專利名稱：軟殼體球形機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
軟殼體球形機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型屬于機(jī)電一體化技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種軟殼體球形機(jī)器人，可用于劇毒氣體檢測、現(xiàn)場環(huán)境觀測及軍事攻擊武器等多種領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
[0002]球形機(jī)器人是一種新型結(jié)構(gòu)的滾動行走機(jī)器人，具有運(yùn)動速度快、越野性能好、控制相對簡單等特點(diǎn)，自從芬蘭赫爾辛基科技大學(xué)的海爾姆(Halme)等人于1996年制作了第一個(gè)球形機(jī)器人后，球形機(jī)器人逐漸成為國內(nèi)外智能機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。在國外， 意大利比薩大學(xué)、瑞典烏普薩拉大學(xué)和Rotimdus公司、NASA、加拿大魁北克省舍布魯克大學(xué)等先后開展球形機(jī)器人研究，推出不同功能的球形機(jī)器人。在國內(nèi)也有一些單位和學(xué)者開始方面的探索，北京郵電大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、上海交通大學(xué)、蘇州大學(xué)、國防科技大學(xué)和西安電子科技大學(xué)等院校都在球形機(jī)器人研究方面取得了一定的研究成果[0003]總體看來，現(xiàn)有的球形機(jī)器人根據(jù)功能的不同，方案各有千秋，但基本上都為硬質(zhì)材料球殼體，與地面基本為點(diǎn)接觸，接觸面小，需要控制精度較高。西安電子科技大學(xué)的李團(tuán)結(jié)實(shí)用新型的內(nèi)外驅(qū)動兼?zhèn)涞那蛐螜C(jī)器人裝置(公開號CN101386174A)采用氣囊殼體， 可以改善殼體與地面接觸面小的問題，但不能實(shí)現(xiàn)自主沖氣，和別的球形機(jī)器人設(shè)計(jì)一樣， 存在著用于潛伏偵察時(shí)目標(biāo)大、靜止時(shí)候抗風(fēng)吹能力差等缺點(diǎn)。實(shí)用新型內(nèi)容[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠在機(jī)器人移動前對球形機(jī)器人進(jìn)行沖氣，移動結(jié)束后對球形機(jī)器人進(jìn)行排氣而實(shí)現(xiàn)自主收放功能的球形機(jī)器人，并且能實(shí)現(xiàn)球形機(jī)器人全向運(yùn)動并在任意點(diǎn)轉(zhuǎn)向、可在配重組件搭載附件運(yùn)輸物品的軟殼體球形機(jī)器人結(jié)構(gòu)方案。[0005]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案為一種軟殼體球形機(jī)器人，包括氣囊球形殼、充排氣裝置、運(yùn)動裝置，充排氣裝置、運(yùn)動裝置通過壓蓋裝在球形殼內(nèi)，充排氣裝置由沖氣泵、 單向閥和排氣閥組成，單向閥和排氣閥固定在氣泵的兩側(cè)，單向閥串聯(lián)在氣泵的出氣口后端，排氣閥與氣泵的進(jìn)氣口相通，氣泵的進(jìn)氣口通過第一壓蓋與球形殼外部相通；[0006]運(yùn)動裝置包括主中軸、副中軸、直行驅(qū)動電機(jī)、轉(zhuǎn)向輪、定位輪、轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機(jī)、轉(zhuǎn)向?qū)U，主中軸一端裝有直行驅(qū)動電機(jī)，該直行驅(qū)動電機(jī)通過第二壓蓋與球形殼聯(lián)接，主中軸另一端插入副中軸中，主中軸和副中軸組成與不隨球形殼轉(zhuǎn)動的中空軸，副中軸通過固定軸承與氣泵的充氣泵電機(jī)聯(lián)結(jié)，轉(zhuǎn)向輪和轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機(jī)固定在主中軸上，轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機(jī)的軸與轉(zhuǎn)向?qū)U連接，并帶動轉(zhuǎn)向?qū)U轉(zhuǎn)動，定位輪固定在轉(zhuǎn)向?qū)U上，并圍繞轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)向?qū)U下端安裝配重組件。[0007]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為(1)本實(shí)用新型移動時(shí)是一個(gè)球體， 停下時(shí)是一灘柔軟體，有利于作為偵察時(shí)的潛伏隱蔽，且可以避免被風(fēng)吹跑；(2)通過調(diào)節(jié)球體內(nèi)沖氣量的大小，改變球體與地面的接觸面積，有利于提高機(jī)器人移動穩(wěn)定性，可以減小爬樓梯之類的難度；C3)利用軟殼體的收縮彈性和重量，可將球體內(nèi)氣體擠壓排除，無須專門的抽氣外排裝置；(4)中軸的抽拉主副軸設(shè)計(jì)，可以滿足球體變化時(shí)的直徑變化需求， 還可為安裝傳感器、控制器等提供穩(wěn)定平臺；( 中軸的多面體抽拉主副軸設(shè)計(jì)，可以滿足殼體相對轉(zhuǎn)動時(shí)的力矩傳遞；(6)機(jī)構(gòu)簡潔，重心處于球體的下方，穩(wěn)定性好、系統(tǒng)響應(yīng)速度快；(7)兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動球體的直線運(yùn)動和轉(zhuǎn)向運(yùn)動，控制方式解藕，可實(shí)現(xiàn)球形機(jī)器人全向行走和任意點(diǎn)原地轉(zhuǎn)向；(8)配重組件，也可搭載附件(用于裝載攝像頭、各種姿態(tài)或環(huán)境傳感器、天線、電池、充電接口、運(yùn)輸物等)，從而提高球形機(jī)器人的實(shí)用價(jià)值；(9)在球殼外部設(shè)計(jì)阻水花紋，可提高球形機(jī)器人水面行走能力。[0008]
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


[0009]附圖是本實(shí)用新型軟殼體球形機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖。[0010]圖中的附圖標(biāo)記及其所代表的組成部分[0011]1、軟球殼2、配重組件3、主中軸4、副中軸5-1、第一壓蓋5_2、第二壓蓋6、直行驅(qū)動電機(jī)7、沖氣泵電機(jī)8、沖氣泵9、單向閥10、排氣閥11、轉(zhuǎn)向輪12、定位輪13、轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機(jī)14、轉(zhuǎn)向?qū)U15、固定軸承具體實(shí)施方式
[0012]結(jié)合附圖，本實(shí)用新型軟殼體球形機(jī)器人的球殼體采用軟材料氣囊球形殼構(gòu)成球形機(jī)器人的外部輪廓結(jié)構(gòu)；沖排氣裝置在機(jī)器人移動前對通過沖氣泵、單向閥向機(jī)器人進(jìn)行沖氣，移動結(jié)束后通過排氣閥對機(jī)器人進(jìn)行排氣。運(yùn)動機(jī)構(gòu)主要由中軸、直行驅(qū)動機(jī)構(gòu)、 轉(zhuǎn)向驅(qū)動機(jī)構(gòu)、配重組件等構(gòu)成，中軸通過直行驅(qū)動機(jī)構(gòu)與球殼聯(lián)結(jié)，利用配重組件前后重心偏移來實(shí)現(xiàn)球形機(jī)器人的直線運(yùn)動，通過轉(zhuǎn)向驅(qū)動機(jī)構(gòu)與配重組件聯(lián)結(jié)，利用配重組件左右重心偏移來實(shí)現(xiàn)球形機(jī)器人的轉(zhuǎn)向運(yùn)動。中軸相對球殼不動，為安裝傳感器、控制器等提供穩(wěn)定平臺。球殼體采用軟材料氣囊球形殼1構(gòu)成球形機(jī)器人的外部輪廓結(jié)構(gòu)，根據(jù)行走路面的情況，調(diào)整沖排氣量，調(diào)節(jié)球內(nèi)壓力，配合球形殼1柔軟性，改變與路面的接觸面積，提高行走穩(wěn)定性。[0013]上述軟殼體球形機(jī)器人的具體結(jié)構(gòu)如下包括氣囊球形殼1、充排氣裝置、運(yùn)動裝置，充排氣裝置、運(yùn)動裝置通過壓蓋5裝在球形殼1內(nèi)，充排氣裝置由沖氣泵8、單向閥9和排氣閥10組成，單向閥9和排氣閥10固定在氣泵8的兩側(cè)，單向閥9串聯(lián)在氣泵8的出氣口后端，排氣閥10與氣泵8的進(jìn)氣口相通，氣泵8的進(jìn)氣口通過第一壓蓋5-1與球形殼1 外部相通；[0014]運(yùn)動裝置包括主中軸3、副中軸4、直行驅(qū)動電機(jī)6、轉(zhuǎn)向輪11、定位輪12、轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機(jī)13、轉(zhuǎn)向?qū)U14，主中軸3 —端裝有直行驅(qū)動電機(jī)6，該直行驅(qū)動電機(jī)6通過第二壓蓋 5-2與球形殼1聯(lián)接，主中軸3另一端插入副中軸4中，主中軸3和副中軸4組成與不隨球形殼1轉(zhuǎn)動的中空軸，副中軸4通過固定軸承15與氣泵8的充氣泵電機(jī)7聯(lián)結(jié)，轉(zhuǎn)向輪11 和轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機(jī)13固定在主中軸3上，轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機(jī)13的軸與轉(zhuǎn)向?qū)U14連接，并帶動轉(zhuǎn)向?qū)U14轉(zhuǎn)動，定位輪12固定在轉(zhuǎn)向?qū)U14上，并圍繞轉(zhuǎn)向輪11轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)向?qū)U14下端安裝配重組件2。[0015]本實(shí)用新型軟殼體球形機(jī)器人需要移動前，氣泵8從球形殼1外部經(jīng)過單向閥9 向球形殼1內(nèi)部沖氣，形成機(jī)器人的外部球形輪廓結(jié)構(gòu)；機(jī)器人行走結(jié)束后，排氣閥10通過第一壓蓋5-1向球形殼1外部排氣，機(jī)器人變一灘柔軟體。氣囊球形殼1采用軟材料，該軟材料為橡膠和金屬布的復(fù)合材料。直行驅(qū)動電機(jī)6帶動主中軸3、副中軸4發(fā)生與球形殼1 的相對轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)向?qū)U14下裝配重組件2前后擺動，致使球形機(jī)器人的重心發(fā)生偏移，帶動球形殼1滾動從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的直線；轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機(jī)13帶動轉(zhuǎn)向?qū)U14發(fā)生與主中軸3、 副中軸4的相對轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)向?qū)U14下裝配重組件2左右擺動，致使球形機(jī)器人的重心發(fā)生偏移，帶動球形殼1滾動從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎運(yùn)動。定位輪12和轉(zhuǎn)向輪11保證裝配重組件2在相對于轉(zhuǎn)向?qū)U14與中空軸組成的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。主中軸3、副中軸4為多面體中空抽拉結(jié)構(gòu)，即為非圓柱結(jié)構(gòu)。[0016]本實(shí)用新型軟殼體球形機(jī)器人的單向閥9和排氣閥10固定在氣泵8的兩側(cè)，通過壓蓋5和球形殼1聯(lián)接，與外部環(huán)境相通。機(jī)器人需要移動前，氣泵8從球形殼1外部經(jīng)過單向閥9向球形殼1內(nèi)部沖氣，形成機(jī)器人的外部球形輪廓結(jié)構(gòu)；機(jī)器人行走結(jié)束后，排氣閥10通過壓蓋5向球形殼1外部排氣，機(jī)器人變一灘柔軟體，有利于作為偵察時(shí)的潛伏隱蔽，且可以避免被風(fēng)吹跑；根據(jù)行走路面的情況，調(diào)整沖排氣量，調(diào)節(jié)球內(nèi)壓力，配合球形殼 1柔軟性，改變與路面的接觸面積，提高行走穩(wěn)定性。[0017]直行驅(qū)動電機(jī)6帶動主中軸3、副中軸4發(fā)生與球形殼1的相對轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)向?qū)U14 下裝配重組件2前后擺動，致使球形機(jī)器人的重心發(fā)生偏移，帶動球形殼1滾動從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的直線；轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機(jī)13帶動轉(zhuǎn)向?qū)U14發(fā)生與主中軸3、副中軸4的相對轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)向?qū)U14下裝配重組件2左右擺動，致使球形機(jī)器人的重心發(fā)生偏移，帶動球形殼1滾動從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎運(yùn)動。定位輪12和轉(zhuǎn)向輪11保證轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機(jī)13帶動轉(zhuǎn)向?qū)U 14和裝配重組件2在相對與主中軸3、副中軸4的一個(gè)平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。
權(quán)利要求1.一種軟殼體球形機(jī)器人，其特征在于包括氣囊球形殼(1)、充排氣裝置、運(yùn)動裝置， 充排氣裝置、運(yùn)動裝置通過壓蓋( 裝在球形殼(1)內(nèi)，充排氣裝置由沖氣泵(8)、單向閥 (9)和排氣閥(10)組成，單向閥(9)和排氣閥(10)固定在氣泵(8)的兩側(cè)，單向閥(9)串聯(lián)在氣泵⑶的出氣口后端，排氣閥(10)與氣泵⑶的進(jìn)氣口相通，氣泵⑶的進(jìn)氣口通過第一壓蓋(5-1)與球形殼(1)外部相通；運(yùn)動裝置包括主中軸⑶、副中軸⑷、直行驅(qū)動電機(jī)(6)、轉(zhuǎn)向輪(11)、定位輪(12)、轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機(jī)(13)、轉(zhuǎn)向?qū)U(14)，主中軸(3) —端裝有直行驅(qū)動電機(jī)(6)，該直行驅(qū)動電機(jī) (6)通過第二壓蓋(5-2)與球形殼(1)聯(lián)接，主中軸(3)另一端插入副中軸中，主中軸 ⑶和副中軸⑷組成與不隨球形殼⑴轉(zhuǎn)動的中空軸，副中軸⑷通過固定軸承(15)與氣泵⑶的充氣泵電機(jī)⑵聯(lián)結(jié)，轉(zhuǎn)向輪(11)和轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機(jī)(13)固定在主中軸(3)上， 轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機(jī)(13)的軸與轉(zhuǎn)向?qū)U(14)連接，并帶動轉(zhuǎn)向?qū)U(14)轉(zhuǎn)動，定位輪(12)固定在轉(zhuǎn)向?qū)U(14)上，并圍繞轉(zhuǎn)向輪(11)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)向?qū)U(14)下端安裝配重組件O)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟殼體球形機(jī)器人，其特征在于氣囊球形殼(1)采用軟材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟殼體球形機(jī)器人，其特征在于主中軸(3)、副中軸(4)為多面體中空抽拉結(jié)構(gòu)，即為非圓柱結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種軟殼體球形機(jī)器人，包括氣囊球形殼、充排氣裝置、運(yùn)動裝置，充排氣裝置、運(yùn)動裝置通過壓蓋裝在球形殼內(nèi)，充排氣裝置由沖氣泵、單向閥和排氣閥組成，單向閥和排氣閥固定在氣泵的兩側(cè)，單向閥串聯(lián)在氣泵的出氣口后端，排氣閥與氣泵的進(jìn)氣口相通，氣泵的進(jìn)氣口通過第一壓蓋與球形殼外部相通。本實(shí)用新型移動時(shí)是一個(gè)球體，停下時(shí)是一灘柔軟體，有利于作為偵察時(shí)的潛伏隱蔽，且可以避免被風(fēng)吹跑。
文檔編號B62D57/02GK202243763SQ20112018740
公開日2012年5月30日 申請日期2011年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月7日
發(fā)明者周守強(qiáng), 張衛(wèi)平, 方向, 楊力, 郭濤, 高振儒 申請人:中國人民解放軍理工大學(xué)工程兵工程學(xué)院