一种球形机器人的制作方法

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种利用电机驱动、利用喷管控制姿态的球形机器人。

背景技术：

1、机器人分为工业机器人和特种机器人，工业机器人是指向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人，而特种机器人是除了特种机器人以外的、用于制造业并服务于人类的机器人，包括：服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、探测机器人等等。特种机器人涉及到各个领域，用于各种目的，发展比较快，尤其是服务机器人。

2、球形机器人是一种特种机器人，球形机器人的驱动系统位于壳体内部，依靠球壳的滚动来运动的一类机器人，可以用于各种目的，例如探测、军工等等。球形机器人因为其外形是球形或者类球形的，所以可以在比较复杂的环境下工作，可以行驶在无人、沙尘、潮湿、腐蚀性的恶劣环境中，并具有水陆两栖功能，可用于行星探测、环境监测、国防装备、娱乐等领域。

3、因为球形机器人可以在比较复杂和崎岖的环境下行驶，各国都在积极研发球形机器人。例如京安公司研发的守望者球形机器人，该机器人是一个椭圆结构，整个机器人就像一个皮球一样，两端有透明的保护罩。该机器人主要依靠球壳内部的驱动机构实现滚动行走，驱动原理是偏心质量驱动法，即通过摆锤原理不断调整和改变球体的重心位置，从而产生偏心力矩是机器人向前或者向后滚动。守望者球形机器人平地最大滚动速度未20千米/小时，平地经济巡航速度为每小时5千米到8千米，最大巡航里程可以达到150公里，并且具备两栖作业的能力。又例如revolute robotics的混合移动机器人（hmr），采用具有一定程度可变形性的轻质骨骼作为骨架而非封闭结构，这种笼状球形结构更加轻便而且易于携带，不仅可以向任意方向滚动，并可以使用两个陀螺仪万向环像多旋翼飞行器一样低空飞行。但是守望者球形机器人利用偏心质量驱动法，行进速度比较慢；而revolute robotics的混合移动机器人虽然可以飞行，但是体积比较大，并且在地面上的行进速度也比较慢。

4、综上所述，球形机器人因为其球状外形，可以在比较复杂和崎岖的环境下行进，但是由于其驱动装置设置在其球体内部，所以行进速度比较慢，并且控制起来比较困难。

技术实现思路

1、技术问题

2、本发明的目的是提供一种球形机器人，采用外置滚轮驱动，利用喷管进行姿态控制，解决球形机器人速度慢、控制难等问题。

3、技术方案

4、本发明提供的一种球形机器人，它包括：

5、支架；

6、驱动装置，所述驱动装置包括滚轮、驱动电机，所述滚轮包括轮毂、第一齿轮，所述轮毂内部安装有一个内齿轮，所述内齿轮的轴线和所述滚轮的轴线一致，所述驱动电机安装在所述支架上，所述支架包括一个转动轴，所述第一齿轮滚动固定在所述转动轴上，所述驱动电机的转轴安装有转动齿轮，所述第一齿轮、驱动电机的转动齿轮、内齿轮的模数一致，所述驱动齿轮和所述内齿轮相啮合，所述第一齿轮和所述内齿轮相啮合，所述驱动装置的驱动电机通过齿轮为所述滚轮提供动力；

7、姿态控制装置，所述姿态控制装置包括增压装置、喷管、阀门，所述增压装置安装在所述支架上，所述增压装置包括出气口，所述喷管的一端和所述增压装置的出气口密封连接，所述阀门安装在所述喷管上，通过喷管喷射高压气流，调整球形机器人的姿态；

8、摄像头、姿态传感器、电机驱动、控制装置，所述控制装置包括信号接收模块、信号发送模块和信号处理模块，所述控制装置安装在所述支架上，所述姿态传感器、摄像头、电机驱动和所述控制装置通过线路或导线相连接，所述电机驱动通过导线和所述驱动电机相连接，所述阀门和所述控制装置通过导线相连接，所述控制装置控制所述阀门的开关，从而控制喷管喷射高压气流；

9、电池，所述电池安装在所述支架上，所述电池和所述控制装置通过导线相连接。

10、进一步地，它还包括弹跳装置，所述弹跳装置包括弹片、弹跳电机、拉绳、锁扣，所述弹片的一端固定在所述支架上，所述锁扣固定在支架上，所述拉绳的一端固定并缠绕在所述弹跳电机的转动轴上，所述拉绳的另一端固定在所述弹片的另一端，所述锁扣通过导线和所述控制装置相连接。弹跳电机可以将弹片收紧，当弹片位于一定位置时，弹片和所述锁扣锁死，当需要弹跳时，控制装置控制锁扣放开，弹片利用其弹力将球形机器人弹起。

11、进一步地，所述增压装置包括壳体、增压电机、涡扇，所述壳体固定在所述支架上，所述壳体包括进气口和出气口，所述增压电机和所述壳体固定，所述涡扇固定在所述增压电机的转动轴上，所述喷管和所述壳体的出气口密封连接，所述增压电机和所述的电机驱动通过导线相连接。增压电机通过涡扇给壳体内的气体增压，喷管和壳体密封连接，当打开喷管的阀门时，高压气体从喷管中喷射出去。

12、进一步地，它还包括一个陀螺仪，所述陀螺仪固定在所述支架上，所述陀螺仪和所述控制装置通过导线相连接，陀螺仪为球形机器人提供平衡。

13、进一步地，它还包括第二弹跳装置，所述第二弹跳装置包括第二弹跳电机、发条弹簧、重力锤、第二拉绳、第二锁扣，所述支架包括一个固定轴，所述发条弹簧的内圈固定在所述固定轴上，所述重力锤固定在所述发条弹簧的外圈，所述第二弹跳电机固定在所述支架上，所述第二拉绳的一端固定并缠绕在所述第二弹跳电机的转轴上，所述第二拉绳的另一端固定在所述发条弹簧的外圈，所述第二弹跳电机通过导线和所述电机驱动相连接，所述第二锁扣固定在所述支架上，所述第二锁扣和所述控制装置通过导线相连。第二弹跳装置利用重力锤的摆动，为球形机器人提供弹跳的动力。

14、进一步地，它还包括两个保护罩，所述两个保护罩固定在所述支架上，所述两个保护罩分别安装在所述滚轮的两侧。保护罩保护球形机器人内部的部件。

15、进一步地，它还包括密封轴承，所述密封轴承的外圈固定在所述滚轮的轮毂上，所述密封轴承的内圈固定在所述支架上。密封轴承可以防止水和杂物进入到球形机器人的内部。

16、进一步地，所述阀门包括一个步进电机，所述步进电机通过导线和所述的电机驱动相连接。控制装置通过控制步进电机来控制阀门的开关。

17、进一步地，所述锁扣包括一个推拉式电磁铁，所述推拉式电磁铁通过导线和所述控制装置相连。当需要弹跳时，控制装置控制推拉式电磁铁，将锁扣打开。

18、进一步地，所述头部包括照明灯，所述照明灯固定在所述支架上，所述照明灯和所述电池相连，探照灯为球形机器人提供光源。

技术特征：

1.一种球形机器人，其特征在于它包括：

2.根据权利要求1所述的一种球形机器人，其特征在于：它还包括弹跳装置，所述弹跳装置包括弹片、弹跳电机、拉绳、锁扣，所述弹片的一端固定在所述支架上，所述锁扣固定在支架上，所述拉绳的一端固定并缠绕在所述弹跳电机的转动轴上，所述拉绳的另一端固定在所述弹片的另一端，所述锁扣通过导线和所述控制装置相连接。

3.根据权利要求1所述的一种球形机器人，其特征在于：所述增压装置包括壳体、增压电机、涡扇，所述壳体固定在所述支架上，所述壳体包括进气口和出气口，所述增压电机和所述壳体固定，所述涡扇固定在所述增压电机的转动轴上，所述喷管和所述壳体的出气口密封连接，所述增压电机和所述的电机驱动通过导线相连接。

4.根据权利要求1所述的一种球形机器人，其特征在于：它还包括一个陀螺仪，所述陀螺仪固定在所述支架上，所述陀螺仪和所述控制装置通过导线相连接。

5.根据权利要求1所述的一种球形机器人，其特征在于：它还包括第二弹跳装置，所述第二弹跳装置包括第二弹跳电机、发条弹簧、重力锤、第二拉绳、第二锁扣，所述支架包括一个固定轴，所述发条弹簧的内圈固定在所述固定轴上，所述重力锤固定在所述发条弹簧的外圈，所述第二弹跳电机固定在所述支架上，所述第二拉绳的一端固定并缠绕在所述第二弹跳电机的转轴上，所述第二拉绳的另一端固定在所述发条弹簧的外圈，所述第二弹跳电机通过导线和所述电机驱动相连接，所述第二锁扣固定在所述支架上，所述第二锁扣和所述控制装置通过导线相连。

6.根据权利要求1所述的一种球形机器人，其特征在于：它还包括两个保护罩，所述两个保护罩固定在所述支架上，所述两个保护罩分别安装在所述滚轮的两侧。

7.根据权利要求1所述的一种球形机器人，其特征在于：它还包括密封轴承，所述密封轴承的外圈固定在所述滚轮的轮毂上，所述密封轴承的内圈固定在所述支架上。

8.根据权利要求1所述的一种球形机器人，其特征在于：所述阀门包括一个步进电机，所述步进电机通过导线和所述的电机驱动相连接。

9.根据权利要求1和权利要求2所述的一种球形机器人，其特征在于：所述锁扣包括一个推拉式电磁铁，所述推拉式电磁铁通过导线和所述控制装置相连。

10.根据权利要求1所述的一种球形机器人，其特征在于：所述头部包括照明灯，所述照明灯固定在所述支架上，所述照明灯和所述电池相连。

技术总结本发明公开了一种球形机器人，它包括驱动装置、姿态控制装置、弹跳装置。驱动装置包括支架、滚轮、驱动电机，滚轮包括轮毂、第一齿轮，轮毂内安装有内齿轮，驱动电机包括驱动齿轮，驱动齿轮和滚轮的内齿轮相啮合。姿态控制装置包括增压装置、喷管、阀门，增压装置包括出气口，喷管和出气口密封连接，弹跳装置包括弹片、弹跳电机、拉绳，弹片的一端固定在支架上，拉绳的一端固定在弹片的另一端，拉绳的另一端固定并缠绕在弹跳电机的转轴上。本发明公开的一种球形机器人，具有运动速度快，灵活等优点，适用于多种复杂环境下使用，并且可以利用弹跳装置越过障碍物。技术研发人员：赵罡受保护的技术使用者：赵勇技术研发日：技术公布日：2024/7/4