专利名称：具有稳定平台的可弹跳球形机器人的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种球形机器人，使用重心偏移欠驱动方式运动，具有稳定的平 台，在一定条件下能实现有角度的弹跳，是一种新颖的球形机器人。
背景技术：
目前，已有的球形机器人因其采用的运动方式不同，分为电机直接驱动轮子运动 的球形机器人和电机驱动球壳内重心的改变使球壳运动的欠驱动球形机器人。电机直接驱 动轮子运动的球形机器人与普通履带式机器人无太大差异，仅是加装了一层球形外壳，所 以下述球形机器人不包含此类机器人；而目前已有的使用欠驱动的球形机器人，没有稳定 的平台，使得球形机器人的拓展空间十分有限，而且球形机器人没有弹跳机构，这大大削减 了球形机器人的越障能力。公知的机器人弹跳机构都是通过一定装置，将弹簧等物体储能， 之后通过控制机构使其瞬间爆发，以实现弹跳的目的。但是，这种机构不容易应用在球形机 器人中，而且无法实现连续弹跳，在弹簧储能时需要一定的时间。还有的弹跳机构是利用凸 轮转动产生的惯性进行弹跳，利用这种弹跳方式可以实现连续弹跳，但是这种弹跳方式不 容易控制方向。发明内容为了克服现有的球形机器人没有稳定的平台，无弹跳机构，有弹跳机构的机器人 不能连续弹跳、方向难以控制的不足，本实用新型提供一种结构简单的具有稳定平台的可 弹跳的球形机器人，该机器人不仅能适应复杂的外界环境，而且弹跳效率较高，解决了拓展 空间不足、连续弹跳和弹跳方向控制的问题。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是球形机器人有两个半球壳，半 球壳靠螺纹连接成一个完整的球体，下半球壳嵌有有锁的小球壳，有锁的小球壳靠楔形销 及扭簧固定，上半球壳、下半球壳和有锁的小球壳组成一个完整的内部中空的球，下半球壳 上有3个互成120°角靠扭簧固定的有锁的小球壳，有锁的小球壳另一边靠锁固定，锁是 由一小段带有楔形槽的弧形短杆，一小段压簧以及与之相配的楔形按钮组成，有锁的小球 壳靠扭簧和楔形销固定在球壳上，楔形销安装在有锁的小球壳内部孔中，有锁的小球壳内 侧有与安装楔形销的孔相贯的小孔，孔中放置与楔形销配合的按钮，楔形销尾端安装压簧， 当按钮没有被施加压力时，弹簧保持原长。在球形机器人外球壳内，有一个刚性平台，平台 上固定有轮子、电机、弹跳机构、电池、控制器，平台背面固定有连杆支架结构，平台上在4 个互成90度的方向上靠L形板固定4个轮子，其中两个互成90°的轮子连接电机，作动力 输出轮，4个轮子装配尺寸间隙配合球壳最大半径，与球壳靠重力自然接触，电池、摄像头以 及控制芯片放置在平台之上，弹跳机构固定在平台中心，弹跳机构为平台中心固定套筒，套 筒底端放置一个电磁铁，套筒中心垂直固定一根套筒中心轴，套筒中心轴上套一个直线轴 承，轴承上固定一个永磁体，在套筒中心轴上端固定一个弹簧。上述所有机构固定好之后， 球形机器人重心在平台中心轴上且在平台平面以下。当给电磁铁通电时，永磁铁被排斥，沿杆的方向运动，之后与弹簧接触，使得整个球形机器人弹跳起来。当需要连续弹跳时，只需 给电磁铁间歇通电。当球形机器人外壳被卡主时，通过其中的轮子调整平板的方向，便可调 整球形机器人的弹跳方向。在球壳上有三个信号发射装置，在内部结构上有三个与之对应 的信号接收装置，控制芯片通过判断信号发生装置与信号接收装置的相对位置便可控制电 机使机器人在运动之后回到正常体位。在平台下侧装有三个靠电机控制的连杆机构，连接 着丝杆的电机固定在套筒上，内有轴承的短杆铰接平台上，短杆装配在内有轴承的短杆中， 短杆与短杆外固定连杆。在球形机器人回到正常体位之后，连杆便可触碰球壳上的按钮，将 腿伸出球壳，支撑上部平台。本实用新型的有益效果是，通过弹跳装置大大提高了球形机器人的越障能力，而 且使得球形机器人具有稳定的平台，该机器人不仅能适应复杂的外界环境，而且弹跳效率 较高，解决了拓展空间不足、连续弹跳和弹跳方向控制的问题，为复杂环境探索，如海洋、火 山、夕卜太空探索提供了一种新型的机器人平台。以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的整体外观视图；图2是本实用新型的球壳内部整体视图；图3是本实用新型的中心平台俯视图；图4是本实用新型的弹跳机构对称面正向剖视图；图5是本实用新型的腿部连杆结构；图6是本实用新型的下球壳上小球壳具体结构视图；图中1.信号发射装置，2.上半球壳，3.下半球壳，4.有锁的小球壳，5.信号接收 装置，6.中心平台，7.电机，8. L型板，9.电池，10.弹簧，11.套筒，12.电磁铁，13.轮子， 14.控制器，15.套筒中心轴，16.永磁体，17.直线轴承，18.内有轴承的短杆II，19.连接着 丝杆的电机，20.短杆I，21.连杆，22.扭簧，23.压簧，24.楔形销，25.圆柱按钮。
具体实施方式
图1中，上半球壳2、下半球壳3靠螺纹连接成为一个完整的球壳，上半球壳2嵌有 信号发射装置1，下半球壳3上有3个互成120°角有锁的小球壳4，图6中，有锁的小球壳 4靠扭簧22、楔形销M固定在下半球壳3上，楔形销M安装在有锁的小球壳4内部孔中， 有锁的小球壳4内侧有与安装楔形销M的孔相贯的小孔，孔中放置与楔形销M配合的按 钮25，楔形销M末端顶有压簧23，当按钮25没有被施加压力时，弹簧10保持原长。图2 中，套筒11固定在平台6上，套筒中心轴15上端面安装信号接收装置5，弹簧10固定在套 筒中心轴15上端，永磁体16固定在直线轴承17上，直线轴承17可以在套筒中心轴15上 自由滑动，套筒11底端固定电磁铁12，套筒11下端安装腿及驱动腿的连接着丝杆的电机 19，中心平台6上固定有电池9、控制器14，L型板8将轮子13固定在中心平台6上，4个 轮子13装配尺寸配合球壳最大半径，电机7固定在中心平台6上，与轮子13相连，轮子13 与球壳靠重力自然接触。图5中，连接着丝杆的电机19固定在套筒11上，内有轴承的短杆 II 18铰接平台6上，短杆I 20装配在内有轴承的短杆II 18中，短杆I 20与短杆II 18外固定连杆21。 具体工作方式通过调节电机7带动轮子13转动，使中心平台6朝不同的方向倾 斜，球壳内重心发生改变，球形机器人开始运动，当球形机器人遇到障碍物被卡住时，控制 器14控制电机7使中心平台6偏转一定角度，控制器14控制电磁铁12通电，永磁体16被 排斥，沿套筒中心轴15运动，上部弹簧10起缓冲作用，整个机器人实现弹跳越出障碍；机器 人运动到目标位置之后，控制器14计算信号发射装置1与信号接收装置5的相对距离，控 制电机7使球形机器人回到稳态，控制下端连接着丝杆的电机19，丝杆推动连杆21运动，短 杆I 20从内有轴承的短杆II 18中伸出触碰到圆柱按钮25，楔形销M缩回，有锁的小球 壳4打开，短杆I 20继续伸长接触到地面，将整个球形机器人撑起，中心平台6成为稳定平 台，机器人完成工作后，电机19反转，丝杆拉动连杆21收回，短杆I 20缩回球壳，扭簧22 带动有锁的小球壳4回到原位，楔形销M将有锁的小球壳4卡死，球形机器人可继续实现 运动。
权利要求1.一种球形机器人，其特征是上半球壳0)，下半球壳C3)靠螺纹相连，球壳内，有一 刚性平台(6)，平台(6)上固定有轮子(13)、电机(7)、弹跳机构、电池(9)、控制器(14)，平 台背面固定有连杆支架结构，球壳上有信号发射装置(1)，球壳内部结构上有信号接收装置 (5)，下半球壳(3)嵌有有锁的小球壳G)，有锁的小球壳⑷靠楔形销04)及扭簧02)固 定，上半球壳0)、下半球壳(3)和有锁的小球壳(4)组成一个完整的内部中空的球，刚性平 台(6)上轮子(13)成90°分布，其中两个互成90°角的轮子(13)连接电机(7)，弹跳机构 固定在平台(6)中心，上述所有机构固定好之后，球形机器人重心在平台(6)中心轴上且在 平台(6)平面以下，四个轮子(1 装配尺寸间隙配合球壳最大直径。
2.根据权利要求1所述的球形机器人，其特征是套筒(11)底端固定电磁铁(12)， 套筒(11)中心垂直固定一根套筒中心轴(15)，套筒中心轴(1 上套直线轴承(17)，轴承 (17)上固定永磁体(16)，在套筒中心轴(15)上端固定弹簧(10)。
3.根据权利要求1所述的球形机器人，其特征是连接着丝杆的电机(19)固定在套 筒(11)上，内有轴承的短杆11(18)铰接平台(6)上，短杆I OO)装配在内有轴承的短杆 11(18)中，短杆K20)与短杆11(18)外固定连杆(21)。
4.根据权利要求1所述的球形机器人，其特征是在球壳上嵌有信号发射装置(1)，在 内部机构中装有一一对应的信号接收装置(5)。
5.根据权利要求1所述的球形机器人，其特征是有锁的小球壳(4)靠扭簧0 和楔 形销04)固定在球壳上，楔形销04)安装在有锁的小球壳内部孔中，有锁的小球壳 (4)内侧有与安装楔形销04)的孔相贯的小孔，孔中放置与楔形销04)配合的按钮(25)， 楔形销04)尾端安装压簧(23)，当按钮05)没有被施加压力时，弹簧(10)保持原长。
专利摘要本实用新型公开了一种球形机器人，使用重心偏移欠驱动方式运动，具有稳定的工作平台，在一定条件下能实现有角度的弹跳，是一种新颖的球形机器人，它是在球壳内，放置一个带四个轮子的平台，轮子装配尺寸与球壳最大半径相配合，当电机驱动轮子转动，球壳重心改变，整个机器人发生运动。平台上固定一个套筒，套筒里有永磁铁，套筒底端固定电磁铁。当给电磁铁通电时，永磁铁被排斥，实现整体机构的弹跳，套筒下端固定连杆机构，连杆机构通过电机驱动，在需要时伸出球壳之外，将中心平台支撑为稳定的工作平台。
文档编号B62D57/04GK201825146SQ20102021444
公开日2011年5月11日 申请日期2010年5月31日 优先权日2010年5月31日
发明者唐艳华, 姜世平, 应超, 王政, 翟英超 申请人:燕山大学