一种球形机器人及其驱动装置的制作方法

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种球形机器人及其驱动装置。

背景技术：

机器人(robot)是自动执行工作的机器装置，它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。

近年来机器人的应用领域越来越多，在许多的环境中都能看到机器人的身影，机器人的运动形式也越发多样化。球形机器人因其结构的封闭性、全向运动的能力、不会侧翻等特征，适用于潮湿、多尘和崎岖的环境。

驱动装置是驱使球形机器人执行机构运动的机构，按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人进行动作。

现有的球形机器人驱动装置设计不合理，导致球形机器人运动过程不稳定、不易控制。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种球形机器人及其驱动装置，旨在解决现有驱动装置设计不合理导致运动不稳定、不易控制等问题。

本发明的技术方案如下：

一种球形机器人的驱动装置，所述球形机器人包括一球形外壳、位于所述球形外壳内的定位柱，所述定位柱包括固定部、穿过固定部并竖直向下延伸的缓冲部以及固定在缓冲部下端的连接部，所述缓冲部的外周侧套设有弹簧且弹簧的上下两端分别抵住固定部的底面和连接部的顶面，其中，所述驱动装置设置在定位柱的底部，所述驱动装置包括电机盒、设置在电机盒内部的电机、电池盒、设置在电池盒内部的电池以及驱动轮；所述电机盒位于驱动装置的底部，所述电池盒位于电机盒的顶部，所述驱动轮位于电机盒的两侧，所述电池盒顶部的两侧设置有定位孔，所述定位柱的连接部插接于定位孔内且凸出于定位孔，并贴合于定位孔的内壁；所述驱动轮的外侧为倾斜设置，并与球形外壳内壁形状相适配，所述电机设置有两个且为减速电机，分别用于驱动所述两个驱动轮；所述电池与所述两个电机电性连接，所述电机启动后转动带动所述驱动轮转动，所述驱动轮通过摩擦力驱动球形外壳移动。

所述的球形机器人的驱动装置，其中，所述驱动装置通过柔性垫片柔性抵住于球形外壳内壁。

所述的球形机器人的驱动装置，其中，柔性垫片为柔性橡胶材质。

所述的球形机器人的驱动装置，其中，所述驱动轮朝向电机的一侧设置有一齿轮骨架以及固定于齿轮骨架外周侧的第一齿轮，电机的转动轴的外周侧固定有第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮相互配合。

所述的球形机器人的驱动装置，其中，第一齿轮的外周侧截面积大于第二齿轮的外周侧截面积。

所述的球形机器人的驱动装置，其中，两个驱动轮通过一横轴连接齿轮骨架且横轴穿过齿轮骨架，并固定于电机盒的顶部中央区域。

一种球形机器人，其中，包括如上任一项所述的驱动装置。

有益效果：本发明通过对驱动装置进行改进，利用两个形状与球形外壳内壁相适配的驱动轮带动球形机器人整体移动，且两个驱动轮可由各自电机单独控制，所以可更容易控制球形机器人的转向等动作，即本发明的球形机器人能够更稳定的运动，且更易控制。

附图说明

图1为本发明的球型机器人的优选实施例的正视结构示意图；

图2为本发明的球型机器人的优选实施例的定位柱结构示意图

图3为本发明的球型机器人的优选实施例的侧视结构示意图；

图4为本发明的球型机器人的优选实施例的内部主要结构正面示意图；

图5为本发明的球型机器人的优选实施例的内部主要结构侧面示意图。

具体实施方式

本发明提供一种球形机器人及其驱动装置，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1为本发明一种球形机器人的较佳实施例的结构示意图，所述球形机器人1包括一球形外壳10、位于所述球形外壳10内的定位柱11，如图2所示，所述定位柱11包括固定部111、穿过固定部111并竖直向下延伸的缓冲部112以及固定在缓冲部112下端的连接部113，所述缓冲部112的外周侧套设有弹簧且弹簧的上下两端分别抵住固定部111的底面和连接部113的顶面，所述驱动装置12设置在定位柱11的底部且驱动装置12柔性抵住于球形外壳10内壁，结合图3至图5所示，所述驱动装置12包括电机盒121、设置在电机盒121内部的电机124、电池盒122、设置在电池盒122内部的电池125以及驱动轮123；电机盒121位于驱动装置12的底部，电池盒122位于电机盒121的顶部，驱动轮123位于电机盒121的两侧，所述电池盒122顶部的两侧设置有定位孔，所述定位柱11的连接部113插接于定位孔内且凸出于定位孔，并贴合于定位孔的内壁。

所述固定部111为圆环柱体状，缓冲部112穿过固定部111的内环通孔且与固定部111可活动接触，且缓冲部112的顶端的外周截面积大于固定部111的内环通孔的截面积；连接部113的顶端为凸缘帽端，连接部113的中端为圆柱状，连接部113的底端为凸半球状，其中连接部113的顶端外周侧截面积大于中端的外周侧截面积，连接部113为一体成型结构。另外可选的，考虑于缓冲部112的经济性和实用性，缓冲部112为一具有凸缘帽端的限位螺丝。

所述驱动轮123的外侧为倾斜设置，并与球形外壳10内壁形状相适配，所述电机124设置有两个且为减速电机，分别用于驱动所述两个驱动轮123；所述电池125与所述两个电机124电性连接，所述电机124启动后转动带动所述驱动轮123转动，所述驱动轮123通过摩擦力驱动球形外壳10移动。

所述驱动轮123的形状设置成与球形外壳10内壁形状相适配，可以使驱动轮123完全紧贴球形外壳10内壁，从而增大驱动轮123与球形外壳10内壁的摩擦了，进而使球形机器人能够及时的响应驱动轮123的驱动动作并进行各种前行、后退等动作。同时驱动轮123的形状与球形外壳10内壁形状相适配，所以驱动轮123的运动过程可以完整的传递到球形外壳10上，所以可使球形机器人的运动过程更稳定，而不会产生晃动、震动等情况。

另外，所述驱动轮123还可以制成镂空形状，以便降低重量，提高转动效率。

优选的，所述驱动装置12通过柔性垫片柔性抵住于球形外壳10内壁，所述柔性垫片可制成与驱动轮123一致的形状，即利用柔性垫片包裹所述驱动轮123，从而对驱动轮123的转动过程进行缓冲，优选的，所述柔性垫片可包裹住驱动轮123的侧边，即与球形外壳10内壁接触的斜边(非直线的斜边，而是带有弧度的斜边，弧度与球形外壳10相匹配)，这样所述柔性垫片形成外侧为倾斜形状的圆环结构，所述柔性垫片的厚度可以是0.2mm～2mm，例如0.5mm，以实现最优的缓冲作用，同时也不影响转动的传导过程。进一步，柔性垫片为橡胶材质的柔性材料，例如丁晴橡胶。

所述驱动轮123的宽度优选为2mm～10mm，例如为8mm，以便能与球形外壳10内壁尽可能具有较大的接触面积，同时也能提高驱动效率。所述驱动轮123的半径可以是10mm～30mm，例如20mm，具体可以根据球形机器人的半径来确定，例如驱动轮123的半径可以是球形机器人半径的1/4～1/2，例如1/3，以便使球形机器人运动更稳定。

所述驱动轮123朝向电机124的一侧设置一齿轮骨架1232以及固定于齿轮骨架1232外周侧的第一齿轮1231，电机124的转动轴的外周侧固定有第二齿轮1241，第一齿轮1231和第二齿轮1241相互配合。

为了使得本实施例的移动更为精准，第一齿轮1231的外周侧截面积大于第二齿轮1241的外周侧截面积。这样，第二齿轮1241转动多圈后，才能带动第一齿轮1231转动一圈。

优选的，两个驱动轮123通过一横轴连接齿轮骨架1232且横轴穿过齿轮骨架1232，并固定于电机盒121的顶部中央区域。

由于缓冲装置13抵住球形外壳10的内壁，使得本优选实施例在移动时，驱动装置12始终趋于稳定状态。

本优选实施例的工作原理是：

首先，开启电源并启动驱动装置12，驱动装置12中的电机124开始运作，电机124的转动轴驱动第二齿轮1241转动，第二齿轮1241带动与第二齿轮1241竖直咬合的第一齿轮1231运转，第一齿轮1231驱动驱动轮123转动；

然后，驱动轮123与互相接触的球形外壳10产生摩擦力，从而使得驱动轮123驱动球形壳体10于地面或水中移动。

当本优选实施例需要转弯时，两个电机124采取反向转动的方式转动即可，即两个电机124的转动方向相反，从而带动相应的驱动轮123沿相反方向运动，从而实现转弯动作。

所述球形外壳10内还设置有缓冲装置13和摄像头组件14。

缓冲装置13设置在定位柱11的顶部且缓冲装置13柔性抵住于球形外壳10内壁，其包括缓冲支架131和缓冲轮132，缓冲轮132设置在缓冲支架131的两侧。

摄像头组件14，包括摄像头141和摄像头pcb板142，摄像头141设置在缓冲装置13的前端；摄像头pcb板142设置在定位柱11之间。

其中，摄像头141与摄像头pcb板142通过柔性电路板连接，固定部111为定位柱11的顶部，连接部113为定位柱11的底部，固定部111与缓冲支架131的两侧固定连接，连接部113与电池盒122顶部的两侧插接。可选的，固定部111与缓冲支架131为一体成型结构。

具体的，电池盒122顶部的两侧设置有定位孔，定位柱11的连接部113插接于定位孔内且凸出于定位孔，并贴合于定位孔的内壁；缓冲支架131包括一支架平台1311和设置在支架平台1311两侧的支撑板1312，定位柱11的固定部111设置在支撑板1312靠近支架平台1311的一侧，且固定部111的上下端均凸出于支撑板1312。

可选的是，缓冲装置13也通过柔性垫片柔性抵住于球形外壳10内壁，柔性垫片可以是柔性橡胶等其它柔性材料。

在本优选实施例中，摄像头组件14还包括一顶部具有第一摄像头卡槽的支架143，支架143竖直地固定于电池盒122的前端顶部，摄像头141固定于第一摄像头卡槽内且位于缓冲装置13的前端，具体的，摄像头141设置缓冲支架131的支架平台1311的正前方。为了使得摄像头141更为稳定，可选的，支架143与电池盒122为一体成型结构。

在本优选实施例中，支撑板1312远离支架平台1311的一侧设置有一镂空的容纳空间，容纳空间的两侧设置有两个凸块，缓冲轮133位于容纳空间内并通过一连接轴可转动的固定于两个凸块之间。

另外，由于摄像头pcb板142的上面会安装布置相应的电子元件，为了让电子元件能有足够的空间安装，在本优选实施例中，支架平台1311的底面高于支撑板1312的顶面，摄像头pcb板142的后端与电池盒122的后端通过连接柱固定连接。

可以理解的是，本优选实施例在移动的过程中，缓冲装置13对驱动装置12起到一个稳定运行的作用，具体的，由于缓冲装置13和驱动装置12均抵住球形外壳10的内壁，且缓冲装置13通过定位柱11下压驱动装置12，使得本优选实施例在移动时，驱动装置12始终趋于稳定状态。

另外，当本优选实施例在移动中遇到冲击或跌落时，由于定位柱11中的弹簧的作用，且缓冲装置13和驱动装置12又均抵住球形外壳10的内壁，使得本优选实施例在产生振荡时，缓冲装置13通过定位柱11的弹簧对驱动装置12产生一个缓冲的作用，从而避免了驱动装置12受损。

在转动过程中，缓冲装置13对驱动装置12起到稳定的作用，一方面，缓冲装置13下压驱动装置12，使得驱动装置12始终稳定地处于球型壳体10的底部，另一方面，缓冲轮133与驱动轮123上下对应且竖直设置，使得本优选实施例内部结构整体性趋于平衡且稳定；

当本优选实施例捕抓到需要的图像时，便停止移动，让位于缓冲支架131的支架平台1311正前方的摄像头141进行拍摄。

本发明所提供的球形机器人的驱动装置即前述内容中的驱动装置部分，不再赘述。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。