形机器人100受到较小干扰力矩干扰时，障碍物会对所述球形壳体10产生干扰力矩以阻碍其运动，该干扰力矩通过所述支撑框架50传递至飞轮组件430，高速旋转状态下的所述第一飞轮432和所述第二飞轮433受到所述干扰力矩作用后发生自由偏摆，会产生与所述干扰力矩方向相反的进动力矩以稳定球形机器人100，使得驱动力矩可以全部转递给球壳以实现越障。在球形机器人100受到较大干扰力矩干扰时，所述球形机器人100控制高速旋转下的所述第一飞轮432和所述第二飞轮433以大于自由偏摆时的角速度偏摆，以增大所述进动力矩。所述第一飞轮432和所述第二飞轮433产生的进动力矩通过所述支撑支架50传递至传动杆420，进而与传动杆420的驱动力矩叠加后全部传送至球形壳体10，从而提高球形机器人100的越障爬坡性能及自动调整姿态平衡。

请参阅图8，所述飞轮组件430包括横跨所述轴心ll｀的连杆431，所述连杆431连接于第一飞轮432和第二飞轮433之间。所述连杆431平行于所述承载台51，且所述连杆431和所述承载台51分别位于所述球形壳体10的上半球和下半球。所述第一飞轮432和所述第二飞轮433的两端分别固定至所述连杆431和所述承载台51。所述一对对接的t形架52支撑所述连杆431，所述连杆431横跨所述一对对接的t形架52，以使所述第一飞轮432和第二飞轮433安装于左右半球。

请参阅图8，所述飞轮组件430还包括第三电机434、固定于所述连杆431两端的第四齿轮435和第五齿轮436。所述第一偏摆轴l1和第二偏摆轴l2的一端分别设有第六齿轮437和第七齿轮438。所述第四齿轮435啮合所述第六齿轮437，所述第五齿轮436啮合所述第七齿轮438。所述第三电机434用于带动所述连杆431转动，以带动所述第四齿轮435和第五齿轮436转动，以带动所述第六齿轮437和所述第七齿轮438反向转动，以使所述第一飞轮432和所述第二飞轮433的反向同步偏摆。

所述第三电机434带动所述第一飞轮432和所述第二飞轮433的反向同步偏摆，可以进一步增大所述第一飞轮432和所述第二飞轮433产生的进动力矩，从而提高所述球形机器人100的越障能力。

通过由一个电机和机械齿轮带动所述第一飞轮432和所述第二飞轮433反向同步偏摆，可以减少由两个电机控制反向同步偏摆时出现偏摆延迟、偏摆的反向同步精度低的问题；还可以实现减少电机数量、增大空间利用率及降低整机重量。通过在所述第一飞轮432和所述第二飞轮433之间设置反向同步齿轮组，以带动所述第一飞轮432和所述第二飞轮433反向同步偏摆，使得所述第一飞轮432和所述第二飞轮433之间的偏摆反向同步更加精确，从而使得所述第一飞轮432和所述第二飞轮433之间产生同向的进动力矩，增加球形机器人的稳定性。

请参阅图9及图10，图9及图10是本发明实施例提供的一组飞轮组件430的偏摆刹车的结构示意图。所述球形机器人100包括固定在所述连杆431上的转动轮440。第三电机434通过驱动所述转动轮440转动来驱动所述连杆431转动。所述球形机器人100还包括第四电机441、连接所述第四电机441的第一推杆442、与所述第一推杆442转动连接的第二推杆443、固定于所述第二推443杆上的第一刹车片444、正对所述第一刹车片444的第二刹车片445。所述转动轮440设于所述第一刹车片444与所述第二刹车片445之间。所述第四电机441带动所述第一推杆442转动，以带动所述第二推杆443推拉所述第一刹车片444，所述第一刹车片444与所述第二刹车片445相对靠近，以使所述转动轮440停止转动，以使所述第一飞轮432和所述第二飞轮433停止偏摆。所述飞轮组件430的偏摆刹车，可以在所述球形机器人在遇到较大的阻力力矩(如上楼梯等)时，所述第一刹车片444与所述第二刹车片445相对远离，从而控制所述第三电机434驱动飞轮组件430发生偏摆，以克服较大的阻力力矩而实现越障；在所述球形机器人100越障后，所述第一刹车片444与所述第二刹车片445相对靠近，以使所述转动轮440停止转动，从而控制所述第一飞轮432和所述第二飞轮433停止偏摆。

图11￣图28是本发明实施例提供的头部驱动组件30的结构示意图。

请参阅图11，所述头部驱动组件30包括沿所述轴心ll｀方向贯穿所述传动杆402的主杆331、位于所述球形壳体10外且固定连接至所述主杆331两端的弧形支架32及连接至所述主杆331的第二驱动件332。所述主杆331贯穿所述球形壳体10，所述弧形支架32沿所述球形壳体10的经线方向延伸，且与所述球形壳体10的表面相间隔，以使所述弧形支架32的运动不影响球形壳体10的运动。所述第二驱动件332用于驱动所述主杆331绕所述轴心ll｀转动，以带动所述弧形支架32绕所述球形壳体10偏摆，即所述弧形支架32沿所述球形壳体10的纬线运动。

请参阅图12，所述主杆331贯穿所述传动杆402，所述主杆331与所述传动杆402相对运动，以便于所述传动杆402绕所述轴心ll｀的转动与所述主杆331绕所述轴心ll｀的转动互不受影响，所述主杆331连接至弧形支架32，而所述传动杆402连接至球形壳体10，从而所述弧形支架32绕所述球形壳体10偏摆与所述球形壳体10转动互不受影响。

请参阅图11，所述头部驱动组件30还包括偏摆弹性件409。所述偏摆弹性件409的一端相对所述轴心ll｀固定。所述偏摆弹性件409的一端可以固定在设于所述承载台406上的支架上，且位于所述主杆331之上。所述偏摆弹性件409的另一端固定连接至所述主杆331。可选的，所述偏摆弹性件409可以是弹簧、弹性带等，且工作状态处于拉伸状态。在所述主杆331转动并带动所述弧形支架32偏摆时，所述偏摆弹性件409会随着所述主杆331的转动被拉伸，并产生弹性恢复力以辅助所述弧形支架32复位，减小电机扭矩负载，降低能耗。

请参阅图13￣图17，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。导轨段326包括底板326a和一对侧板326b。头部驱动组件30包括同步带36及滑动连接所述弧形支架32的滑动组件34。滑动组件34与所述一对侧板326b滑动连接。

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用于固定至球形壳体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形壳体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的延伸方向与球形壳体10的经线延伸方向相同，以使弧形支架32及头部20更贴近球形壳体10，提高球形机器人100的整体效果。

请参阅图13￣图17，同步带36贯穿所述滑动组件34，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。

一种可能的实施方式中，请参阅图18，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通过锻压等方式成型，侧板326b和底板326a形成具有开口的收容空间326c。

本实施例中，请参阅图19，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在球形壳体10上移动，且移动过程中滑动组件34与球形壳体10表面的垂直距离不变。

本实施例中，结合图19至图23，滑动组件34还设有第五电机42和带轮44，带轮44位于同步带36与底板326a之间，并抵接至所述同步带36。第五电机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，第五电机42和带轮44安装在滑动组件34上，并且第五电机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。第五电机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，第五电机42驱动滑动组件34在导轨段326移动。

所述弧形支架32固定连接所述主杆331，所述主杆331带动所述弧形支架32绕所述球形壳体10偏摆，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在球形壳体10上左右运动和前后运动，即实现头部20在球形壳体10的球面上3个自由度运动，头部20的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。

在其他的实施方式中，所述导轨段326也可以收容于所述滑动组件34中，即所述滑动组件34中设置收容空间，以使所述导轨段326相对于所述收容空间滑动。

在其他的实施方式中，所述同步带还可以由绳、链等代替。

请参阅图19，滑动组件34设有导向轮52。侧板326b的内壁设有凸起的导轨3200，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24，本实施例中，滑动组件34包括主支架54和导向轮转轴56，主支架54用于安装带轮44和第五电机42，导向轮转轴56转动连接主支架54，一对导向轮52转动连接导向轮转轴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，第五电机42安装于第一主支架542的外部，并且第五电机42连接至带轮44，从而用于驱动带轮44转动。导向轮转轴56转动连接第二主支架544，并且导向轮转轴56可以相对第二主支架544转动。一种实施方式中，导向轮转轴56通过滚动轴承连接第二主支架544。两个导向轮52分别连接至导向轮转轴56的两端，导向轮转轴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，通过导向轮转轴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24至图26，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固定于导向轮转轴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和导向轮转轴56的端部固定连接，在导向轮转轴56相对于主支架54转动时，导向轮52与固定框58形成一个整体与导向轮转轴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固定至导向轮转轴56的端部，每个导向轮转轴56的两端各固定一个固定框58及导向轮52，两个导向轮转轴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24至图27，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的齿形紧密卡合于带轮44，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24至图27，本实施例中，张紧轮46套设于导向轮转轴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与导向轮转轴56转动连接。一种实施方式中，张紧轮46通过滚动轴承与导向轮转轴56连接，张紧轮46的转动与导向轮转轴56的转动相互不影响。本实施例中，导向轮转轴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套设在导向轮转轴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20，本实施例中，头部驱动组件30还包括第六电机62和托盘64，第六电机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，第六电机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，通过第六电机62可以驱动头部20相对于滑动组件34转动，换言之，通过第六电机62驱动，头部20可以在球形壳体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28，本实施例中，头部驱动组件30还包括导线70，导线70放置于弧形支架32的表面，导线70用于电连接球形壳体10与头部20。具体的，导线70用于传递信号或电源。导线70从球形壳体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阻碍头部驱动组件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。

可选的，头部驱动组件30还包括防尘盖(未图示)，防尘盖盖合于收容空间326c的开口处，滑动组件34移动时，将滑动组件34所在位置的防尘片掀起。防尘盖将收容空间326c内部与外界隔开，起到防尘、防水等作用。

图29￣图35是本发明实施例提供的球形壳体的结构示意图。

请参阅图29，所述球形壳体10包括壳体本体11及环绕于所述壳体本体11的越障层12。所述越障层12包括数个凹槽121，所述凹槽121用于在所述球形机器人100越障时与障碍物相卡合，以避免所述球形壳体10在所述障碍物的接触面上打滑，帮助所述球形机器人100越障。

本实施例中，所述壳体本体11可以是刚性壳体，可采用强度高且质轻的材料制成。例如壳体本体11可以采用凯夫拉(聚对苯二甲有酰对苯二胺)、pbo纤维(聚对苯撑苯并二噁唑纤维)、玻璃钢或其他复合材料，或pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)、橡胶、硅胶等其中一种或多种材质组合制成。

在第一种可能的实施方式中，请参阅图29，所述越障层12包括凸设于所述壳体本体11的数个凸条122，所述凸条122沿所述轴心ll｀方向延伸，相邻的所述凸条122之间形成所述凹槽121。

本实施方式中，请参阅图30，在垂直于所述轴心ll｀的方向上，所述凸条122的截面呈梯形，所述凸条122的大端固定至所述壳体本体11，所述凸条122的小端用于接触地面。一方面增加所述凸条122在所述壳体本体11上的牢固性；另一方面，使得所述凹槽121的截面呈v形，这样便于障碍物的尖端处或楼梯的直角尖端卡合于所述凹槽121中，从而可以提高球形机器人100的越障能力。

在第二种可能的实施方式中，请参阅图31，所述越障层12包括凸设于所述壳体本体11的数个凸点123，所述数个凸点123呈阵列排布，相邻的所述凸点123之间形成所述凹槽121。该凹槽121可以卡合楼梯的直角尖端，在球形机器人100中驱动件作用下，所述球形壳体10可以顺利越过该楼梯障碍，从而一步一步登上楼梯，进而增加所述球形机器人100的应用场景和功能。

此外，相邻的凸点123之间形成多个方向延伸的凹槽121，可以用来卡合不规则表面的障碍物。

在以上的两种实施方式中，球形壳体10还可以以凸点123或凸条122为支点，相邻的其他凸点123或凸条122同时提供支撑力和摩擦力。在凸点123或凸条122的卡持、支撑及摩擦的共同作用下，球形壳体10就能够翻越障碍物。

可选的，所述凸点123或凸条122可采用耐撞击、耐磨性好、承载性强、质轻的材料制成。例如，所述凸点123或凸条122可采用橡胶、硬质硅胶、塑胶等。

可以理解的，所述凸点123或凸条122均匀分布于所述越障层12上。

本发明对于凸点123或凸条122之间的间距，所述凸点123或凸条122的具体形状、尺寸和数量不做限定。

在第三种可能的实施方式中，请参阅图32，所述球形壳体10可以包括壳体本体11、环绕所述壳体本体11的弹性层14、连接于所述壳体本体11与所述弹性层14之间的数个加强筋15。相邻的所述加强筋15之间形成掏空区16。在所述球形机器人100越障时，所述弹性层14受到障碍物挤压，被挤入所述掏空区16，带动相邻的所述加强筋15相靠近，以使相邻的所述加强筋15抵顶于所述障碍物，

一种可能的实施方式中，请参阅图33，所述加强筋15呈v形。所述加强筋15包括相交的第一支边151和第二支边152。所述第一支边151与所述第二支边152相交的一端且固定于所述壳体本体10的表面，所述第一支边151与所述第二支边152相远离的一端固定至所述弹性层14。

请参阅图34，一个加强筋15的第一支边151、相邻的加强筋15的第二支边152、弹性层14与所述壳体本体10外表面形成掏空区16。在所述球形机器人100越障时，所述弹性层14受到障碍物挤压，被挤入所述掏空区16，形成凹槽121，带动一个加强筋15的第一支边151与相邻的加强筋15的第二支边152相靠近，以使一个加强筋15的第一支边151与相邻的加强筋15的第二支边152分别抵顶于所述障碍物的两侧，从而将所述障碍物卡合在加强筋15的第一支边151与相邻的加强筋15的第二支边152之间，防止所述球形壳体10在所述障碍物的接触面上打滑，在球形机器人100中驱动件的驱动作用下，球形壳体10相对于所述障碍物滚动，从而促进所述球形机器人100越过障碍物，进而顺利地经过地面障碍物、坑洼地面及顺利登上楼梯、坡面处等。

进一步地，请参阅图35，所述第一支边151、所述第二支边152与所述弹性层14之间形成空隙153，在所述球形机器人100越障时，所述弹性层14受到障碍物挤压，被挤入所述空隙153中，形成凹槽121，带动所述第一支边151与所述第二支边152相靠近，以使所述第一支边151与所述第二支边152抵顶于所述障碍物的两侧，从而将所述障碍物卡合在加强筋15的第一支边151和第二支边152之间，防止所述球形壳体10在所述障碍物的接触面上打滑，在球形机器人100中驱动件的驱动作用下，球形壳体10相对于所述障碍物滚动，从而促进所述球形机器人100越过障碍物，进而顺利地经过地面障碍物、坑洼地面及顺利登上楼梯、坡面处等。

本实施例中，所述加强筋15的刚度大于所述弹性层14的刚度，以使所述弹性层14被挤入所述空隙153或掏空区16时，所述加强筋15可以抵顶于所述障碍物的两侧，而不会被所述障碍物抵压至贴合于壳体本体10，从而实现将所述障碍物卡合在加强筋15的第一支边151和第二支边152之间或加强筋15的第一支边151与相邻的加强筋15的第二支边152之间。此外，球形壳体10还可以以加强筋15为支点，在加强筋15的卡持及支撑的共同作用下，球形壳体10就能够翻越障碍物。

最后应说明的是，以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本申请技术方案的精神和范围。