CN102390450A - 球形机器人的双气室弹跳机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种球形机器人的双气室弹跳机构。包括球体外气室结构和跳跃动力组件；球体外气室结构内装有跳跃动力组件。本发明实现球形机器人连续弹跳的双气室结构，简化了机器人实现跳跃所需的机械结构，并且双气室的弹跳自储能能力提高了球形机器人实现连续弹跳的能量利用效率。通过控制弹跳驱动器输出轴的不同转动状态，可以实现对气室不同气压状态的控制，从而能让球形机器人实现各种不同的运动状态，提高了运动的灵活性和机动性。解决现有球形机器人存在的不能进行连续跳跃运动、能量利用率低、可操控性差的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及一种球形移动机器的弹跳机构，尤其涉及一种球形机器人的双气室弹跳机构。
背景技术
球形机器人是一类新型的移动机器人。球形的外壳既是机器人保护内部设备的外壳又是机器人实现自身移动的平台。球形机器人具有全方位运动、零转弯半径等优点。
目前，人们所发明的能实现弹跳运动的球形机器人，多是采用机械储能装置快速释放能量来使机器人获得完成跳跃的初始能量的结构。但采用这种驱动结构的球形机器人，由于受其机械结构的限制，其存在以下缺点：一、不能进行连续的跳跃运动。二、能量利用率低。三、运动灵活性较差。
发明内容
针对现有球形机器人弹跳机构存在的上述各种缺点，本发明的目的在于提供一种球形机器人的双气室弹跳机构。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明包括球体外气室结构和跳跃动力组件；球体外气室结构内装有跳跃动力组件；其中：
1）球体外气室结构：包括球体外气室球壳和球体外气室球面；球体外气室下球壳与球体外气室上球壳配合构成球体外气室球壳，球体外气室下球面与球体外气室上球面配合构成球体外气室球面，球体外气室球面、球体外气室球壳的经纬线上均分布有安装孔，球体外气室连管密封安装于球体外气室球壳与球体外气室球面相互对应的安装孔之间；
2）跳跃动力组件：包括内气室气囊、球心支架、空间凸轮、导轮、导轮固定架、导轮安装臂、主驱动器和双气室连管；球心支架呈中空柱体状，内气室气囊安装在球心支架里，内气室气囊一侧的气室接头穿过球心支架一端的通孔连接双气室连管的一端，内气室气囊的另一侧与空间凸轮的一面粘接，双气室连管的另一端连接在球体外气下室球壳内表面上设有的气室接头上与球体外气室上球壳和球体外气室上球面之间的空间连通，球心支架端面与通孔相对的一侧固定连接有主驱动器，主驱动器的输出轴面向内气室气囊，该输出轴与导轮安装臂连接，导轮安装臂上装有导轮固定架，导轮固定架上装有导轮，导轮与空间凸轮的螺旋面接触，主驱动器的输出轴、空间凸轮与内气室气囊共轴线。
所述的跳跃动力组件固定在球体外气室球壳的球体外气室下球壳或球体外气室上球壳内壁上。
所述的球体外气室球壳采用硬质材料，所述的球体外气室球面采用软质材料。
所述的内气室气囊是轴向剖面呈波纹状的中空弹性圆柱体。
本发明具有的有益效果是：
1.本发明的实现球形机器人连续弹跳的双气室结构，简化了机器人实现跳跃所需的机械结构，并且双气室的弹跳自储能能力提高了球形机器人实现连续弹跳的能量利用效率。
2.通过控制弹跳驱动器输出轴的不同转动状态，可以实现对气室不同气压状态的控制，从而能让球形机器人实现各种不同的运动状态，提高了运动的灵活性和机动性。
本发明解决现有球形机器人存在的不能进行连续跳跃运动、能量利用率低、可操控性差的缺陷。
附图说明
图1是本发明的整体立体结构示意图。
图2是本发明的爆炸结构示意图。
图3是本发明的弹跳动力组件的结构示意图。
图中：1、球体外气室上球面，2、球体外气室下球面，3、球体外气室连管，4、球体外气室上球壳，5、球体外气室下球壳，6、球心支架，7、内气室气囊，8、空间凸轮，9、导轮，10、导轮固定架，11、导轮安装臂，12、主驱动器，13、双气室连管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2、图3所示，本发明包括球体外气室结构和跳跃动力组件；球体外气室结构内装有跳跃动力组件；
1）如图1、图2所示，球体外气室结构：包括球体外气室球壳和球体外气室球面；球体外气室下球壳5与球体外气室上球壳4配合构成球体外气室球壳，球体外气室下球面2与球体外气室上球面1配合构成球体外气室球面，球体外气室球面、球体外气室球壳的经纬线上均分布有安装孔，球体外气室连管3密封安装于球体外气室球壳与球体外气室球面相互对应的安装孔之间，球体外气室球壳在内表面的三个正交轴向所对应的六个方向上分别设有结构相同的球心定位块；
2）如图1、图2、图3所示，跳跃动力组件：包括内气室气囊7、球心支架6、空间凸轮8、导轮9、导轮固定架10、导轮安装臂11、主驱动器12和双气室连管13；球心支架6呈中空柱体状，内气室气囊7安装在球心支架6里，内气室气囊7一侧的气室接头穿过球心支架6一端的通孔连接双气室连管13的一端，内气室气囊7的另一侧与空间凸轮8的一面粘接，双气室连管13的另一端连接在球体外气下室球壳5内表面上设有的气室接头上与球体外气室上球壳和球体外气室上球面之间的空间连通，球心支架6端面与通孔相对的一侧固定连接有主驱动器12，主驱动器12的输出轴面向内气室气囊7，该输出轴与导轮安装臂11连接，导轮安装臂11上装有导轮固定架10，导轮固定架10上装有导轮9，导轮9与空间凸轮8的螺旋面接触，主驱动器12的输出轴、空间凸轮8与内气室气囊7共轴线。
如图1所示，所述的跳跃动力组件固定在球体外气室球壳的球体外气室下球壳或球体外气室上球壳内壁上。
如图3所示，所述的空间凸轮8与导轮9接触的工作面是螺旋面。
如图1、图2、图3所示，所述的球体外气室球壳采用硬质材料，所述的球体外气室球面采用软质材料，所述的球体外气室球面与球体外气室球壳两者相对应的经纬线上分布有球体外气室连管3的安装孔，球体外气室球面通过球体外气室连管3与球体外气室球壳相固定，构成球体的外气室，所述的内气室气囊7是轴向剖面呈波纹状的中空弹性圆柱体，底部有气室接头，所述的构成球体外气室的球体外气室下球壳5内面底部有气室接头，所述的外气室与内气室气囊7及连通两气室的双气室连管13构成了球体的双气室结构。
本发明的工作过程如下：
本球体结构可实现球体的连续弹跳运动。
球体的双气室结构让球体实现了连续弹跳运动。固定在球心支架6上的球体控制器包括三轴加速度传感器，球体控制器中的三轴加速度传感器作为三维碰撞传感器用来辅助实现球体的跳跃功能。三维碰撞传感器的工作过程如下，在球体弹跳的过程中，在上升期与下降期，由于此时只受重力的作用，加速度传感器将失重（即X、Y、Z各轴加速度输出值都为0）。而在球体与地面发生碰撞的过程中，三轴加速度传感器各轴的输出值随碰撞加速度的变化而变化。从而可以通过拟合各轴的加速度值获得球体当前运动状态，（如碰撞点在球体上的绝对位置、当前弹跳高度）。而另一方面，导轮跟随主驱动器输出轴的转动，实现了与空间凸轮力的相互作用。从而推压球体内气囊的顶部，实现了对球体内气囊容积的控制。又由于球体的双气囊结构是密封的，进而实现了对球体外气室气压的控制。同时由于导轮跟随驱动器输出轴可完成较复杂的运动变化（如转动角度、速度等），因而可实现对球体外气室不同气压的实时控制。球体弹跳的工作过程如下，在球体弹跳的过程中，在上升期与下降期，球体外气室呈现较小的气压。而在球体与地面发生碰撞的过程中，从三维碰撞传感器获得的当前球体运动状态，再结合预订的球体姿态，换算出实际预计需要的球体外气室气压，进而通过主驱动器推动内气室气囊来执行气压控制。从而使球体获得地面给球体的反作用力，实现了球体的连续弹跳运动。
Claims (4)
1.一种球形机器人的双气室弹跳机构，其特征在于：包括球体外气室结构和跳跃动力组件；球体外气室结构内装有跳跃动力组件；其中：
1）球体外气室结构：包括球体外气室球壳和球体外气室球面；球体外气室下球壳（5）与球体外气室上球壳（4）配合构成球体外气室球壳，球体外气室下球面（2）与球体外气室上球面（1）配合构成球体外气室球面，球体外气室球面、球体外气室球壳的经纬线上均分布有安装孔，球体外气室连管密封安装于球体外气室球壳与球体外气室球面相互对应的安装孔之间；
2）跳跃动力组件：包括内气室气囊（7）、球心支架（6）、空间凸轮（8）、导轮（9）、导轮固定架（10）、导轮安装臂（11）、主驱动器（12）和双气室连管（13）；球心支架（6）呈中空柱体状，内气室气囊（7）安装在球心支架（6）里，内气室气囊（7）一侧的气室接头穿过球心支架（6）一端的通孔连接双气室连管（13）的一端，内气室气囊（7）的另一侧与空间凸轮（8）的一面粘接，双气室连管（13）的另一端连接在球体外气下室球壳（5）内表面上设有的气室接头上与球体外气室上球壳和球体外气室上球面之间的空间连通，球心支架（6）端面与通孔相对的一侧固定连接有主驱动器（12），主驱动器（12）的输出轴面向内气室气囊（7），该输出轴与导轮安装臂（11）连接，导轮安装臂（11）上装有导轮固定架（10），导轮固定架（10）上装有导轮（9），导轮（9）与空间凸轮（8）的螺旋面接触，主驱动器（12）的输出轴、空间凸轮（8）与内气室气囊（7）共轴线。
2.根据权利要求1所述的一种球形机器人的双气室弹跳机构，其特征在于：所述的跳跃动力组件固定在球体外气室球壳的球体外气室下球壳（5）或球体外气室上球壳（4）内壁上。
3.根据权利要求1所述的一种球形机器人的双气室弹跳机构，其特征在于：所述的内气室气囊（7）是轴向剖面呈波纹状的中空弹性圆柱体。
4.根据权利要求1所述的一种球形机器人的双气室弹跳机构，其特征在于：所述的球体外气室球壳采用硬质材料，所述的球体外气室球面采用软质材料。
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