CN102773860A

CN102773860A - 抛掷式变结构球形机器人

Info

Publication number: CN102773860A
Application number: CN2012102380203A
Authority: CN
Inventors: 潘济安; 叶长龙
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-07-10
Filing date: 2012-07-10
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2032-07-10
Also published as: CN102773860B

Abstract

抛掷式变结构球形机器人，属于机器人技术领域。本发明包括两个U形球面单元，U形球面单元由U形弹性架、两个具有球面的驱动轮、具有球面的连接板及两个直流伺服电机组成，两个直流伺服电机固定在U形弹性架上，并分别与设置在U形弹性架两侧的两个具有球面的驱动轮相连接，在两个具有球面的驱动轮之间的U形弹性架上固定有具有球面的连接板；所述两个U形球面单元通过固定管、伸缩管及固定杆连接在一起，所述固定管与伸缩管、伸缩管与固定杆套合连接，形成伸缩结构；在固定管和伸缩管的外部设置有压缩弹簧，在伸缩管与固定杆的连接端设置有压缩弹簧的挡板，伸缩管与固定杆通过销轴连接，在U形球面单元上设置有两个U形球面单元的锁紧装置。

Description

抛掷式变结构球形机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，涉及一种抛掷式变结构球形机器人，尤其涉及一种可以抛掷的、并可以变形的移动机器人，主要用于灾难救援、反恐排爆、军事以及与其类似的应用领域。

背景技术

灾难救援与搜救机器人采用的移动机构主要有轮式、腿式和履带式三种。履带式移动机构能够在粗糙不平的地面上运动并能跨越障碍，而且具有运动稳定、攀爬能力强的特点，所以大多数救灾机器人采用履带移动机构作为驱动方式。典型的采用履带式移动机构的机器人主要有：Auriga-α移动机器人，还有大家比较熟悉的PackBot机器人和MicroVGTV，该类机器人都具有很好的攀爬能力。但是机器人体积较大，无法完成进入狭小空间的操作任务。

球形移动机器人是指一类将运动执行机构、传感器、控制器、能源装置安装在一球形壳体内的***的总称。这类机器人利用球体在各个方向上的地形适应性，可以快速全方位移动。这类机器人样机最先由日本科研人员提出并开发，而后我国北京航空航天大学机器人研究所也开发出了此类球形移动机器人样机。由于该类机器人具有良好的动态和静态平衡性，同时具有很好的密封性，可以行驶在无人、沙尘、潮湿、腐蚀性的恶劣环境中，具有水陆两栖功能。故而可用于行星探测、环境监测、国防装备、娱乐等领域。

两轮式移动机器人是两轮呈左右对称布置的两轮移动机器人，其左右轮分别由一个电机驱动，依靠差速实现转向，转向灵活。近年来，该机器人逐渐成为全球机器人领域的研究热点之一。如1996年日本筑波大学研制的两轮机器人Yamabico Kurara，采用倒钟摆式结构；美国卡内基-梅隆大学下属的生物机器人实验室研制了一种两轮机器人，中国台湾成功大学研制了两轮机器人TWV]，Recon Scout公司开发的运用于战场环境的两轮机器人Recon Scout机器人。然而两轮行走机构是自然不稳定体,是高阶次、不稳定、多变量、非线性、强耦合***。目前还存在许多问题，不能实际应用。

以上所述机器人虽然都具有很强的运动能力，但由于受体积及驱动力的限制，仍然无法达到某些特定的作业区域。

发明内容

针对现有机器人无法跨越墙体、沟壑、河流等障碍物的问题，本发明提供一种抛掷式变结构球形机器人。该机器人能够通过操作人员抛掷到作业区域，完成区域内的搜救任务，这一抛掷的过程使机器人能够越过现有机器人根本无法跨越的沟壑、墙体、河流等障碍物；同时，机器人被抛掷到作业环境后能够变形成移动机器人完成搜索和制定的作业任务，充分扩展了搜救机器人的作业环境及作业范围。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种抛掷式变结构球形机器人，包括两个U形球面单元，所述U形球面单元由U形弹性架、两个具有球面的驱动轮、具有球面的连接板及两个直流伺服电机组成，所述两个直流伺服电机固定在U形弹性架上，并分别与设置在U形弹性架两侧的两个具有球面的驱动轮相连接，在两个具有球面的驱动轮之间的U形弹性架上固定有具有球面的连接板；所述两个U形球面单元通过固定管、伸缩管及固定杆连接在一起，所述固定管与伸缩管、伸缩管与固定杆套合连接，形成伸缩结构；在所述固定管和伸缩管的外部设置有压缩弹簧，在伸缩管与固定杆的连接端设置有压缩弹簧的挡板，所述伸缩管与固定杆通过销轴连接，在所述U形球面单元上设置有两个U形球面单元的锁紧装置。

所述锁紧装置由转轴、拨片、拨杆及钢丝组成，在所述U形球面单元之一的U形弹性架上设置有通孔，所述转轴和拨片固定连接在一起，并通过所述通孔设置在所述U形弹性架的两侧；在所述转轴上固定设置有连接另一U形球面单元的钢丝，所述拨杆的一端与具有球面的驱动轮固定连接，另一端与拨片相对应。

本发明的有益效果：

本发明的抛掷式变结构球形机器人的主体是基于球形外壳与万向节的结构，结构简单，运动灵活。通过控制固定管、伸缩管和固定杆由收缩到展开实现了本发明的机器人由球形结构变化成四轮驱动结构的移动机器人。基于本发明的机器人的结构特点，该机器人可以被抛掷到作业环境，展开后具有较强的爬坡、过沟、越障和上下楼梯能力以及运动稳定性。可以广泛的应用于复杂地形、反恐防爆、空间探测等领域。

附图说明

图1为本发明的U形球面单元的结构示意图；

图2为图1的左视图；

图3为本发明的U形球面单元的轴侧图；

图4为本发明的机器人变形为球形结构的结构示意图；

图5为图4的内部结构示意图；

图6为图4的B-B剖视图；

图7为本发明的机器人变形为四轮驱动结构的结构示意图；

图8为图7的A-A剖视图；

图中，1—具有球面的驱动轮，2—U形弹性架，3—具有球面的连接板，4—直流伺服电机，5—第一U形球面单元，6—第二U形球面单元，7—固定管，8—伸缩管，9—压缩弹簧，10—销轴，11—固定杆，12—转轴，13—拨片，14—钢丝，15—拨杆，16—挡板，17—锁紧装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：

如图1～图8所示，一种抛掷式变结构球形机器人，包括第一U形球面单元5和第二U形球面单元6，所述第一U形球面单元5和第二U形球面单元6结构相同，由U形弹性架2、两个具有球面的驱动轮1、具有球面的连接板3及两个直流伺服电机4组成，所述两个直流伺服电机4固定在U形弹性架2上，并分别与设置在U形弹性架2两侧的两个具有球面的驱动轮1相连接，在两个具有球面的驱动轮1之间的U形弹性架2上固定有具有球面的连接板3；所述第一U形球面单元5和第二U形球面单元6通过固定管7、伸缩管8及固定杆11连接在一起，所述固定管7与伸缩管8、伸缩管8与固定杆11套合连接，形成伸缩结构；在所述固定管7和伸缩管8的外部设置有压缩弹簧9，在伸缩管8与固定杆11的连接端设置有压缩弹簧9的挡板16，所述伸缩管8与固定杆11通过销轴10连接，在所述U形球面单元上设置有两个U形球面单元的锁紧装置17。

如图6～8所示，所述锁紧装置17由转轴12、拨片13、拨杆15及钢丝14组成，在所述第二U形球面单元6的U形弹性架2上设置有通孔，所述转轴12和拨片13固定连接在一起，并通过所述通孔设置在所述U形弹性架2的两侧；在所述转轴12上固定设置有连接第一U形球面单元5的钢丝14，所述拨杆15的一端与具有球面的驱动轮1固定连接，另一端与拨片13相对应。

固定管7和伸缩管8可以被动旋转，伸缩管8可以绕固定杆11上的销轴10摆动。

所述直流伺服电机4采用直流伺服舵机，其自带无线接收装置，所述无线接收装置与外部遥控器的无线发射装置相对应。

下面结合附图说明本发明的一次动作过程：

本发明的机器人可变形为两种构型，即：球形结构和四轮驱动结构。

当固定管7、伸缩管8和固定杆11被压缩时，压缩弹簧9被压缩，两个U形球面单元成90度交错组成封闭的球形结构，并通过锁紧装置17锁紧，加强了球形结构的强度。

本发明通过直流伺服电机4驱动具有球面的驱动轮1转动，具有球面的驱动轮1带动拨杆15运动，拨动拨片13转动，从而带动转轴12转动，使钢丝14脱离第一U形球面单元5弹开，使本发明的球形机器人变形为四轮驱动结构，从而完成变形。

当钢丝14脱离第一U形球面单元5，压缩弹簧9被弹开，固定管7、伸缩管8和固定杆11被弹开，两个U形球面单元组成四轮驱动结构的移动机器人，并可以适应地面。并通过固定管7、伸缩管8和固定杆11上的回转与摆转两个被动自由度实现四个驱动轮与地面的完全接触，形成了可以适应地面环境的四轮驱动移动机器人。

本发明的机器人可根据环境的特点首先以抛掷的形式进入工作环境，当进入工作环境后，机器人会以球体滚动的运动方式消耗势能及动能，当滚动停止后机器人会展开成为四轮驱动结构移动机器人，完成在指定区域内的作业任务。本发明的机器人可以应用灾难救援、反恐排爆、军事等领域，具有良好的越障性能和运动稳定性以及机动性能。

Claims

1.一种抛掷式变结构球形机器人，其特征在于包括两个U形球面单元，所述U形球面单元由U形弹性架、两个具有球面的驱动轮、具有球面的连接板及两个直流伺服电机组成，所述两个直流伺服电机固定在U形弹性架上，并分别与设置在U形弹性架两侧的两个具有球面的驱动轮相连接，在两个具有球面的驱动轮之间的U形弹性架上固定有具有球面的连接板；所述两个U形球面单元通过固定管、伸缩管及固定杆连接在一起，所述固定管与伸缩管、伸缩管与固定杆套合连接，形成伸缩结构；在所述固定管和伸缩管的外部设置有压缩弹簧，在伸缩管与固定杆的连接端设置有压缩弹簧的挡板，所述伸缩管与固定杆通过销轴连接，在所述U形球面单元上设置有两个U形球面单元的锁紧装置。

2.根据权利要求1所述的一种抛掷式变结构球形机器人，其特征在于所述锁紧装置由转轴、拨片、拨杆及钢丝组成，在所述U形球面单元之一的U形弹性架上设置有通孔，所述转轴和拨片固定连接在一起，并通过所述通孔设置在所述U形弹性架的两侧；在所述转轴上固定设置有连接另一U形球面单元的钢丝，所述拨杆的一端与具有球面的驱动轮固定连接，另一端与拨片相对应。