CN105774931A - 一种球形机器人 - Google Patents

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张英琦
庞少阳
田大庆
高明慧
王满利
牛亚峰
赵青松
仁娇
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Henan University of Technology
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D57/00—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track

Abstract

本发明公开了一种球形机器人，包括球壳和设置在球壳内部的结构主体，所述球壳内壁上设置有齿槽和挡板，齿槽和挡板相平行，所述结构主体包括支撑架，所述支撑架两端分别设置有电机，电机的输出轴上设置有齿轮，齿轮与齿槽相配合并卡在齿槽和挡板之间。与现有技术相比，本发明结构简单，制造成本低，市场前景好。

Description

一种球形机器人
技术领域
本发明涉及一种球形机器人。
背景技术
近年来，一种新型的行走机器人—球形机器人的研究开始引起机器人研究者的注意，球形机器人的出现是人类研究行走机构上的一次突破。作为一种新型的行走机器人，它具有全方位运动、适应环境能力强等优点，引起了越来越多的研究人员的关注，并在科学研究、抢险、军事和日常生活中具有广泛的应用前景。
现在球形机器人的研究分为两种：一种是轮式驱动球形机器人，另一种是轮辐式球形机器人。但是轮式驱动球形机器人存在轮与球体间的滑动问题以及轮对球壳的支撑力造成的球体变形问题，而轮辐式球形机器人虽然真正实现了球形机器人的全方位运动，但设计和安装要求较高，各种传感装置或其他设备的安装会影响机器人的运动，其运动学和动力学建模也较复杂、控制比较困难。
例如，中国专利201310153740.4公开了一种采用混合同步带五驱动球形机器人，包括球壳和轨道框，球壳固定在轨道框外表面上，轨道框内固定有由混合同步带组成圆环形的刚性带。中国专利201010285063.8公开了一种万向滚动球形机器人，涉及球形机器人领域。短轴电机和短轴处于球壳中心线，以内框两端为转动支承；长轴经过球壳中心线，与短轴所在的球壳中心线垂直相交于球心；长轴以球壳内侧为转动支承副，长轴上的被动齿轮与长轴电机连接的长轴主动齿轮啮合；方位电机轴线经过球心，惯性轮与方位电机相连接，惯性轮的对称线经过方位电机轴线，短轴和长轴旋转导致惯性轮翻转，实现球形机器人的直线运动，方位电机转动惯性轮实现球形机器人转向控制。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明的目的是要提供一种球形机器人。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种球形机器人，包括球壳和设置在球壳内部的结构主体，所述球壳内壁上设置有齿槽和挡板，齿槽和挡板相平行，所述结构主体包括支撑架，所述支撑架两端分别设置有电机，电机的输出轴上设置有齿轮，齿轮与齿槽相配合并卡在齿槽和挡板之间。
进一步，所述球壳由两个卡扣在一起的半球壳组成。
进一步，所述支撑架上设置有摄像头、核心控制盒、电池盒。
进一步，所述支撑架上部固定设置有摄像头支撑杆，所述摄像头固定在摄像头支撑杆上。
进一步，核心控制板盒包括核心控制板盒舱体和核心控制板盒盖子控制板盒舱体内集成有语音模块、主控模块、驱动模块、传感器模块、无线模块、电源稳压模块。
进一步，电池盒包括电池盒舱体和电池盒盖子。
与现有技术相比，本发明结构简单，制造成本低，市场前景好。
附图说明
图1为本发明机械结构示意图。
图2为本发明内部结构示意图。
图3为本发明结构主体分解示意图。
图4为本发明的电路工作总体流程图。
图5为本发明所述驱动模块的组成结构示意图。
图6为本发明所述电源模块的组成结构示意图。
图7为本发明无线传输模块的组成结构示意图。
图8为本发明传感器模块的组成结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
请参阅图1、图2及图3，本发明所述球形机器人包括球壳1和设置于球壳1内的结构主体2。球壳1对于结构主体2起支撑作用，球壳1包括挡板11、齿槽12。球壳1由可以合在一起的两个半球组成，是球形机器人的轮子。齿槽12、挡板11与球壳1固连，并为电机组23的运动提供路径，齿槽12、挡板11安装如图所示，齿槽12、挡板11可以和电机组23电机上的齿轮卡在一起，从而电机组23可以运动。结构主体2设置于球壳1内，通过改变球体的重心位置，驱动球体运动，主体包括摄像头装置21、支撑装置22、电机组23、核心控制板盒24、电池盒25。摄像头装置21包括摄像头支撑杆211和摄像头212，摄像头支撑杆211一端与支撑装置22固连，另一端与摄像头212固连，摄像头装置的作用是为摄像头提供稳定的支撑。支撑装置22为摄像头装置21、电机组23、核心控制板盒24、电池盒25提供支撑点，并于摄像头装置21、电机组23、核心控制板盒24、电池盒25固连。电机组23包括可正反转运动的两个电机231、电机头上的齿轮232，当两个电机231同向、同转速运动时球体直线运动，当两个电机231不同转速运动时球体转向运动，通过控制两个电机231的差速度可以使球体实现任意方向的运动。
核心控制板盒24固定在支撑装置22上，核心控制板盒24包括核心控制板盒舱体241和核心控制板盒盖子242，核心控制板盒的作用在于为集成有语音模块、主控模块、驱动模块、传感器模块、无线模块、电源模块的稳压部分的核心控制板提供支撑和固定。
电池盒25固定在支撑装置22上，电池盒25包括电池盒舱体251和电池盒盖子252，电池盒25的作用是为电池提供支撑和固定。
本发明所述手势控制的球形机器人在工作时，核心控制板控制其上的驱动模块，进而控制电机模块，使球体可以360方向运动；核心控制板处理视觉模块传递的信息，实现球体的智能运动；核心控制板通过无线模块接收手机APP模块的指令，实现球体的受控运动。
图4为本发明所述电路工作总体流程图。如图4所示，主控模块5接收来自视觉模块1、语音模块2、传感器模块6和手机APP模块8传输的信息，经信息处理，将相应的信息分别传输给语音模块2、驱动模块3、手机APP模块8；通过这种方式实现人球互动。
图5为本发明所述驱动模块的组成结构示意图。如图5所示，驱动模块的输入1、输入2、输入3与主控模块直接相连，输出端与电机11相连，驱动芯片的使能端接5V电源、电源端接7.2V电源，接地端接地。
图6为本发明所述电源模块9的组成结构示意图。如图6所示，电源模块9由电源模块91和电源模块92组成；电源模块91和电源模块92共地，输入端均接7.2V电压，其中，电源模块91稳压处理输入的7.2V电压，输出为5V电压，电源模块92稳压处理输入的7.2V电压，输出为3.3V电压；输出电压分别为视觉模块1、语音模块2、主控模块5、驱动模块3、传感器模块6、无线模块7提供电能。
图7为本发明无线模块7的组成结构示意图。如图7所示，无线模块7包括无线模块71、无线模块72，其中无线模块71和无线模块72均由集成无线芯片组成。无线模块71的输入端与主控模块5的输入端连接，无线模块71的输出端与主控模块5的输出端连接；无线模块72的输入端与手机APP8的输入端相连，无线模块72的输出端与手机APP8的输出端相连；其中无线模块71与无线模块72可以无线通信，无线模块71与主控模块有线连接，无线模块72与手机APP8有线连接。
图8为本发明传感器模块的组成结构示意图。如图8所示，传感器模块6由集成传感器芯片组成，传感器芯片的电源端接5V电压，接地端接地；中断输出端与主控模块5连接，由主控模块5向传感器芯片发送中断信号；时钟端与主控模块5连接，由主控模块5为传感器芯片提供时钟脉冲；数据端与主控模块5连接，传感器芯片向主控模块5发送检测数据。传感器模块定时将数据信息传输给主控模块5，由主控模块5处理数据并执行相应的动作以满足球形机器人的控制效果。
凡在不脱离本发明核心的情况下做出的简单的变形或修改均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种球形机器人，其特征在于，包括球壳和设置在球壳内部的结构主体，所述球壳内壁上设置有齿槽和挡板，齿槽和挡板相平行，所述结构主体包括支撑架，所述支撑架两端分别设置有电机，电机的输出轴上设置有齿轮，齿轮与齿槽相配合并卡在齿槽和挡板之间。
2.根据权利要求1所述的一种球形机器人，其特征在于，所述球壳由两个卡扣在一起的半球壳组成。
3.根据权利要求1所述的一种球形机器人，其特征在于，所述支撑架上设置有摄像头、核心控制盒、电池盒。
4.根据权利要求3所述的一种球形机器人，其特征在于，所述支撑架上部固定设置有摄像头支撑杆，所述摄像头固定在摄像头支撑杆上。
5.根据权利要求3所述的一种球形机器人，其特征在于，核心控制板盒包括核心控制板盒舱体和核心控制板盒盖子控制板盒舱体内集成有语音模块、主控模块、驱动模块、传感器模块、无线模块、电源稳压模块。
6.根据权利要求3所述的一种球形机器人，其特征在于，电池盒包括电池盒舱体和电池盒盖子。
7.根据权利要求5所述的一种球形机器人，其特征在于，
所述驱动模块包括第一输入端、第二输入端、第三输入端、输出端、使能端、电源端和接地端，输第一输入端、第二输入端、第三输入端与主控模块直接相连，输出端与电机相连，驱动芯片的使能端接5V电源、电源端接7.2V电源，接地端接地；
所述无线模块包括第一无线模块、第二无线模块，第一无线模块和第二无线模块均由集成无线芯片组成，第一无线模块的输入端与主控模块的输入端连接，第一无线模块的输出端与主控模块的输出端连接；第二无线模块的输入端与手机APP的输入端相连，第二无线模块的输出端与手机APP的输出端相连；其中第一无线模块和第二无线模块均为无线通信，第一无线模块与主控模块有线连接，第二无线模块与手机APP有线连接；
所述传感器模块由集成传感器芯片组成，传感器芯片的电源端接5V电压，接地端接地；中断输出端与主控模块连接，由主控模块向传感器芯片发送中断信号；时钟端与主控模块连接，由主控模块为传感器芯片提供时钟脉冲；数据端与主控模块连接，传感器芯片向主控模块发送检测数据；传感器模块定时将数据信息传输给主控模块，由主控模块处理数据并执行相应的动作以满足球形机器人的控制效果。
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