專利名稱：軟殼體球形機器人的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于機電一體化技術領域，特別是一種軟殼體球形機器人，可用于劇毒氣體檢測、現場環(huán)境觀測及軍事攻擊武器等多種領域。
背景技術：
球形機器人是一種新型結構的滾動行走機器人，具有運動速度快、越野性能好、控制相對簡單等特點，自從芬蘭赫爾辛基科技大學的海爾姆(Halme)等人于1996年制作了第一個球形機器人后，球形機器人逐漸成為國內外智能機器人研究領域的熱點之一。在國外， 意大利比薩大學、瑞典烏普薩拉大學和Rotimdus公司、NASA、加拿大魁北克省舍布魯克大學等先后開展球形機器人研究，推出不同功能的球形機器人。在國內也有一些單位和學者開始方面的探索，北京郵電大學、北京航空航天大學、上海交通大學、蘇州大學、國防科技大學和西安電子科技大學等院校都在球形機器人研究方面取得了一定的研究成果總體看來，現有的球形機器人根據功能的不同，方案各有千秋，但基本上都為硬質材料球殼體，與地面基本為點接觸，接觸面小，需要控制精度較高。西安電子科技大學的李團結發(fā)明的內外驅動兼?zhèn)涞那蛐螜C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，但不能實現自主沖氣，和別的球形機器人設計一樣，存在著用于潛伏偵察時目標大、靜止時候抗風吹能力差等缺點。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在機器人移動前對球形機器人進行沖氣，移動結束后對球形機器人進行排氣而實現自主收放功能的球形機器人，并且能實現球形機器人全向運動并在任意點轉向、可在配重組件搭載附件運輸物品的軟殼體球形機器人結構方案。實現本發(fā)明目的的技術方案為一種軟殼體球形機器人，包括氣囊球形殼、充排氣裝置、運動裝置，充排氣裝置、運動裝置通過壓蓋裝在球形殼內，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，單向閥串聯在氣泵的出氣口后端，排氣閥與氣泵的進氣口相通，氣泵的進氣口通過第一壓蓋與球形殼外部相通；運動裝置包括主中軸、副中軸、直行驅動電機、轉向輪、定位輪、轉向驅動電機、轉向導桿，主中軸一端裝有直行驅動電機，該直行驅動電機通過第二壓蓋與球形殼聯接，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動的中空軸，副中軸通過固定軸承與氣泵的充氣泵電機聯結，轉向輪和轉向驅動電機固定在主中軸上，轉向驅動電機的軸與轉向導桿連接，并帶動轉向導桿轉動，定位輪固定在轉向導桿上，并圍繞轉向輪轉動，轉向導桿下端安裝配重組件。本發(fā)明與現有技術相比，其顯著優(yōu)點為(1)本發(fā)明移動時是一個球體，停下時是一灘柔軟體，有利于作為偵察時的潛伏隱蔽，且可以避免被風吹跑；(2)通過調節(jié)球體內沖氣量的大小，改變球體與地面的接觸面積，有利于提高機器人移動穩(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，可將球體內氣體擠壓排除，無須專門的抽
3氣外排裝置；(4)中軸的抽拉主副軸設計，可以滿足球體變化時的直徑變化需求，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計，可以滿足殼體相對轉動時的力矩傳遞；(6)機構簡潔，重心處于球體的下方，穩(wěn)定性好、系統(tǒng)響應速度快；(7) 兩個電機分別驅動球體的直線運動和轉向運動，控制方式解藕，可實現球形機器人全向行走和任意點原地轉向；(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、運輸物等)，從而提高球形機器人的實用價值；(9)在球殼外部設計阻水花紋，可提高球形機器人水面行走能力。下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。


附圖是本發(fā)明軟殼體球形機器人的結構示意圖。圖中的附圖標記及其所代表的組成部分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、直行驅動電機7、沖氣泵電機8、沖氣泵9、單向閥10、排氣閥11、轉向輪12、定位輪13、轉向驅動電機14、轉向導桿15、固定軸承
具體實施例方式結合附圖，本發(fā)明軟殼體球形機器人的球殼體采用軟材料氣囊球形殼構成球形機器人的外部輪廓結構；沖排氣裝置在機器人移動前對通過沖氣泵、單向閥向機器人進行沖氣，移動結束后通過排氣閥對機器人進行排氣。運動機構主要由中軸、直行驅動機構、轉向驅動機構、配重組件等構成，中軸通過直行驅動機構與球殼聯結，利用配重組件前后重心偏移來實現球形機器人的直線運動，通過轉向驅動機構與配重組件聯結，利用配重組件左右重心偏移來實現球形機器人的轉向運動。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構成球形機器人的外部輪廓結構，根據行走路面的情況，調整沖排氣量，調節(jié)球內壓力，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。上述軟殼體球形機器人的具體結構如下包括氣囊球形殼1、充排氣裝置、運動裝置，充排氣裝置、運動裝置通過壓蓋5裝在球形殼1內，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，單向閥9串聯在氣泵8的出氣口后端，排氣閥10與氣泵8的進氣口相通，氣泵8的進氣口通過第一壓蓋5-1與球形殼1 外部相通；運動裝置包括主中軸3、副中軸4、直行驅動電機6、轉向輪11、定位輪12、轉向驅動電機13、轉向導桿14，主中軸3 —端裝有直行驅動電機6，該直行驅動電機6通過第二壓蓋 5-2與球形殼1聯接，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7聯結，轉向輪11 和轉向驅動電機13固定在主中軸3上，轉向驅動電機13的軸與轉向導桿14連接，并帶動轉向導桿14轉動，定位輪12固定在轉向導桿14上，并圍繞轉向輪11轉動，轉向導桿14下端安裝配重組件2。本發(fā)明軟殼體球形機器人需要移動前，氣泵8從球形殼1外部經過單向閥9向球
4形殼1內部沖氣，形成機器人的外部球形輪廓結構；機器人行走結束后，排氣閥10通過第一壓蓋5-1向球形殼1外部排氣，機器人變一灘柔軟體。氣囊球形殼1采用軟材料，該軟材料為橡膠和金屬布的復合材料。直行驅動電機6帶動主中軸3、副中軸4發(fā)生與球形殼1的相對轉動，轉向導桿14下裝配重組件2前后擺動，致使球形機器人的重心發(fā)生偏移，帶動球形殼1滾動從而實現機器人的直線；轉向驅動電機13帶動轉向導桿14發(fā)生與主中軸3、副中軸4的相對轉動，轉向導桿14下裝配重組件2左右擺動，致使球形機器人的重心發(fā)生偏移， 帶動球形殼1滾動從而實現機器人的轉彎運動。定位輪12和轉向輪11保證裝配重組件2 在相對于轉向導桿14與中空軸組成的平面內轉動。主中軸3、副中軸4為多面體中空抽拉結構，即為非圓柱結構。本發(fā)明軟殼體球形機器人的單向閥9和排氣閥10固定在氣泵8的兩側，通過壓蓋 5和球形殼1聯接，與外部環(huán)境相通。機器人需要移動前，氣泵8從球形殼1外部經過單向閥9向球形殼1內部沖氣，形成機器人的外部球形輪廓結構；機器人行走結束后，排氣閥10 通過壓蓋5向球形殼1外部排氣，機器人變一灘柔軟體，有利于作為偵察時的潛伏隱蔽，且可以避免被風吹跑；根據行走路面的情況，調整沖排氣量，調節(jié)球內壓力，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。直行驅動電機6帶動主中軸3、副中軸4發(fā)生與球形殼1的相對轉動，轉向導桿14 下裝配重組件2前后擺動，致使球形機器人的重心發(fā)生偏移，帶動球形殼1滾動從而實現機器人的直線；轉向驅動電機13帶動轉向導桿14發(fā)生與主中軸3、副中軸4的相對轉動，轉向導桿14下裝配重組件2左右擺動，致使球形機器人的重心發(fā)生偏移，帶動球形殼1滾動從而實現機器人的轉彎運動。定位輪12和轉向輪11保證轉向驅動電機13帶動轉向導桿 14和裝配重組件2在相對與主中軸3、副中軸4的一個平面內轉動。
權利要求
1.一種軟殼體球形機器人，其特征在于包括氣囊球形殼(1)、充排氣裝置、運動裝置， 充排氣裝置、運動裝置通過壓蓋( 裝在球形殼(1)內，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，單向閥(9)串聯在氣泵⑶的出氣口后端，排氣閥(10)與氣泵⑶的進氣口相通，氣泵⑶的進氣口通過第一壓蓋(5-1)與球形殼(1)外部相通；運動裝置包括主中軸⑶、副中軸⑷、直行驅動電機(6)、轉向輪(11)、定位輪(12)、轉向驅動電機(13)、轉向導桿(14)，主中軸(3) —端裝有直行驅動電機(6)，該直行驅動電機 (6)通過第二壓蓋(5-2)與球形殼(1)聯接，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⑵聯結，轉向輪(11)和轉向驅動電機(13)固定在主中軸(3)上， 轉向驅動電機(13)的軸與轉向導桿(14)連接，并帶動轉向導桿(14)轉動，定位輪(12)固定在轉向導桿(14)上，并圍繞轉向輪(11)轉動，轉向導桿(14)下端安裝配重組件O)。
2.根據權利要求1所述的軟殼體球形機器人，其特征在于機器人需要移動前，氣泵 (8)從球形殼(1)外部經過單向閥(9)向球形殼(1)內部沖氣，形成機器人的外部球形輪廓結構；機器人行走結束后，排氣閥(10)通過第一壓蓋(5-1)向球形殼(1)外部排氣，機器人變一灘柔軟體。
3.根據權利要求1所述的軟殼體球形機器人，其特征在于氣囊球形殼(1)采用軟材料，該軟材料為橡膠和金屬布的復合材料。
4.根據權利要求1所述的軟殼體球形機器人，其特征在于直行驅動電機(6)帶動主中軸(3)、副中軸(4)發(fā)生與球形殼(1)的相對轉動，轉向導桿(14)下裝配重組件(2)前后擺動，致使球形機器人的重心發(fā)生偏移，帶動球形殼(1)滾動從而實現機器人的直線；轉向驅動電機(13)帶動轉向導桿(14)發(fā)生與主中軸(3)、副中軸的相對轉動，轉向導桿 (14)下裝配重組件( 左右擺動，致使球形機器人的重心發(fā)生偏移，帶動球形殼(1)滾動從而實現機器人的轉彎運動。
5.根據權利要求1所述的軟殼體球形機器人，其特征在于定位輪(12)和轉向輪(11) 保證裝配重組件( 在相對于轉向導桿(14)與中空軸組成的平面內轉動。
6.根據權利要求1所述的軟殼體球形機器人，其特征在于主中軸(3)、副中軸(4)為多面體中空抽拉結構，即為非圓柱結構。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種軟殼體球形機器人，包括氣囊球形殼、充排氣裝置、運動裝置，充排氣裝置、運動裝置通過壓蓋裝在球形殼內，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，單向閥串聯在氣泵的出氣口后端，排氣閥與氣泵的進氣口相通，氣泵的進氣口通過第一壓蓋與球形殼外部相通。本發(fā)明移動時是一個球體，停下時是一灘柔軟體，有利于作為偵察時的潛伏隱蔽，且可以避免被風吹跑。
文檔編號B62D57/02GK102219032SQ20111014971
公開日2011年10月19日 申請日期2011年6月7日 優(yōu)先權日2011年6月7日
發(fā)明者周守強, 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工程兵工程學院