本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種球形機(jī)器人。

背景技術(shù)：

球形機(jī)器人是指利用球體的滾動(dòng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人，可以實(shí)現(xiàn)全方位運(yùn)動(dòng)，與地面是單點(diǎn)接觸，摩擦阻力小，能量利用效率高，并且具有不倒翁特性，可以避免常規(guī)的機(jī)器人容易出現(xiàn)的傾倒失穩(wěn)現(xiàn)象。機(jī)器人的重要部件均包容在球體內(nèi)部，受到球體外殼良好的保護(hù)，不容易因破壞而失效。采取合適的密封措施，可以使球形機(jī)器人的外殼具備防水能力，進(jìn)而在較為惡劣的天氣條件下使用，具有全天候的適應(yīng)能力。

球形機(jī)器人由于受限于滾動(dòng)的行走方式，往往運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性不高，而且越障爬坡能力不強(qiáng)，這使得球形機(jī)器人在人們的生活領(lǐng)域(如具有大于30度的斜坡或樓梯等障礙)或某些凹凸不平的場(chǎng)地的應(yīng)用受到極大的限制。

因此，如何提高球形機(jī)器人的越障爬坡能力，以增加球形機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，為業(yè)界人士重點(diǎn)研究課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)以上的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種球形機(jī)器人，可實(shí)現(xiàn)越障爬坡、自動(dòng)調(diào)節(jié)姿態(tài)及增加運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性。

為了解決背景技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種球形機(jī)器人，包括球殼及驅(qū)動(dòng)組件；所述驅(qū)動(dòng)組件包括固定支架、設(shè)于所述固定支架上的連接部、固連于所述連接部的伸縮驅(qū)動(dòng)部和控制力矩陀螺系統(tǒng)、轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述連接部的驅(qū)動(dòng)臂；

所述驅(qū)動(dòng)臂之遠(yuǎn)離所述連接部的一端設(shè)有與所述球殼相接觸的驅(qū)動(dòng)輪，且通過(guò)與所述球殼之間產(chǎn)生摩擦力帶動(dòng)所述球殼轉(zhuǎn)動(dòng)；所述驅(qū)動(dòng)臂與所述伸縮驅(qū)動(dòng)部之間設(shè)有第一連桿，所述伸縮驅(qū)動(dòng)部推動(dòng)所述第一連桿以帶動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)臂繞所述連接部擺動(dòng)，調(diào)節(jié)所述驅(qū)動(dòng)輪相對(duì)所述球殼的接觸位置以控制球形機(jī)器人的行走速度；

所述球形機(jī)器人受到干擾力矩時(shí)，通過(guò)控制所述伸縮驅(qū)動(dòng)部帶動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)臂擺動(dòng)，以改變所述球形機(jī)器人的行走速度，再控制所述兩個(gè)控制力矩陀螺系統(tǒng)反向同步偏擺來(lái)增加進(jìn)動(dòng)力矩以克服所述干擾力矩及提高所述球形機(jī)器人的穩(wěn)定性。

一種實(shí)施方式中，所述伸縮驅(qū)動(dòng)部包括第一導(dǎo)軌、將所述第一導(dǎo)軌固定于所述連接部的導(dǎo)軌固定件、套設(shè)于所述第一導(dǎo)軌上的第一連接件及設(shè)于所述第一導(dǎo)軌遠(yuǎn)離所述連接部的一端的第二電機(jī)，所述第二電機(jī)用以驅(qū)動(dòng)所述第一連接件沿所述第一導(dǎo)軌滑動(dòng)；

所述第一連桿包括相對(duì)設(shè)置的第一端和第二端，所述第一端和所述第二端分別轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述第一連接件和所述驅(qū)動(dòng)臂；所述第一連接件沿所述第一導(dǎo)軌滑動(dòng)，帶動(dòng)所述第一連桿相對(duì)于所述連接部做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，且?guī)?dòng)所述驅(qū)動(dòng)臂繞所述連接部擺動(dòng)。

一種實(shí)施方式中，所述驅(qū)動(dòng)臂還包括連接于所述連接部與所述驅(qū)動(dòng)輪之間的第二連桿，所述驅(qū)動(dòng)輪與所述第二連桿之間設(shè)有彈性連接件，所述彈性連接件沿著所述驅(qū)動(dòng)臂方向伸縮，在所述球形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中起到緩沖減震作用及為所述驅(qū)動(dòng)輪與所述球殼之間提供接觸壓力的作用。

一種實(shí)施方式中，所述彈性連接件包括彈簧、設(shè)于所述彈簧相對(duì)兩側(cè)的第二導(dǎo)軌、及設(shè)于所述第二導(dǎo)軌上的滑塊，所述第二導(dǎo)軌一端固定連接于所述第二連桿，另一端朝向所述驅(qū)動(dòng)輪方向延伸，所述滑塊一端設(shè)于所述第二導(dǎo)軌上，另一端固定于所述驅(qū)動(dòng)輪，所述彈簧固定于所述第二連桿與所述驅(qū)動(dòng)輪之間，且處于壓縮狀態(tài)，以便于為所述驅(qū)動(dòng)輪與所述球殼之間提供接觸壓力。

一種實(shí)施方式中，所述控制力矩陀螺系統(tǒng)包括控制力矩陀螺和偏擺電機(jī)；所述固定支架包括與所述連接部相對(duì)設(shè)置的固定端，所述固定端與所述連接部設(shè)于所述控制力矩陀螺兩側(cè)且通過(guò)偏擺軸與所述控制力矩陀螺轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述偏擺電機(jī)設(shè)于所述控制力矩陀螺上且靠近所述固定端處，所述固定端設(shè)有第一齒輪，所述偏擺電機(jī)設(shè)有與所述第一齒輪相嚙合的第二齒輪，所述偏擺電機(jī)通過(guò)帶動(dòng)所述第二齒輪相對(duì)于所述第一齒輪偏擺，以帶動(dòng)所述控制力矩陀螺繞所述偏擺軸偏擺。

一種實(shí)施方式中，所述固定支架設(shè)有第一軸向，所述驅(qū)動(dòng)輪和所述驅(qū)動(dòng)臂關(guān)于所述第一軸向?qū)ΨQ分布，所述控制力矩陀螺系統(tǒng)為多個(gè)，且所述多個(gè)控制力矩陀螺系統(tǒng)的所述偏擺軸的延伸方向沿著所述第一軸向的方向延伸。

一種實(shí)施方式中，所述多個(gè)控制力矩陀螺系統(tǒng)沿著所述第一軸向分布和/或關(guān)于所述第一軸向?qū)ΨQ分布。

一種實(shí)施方式中，所述多個(gè)控制力矩陀螺系統(tǒng)分布于所述第一軸向兩側(cè)，且沿著所述第一軸向錯(cuò)開(kāi)。

一種實(shí)施方式中，所述多個(gè)控制力矩陀螺系統(tǒng)沿著垂直于所述第一軸向分層疊設(shè)于所支撐臺(tái)上。

一種實(shí)施方式中，所述固定支架設(shè)有第一軸向，所述驅(qū)動(dòng)輪和所述驅(qū)動(dòng)臂關(guān)于所述第一軸向?qū)ΨQ分布，所述控制力矩陀螺系統(tǒng)為多個(gè)，所述多個(gè)控制力矩陀螺系統(tǒng)之一部分沿著所述第一軸向分布，設(shè)有第一偏擺軸，所述第一偏擺軸的延伸方向沿著所述第一軸向的方向延伸，所述多個(gè)控制力矩陀螺系統(tǒng)之另一部分關(guān)于所述第一軸向?qū)ΨQ分布，設(shè)有第二偏擺軸，所述第二偏擺軸的延伸方向垂直于所述第一軸向的方向。

本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種球形機(jī)器人，包括球殼、驅(qū)動(dòng)組件。所述驅(qū)動(dòng)組件包括驅(qū)動(dòng)臂和驅(qū)動(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)輪與所述球殼內(nèi)壁產(chǎn)生牽引力矩從而帶動(dòng)所述球殼轉(zhuǎn)動(dòng)；通過(guò)設(shè)置伸縮驅(qū)動(dòng)和第一連桿，伸縮驅(qū)動(dòng)部通過(guò)第一連桿帶動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)臂繞所述連接部擺動(dòng)，從而改變所述驅(qū)動(dòng)輪與所述球殼內(nèi)壁的接觸位置，可在不影響電機(jī)效率下實(shí)現(xiàn)球形機(jī)器人行走時(shí)的無(wú)級(jí)變速；在球形機(jī)器人遇到行走障礙，且驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力矩足以使得所述球形機(jī)器人越障時(shí)，所述控制力矩陀螺可通過(guò)自由偏擺以產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)力矩從而穩(wěn)定球形機(jī)器人的底盤(pán)，使驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力矩全部傳遞給球殼，從而使球形機(jī)器人越過(guò)障礙。當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力矩不足以越障時(shí)，球形機(jī)器人通過(guò)控制偏擺電機(jī)帶動(dòng)所述控制力矩陀螺以大于自由偏擺時(shí)的角速度偏擺，以在短時(shí)間內(nèi)獲得較大的進(jìn)動(dòng)力矩，該進(jìn)動(dòng)力矩與驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力矩疊加以實(shí)現(xiàn)越障。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種球形機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2-1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種球形機(jī)器人中驅(qū)動(dòng)組件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2-2是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種球形機(jī)器人中固定框架結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種無(wú)級(jí)變速結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種無(wú)級(jí)變速結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種球形機(jī)器人中控制力矩陀螺的示意圖。

圖6-1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種球形機(jī)器人轉(zhuǎn)速比調(diào)節(jié)原理圖。

圖6-2是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種球形機(jī)器人轉(zhuǎn)速比調(diào)節(jié)原理圖。

圖7-1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種無(wú)級(jí)變速結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7-2是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種無(wú)級(jí)變速結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種無(wú)級(jí)變速中彈性連接件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種控制力矩陀螺示意圖。

圖10-1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種控制力矩陀螺的排布方式示意圖。

圖10-2是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種控制力矩陀螺的排布方式示意圖。

圖10-3是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種控制力矩陀螺的排布方式示意圖。

圖10-4是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種控制力矩陀螺的排布方式示意圖。

圖10-5是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種控制力矩陀螺的排布方式示意圖。

圖10-6是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種控制力矩陀螺的排布方式示意圖。

圖10-7是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種控制力矩陀螺的排布方式示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。

請(qǐng)參閱圖1至圖2-1，圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種球形機(jī)器人，包括球殼1和設(shè)于所述球殼1內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)組件2、支撐臺(tái)4、固定于所述支撐臺(tái)4上的固定支架5。所述驅(qū)動(dòng)組件2包括設(shè)于所述固定支架5上的連接部20、固定連接于所述連接部20的伸縮驅(qū)動(dòng)部22和控制力矩陀螺系統(tǒng)3、轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述連接部20的驅(qū)動(dòng)臂21。所述固定支架5通過(guò)彈性支撐輪連接至所述球殼1內(nèi)壁，可與所述驅(qū)動(dòng)組件2一起與所述球殼1相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，以防止所述驅(qū)動(dòng)組件2在所述球殼1內(nèi)不穩(wěn)定。

所述驅(qū)動(dòng)臂21遠(yuǎn)離所述連接部20的一端設(shè)有驅(qū)動(dòng)輪201、及驅(qū)動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)輪201繞其中心軸自轉(zhuǎn)的第一電機(jī)202，所述驅(qū)動(dòng)輪201的部分周面與所述球殼1內(nèi)壁相接觸，所述驅(qū)動(dòng)輪201在自轉(zhuǎn)過(guò)程中，在所述球殼1內(nèi)壁產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦力(牽引力矩)從而帶動(dòng)所述球殼1相對(duì)于所述驅(qū)動(dòng)組件2轉(zhuǎn)動(dòng)，所述球殼1的轉(zhuǎn)動(dòng)于地面之間產(chǎn)生摩擦力，實(shí)現(xiàn)了所述球殼1相對(duì)于地面的滾動(dòng)。所述第一電機(jī)202與所述驅(qū)動(dòng)輪201之間的傳動(dòng)方式不局限于皮帶傳動(dòng)，也可用其他傳動(dòng)方式。

請(qǐng)參閱圖2-1及圖3，所述驅(qū)動(dòng)臂21與所述伸縮驅(qū)動(dòng)部22之間設(shè)有第一連桿23，所述伸縮驅(qū)動(dòng)部22推動(dòng)所述第一連桿23相對(duì)于所述連接部20做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)臂21繞所述連接部20擺動(dòng)以改變所述驅(qū)動(dòng)輪與在所述球殼的接觸位置來(lái)調(diào)節(jié)所述球形機(jī)器人的行走速度。

請(qǐng)參閱圖3及圖4，一種實(shí)施方式中，所述驅(qū)動(dòng)臂21為兩個(gè)，且對(duì)稱分布于所述伸縮驅(qū)動(dòng)部22兩側(cè)，所述伸縮驅(qū)動(dòng)部22推動(dòng)所述第一連桿23相對(duì)于所述連接部20做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，可帶動(dòng)兩個(gè)所述驅(qū)動(dòng)臂21繞所述連接部20做張開(kāi)或收緊運(yùn)動(dòng)，通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)輪相對(duì)在所述球殼1的接觸位置的變化來(lái)調(diào)節(jié)所述球殼1轉(zhuǎn)速。具體為，所述驅(qū)動(dòng)輪201相對(duì)于所述球殼1做圓周運(yùn)動(dòng)，在所述驅(qū)動(dòng)輪速度一定下，其中，所述驅(qū)動(dòng)輪201沿著半徑越大的圓運(yùn)動(dòng)，則球形機(jī)器人行走速度越慢，所述驅(qū)動(dòng)輪201沿著半徑越小的圓運(yùn)動(dòng)，則球形機(jī)器人行走速度越快。通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)臂21的張開(kāi)或收緊的角度，來(lái)調(diào)節(jié)所述驅(qū)動(dòng)輪201相對(duì)在所述球殼1的接觸位置的變化，即調(diào)節(jié)所述驅(qū)動(dòng)輪201在所述球殼1內(nèi)壁運(yùn)動(dòng)的圓周半徑，在驅(qū)動(dòng)輪201轉(zhuǎn)速一定下，所述驅(qū)動(dòng)輪201在所述球殼1內(nèi)壁沿著不同的圓周運(yùn)動(dòng)，則所述驅(qū)動(dòng)輪201與所述球殼1之間的轉(zhuǎn)速比不同，從而實(shí)現(xiàn)在不影響電機(jī)效率的同時(shí)使所述球殼1的無(wú)級(jí)變化。

請(qǐng)參閱圖5，控制力矩陀螺系統(tǒng)3包括控制力矩陀螺31和偏擺電機(jī)32，所述控制力矩陀螺31包括轉(zhuǎn)子311、軸承312、套設(shè)于所述轉(zhuǎn)子311外圍的轉(zhuǎn)子框架313及驅(qū)動(dòng)所述轉(zhuǎn)子311繞其中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自轉(zhuǎn)電機(jī)314，所述自轉(zhuǎn)電機(jī)314設(shè)于所述轉(zhuǎn)子框架313上，通過(guò)帶動(dòng)所述軸承312以帶動(dòng)所述轉(zhuǎn)子311旋轉(zhuǎn)。所述偏擺電機(jī)32固定于所述轉(zhuǎn)子框架313上與所述控制力矩陀螺31一起相對(duì)于所述固定支架5偏擺。在所述球形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，所述自轉(zhuǎn)電機(jī)314帶動(dòng)所述轉(zhuǎn)子311繞軸承312高速旋轉(zhuǎn)。

為了增大球形機(jī)器人在越障過(guò)程中轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，需要降低所述球殼1的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，此時(shí)，球形機(jī)器人通過(guò)控制所述第一電機(jī)202驅(qū)動(dòng)所述伸縮驅(qū)動(dòng)部22帶動(dòng)所述第一連桿23相對(duì)于所述第一電機(jī)202運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)臂21收緊以實(shí)現(xiàn)在不影響所述電機(jī)效率的狀態(tài)下降低所述球殼1行走速度，為越障做準(zhǔn)備。在球形機(jī)器人遇障(如較大坡度、地面突出物、樓梯等)時(shí)，障礙物會(huì)對(duì)所述球殼1產(chǎn)生干擾力矩以阻礙其運(yùn)動(dòng)，所述球殼1將該干擾力矩通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)輪201傳送至所述驅(qū)動(dòng)組件2，高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的所述控制力矩陀螺系統(tǒng)3受到所述干擾力矩作用，會(huì)自由偏擺產(chǎn)生一個(gè)與所述干擾力矩方向相反大小相等的進(jìn)動(dòng)力矩使球形機(jī)器人底盤(pán)穩(wěn)定，使得驅(qū)動(dòng)力矩(驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)球殼的力矩)全部轉(zhuǎn)遞給球殼以實(shí)現(xiàn)越障。在球形機(jī)器人受到較大干擾力矩干擾時(shí)，所述球形機(jī)器人控制高速旋轉(zhuǎn)下的所述控制力矩陀螺31以大于自由偏擺時(shí)的角速度偏擺，以增大所述進(jìn)動(dòng)力矩。所述控制力矩陀螺31產(chǎn)生的進(jìn)動(dòng)力矩一方面穩(wěn)定了所述驅(qū)動(dòng)組件，避免其發(fā)生翻轉(zhuǎn)，另一方面，將進(jìn)動(dòng)力矩通過(guò)所述固定支架5傳遞至驅(qū)動(dòng)輪201，進(jìn)而與驅(qū)動(dòng)輪201的驅(qū)動(dòng)力矩疊加后全部傳送至球殼1，從而提高球形機(jī)器人的越障爬坡性能及自動(dòng)調(diào)整姿態(tài)平衡。

本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種球形機(jī)器人，驅(qū)動(dòng)輪201與所述球殼1內(nèi)壁產(chǎn)生牽引力矩從而帶動(dòng)所述球殼1行走；通過(guò)設(shè)置伸縮驅(qū)動(dòng)部22和第一連桿23，伸縮驅(qū)動(dòng)部22通過(guò)第一連桿23帶動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)臂21繞所述連接部20擺動(dòng)，從而改變所述驅(qū)動(dòng)輪201與球殼1內(nèi)壁的接觸位置，在不影響電機(jī)功率下實(shí)現(xiàn)球形機(jī)器人行走時(shí)的無(wú)級(jí)變速；通過(guò)設(shè)置控制力矩陀螺系統(tǒng)3，當(dāng)球形機(jī)器人遇障時(shí)，所述球殼1受到干擾力矩干擾，所述控制力矩陀螺系統(tǒng)3產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)力矩，并結(jié)合所述驅(qū)動(dòng)臂21使得所述球殼1的行走速度減小，在驅(qū)動(dòng)組件2傳送至所述球殼1的功率一定情況下，所述球殼1的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩增大，從而促進(jìn)所述球形機(jī)器人越障，平衡所述球形機(jī)器人的姿態(tài)。

一種實(shí)施方式中，驅(qū)動(dòng)臂21為一對(duì)，所述伸縮驅(qū)動(dòng)部22經(jīng)過(guò)所述球殼1的中心，所述驅(qū)動(dòng)臂21和驅(qū)動(dòng)輪201對(duì)稱分布于伸縮驅(qū)動(dòng)部22的兩側(cè)；所述驅(qū)動(dòng)組件2中所述驅(qū)動(dòng)輪201與所述球殼1之間的輸出轉(zhuǎn)速比i為：

i＝(n1/n2)＝(l/r)∝(1/θ)(1)

其中，n1為所述驅(qū)動(dòng)輪201的轉(zhuǎn)速，在所述第一電機(jī)202驅(qū)動(dòng)功率不變的情況下，所述驅(qū)動(dòng)輪201的轉(zhuǎn)速不變；n2為所述球殼1的轉(zhuǎn)速；r所述驅(qū)動(dòng)輪201半徑，為不變量；l為所述驅(qū)動(dòng)輪201沿著相對(duì)于所述球殼1運(yùn)動(dòng)的圓周半徑；θ為所述驅(qū)動(dòng)輪201中心到所述一對(duì)驅(qū)動(dòng)臂21球殼1的中心交點(diǎn)的連線與豎直中心線之間的夾角。

由式(1)可知，所述一對(duì)驅(qū)動(dòng)臂21張開(kāi)的夾角θ越大，所述驅(qū)動(dòng)輪201沿著所述球殼1運(yùn)動(dòng)的圓周半徑l越小，則所述驅(qū)動(dòng)輪201與所述球殼1之間的輸出轉(zhuǎn)速比i就越小，所述球殼1的轉(zhuǎn)動(dòng)速度越快；所述一對(duì)驅(qū)動(dòng)臂21張開(kāi)的夾角θ越小，所述驅(qū)動(dòng)輪201沿著所述球殼1運(yùn)動(dòng)的圓周半徑l越大，則所述驅(qū)動(dòng)輪201與所述球殼1之間的輸出轉(zhuǎn)速比i就越大，所述球殼1的轉(zhuǎn)動(dòng)速度越慢。本實(shí)施例通過(guò)調(diào)節(jié)所述一對(duì)驅(qū)動(dòng)臂21張開(kāi)的夾角θ，即可實(shí)現(xiàn)所述球殼1的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的調(diào)節(jié)，而且，由于所述一對(duì)驅(qū)動(dòng)臂21張開(kāi)的夾角θ可調(diào)連續(xù)變化，則所述驅(qū)動(dòng)輪201與所述球殼1之間的輸出轉(zhuǎn)速比i也可調(diào)連續(xù)變化，從而實(shí)現(xiàn)了所述球殼1轉(zhuǎn)動(dòng)的無(wú)級(jí)變速調(diào)節(jié)。

請(qǐng)參閱圖6-1，當(dāng)球形機(jī)器人越障或爬坡時(shí)，在電機(jī)輸出功率一定的情況下，為提供足夠大的輸出扭轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，則需要較小的球殼1速度，即需要增大所述驅(qū)動(dòng)輪201與所述球殼1之間的輸出轉(zhuǎn)速比，也就是驅(qū)動(dòng)臂21張開(kāi)的夾角θ較小。此時(shí)通過(guò)控制第二電機(jī)224帶動(dòng)第一連接件223朝向所述第二電機(jī)224移動(dòng)，第一連接件223通過(guò)第一連桿23帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)臂21繞所述連接部20朝向所述第一連接件223轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使一對(duì)驅(qū)動(dòng)臂21收緊，從而得到減小的夾角θ1，此時(shí)驅(qū)動(dòng)輪201沿著直徑為a1c1、b1d1的圓周運(yùn)動(dòng)。由式(1)可知，此時(shí)轉(zhuǎn)速比i增大，球殼1速度減小，從而球形機(jī)器人獲得更大的越障驅(qū)動(dòng)力矩。

請(qǐng)參閱圖6-2，當(dāng)球形機(jī)器人在平地行走時(shí)，需要提高機(jī)器人的移動(dòng)速度，即要增大所述球殼1的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，需要減小所述驅(qū)動(dòng)輪201與所述球殼1之間的輸出轉(zhuǎn)速比，也就是驅(qū)動(dòng)臂21張開(kāi)的夾角θ較大。此時(shí)通過(guò)控制第二電機(jī)224推動(dòng)第一連接件223朝向所述連接部20移動(dòng)，第一連接件223通過(guò)第一連桿23帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)臂21繞所述連接部20朝遠(yuǎn)離所述第一連接件223方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使一對(duì)驅(qū)動(dòng)臂21伸展開(kāi)，從而得到較大的夾角θ2，此時(shí)驅(qū)動(dòng)輪201沿著直徑為a2c2、b2d2的圓周運(yùn)動(dòng)。由式(1)可知，此時(shí)轉(zhuǎn)速比i減小，球殼1速度增加，從而實(shí)現(xiàn)球形機(jī)器人獲得更快的行走速度。

由上可知，通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)臂21張開(kāi)的夾角θ，即可根據(jù)需求在一定范圍內(nèi)任意改變轉(zhuǎn)速比i，從而使得所述球殼1實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。

在本申請(qǐng)實(shí)施方式中，所述一對(duì)驅(qū)動(dòng)臂21交點(diǎn)可以位于球殼1中心處，及所述連接部20設(shè)于所述球殼1中心，也可以不位于球殼1中心處，本申請(qǐng)對(duì)于所述一對(duì)驅(qū)動(dòng)臂21交點(diǎn)相對(duì)于所述球殼1中的位置不做限制。

請(qǐng)參閱圖7-1及圖7-2，所述伸縮驅(qū)動(dòng)部22包括第一導(dǎo)軌221、將所述第一導(dǎo)軌221固定于所述連接部20的導(dǎo)軌固定件222、套設(shè)于所述第一導(dǎo)軌221上的第一連接件223及設(shè)于所述第一導(dǎo)軌221遠(yuǎn)離所述連接部20的一端的第二電機(jī)224，所述第二電機(jī)224用以驅(qū)動(dòng)所述第一連接件223沿所述第一導(dǎo)軌221滑動(dòng)。

所述第一連桿23包括相對(duì)設(shè)置的第一端232和第二端233，所述第一端232和所述第二端233分別轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述第一連接件223和所述驅(qū)動(dòng)臂21；所述第一連接件223沿所述第一導(dǎo)軌221滑動(dòng)，帶動(dòng)所述第一連桿23相對(duì)于所述連接部20做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，且?guī)?dòng)所述驅(qū)動(dòng)臂21繞所述連接部20擺動(dòng)。

可以理解的，所述第二電機(jī)224不局限于采用螺桿式電機(jī)或直線電機(jī)，也可以采用液壓氣缸或其他可實(shí)現(xiàn)將驅(qū)動(dòng)臂21擺動(dòng)的其他連桿機(jī)構(gòu)。

一種實(shí)施方式中，所述第一導(dǎo)軌221兩端還設(shè)有第一限位件225、226，所述第一限位件225、226用于所述第一連接件223沿所述第一導(dǎo)軌221滑動(dòng)的兩個(gè)端點(diǎn)位置的限位。所述第一限位件225、226可以為限位阻尼塊，也可用限位開(kāi)關(guān)或其他限位方式替代。所述第一限位件225、226的材質(zhì)可以為橡膠等耐磨材料，一方面對(duì)第一連接件223起到了緩沖減震作用，另一方面，減少對(duì)第一連接件223的磨損，延長(zhǎng)其使用壽命。

請(qǐng)參閱圖7-1及圖7-2，所述驅(qū)動(dòng)臂21還包括連接于所述連接部20與所述驅(qū)動(dòng)輪201之間的第二連桿227；所述第二連桿227上設(shè)有第二連接件229，所述第一連桿23的第二端233轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述第二連接件229。所述第一連接件223沿所述第一導(dǎo)軌221朝向所述連接部20滑動(dòng)過(guò)程，使得所述第一連桿23始終推動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)臂21繞所述連接部20轉(zhuǎn)動(dòng)，以增大所述驅(qū)動(dòng)臂21繞著所述連接部20伸展的角度。具體而言，第二電機(jī)224推動(dòng)第一連接件223朝向所述連接部20運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，所述第一連桿23始終保持向上推動(dòng)所述第二連接件229，進(jìn)而推動(dòng)驅(qū)動(dòng)臂21張開(kāi)，直到第一連接件223位于最頂端時(shí)，即最靠近所述連接部20的位置時(shí)，此時(shí)驅(qū)動(dòng)臂21張開(kāi)的夾角θ最大，這樣的設(shè)計(jì)可獲得較大的驅(qū)動(dòng)臂21張開(kāi)的夾角θ，同時(shí)第一連接件223移動(dòng)距離較小，可簡(jiǎn)化和減少伸縮驅(qū)動(dòng)部22的結(jié)構(gòu)，從而減少驅(qū)動(dòng)組件2占據(jù)的空間，便于其他結(jié)構(gòu)的布局。

請(qǐng)參閱圖8，所述驅(qū)動(dòng)輪201與所述第二連桿227之間設(shè)有彈性連接件24，所述彈性連接件24沿著所述驅(qū)動(dòng)臂21方向伸縮，在所述球形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中起到緩沖減震作用及為所述驅(qū)動(dòng)輪201與所述球殼1之間提供接觸壓力的作用。一種實(shí)施方式中，所述彈性連接件24包括彈簧241、設(shè)于所述彈簧241相對(duì)兩側(cè)的第二導(dǎo)軌242、及設(shè)于所述第二導(dǎo)軌242上的滑塊243，所述第二導(dǎo)軌242一端固定連接于所述第二連桿227，另一端朝向所述驅(qū)動(dòng)輪201方向延伸，所述第二導(dǎo)軌242兩端設(shè)有第二限位件244、245，第二限位件244、245用于限制所述滑塊243的滑動(dòng)位置。所述滑塊243一端設(shè)于所述第二導(dǎo)軌242上，可相對(duì)于所述第二導(dǎo)軌242滑動(dòng)，另一端固定于所述驅(qū)動(dòng)輪201，所述彈簧241固定于所述第二連桿227與所述驅(qū)動(dòng)輪201之間，且處于壓縮狀態(tài)，以便于為所述驅(qū)動(dòng)輪201與所述球殼1之間提供接觸壓力。此外，在球形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，所述彈簧241可通過(guò)其壓縮量的變化確保驅(qū)動(dòng)輪201始終與球殼1緊密接觸以便于增大所述驅(qū)動(dòng)輪201所述球殼1之間的傳動(dòng)效率。其他實(shí)施方式中，所述彈性連接件24也可以是彈性橡膠、彈性塑料等其他的彈性元件，在本申請(qǐng)中，不對(duì)所述彈性連接件24的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行限制。

請(qǐng)參閱圖2-2，所述彈性支撐輪6包括彈性件61和的支撐輪62，所述支撐輪62與所述球殼1內(nèi)壁相接觸。支撐輪62還可以為滾珠。彈性件61可以設(shè)置為彈簧、彈性橡膠等彈性件，所述彈性件61處于壓縮狀態(tài)，起到緩沖保護(hù)作用，及壓縮狀態(tài)的所述彈性件61確保在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，所述驅(qū)動(dòng)輪201與所述球殼1接觸，甚至給予所述驅(qū)動(dòng)輪201一定的接觸壓力。

請(qǐng)參閱圖2-2及圖4，所述固定支架5包括與所述連接部20相對(duì)設(shè)置的固定端51，所述固定端51與所述連接部20設(shè)于所述控制力矩陀螺31兩側(cè)且通過(guò)偏擺軸33與所述控制力矩陀螺31轉(zhuǎn)動(dòng)連接。所述偏擺電機(jī)32設(shè)于所述控制力矩陀螺32上且靠近所述固定端51處，所述固定端51設(shè)有第一齒輪511，所述偏擺電機(jī)32設(shè)有與所述第一齒輪511相嚙合的第二齒輪521，所述偏擺電機(jī)32通過(guò)帶動(dòng)所述第二齒輪521相對(duì)于所述第一齒輪511偏擺，以帶動(dòng)所述控制力矩陀螺31繞所述偏擺軸33偏擺。

請(qǐng)參閱圖9，一種實(shí)施方式中，所述驅(qū)動(dòng)組件2中可以包括兩個(gè)控制力矩陀螺系統(tǒng)3a、3b，兩個(gè)控制力矩陀螺系統(tǒng)3a、3b的轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)方向相反。所述固定支架4設(shè)有第一軸向y，所述驅(qū)動(dòng)輪201關(guān)于所述第一軸向y對(duì)稱分布，且所述兩個(gè)控制力矩陀螺系統(tǒng)3a、3b的所述偏擺軸33a、33b的延伸方向沿著所述第一軸向y的方向延伸。當(dāng)所述球形機(jī)器人沿y正方向行走遇到障礙時(shí)，球形機(jī)器人控制驅(qū)動(dòng)臂21相對(duì)于所述伸縮驅(qū)動(dòng)部22收緊，以增大所述球殼1與所述驅(qū)動(dòng)輪201之間的行走速度比，從而降低球殼的行走速度，為球殼越障做準(zhǔn)備。由于障礙的干擾力矩，驅(qū)動(dòng)輪201的驅(qū)動(dòng)力矩?zé)o法全部傳遞給球殼1，使得部分驅(qū)動(dòng)力矩傳遞給位于球殼1內(nèi)部的連接部20，這時(shí)控制力矩陀螺系統(tǒng)3將發(fā)生進(jìn)動(dòng)而產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)力矩平衡上述的部分驅(qū)動(dòng)力矩，以穩(wěn)定球殼1內(nèi)部的連接部20并增加驅(qū)動(dòng)輪201與所述球殼1之間的傳動(dòng)效率，使驅(qū)動(dòng)輪201的驅(qū)動(dòng)力矩全部傳遞給球殼1從而實(shí)現(xiàn)越障，進(jìn)而避免球殼1內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)組件將在球殼1內(nèi)發(fā)生翻滾，球殼1無(wú)法獲得最大驅(qū)動(dòng)力矩實(shí)現(xiàn)越障。

本申請(qǐng)實(shí)施例中，所述控制力矩陀螺系統(tǒng)3還可以為多個(gè)，對(duì)于所述控制力矩陀螺系統(tǒng)3的排布方式可以采用如下方式：當(dāng)越障需要的進(jìn)動(dòng)力矩方向沿第一軸向y時(shí)，控制力矩陀螺系統(tǒng)3的偏擺軸向沿x方向布置；反之，當(dāng)越障需要的進(jìn)動(dòng)力力矩方向沿x軸時(shí)，控制力矩陀螺系統(tǒng)3的偏擺軸向沿第一軸向y方向布置。

以當(dāng)越障需要的進(jìn)動(dòng)力矩方向沿x軸時(shí)為例，多個(gè)控制力矩陀螺系統(tǒng)3的偏擺軸向均沿y方向布置。所述控制力矩陀螺系統(tǒng)3具體的排列方式包括但不限于：

第一種實(shí)施例，如圖10-1所示，所述多個(gè)控制力矩陀螺系統(tǒng)3可以沿著所述第一軸向y分布，所述偏擺軸33的延伸方向沿著所述第一軸向y的方向延伸。

第二種實(shí)施例，如圖10-2所示，所述多個(gè)控制力矩陀螺系統(tǒng)3可以關(guān)于所述第一軸向y對(duì)稱分布，所述偏擺軸33的延伸方向沿著所述第一軸向y的方向延伸。

第三種實(shí)施例，如圖10-3及圖10-4所示，所述多個(gè)控制力矩陀螺系統(tǒng)3分布于所述第一軸向y兩側(cè)，且沿著所述第一軸向y錯(cuò)開(kāi)，所述偏擺軸33的延伸方向沿著所述第一軸向y的方向延伸。

第四種實(shí)施例，如圖10-5所示，所述多個(gè)控制力矩陀螺系統(tǒng)3沿著垂直于所述支撐臺(tái)4的方向z疊設(shè)于所支撐臺(tái)4上，所述偏擺軸33的延伸方向沿著所述第一軸向y的方向延伸。

第五種實(shí)施例，如圖10-6所示，所述多個(gè)控制力矩陀螺系統(tǒng)3之一部分沿著所述第一軸向y分布，所述多個(gè)控制力矩陀螺系統(tǒng)3之另一部分關(guān)于所述第一軸向y對(duì)稱分布，所述偏擺軸33的延伸方向均沿著所述第一軸向y的方向延伸。

所述多個(gè)控制力矩陀螺系統(tǒng)3還可以同時(shí)提供x和y兩個(gè)方向的進(jìn)動(dòng)力矩。第六種實(shí)施例，如圖10-7所示，所述多個(gè)控制力矩陀螺系統(tǒng)3之一部分沿著所述第一軸向y分布，設(shè)有第一偏擺軸，所述第一偏擺軸的延伸方向沿著所述第一軸向y的方向延伸，所述多個(gè)控制力矩陀螺系統(tǒng)3之另一部分關(guān)于所述第一軸向y對(duì)稱分布，設(shè)有第二偏擺軸，所述第二偏擺軸3的延伸方向x垂直于所述第一軸向y的方向。具體而言，所述控制力矩陀螺系統(tǒng)3可以為兩對(duì)，互相成對(duì)的所述控制力矩陀螺系統(tǒng)3，其中，兩個(gè)偏擺軸延伸方向沿著所述第一軸向y的方向延伸，另兩個(gè)偏擺軸延伸方向沿x的方向。

以上所示的排列方式，僅僅是本申請(qǐng)所保護(hù)的多個(gè)控制力矩陀螺系統(tǒng)排列方式的幾個(gè)實(shí)施例，還可以有其他的排列方式，且以上所示的排列方式都可以作為一個(gè)基本單元擴(kuò)充驅(qū)動(dòng)組件2中控制力矩陀螺31的數(shù)量，構(gòu)建復(fù)雜的控制力矩陀螺系統(tǒng)3?；诒旧暾?qǐng)實(shí)施方式及結(jié)合上述控制力矩陀螺系統(tǒng)3的數(shù)量和排布方式，所述球形機(jī)器人中，對(duì)本申請(qǐng)所提供的控制力矩陀螺系統(tǒng)3進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)量變化，或基于本申請(qǐng)的布局思想，對(duì)本申請(qǐng)所提供的控制力矩陀螺系統(tǒng)3進(jìn)行簡(jiǎn)單的排列方式變化，這些都屬于本申請(qǐng)的保護(hù)范圍。

綜上所述，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，但該較佳實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明，該領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求界定的范圍為準(zhǔn)。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。