制电磁铁4来控制其中的四足完成滚动运动状态，具体地，运动足22和23相继向地面蹬踏产生反作用力，成为滚动的驱动力，足21和24侧向伸出，用来保持/修正球体的滚动方向。当足22滚过地面后缩回，下一个触地足23继续伸出、并在产生滚动后缩回，循环往复，提供循环不断滚动的驱动力。通过控制电磁铁4使足21和足24伸出量不一致，可以控制机器人滚动走向。
[0034]图5是根据本发明的实施例的球形结构探测机器人的跳跃运动状态的原理示意图。
[0035]如图5所示，控制模块9通过控制电磁铁4来控制其中的三足完成跳跃状态，运动足31至33在需要跳跃时突然伸出，实现伸出动能向机器人本体跳跃势能的转换。可控制其电磁铁4的伸缩量不一致(即，通过调整每个足的伸出距离)，可以控制机器人跳跃的方向。
[0036]图6是根据本发明的实施例的球形结构探测机器人的控制原理示意图。
[0037]如图6所示，根据本发明的实施例，机器人控制系统由以嵌入式计算机为核心的电磁铁驱动控制系统及其传感器组成。在嵌入式计算机通过驱动放大电路将控制信号放大从而控制各个电磁铁(I至12)伸缩，每一个电磁铁对应一个驱动端口，并具有单独的地址，因此机器人每一个足都对应有其单独地址(ID)，共12个。机器人搭载有应变压力传感器，用于感知机器人表面是否与地面接触，并能够判断机器人的位置姿态。信号处理电路用于接收应变压力传感器的传感信号，并将其转换为数字信号传送到嵌入式计算机。视频采集模块用于拍摄周围环境，由嵌入式计算机接收并发送到用户终端(例如，遥控器)，并根据地形数据调整机器人的运动方式。
[0038]根据本发明的实施例，所述球形机器人通过应变压力传感器(I至12)，可以感知机器人某一足与地面是否接触。将其ID反馈回计算机后，计算机可以判断出机器人哪些足是处于接触地面状态，从而可以判断出机器人与地面之间的姿态。机器人计算机根据预设的行走目标以及当前的姿态，判断下一步哪些足应该伸出及伸出多少，并把ID发给相应的电磁铁驱动端口。在驱动放大电路获得相应的控制命令后，将其转化为驱动信号，控制电磁铁伸缩，从而实现下一步动作。如此反复，实现了机器人的运动。
[0039]根据本发明的实施例，通过用户终端(例如，各种手持设备)来遥控实现对机器人的运动控制，当用户(遥控人员)判断机器人通过滚动即可通过当前地面环境时，则控制机器人进行滚动。如果遥控人员判断机器人无法滚动过当前地面环境时，则可以尝试通过跳跃的方式通过。
[0040]下面举例说明机器人的运动控制方式和步骤。
[0041]由遥控人员为机器人确定行驶方向后，由触地足伸出，将机器人向前撑，机器人产生滚动，当下一个足接触地面后，伸出足开始收回，新的触地足伸出，从而实现直线滚动。当需要调整方向时，触地足侧方的足伸出，将机器人向转向方向支撑，从而产生转向滚动。机器人根据触地端的压力传感器的压力变化判断足端是否与地面接触以及与地面接触的程度。
[0042]机器人方向的判断方法:根据每个足外端面上加装的贴片式压力应变片的数值，可以判定那个足是处于与地面接触的状态的。通过比较计算相邻足的压力值大小，可以计算出机器人与地面的相对姿态，从而进一步判断机器人按照遥控人员指令进行滚动行驶时，是否需要姿态的调整以及采用哪种运动状态进行调整。
[0043]综上所述，本领域的技术人员能够理解，对本发明的上述实施例能够做出各种修改、变型、以及替换，其均落入如所附权利要求限定的本发明的保护范围。例如，尽管上面例举了多块五边球形壳体与六边球形壳体拼接成球形这样的【具体实施方式】，但本领域的技术人员能够理解，还可以采用其它各种形状的壳体进行拼接，所述形状包括但不限于三角形、四边形、七边形……等等。
【主权项】
1.一种球形结构探测机器人，包括第一多边球形壳体(I)、第二多边球形壳体(2)、电磁铁⑷， 其中，第一多边球形壳体(I)、第二多边球形壳体(2)共同拼接成完整球形外壳， 其中，电磁铁(4)的铁芯沿球形径向设置，其一端固定在第一多边球形壳体(I)的内壁，通过电磁铁(4)的铁芯的伸缩来控制第一多边球形壳体(I)沿球形径向的伸缩。
2.根据权利要求1所述的球形结构探测机器人，其中，第一多边球形壳体(I)是五边球形壳体(I)，第二多边球形壳体(2)是六边球形壳体(2)，其按照常规的足球拼接方式，拼接成完整球形外壳。
3.根据权利要求2所述的球形结构探测机器人，还包括电磁铁支撑骨架(3)、电磁铁固定块(5)、防尘罩(6)、控制模块(9)、电源(8)、控制仓(7)， 其中，电磁铁(4)通过电磁铁固定块(5)安装在五边球形壳体(I)的内壁中心位置，沿着球体径向设置， 其中，电磁铁支撑骨架(3)为与球形外壳图案一致且同心的小半径结构，电磁铁(4)的铁芯能够在球形外壳以及电磁铁支撑骨架(3)之间作径向运动， 防尘罩(6)贴合在球形外壳内壁上，形状和壳体结构一致，中心预留安装电磁铁⑷的电磁铁固定块(5)， 电源⑶和控制模块(9)固定安装在控制仓(7)内部，其共同位于球形的球心， 控制模块(9)连接到每个电磁铁(4)、并控制每个电磁铁(4)的铁芯的伸缩。
4.根据权利要求3所述的球形结构探测机器人，其中，控制模块(9)通过控制电磁铁(4)来控制彼此相邻的四个五边球形壳体(I)的伸缩。
5.根据权利要求4所述的球形结构探测机器人，其中，控制模块(9)通过控制电磁铁(4)来控制所述四个五边球形壳体(I)中的两个沿前后运动方向依次伸缩，另两个相对于前后运动方向而侧向伸缩。
6.根据权利要求3所述的球形结构探测机器人，其中，控制模块(9)通过控制电磁铁(4)来控制彼此相邻的三个五边球形壳体(I)的同步伸缩。
7.根据权利要求1所述的球形结构探测机器人，其中，控制模块(9)包括嵌入式计算机、信号处理电路、视频采集模块、应变压力传感器， 其中，应变压力传感器被安装在每个第一多边球形壳体(I)和第二多边球形壳体(2)的端面上，用于感知球形结构探测机器人的球形表面是否与地面接触，由此判断球形结构探测机器人的位置姿态，其中，将与地面接触的第一多边球形壳体(I)确定为触地足， 信号处理电路用于接收应变压力传感器的传感信号，并将其转换为数字信号传送到嵌入式计算机， 视频采集模块用于拍摄周围环境，由嵌入式计算机将视频采集模块拍摄的图像发送到用户终端。
8.根据权利要求7所述的球形结构探测机器人，其中，控制模块(9)通过以下控制步骤控制球形结构探测机器人的滚动运动: 在确定机器人的运动方向之后，触地足伸出，当有下一个触地足接触地面时，伸出的触地足开始收回，新的触地足伸出，从而实现直线滚动， 当需要转向时，触地足侧方的第一多边球形壳体(I)伸出，将机器人向转向方向支撑，从而产生转向滚动。
9.根据权利要求8所述的球形结构探测机器人，其中，控制模块(9)通过以下步骤判断球形结构探测机器人的姿态: 根据每个第一多边球形壳体(I)的应变压力传感器的传感数值，计算出球形结构探测机器人与地面的相对姿态。
【专利摘要】本申请公开了一种新型球形机器人，包括第一多边球形壳体(1)、第二多边球形壳体(2)、电磁铁(4)，其中，第一多边球形壳体(1)、第二多边球形壳体(2)共同拼接成完整球形外壳，其中，电磁铁(4)的铁芯沿球形径向设置，其一端固定在第一多边球形壳体(1)的内壁，通过电磁铁(4)的铁芯的伸缩来控制第一多边球形壳体(1)沿球形径向的伸缩。本申请的球形机器人的有益效果主要在于：克服现有球形机器人运动足布置不均匀、驱动机构设置复杂、需设置重心调节机构等不足，结构简单、重力分布均匀、运动灵活、稳定可控性强，同时具有滚动、零半径转弯、跳跃等运动模式；设计合理，实用性强，具有在崎岖地面环境下运动的能力。
【IPC分类】B62D57-02
【公开号】CN104802871
【申请号】CN201510173121
【发明人】李晓鹏, 汪芸, 张幼振, 乔杰, 曹明
【申请人】中煤科工集团西安研究院有限公司
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月14日