[发明专利]一种开合式的可重构球形机器人

说明书

本发明公开一种开合式的可重构球形机器人，该球形机器人主要包括左右半球壳、重摆机构、驱动机构、伸缩机构以及对接机构等。左右半球壳闭合可进行单体滚动；左右半球壳通过伸缩机构打开可进行单体差速运动，并通过一对活动对接机构和一对固定对接机构可实现多个机器人之间的连接以及构型变换。本发明提出的可打开式可对接球形机器人：当球壳闭合时，左右驱动电机同速输出，重摆驱动电机调节重摆左右摆动从而控制球形单元的转弯；当球壳打开时，通过控制左右驱动电机的同速与差速输出，控制球形单元的直行与转弯运动。单个球形单元具有独立运动的能力，当有多个球形单元或具有同样对接机构的机器人时，多个机器人可组成不同构型以满足任务需求。该开合式的可重构球形机器人可以在闭合状态和打开状态下相互切换，且在打开状态下，可通过对接机构的组合，完成多个球形单元的对接以及构型变化，使其不仅具有灵活的运动和变化能力，增强了球形机器人的对外操作和多球形单元协作能力。

应用领域

本发明涉及一种球形机器人，具体的说是一种开合式的可重构球形机器人。

背景技术

球形机器人的运动形式与我们所熟知的足式机器人和轮式机器人的运动形式不同，滚动是其主要的运动形式。另外，其独特的外形使其在执行转向运动时具有近乎为零的转向半径，这样便能够克服探测环境的限制，并顺利完成任意角度的转向操作。球形的外壳将其驱动部件、传感器等重要的电子元件密封在壳体内部，起到一定的防尘、防水的效果，在一定程度上保护内部元器件不受外部探测环境的破坏。相比于传统的轮式或腿式机器人，球形机器人具备良好封装性、平衡性以及运动效率高的优势，使其在危险狭窄环境作业等领域具有显著优势和广泛应用前景。

开合式的球形机器人，同时具有封闭式球形机器人的特点，并且在需要的场合，可以将左右球壳打开，增加机器人与地面的接触面积，更有利于在复杂场景对机器人进行运动控制；同时可以将内部器件暴露出来，有利于扩展内部器件的使用范围。

通过设计的一对活动对接机构和一对固定对接机构，可以增强可开合式球形机器人的对外操作能力，实现多个球形机器人之间构型重构。

发明内容

本发明提出一种开合式的可重构球形机器人，便于球形机器人运动控制和多球形单元协作，可用于娱乐、探测以及灾难救援等场景。

为达到上述目的，本发明提出以下解决方案：

本发明提出一种开合式的可重构球形机器人，主要包括左右半球壳及其驱动电机、重摆机构及驱动电机、一对活动对接机构及其驱动电机、一对固定对接机构、伸缩机构等。所述主体结构包括大功率无刷直流电机、内部框架、同步带、齿轮链条以及重摆机构，两侧球壳运动驱动电机和重摆驱动电机分别与内部框架固连，两侧球壳运动驱动电机主要用于带动球形单元滚动，同时通过重摆机构降低球形单元的中心并调整球形单元姿态。

在伸缩机构的下方，主驱动电机分别安装在内部框架的两侧，并通过同步带带动伸缩机构内的轴转动，从而驱动球壳转动，通过花键轴以及直线导轨可实现两球壳的差动运动，同时可实现运动状态下球形机器人由闭合到打开和打开到闭合的变形过程；在长臂平台的下方，安装重摆机构，重摆机构由连杆、重摆、球形单元电源和盘形驱动电机等组成，通过调节重摆摆动角度控制球形单元的转向与稳定；将重摆与电源融合，可将球形机器人的重心集中在靠近地面的下半球内，有利于增强球形单元的稳定性。

所述伸缩结构包括与球壳运动驱动电机通过同步带连接的花键轴，以及套在花键轴上的花键套，花键套外连在套筒上，套筒通过直线导轨与内部框架长轴方向平台固连。

所述对接机构包括内部框架短轴方向以及长轴方向各安装的一对活动对接机构和一对固定对接机构，这两种对接机构分公口和母口，均用于多球形单元的对接以及构形变换。