一种用于球型机器人的变重心水驱动机构及方法与流程

1.本发明属于球形机器驱动技术领域，具体涉及一种用于球型机器人的变重心水驱动机构及方法。


背景技术：

2.传统球型机器人需要移动时一般有两种方式，一种是通过内部曲柄摇臂不停的摆动来改变球型机器人的重心，以此达到移动的目的。但是这种驱动机器人移动的方式过于笨重，需要质量较大的曲柄摆臂才能带动球型机器人重心的变化，且变化的幅度只能在摆臂摆动的范围内。因此，此种方式受限于较大质量的球型机器人且受限于大质量带来的快速能量的消耗，只能短距离移动。另一种是内部带有电机驱动轮，通过驱动轮去球型机器人的内壁摩擦来驱动球型机器人的移动。但是这种驱动机器人移动的方式是通过驱动轮与球型机器人内壁的摩擦来实现的，这中驱动方式会加速驱动轮以及机器人内壁的磨损，缩短移动机器人的使用寿命。
3.球型机器人作业时受限于自身体积的原因，其内部驱动其移动的能源有限。为了保证球型机器人作业的时间以及范围，需要驱动球型机器人的驱动机构在保证能够正常驱动机器人移动，具有能时刻根据球型机器人移动的方向来改变重心的能力。并且该机构要有一定的轻便、节约能源的特点，能保证球型机器人的作业时长以及作业范围。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种节能且磨损小的用于球型机器人的变重心水驱动机构及方法。
5.基于上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于球型机器人的变重心水驱动机构，包括空心球状的外壳，外壳的内壁上均布有六个正向水箱，任意相邻的两个正向水箱与外壳中心的连线均垂直；外壳的中心设置有中央水箱，每个正向水箱均与中央水箱连通；每个正向水箱与中央水箱之间均设置有水泵。
6.进一步的，外壳的内壁上均布有八个斜向水箱，每个斜向水箱和外壳中心的连线与相邻的正向水箱和外壳中心的连线之间的夹角均相等；每个斜向水箱均与中央水箱连通，每个斜向水箱与中央水箱之间均设置有水泵。
7.进一步的，正向水箱和斜向水箱均为气囊型结构。
8.进一步的，外壳内设置有力平衡传感器、重力传感器和gps定位器。
9.上述的用于球型机器人的变重心水驱动机构的方法，包括以下步骤：步骤1，确定目标位置，规划移动路线；步骤2，控制球形机器人沿着移动路线滚动；步骤3，控制球形机器人停止滚动，到达目标位置。
10.进一步的，在步骤2中，控制球形机器人沿着移动路线滚动的方法包括以下两步：
第一步，控制水泵将后部的正向水箱和斜向水箱内的水抽入中央水箱，同时将中央水箱内的水抽入前部的正向水箱和斜向水箱；前部的正向水箱和斜向水箱变重并向下滚动，同时带动外壳和球形机器人滚动；当力平衡传感器和重力传感器检测到变重的正向水箱和斜向水箱滚动到壳体的最低位置时，控制水泵将此水箱内的水抽入中央水箱，同时将中央水箱内的水抽入前部的正向水箱和斜向水箱，循环步骤2.1。
11.第二步，当球形机器人向左偏移出移动路线时，将左前部的正向水箱和斜向水箱内的水抽入中央水箱，同时将中央水箱内的水抽入右前部的正向水箱和斜向水箱；当球形机器人向右偏移出移动路线时，将右前部的正向水箱和斜向水箱内的水抽入中央水箱，同时将中央水箱内的水抽入右前部的正向水箱和斜向水箱。
12.进一步的，在步骤3中，控制机器人停止移动的方法为：控制水泵将前部的正向水箱和斜向水箱内的水抽入中央水箱，同时将中央水箱内的水抽入后部的正向水箱和斜向水箱；后部的正向水箱和斜向水箱变重并向使外壳减速直到外壳停止，然后停止水泵抽水。
13.进一步的，球形机器人按照移动路线滚动的方向为前方，外壳上与前方垂直的轴截面定义为中间截面，中间截面前方为外壳的前部，中间截面之后为外壳的后部。
14.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：1、本发明能够替代传统的球型机器人驱动机构，用部分水箱之间少量水的交换来最大限度的改变球型机器人的重心促使机器人移动。
15.2、本发明改变球型机器人重心的机构不同于传统的驱动轮与机器人内壁摩擦来驱动的方式，其通过水泵交换不同水箱内的水分来改变球型机器人的重心来驱使机器人移动。此方法避免了对球型机器人内壁以及其它部件的磨损，机构简单可靠，能进一步提高球型机器人的使用寿命。
16.3、本发明改变球型机器人重心的机构不同于传统曲柄摇臂机构，用紧贴球型机器人内表面的多个水箱替代较为笨重的曲柄摇臂来改变机器人的重心。相同体积下，最大限度了发挥球型机器人的使用时长以及作业范围。
17.综上，本发明通过改变球型机器人的重心来驱动机器人的移动，不在像传统的移动机器人通过轮毂与机器人内表面的摩擦来驱动，无损耗情况的发生。且本发明通过抽取不同水箱的水来改变重心的方式为内循环方式，只需交换改变不同水箱的水量来驱动机器人的移动，一定程度上保护了内部机构不受外界环境的侵蚀，且变重心的方式不需要驱动电机连续工作，一定程度上节省了能源，增加了球型机器人的移动距离。
附图说明
18.图1为本发明实施例1的示意图；图2为本发明实施例1的半剖主视图；图3为本发明实施例1的半剖轴测图；图4为本发明实施例1的控制重心驱动设备的半剖轴测图；图5为本发明实施例1的控制重心驱动设备主视图；图6为本发明实施例1的控制重心驱动设备半剖主视图。
19.图中：控制重心驱动设备1、正向水箱2-1、斜向水箱2-2、外壳3、管道4、正向水泵5-1、斜向水泵5-2、中央水箱6。
具体实施方式
20.实施例1一种用于球型机器人的变重心水驱动机构，如图1-6所示，包括空心球状的外壳，外壳的内壁上均布有六个正向水箱，任意相邻的两个正向水箱与外壳中心的连线均垂直；外壳的中心设置有控制重心驱动设备，控制重心驱动设备包括中央水箱，还包括pc。每个正向水箱均通过管道与中央水箱连通；每个中央水箱上均设置有与管道和正向水箱连通的正向水泵。
21.进一步的，外壳的内壁上均布有八个斜向水箱，每个斜向水箱和外壳中心的连线与相邻的正向水箱和外壳中心的连线之间的夹角均相等；每个斜向水箱均通过管道与中央水箱连通，每个中央水箱上均设置有与管道和斜向水箱连通的斜向水泵。正向水箱和斜向水箱均为气囊型结构。正向水泵和斜向水泵均通过线与pc连接，外壳内设置有与pc连接的gps定位器和多个力平衡传感器、重力传感器，用于接收球型机器人移动的信号，并传给控制重心驱动设备内部的pc进行数据处理。。
22.实施例2一种用于球型机器人的变重心水驱动机构的方法，包括以下步骤：步骤1，确定目标位置，规划移动路线；定义球形机器人按照移动路线滚动的方向为前方，外壳上与前方垂直的轴截面定义为中间截面，中间截面前方为外壳的前部，中间截面之后为外壳的后部；使用pc判断每个正向水泵、斜向水泵、正向水箱和斜向水箱的位置，确定每个正向水泵、斜向水泵、正向水箱和斜向水箱位于前部或后部、左部、右部。
23.步骤2，控制球形机器人沿着移动路线滚动；步骤2.1，pc控制正向水泵和斜向水泵将后部的正向水箱和斜向水箱内的水抽入中央水箱，同时将中央水箱内的水抽入前部的正向水箱和斜向水箱；前部的正向水箱和斜向水箱变重并向下滚动，同时带动外壳和球形机器人滚动；当力平衡传感器和重力传感器检测到变重的正向水箱和斜向水箱滚动到壳体的最低位置时，控制正向水泵和斜向水泵将此水箱内的水抽入中央水箱，同时将中央水箱内的水抽入前部的正向水箱和斜向水箱，循环步骤2.1。
24.步骤2.2，当球形机器人向左偏移出移动路线时，将左前部的正向水箱和斜向水箱内的水抽入中央水箱，同时将中央水箱内的水抽入右前部的正向水箱和斜向水箱；当球形机器人向右偏移出移动路线时，将右前部的正向水箱和斜向水箱内的水抽入中央水箱，同时将中央水箱内的水抽入右前部的正向水箱和斜向水箱。
25.步骤3，控制球形机器人停止滚动，到达目标位置；控制正向水泵和斜向水泵将前部的正向水箱和斜向水箱内的水抽入中央水箱，同时将中央水箱内的水抽入后部的正向水箱和斜向水箱；后部的正向水箱和斜向水箱变重并向使外壳减速直到外壳停止，然后停止正向水泵和斜向水泵抽水。