[发明专利]一种能够越障的变结构球形机器人

权利要求书

1.一种能够越障的变结构球形机器人，包括球壳（0）、配重块水平偏移模块（Ⅰ）、滚动运动驱动模块（Ⅱ）、飞轮驱动模块（Ⅲ）和飞轮制动模块（Ⅳ）；其特征在于：所述各模块运动轴线与球壳（0）的滚动运动轴线共线；所述配重块水平偏移模块（Ⅰ）位于球壳（0）左侧腔内，并与球壳（0）左侧壁（0-1）相连接；所述滚动运动驱动模块（Ⅱ）位于球壳（0）的右侧腔内，并与球壳（0）的右侧壁（0-2）相连接；所述飞轮驱动模块（Ⅲ）贯穿球壳（0）左侧壁（0-1），并与左侧壁(0-1)相连接；所述飞轮制动模块（Ⅳ）贯穿并连接于球壳（0）的左右两侧壁（0-1、0-2）上；所述配重块水平偏移模块（Ⅰ）内有第一第二伺服电机（1-2、1-3）控制配重块（1-8）在球壳（0）内部沿球壳（0）运动转轴的水平偏移，来控制球形机器人滚动运动转弯半径的大小；所述滚动运动驱动模块（Ⅱ）内有第一第二驱动电机（2-1、2-6）控制球形机器人实现纯滚动运动模式和越障模式；所述飞轮驱动模块（Ⅲ）的结构为两个串联的连接滚动运动驱动模块（Ⅱ）和飞轮制动模块（Ⅳ）的行星轮系，在越障模式时，其配合滚动运动驱动模块（Ⅱ）实现对飞轮制动模块（Ⅳ）中的左右两个飞轮（4-1、4-2）的加速储能；所述飞轮制动模块（Ⅳ）内有6只能瞬间制动飞轮组而展开的爪足（4-8、4-9、4-11、4-14、4-17、4-19），以实现飞轮组储备能量的瞬间爆发。

2.根据权利要求1所述的能够越障的变结构球形机器人，其特征在于：所述配重块水平偏移模块（Ⅰ）包括配重块驱动臂（1-1）、第一伺服电机（1-2）、第二伺服电机（1-3）、第一轴承（1-4）、滑键（1-5）、配重块轴（1-6）、第二轴承（1-7）、配重块（1-8）；所述的配重块轴（1-6）通过第一轴承（1-4）与球壳（0）转动连接在一起，使得配重块轴（1-6）与球壳（0）能轴向相对转动而不能轴向相对移动；所述滑键（9）水平固定在配重块轴（1-6）上，所述配重块（1-8）套接在配重块轴（1-6）和滑键（1-5）上构成移动副；所述配重块驱动臂（1-1）通过第二轴承（1-7）铰接配重块（1-8），使得配重块驱动臂（1-1）可以相对配重块（1-8）轴向转动，但不能轴向相对移动；所述第一伺服电机（1-2）与第二伺服电机（1-3）对称固定安装在球壳（0）左侧壁（0-1）内壁上，两个电机的丝杠型输出轴与配重块驱动臂（1-1）构成对称布置的螺旋传动副，使得同步控制这两个电机的旋转运动，即可实现配重块（1-8）在球形机器人内部的水平偏移运动。

3.根据权利要求1所述能够越障的变结构球形机器人，其特征在于：所述滚动运动驱动模块（Ⅱ）包括动力轴（2-8）、第三轴承（2-15）、第四轴承（2-3）、第五轴承（2-7）、第一驱动电机（2-1）、第二驱动电机（2-6）、第一电机固定架（2-2）、第二电机固定架（2-5）、预紧器（2-4）、第一弹簧（2-12）、第一驱动摩擦轮（2-14）、第二驱动摩擦轮（2-9）、第一驱动齿轮（2-10）、第二驱动齿轮（2-13）、第三驱动齿轮（2-11）；所述动力轴（2-8）通过第三轴承（2-15）、第四轴承（2-3）和第五轴承（2-7）与配重块轴（1-6）和球壳（0）右侧壁（0-2）形成转动副连接，这三者之间可以轴向相对自由转动但不能轴向相对移动；所述第一驱动电机（2-1）与第二驱动电机（2-6）分别通过第一电机固定架（2-2）和第二电机固定架（2-5）对称固定在球壳（0）右侧壁（0-2）的内表面上，两个电机同步运行；所述第三驱动齿轮（2-11）固定在动力轴（2-8）上；所述第一驱动电机（2-1）与第二驱动电机（2-6）分别通过第一驱动齿轮（2-10）和第二驱动齿轮（2-13）同步驱动第三驱动齿轮（2-11），实现对动力轴（2-8）的驱动；所述第二驱动摩擦轮（2-9）固定安装在配重块轴（1-6）的右端；所述第一驱动摩擦轮（2-14）套接在动力轴（2-8）上形成移动副，其只能相对于动力轴（2-8）进行轴向移动而不能轴向转动；所述预紧器（2-4）固定在动力轴（2-8）上，并通过第一弹簧（2-12）把第一驱动摩擦轮（2-14）与第二驱动摩擦轮（2-9）通过弹簧预紧力压紧在一起，形成动力轴（2-8）到配重块轴（1-6）的摩擦传动机构，该可调的预紧力值记为F₁，第一驱动摩擦轮（2-14）与第二驱动摩擦轮（2-9）能够传递的最大摩擦力矩值记为T_1max。