CN105947006B - 一种球形机器人及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，公开一种球形机器人及控制方法，球形机器人包括球形壳体、球形壳体驱动机构、摄像机组件，球形壳体驱动机构安装于球形壳体内以驱动球形壳体绕其球心自转，还包括头部壳体，摄像机组件安装于头部壳体内，头部壳体位于球形壳体的外侧、且可沿球形壳体的外表面滑动；头部壳体设有第一磁性部件，球形壳体驱动机构上设有第二磁性部件，第一磁性部件与第二磁性部件磁性连接，且沿竖直方向，球形壳体驱动机构、头部壳体以及摄像机组件形成的模块的重心低于球形壳体的球心，该球形机器人的摄像机组件设置在球形壳体的外部，能够随球形壳体运动，且能够相对球形壳体转动，结构简单、运动灵活可靠且影像记录效果较好。

Description

一种球形机器人及控制方法

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种球形机器人及控制方法。

背景技术

球形机器人是指将驱动系统、传感器、控制器等安装在一球形壳体内部，通过内驱动方式带动球形壳体滚动运动实现自身前进、后退以及转向等全向运动的机器人，由于球形机器人具有封闭的外壳和特殊的运动形式，相对于轮式或轨道式以及类人机器人，具有良好的动态和静态平衡性，使得球形机器人不易因为碰撞而产生失稳状态，且能在失稳后获得最大的稳定性，而球形机器人地形适应性较好以及很好的密封性的特点更可以使其行驶在沙尘、潮湿、腐蚀性的恶劣环境中。

因此，在上述球形机器人搭载影像记录设备就可以用于地形探测、外星球探索、辐射腐蚀环境探索等领域，应用范围较广，市场前景巨大，在现有的球形机器人系统大都将摄像头设置于球形壳体内部，使得摄像头不会对球形机器人的运动造成影响，并将球形外壳设计成透明状，从而实现摄像头对外部情况的观测，以能够满足影像记录的功能，但是上述摄像头的设置方式导致球形机器人的机械结构设计较为复杂，且摄像头的视角较低，容易被遮挡，另外，球形壳体的外表材料的透明度限制了影像清晰度，而对球形壳体的外表材料的高要求又导致球形机器人造价相对昂贵，不利于市场推广。因此，设计一种影像记录效果较好的球形机器人就显得尤为迫切。

发明内容

本发明提供本发明提供一中球形机器人及控制方法，该球形机器人的摄像机组件设置在球形壳体的外部，能够随球形壳体运动，且能够相对球形壳体转动，结构简单、运动灵活可靠且影像记录效果较好。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种球形机器人，包括球形壳体、球形壳体驱动机构、摄像机组件，所述球形壳体驱动机构安装于所述球形壳体内以驱动所述球形壳体绕其球心自转，还包括头部壳体，所述摄像机组件安装于所述头部壳体内，所述头部壳体位于所述球形壳体的外侧、且可沿所述球形壳体的外表面滑动；所述头部壳体设有第一磁性部件，所述球形壳体驱动机构上设有第二磁性部件，所述第一磁性部件与所述第二磁性部件磁性连接。

在上述球形机器人中，当球形壳体驱动机构驱动球形壳体绕其球心自转时，球形机器人进行行走，此时，安装于球形壳体驱动机构上的第二磁性部件一起运动，并且，由于第二磁性部件与头部壳体设置的第一磁性部件磁性连接，进而头部壳体与球形壳体驱动机构之间的位置关系相对固定，进而带动头部壳体沿球形壳体的外表面进行滑动，当球形机器人行走时带动头部壳体一起运动，进而带动摄像机组件运动；因此，通过相对简单的结构即可实现摄像机组件的灵活运动，又由于摄像机组件位于球形壳体的外部，其影像的清晰度不受球形壳体的影响，使得视角较广，且不易被遮挡，提高了摄像机组件的影响记录效果。

优选地，沿竖直方向，所述球形壳体驱动机构、头部壳体以及摄像机组件形成的模块的重心低于所述球形壳体的球心。由于沿竖直方向，球形壳体驱动机构、头部壳体以及摄像机组件形成的模块的重心低于球形壳体的球心，头部壳体在第一磁性部件以及第二磁性部件的作用下始终处于球形壳体的上方且不会掉落，球形壳体驱动机构、头部壳体以及摄像机组件形成的模块相对于球形机器人的运动平面在竖直方向上的位置不变，球形壳体绕其球心自转时，头部壳体在球形壳体的上方随之一起运动，稳定性较好、且能够保证球形机器人整体的平衡。

优选地，所述球形壳体驱动机构包括底盘、设置在所述底盘上且与所述球形壳体内表面滚动配合的多个麦克纳姆轮、用于控制各所述麦克纳姆轮运动的第一控制器、为所述麦克纳姆轮以及所述第一控制器提供电源的第一电源模块，其中，所述底盘上设有连接臂，所述第二磁性部件设置于所述连接臂的一端。

优选地，所述连接臂包括第一连杆、第二连杆，其中：

所述第一连杆的一端安装在所述底盘上，且所述第一连杆与所述底盘之间设有用于驱动所述第一连杆动作的第一驱动装置；

所述第二连杆的一端与所述第一连杆的另一端连接，且所述第二连杆与所述第一连杆之间设有用于驱动所述第二连杆相对于所述第一连杆动作的第二驱动装置，所述第二磁性部件设置于所述第二连杆的另一端；

所述第一驱动装置以及所述第二驱动装置与所述第一控制器信号连接，且与所述第一电源模块连接。

优选地，所述第一驱动装置为电机，和/或，所述第二驱动装置为电机。

优选地，所述底盘具有四边形结构，所述底盘的四个角部分别设有第一麦克纳姆轮、第二麦克纳姆轮、第三麦克纳姆轮、第四麦克纳姆轮，沿所述球形机器人的前进方向，第一麦克纳姆轮和第四麦克纳姆轮位于底盘的左侧，第二麦克纳姆轮和第三麦克纳姆轮位于底盘的右侧，所述第一麦克纳姆轮位于所述第四麦克纳姆轮的前侧，第二麦克纳姆轮位于第三麦克纳姆轮的前侧；所述第一麦克纳姆轮的旋转轴线与第四麦克纳姆轮的旋转轴线平行，所述第二麦克纳姆轮的轴心线与所述第三麦克纳姆轮的轴心线平行；所述第一麦克纳姆轮的旋转轴线与所述球形机器人的前进方向垂直、且与竖直方向呈5～15°倾角，所述第二麦克纳姆轮的轴心线与所述球形机器人的前进方向垂直、且与竖直方向呈5～15°倾角，且沿竖直向下的方向，所述第一麦克纳姆轮与所述第二麦克纳姆轮之间的距离逐渐增大。

优选地，每一个所述麦克纳姆轮与所述底盘之间通过电机连接，所述电机与所述第一控制器信号相连、且与所述第一电源模块电连接。

优选地，所述第一电源模块为蓄电电池。

优选地，所述头部壳体沿所述球形壳体的外表面滑动时，所述头部壳体相对所述球形壳体俯仰时，所述头部壳体的中心与所述球形壳体球心的连线与竖直方向的夹角在0°至45°的范围内。

优选地，所述头部壳体通过多个万向轮支撑于所述球形壳体的外表面。

优选地，所述头部壳体上设有四个所述万向轮，且四个所述万向轮呈四边形分布。

优选地，所述摄像机组件包括摄像头、第二控制器以及第二电源模块，所述第二控制器与所述摄像头信号相连，所述第二电源模块与所述摄像头以及所述第二控制器电连接，用于为所述摄像头以及所述第二控制器提供电源。

优选地，所述第二电源模块为蓄电电池。

一种球形机器人的控制方法，包括：

S501，通过控制球形壳体驱动机构驱动球形壳体自转，并且，头部壳体在第一磁性部件和第二磁性部件的配合作用下沿所述球形壳体的外表面滑动；

S502，通过控制头部壳体内设有的摄像机组件进行拍摄。

优选地，当所述底盘具有四边形结构、且所述底盘的四个角部分别设有第一麦克纳姆轮、第二麦克纳姆轮、第三麦克纳姆轮、第四麦克纳姆轮时，其中，沿所述球形机器人的前进方向，第一麦克纳姆轮和第四麦克纳姆轮位于底盘的左侧，第二麦克纳姆轮和第三麦克纳姆轮位于底盘的右侧，所述第一麦克纳姆轮位于所述第四麦克纳姆轮的前侧，第二麦克纳姆轮位于第三麦克纳姆轮的前侧，所述通过控制球形壳体驱动机构的动作驱动球形壳体自转以使球形机器人行走包括：

当第一麦克纳姆轮、第二麦克纳姆轮、第三麦克纳姆轮、第四麦克纳姆轮绕自身的旋转轴线沿第一方向旋转时，驱动所述球形机器人前进；

当第一麦克纳姆轮、第二麦克纳姆轮、第三麦克纳姆轮、第四麦克纳姆轮绕自身的旋转轴线沿与第一方向相反的第二方向旋转时，驱动所述球形机器人后退；

当所述第一麦克纳姆轮和第三麦克纳姆轮绕自身旋转轴线沿第一方向旋转、第二麦克纳姆轮和第四麦克纳姆轮绕自身旋转轴线沿第二方向转动时，驱动所述球形机器人向右方行进；

当所述第一麦克纳姆轮和第三麦克纳姆轮绕自身旋转轴线沿第二方向旋转、第二麦克纳姆轮和第四麦克纳姆轮绕自身旋转轴线沿第一方向旋转时，驱动所述球形机器人向左方行进；

当第一麦克纳姆轮和第四麦克纳姆轮绕自身旋转轴线沿第一方向旋转、第二麦克纳姆轮和第三麦克纳姆轮绕自身旋转轴线沿第二方向旋转时，驱动所述球形机器人顺时针旋转；

当第一麦克纳姆轮和第四麦克纳姆轮绕自身旋转轴线沿第二方向旋转、第二麦克纳姆轮和第三麦克纳姆轮绕自身旋转轴线沿第一方向旋转时，驱动所述球形机器人逆时针旋转；

当第一麦克纳姆轮和第三麦克纳姆轮绕自身旋转轴线沿第一方向旋转、且第二麦克纳姆轮和第四麦克纳姆轮不旋转时，驱动所述球形机器人向右前方行进；

当第二麦克纳姆轮和第四麦克纳姆轮绕自身旋转轴线沿第一方向旋转、且且第一麦克纳姆轮和第三麦克纳姆轮不旋转时，驱动所述球形机器人向左前方行进。

优选地，当球形壳体驱动机构包括底盘以及设置在底盘上的连接臂，且连接臂包括第一连杆、第二连杆时，所述头部壳体沿球形壳体的外表面滑动过程包括：

当通过所述第一连杆以及第二连杆驱动所述第二磁性部件向所述球形机器人行进方向移动时，驱动所述头部壳体做俯下动作；

当通过所述第一连杆以及第二连杆驱动所述第二磁性部件向所述球形机器人行进方向相反的方向移动时，驱动所述头部壳体做仰起动作。

附图说明

图1为本发明提供的一种球形机器人的结构示意图；

图2为本发明提供的一种球形机器人中头部壳体相对球形壳体滑动示意图；

图3为本发明提供的一种球形机器人中球形壳体驱动机构的结构示意图；

图4为本发明提供的一种球形机器人的运动控制示意图；

图5为本发明提供的一种球形机器人的控制方法示意图；

图6为本发明提供的一种球形机器人的前行示意图；

图7为本发明提供的一种球形机器人的后退示意图；

图8为本发明提供的一种球形机器人的右行示意图；

图9为本发明提供的一种球形机器人的左行示意图；

图10为本发明提供的一种球形机器人的顺时针旋转示意图；

图11为本发明提供的一种球形机器人的逆时针旋转示意图；

图12为本发明提供的一种球形机器人的右前行示意图；

图13为本发明提供的一种球形机器人的左前行示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的一种球形机器人，如图1以及图2所示，包括球形壳体1、球形壳体驱动机构2、摄像机组件3，球形壳体驱动机构2安装于球形壳体1内以驱动球形壳体1绕其球心自转，还包括头部壳体6，摄像机组件3安装于头部壳体6内，头部壳体6位于球形壳体1的外侧、且可沿球形壳体1的外表面滑动；头部壳体6设有第一磁性部件4，球形壳体驱动机构2上设有第二磁性部件25，第一磁性部件4与第二磁性部件25磁性连接，且沿竖直方向，球形壳体驱动机构2、头部壳体6以及摄像机组件3形成的模块的重心低于球形壳体1的球心。

在上述球形机器人中，当球形壳体驱动机构2驱动球形壳体1绕其球心自转时，球形机器人进行行走，此时，安装于球形壳体驱动机构2上的第二磁性部件25一起运动，并且，由于第二磁性部件25与头部壳体6设置的第一磁性部件4之间磁性连接，进而头部壳体6与球形壳体驱动机构2之间的位置关系相对固定，进而带动头部壳体6沿球形壳体1的外表面进行滑动，当球形机器人行走时带动头部壳体6一起运动，进而带动摄像机组件3运动；因此，上述球形机器人中通过相对简单的结构即可实现摄像机组件3的灵活运动，又由于摄像机组件3位于球形壳体1的外部，其影像的清晰度不受球形壳体1的影响，且摄像机组件拍摄图像时视角较广、且不易被遮挡，提高了摄像机组件3的影像记录效果。

一种优选实施方式中，为了保证头部壳体6能够始终保持在球形壳体1的顶部位置，沿竖直方向，球形壳体驱动机构2、头部壳体6以及摄像机组件3形成的模块的重心低于球形壳体1的球心。

由于沿竖直方向，球形壳体驱动机构2、头部壳体6以及摄像机组件3形成的模块的重心低于球形壳体1的球心，头部壳体6在第一磁性部件4以及第二磁性部件25的作用下始终处于球形壳体1的上方且不会掉落，球形壳体驱动机构2、头部壳体6以及摄像机组件3形成的模块相对于球形机器人的运动平面在竖直方向上的位置不变，球形壳体1绕其球心自转时，头部壳体6在球形壳体1的上方随之一起运动，稳定性较好、且能够保证球形机器人整体的平衡.

为了更好地实现对球形机器人运动的控制，一种优选实施方式中，如图1、图2以及图3所示，球形壳体驱动机构2包括底盘21、设置在底盘21上且与球形壳体1内表面滚动配合的多个麦克纳姆轮22、用于控制各麦克纳姆轮22运动的第一控制器262、为麦克纳姆轮22以及第一控制器262提供电源的第一电源模块261，其中，底盘21上设有连接臂，第二磁性部件25设置于连接臂的一端，连接臂与第一控制器262信号连接，且与第一电源模块261电连接。具体地，连接臂与第一控制器之间的信号连接可以为无线连接、有线连接等。

麦克纳姆轮22是一种全方位移动车轮，该轮是在传统车轮的基础上，在轮缘上再沿与轴线成45°方向安装若干可以自由旋转的滚子，在车轮滚动时，滚子就会产生侧向运动，通过麦克纳姆轮22的组合使用和控制，可以使基于麦克纳姆轮22的运动机构产生运动平面内的任意方向移动和转动，且能够在较为狭窄的空间内实现灵活的运动。

对于上述球形壳体驱动机构2，当第一控制器262根据接收到外界遥控器所发出的操作信号向相应的麦克纳姆轮22以及连接臂发出动作信号，麦克纳姆轮22以及连接臂在第一电源模块261的电力支持下根据接收到的动作信号实现相应的运动。

当麦克纳姆轮22接收到移动信号时，由于麦克纳姆轮22设置在底盘21上且与球形壳体1内表面滚动配合，此时，多个麦克纳姆轮22配合动作以带动底盘21沿某一方向移动，进而带动球形壳体1绕其球心自转，而设置在底盘21上的连接臂带动第二磁性部件25沿该方向移动，第二磁性部件25带动与之磁性连接的第一磁性部件4运动，进而使位于球形壳体1上的头部壳体6沿该方向移动，以将位于头部壳体6内的摄像机组件3移动到相应位置。

当麦克纳姆轮22接收到移动信号时，多个麦克纳姆轮22配合动作以带动底盘21以通过球形壳体1的球心以及其与所在平面的接触点的直线为旋转轴转动，带动球形壳体1绕其球心自转，而连接臂带动第二磁性部件25绕该旋转轴转动，第二磁性部件25带动与之磁性连接的第一磁性部件4转动，进而使位于球形壳体1上的头部壳体6绕该旋转轴转动，以使头部壳体6内的摄像机组件3绕该旋转轴转动，进而记录绕旋转轴一周的影像。

当连接臂接收到转动信号时，连接臂相对于底盘21转动，带动第二磁性部件25转动，而第二磁性部件25带动与之磁性连接的第一磁性部件4转动，进而带动头部壳体6相对于球形壳体1沿着球形壳体1的外表面移动，实现摄像机组件3相对球形壳体1的俯仰动作，以获得较大的摄像机组件3的视角。

因此，通过上述球形壳体驱动机构2即可实现对球形机器人的控制，实现摄像机组件3记录影像的位置以及视角的调整，以获得较好的摄像机组件3的影像记录效果。

当然，球形壳体驱动机构2中具有的第一电源模块261、第一控制器262等器件可以作为固定于底盘21上的配重件26，以保证沿竖直方向，球形壳体驱动机构2、头部壳体6以及摄像机组件3形成的模块的重心低于球形壳体1的球心。

在上述球形壳体驱动机构2的基础上，为了更好地实现头部壳体6的动作，具体地，如图1以及图2所示，连接臂包括第一连杆242、第二连杆241，其中：

第一连杆242的一端安装在底盘21上，且第一连杆242与底盘21之间设有用于驱动第一连杆242动作的第一驱动装置；具体，第一连杆242可以通过枢装的方式安装在底盘21上；

第二连杆241的一端与第一连杆242的另一端连接，具体第二连杆241的一端与第一连杆242的另一端之间可以为铰接，且第二连杆241与第一连杆242之间设有用于驱动第二连杆241动作的第二驱动装置，第二磁性部件25设置于第二连杆241的另一端；

第一驱动装置以及第二驱动装置与第一控制器262信号连接，且与第一电源模块261连接。

当第一控制器262根据接收到外界遥控器所发出的操作信号时向第一驱动装置以及第二驱动装置发出动作信号，第一驱动装置驱动第一连杆242相对于底盘21转动，带动第二连杆241以及设置在第二连杆241上的第二磁性部件25移动，第二驱动装置驱动第二连杆241相对于第一连杆242运动，带动设置在其上的第二磁性部件25移动，第二磁性部件25的上述两个移动过程带动与之磁性连接的第一磁性部件4运动，进而带动头部壳体6沿球形壳体1外表面移动，实现摄像机组件3相对球形壳体1的俯仰动作，以获得较大的摄像机组件3的视角。

具体地，第一驱动装置和第二驱动装置可以根据实际情况进行选择，可以为电机，也可以为气缸，其中可供选择的实现方式有，第一驱动装置为电机，同时，第二驱动装置为电机；第一驱动装置为电机，第二驱动装置为气缸；第一驱动装置为气缸，第二驱动装置为电机；第一驱动装置为气缸，同时，第二驱动装置为气缸；可以根据球形壳体1以及机械臂的尺寸等具体情况选择合适的实现方式。

为了使球形机器人在运动过程中保持较好的稳定性，具体地，如图3所示，底盘21具有四边形结构，且底盘上21设有四个麦克纳姆轮22，具体如图4所示，底盘21的四个角部分别设有第一麦克纳姆轮221、第二麦克纳姆轮222、第三麦克纳姆轮223、第四麦克纳姆轮224，沿球形机器人的前进方向，第一麦克纳姆轮221和第四麦克纳姆轮224位于底盘21的左侧，第二麦克纳姆轮222和第三麦克纳姆轮223位于底盘21的右侧，第一麦克纳姆轮221位于第四麦克纳姆轮224的前侧，第二麦克纳姆轮222位于第三麦克纳姆轮223的前侧；第一麦克纳姆轮221的旋转轴线与第四麦克纳姆轮224的旋转轴线平行，第二麦克纳姆轮222的轴心线与第三麦克纳姆轮223的轴心线平行；第一麦克纳姆轮221的旋转轴线与球形机器人的前进方向垂直、且与竖直方向呈5～15°倾角，第二麦克纳姆轮222的轴心线与球形机器人的前进方向垂直、且与竖直方向呈5～15°倾角，且沿竖直向下的方向，第一麦克纳姆轮221与第二麦克纳姆轮222之间的距离逐渐增大。当球形壳体驱动机构2具有上述结构时，能够使四个麦克纳姆轮22中具的轮轴能够充分同球形壳体1的内表面进行接触，提高麦克纳姆轮22对球形壳体1驱动的稳定性。

具体地，每一个麦克纳姆轮22与底盘21之间通过电机23连接，电机23与第一控制器262信号相连、且与第一电源模块261电连接，当第一控制器262根据接收到外界遥控器所发出的操作信号向相应的麦克纳姆轮22发出转动或移动信号时，电机23在第一电源模块261的电力支持下根据接收到的转动或移动信号，进而带动麦克纳姆轮22运动，通过多个麦克纳姆轮22运动的组合实现球形壳体1以通过球形壳体1的球心以及其与所在平面的接触点的直线为旋转轴转动或朝某一方向的移动。

如图4以及图6所示，在第一电源模块261的电力支持下，第一控制器根据接收到的遥控器6发出的前进信号向第一电机231、第二电机232、第三电机233以及第四电机234发出动作信号以驱动第一麦克纳姆轮221、第二麦克纳姆轮222、第三麦克纳姆轮223以及第四麦克纳姆轮224按照第一方向A旋转，带动底盘21沿着方向a移动，进而带动球形机器人前进。

如图4以及图7所示，在第一电源模块261的电力支持下，第一控制器根据接收到的遥控器6发出的后退信号向第一电机231、第二电机232、第三电机233以及第四电机234发出动作信号以驱动第一麦克纳姆轮221、第二麦克纳姆轮222、第三麦克纳姆轮223以及第四麦克纳姆轮224按照与第一方向A相反的第二方向B旋转，带动底盘21沿着方向b移动，进而带动球形机器人后退。

如图4以及图8所示，在第一电源模块261的电力支持下，第一控制器根据接收到的遥控器6发出的右行信号向第一电机231、第二电机232、第三电机233以及第四电机234发出动作信号以驱动第一麦克纳姆轮221以及第三麦克纳姆轮223按照第一方向A旋转，第二麦克纳姆轮222以及第四麦克纳姆轮224按照与第一方向A相反的第二方向B旋转，带动底盘21沿着方向c移动，进而带动球形机器人右行。

如图4以及图9所示，在第一电源模块261的电力支持下，第一控制器根据接收到的遥控器6发出的右行信号向第一电机231、第二电机232、第三电机233以及第四电机234发出动作信号以驱动第一麦克纳姆轮221以及第三麦克纳姆轮223按照与第一方向A相反的第二方向B旋转，第二麦克纳姆轮222以及第四麦克纳姆轮224按照第一方向A旋转，带动底盘21沿着方向d移动，进而带动球形机器人左行。

如图4以及图10所示，在第一电源模块261的电力支持下，第一控制器根据接收到的遥控器6发出的顺时针旋转信号向第一电机231、第二电机232、第三电机233以及第四电机234发出动作信号以驱动第一麦克纳姆轮221以及第四麦克纳姆轮224按照第一方向A旋转，第二麦克纳姆轮222以及第三麦克纳姆轮223按照与第一方向A相反的第二方向B旋转，带动底盘21按照方向e转动，进而带动球形机器人顺时针旋转。

如图4以及图11所示，在第一电源模块261的电力支持下，第一控制器根据接收到的遥控器6发出的逆时针旋转信号向第一电机231、第二电机232、第三电机233以及第四电机234发出动作信号以驱动第一麦克纳姆轮221以及第四麦克纳姆轮224按照与第一方向A相反的第二方向B旋转，第二麦克纳姆轮222以及第三麦克纳姆轮223按照第一方向A旋转，带动底盘21按照方向f转动，进而带动球形机器人逆时针旋转。

如图4以及图12所示，在第一电源模块261的电力支持下，第一控制器根据接收到的遥控器6发出的向右前方行进信号向第一电机231以及第三电机233发出动作信号以驱动第一麦克纳姆轮221以及第三麦克纳姆轮223沿第一方向A旋转，带动底盘21按照方向g转动，进而带动球形机器人向右前方行进。

如图4以及图13所示，在第一电源模块261的电力支持下，第一控制器根据接收到的遥控器6发出的向左前方行进信号向第一电机231以及第三电机 233发出动作信号以驱动第二麦克纳姆轮222以及第四麦克纳姆轮224沿第一方向A旋转，带动底盘21按照方向h转动，进而带动球形机器人向左前方行进。

具体地，第一电源模块261可以为蓄电电池，由于第一电源模块261封闭在球形壳体1内，且在运动过程中需要为球形机器人的运动提供电力支持，因此，第一电源模块261应当选择便于携带、且电容量较大的电源形式，而价格便宜、使用方便、能够大功率放电的蓄电电池恰好能够满足这一需求，但是第一电源模块261不限于蓄电电池，还可以为其他适合具体球形机器人的电源形式。

一种优选实施方式中，头部壳体6沿球形壳体1的外表面滑动时，头部壳体6相对球形壳体1俯仰时，头部壳体6的中心与球形壳体1球心的连线与竖直方向的夹角在0°至45°的范围内，为了避免头部壳体6从球形壳体1上脱离，头部壳体6相对于球形壳体1俯仰的角度应该在一定的范围内，上述范围为0°至45°，头部壳体6相对球形壳体1俯下的角度可以为5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°，头部壳体6相对球形壳体1扬起的角度可以为5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°。

为了实现头部壳体6在球形壳体1外表面更好地移动，一种优选实施方式中，如图1以及图2所示，头部壳体6通过多个万向轮5支撑于球形壳体1的外表面，当第一磁性部件4带动头部壳体6相对于球形壳体1沿着球形壳体1的外表面移动时，头部壳体6上的万向轮5沿着球形壳体1的外表面滚动，实现摄像机组件3相对球形壳体1的转动，以调整摄像机组件3的视角，由于万向轮5和球形壳体1的外表面之间时滚动摩擦，摩擦力较小，使得头部壳体6以及摄像机组件3相对于球形壳体1的运动较为灵活。

具体地，如图1以及图2所示，头部壳体6上设有四个万向轮5，且四个万向轮5呈四边形分布，呈四边形分布的四个万向轮5使得头部可以能够球形壳体驱动机构2的作用下沿着球形壳体1外表面的上半部分进行自由运动，从而从摄像机组件3具有较大的视角。

一种优选实施方式中，摄像机组件3包括摄像头、第二控制器以及第二电源模块，第二控制器与摄像头信号相连，第二电源模块与摄像头以及第二控制器电连接，用于为摄像头以及第二控制器提供电源，在摄像机组件3的工作过程中，第二电源模块对摄像头以及第二控制器进行电力支持，第二控制器与外界遥控器信号相连，第二控制器根据外界遥控器发出的操作信号向摄像头发出变焦、无线数据传输等控制信号，摄像头根据接受到的控制信号做出相应的动作，以实现对摄像头的控制。

具体地，第二电源模块可以为蓄电电池，蓄电电池具有价格便宜、使用方便、能够大功率放电、可再充电等优点，可以作为第二电源模块为摄像头以及第二控制器提供电力支持，另外，第二电源模块还可以为其他适合的电源形式。

如图5所示，本发明实施例提供的一种球形机器人的控制方法，包括：

S501，通过控制球形壳体1驱动机构2驱动球形壳体1自转，并且，头部壳体6在第一磁性部件4和第二磁性部件25的配合作用下沿球形壳体1的外表面滑动；

S502，通过控制头部壳体6内设有的摄像机组件3进行拍摄。

在上述球形机器人的控制方法中，在步骤S501中，球形壳体驱动机构2驱动球形壳体1自转，头部壳体6在第一磁性部件4以及第二磁性部件25的作用下始终处于球形壳体1的上方，球形壳体1带动头部壳体6运动，当球形壳体驱动机构2驱动第二磁性部件25运动时，第二磁性部件25带动与之磁性连接的第一磁性部件4转动，进而带动头部壳体6沿球形壳体1的外表面滑动，实现摄像机组件3相对球形壳体1的俯仰动作；在步骤S502中，通过控制头部壳体6内设有的摄像机组件3进行拍摄以实现摄像机组件3的影像记录，在上述控制方法中，通过简单的操作即可实现摄像机组件3的灵活活动，获得较高的影像清晰度，且视角较广，摄像机组件3的影像记录效果较好。

一种优选实施方式中，如图4所示，当球形壳体驱动机构2包括的底盘21 具有四边形结构、且底盘21上设有四个麦克纳姆轮22时，其中，沿球形机器人的前进方向，第一麦克纳姆轮221和第四麦克纳姆轮224位于底盘21的左侧，第二麦克纳姆轮222和第三麦克纳姆轮223位于底盘21的右侧，第一麦克纳姆轮221位于第四麦克纳姆轮224的前侧，第二麦克纳姆轮222位于第三麦克纳姆轮223的前侧，上述步骤S101中，通过控制球形壳体驱动机构2驱动球形壳体1自转，具体可以包括：

如图6所示，当第一麦克纳姆轮221、第二麦克纳姆轮222、第三麦克纳姆轮223、第四麦克纳姆轮224绕自身的旋转轴线沿第一方向A旋转时，驱动球形机器人前进；

如图7所示，当第一麦克纳姆轮221、第二麦克纳姆轮222、第三麦克纳姆轮223、第四麦克纳姆轮224绕自身的旋转轴线沿与第一方向A相反的第二方向B旋转时，驱动球形机器人后退；

如图8所示，当第一麦克纳姆轮221和第三麦克纳姆轮223绕自身旋转轴线沿第一方向A旋转、第二麦克纳姆轮222和第四麦克纳姆轮224绕自身旋转轴线沿第二方向B转动时，驱动球形机器人向右方行进；

如图9所示，当第一麦克纳姆轮221和第三麦克纳姆轮223绕自身旋转轴线沿第二方向B旋转、第二麦克纳姆轮222和第四麦克纳姆轮224绕自身旋转轴线沿第一方向A旋转时，驱动球形机器人向左方行进；

如图10所示，当第一麦克纳姆轮221和第四麦克纳姆轮224绕自身旋转轴线沿第一方向A旋转、第二麦克纳姆轮222和第三麦克纳姆轮223绕自身旋转轴线沿第二方向B旋转时，驱动球形机器人顺时针旋转；

如图11所示，当第一麦克纳姆轮221和第四麦克纳姆轮224绕自身旋转轴线沿第二方向B旋转、第二麦克纳姆轮222和第三麦克纳姆轮223绕自身旋转轴线沿第一方向A旋转时，驱动球形机器人逆时针旋转；

如图12所示，当第一麦克纳姆轮221和第三麦克纳姆轮223绕自身旋转轴线沿第一方向A旋转、且第二麦克纳姆轮222和第四麦克纳姆轮224不旋转时，驱动球形机器人向右前方行进；

如图13所示，当第二麦克纳姆轮222和第四麦克纳姆轮224绕自身旋转轴线沿第一方向A旋转、且且第一麦克纳姆轮221和第三麦克纳姆轮223不旋转时，驱动球形机器人向左前方行进。

通过设置在底盘21上的四个麦克纳姆轮22的配合运动能够实现底盘21的全方位运动，进而带动球形壳体1以及头部壳体6实现相应运动，因此，通过将基于麦克纳姆轮22的球形壳体驱动机构2嵌入到球形机器人内部，能够实现对球形机器人运动的控制，并在快速运动中保持较好的稳定性。

一种优选实施方式中，当球形壳体驱动机构2包括底盘21以及设置在底盘21上的连接臂，且连接臂包括第一连杆242、第二连杆241时，头部壳体6沿球形壳体1的外表面滑动过程包括：

当第一连杆242以及第二连杆241驱动第二磁性部件25向球形机器人行进方向移动时，驱动头部壳体6做俯下动作；

当第一连杆242以及第二连杆241向球形机器人行进方向相反的方向移动时，驱动头部壳体6做仰起动作。

通过第一连杆242和第二连杆241的配合运动能够实现头部壳体6沿球形壳体1外表面的移动，进而实现头部壳体6以及位于头部壳体内的摄像机组件3相对球形壳体1的俯仰动作，以获得较大的摄像机组件3的视角。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (16)

1.一种球形机器人，包括球形壳体、球形壳体驱动机构、摄像机组件，所述球形壳体驱动机构安装于所述球形壳体内以驱动所述球形壳体绕其球心自转，其特征在于，还包括头部壳体，所述摄像机组件安装于所述头部壳体内，所述头部壳体位于所述球形壳体的外侧、且可沿所述球形壳体的外表面滑动；所述头部壳体设有第一磁性部件，所述球形壳体驱动机构上设有第二磁性部件，所述第一磁性部件与所述第二磁性部件磁性连接。

2.根据权利要求1所述的球形机器人，其特征在于，沿竖直方向，所述球形壳体驱动机构、头部壳体以及摄像机组件形成的模块的重心低于所述球形壳体的球心。

3.根据权利要求1所述的球形机器人，其特征在于，所述球形壳体驱动机构包括底盘、设置在所述底盘上且与所述球形壳体内表面滚动配合的多个麦克纳姆轮、用于控制各所述麦克纳姆轮运动的第一控制器、为所述麦克纳姆轮以及所述第一控制器提供电源的第一电源模块，其中，所述底盘上设有连接臂，所述第二磁性部件设置于所述连接臂的一端。

4.根据权利要求3所述的球形机器人，其特征在于，所述连接臂包括第一连杆、第二连杆，其中：

所述第一连杆的一端安装在所述底盘上，且所述第一连杆与所述底盘之间设有用于驱动所述第一连杆动作的第一驱动装置；

所述第二连杆的一端与所述第一连杆的另一端连接，且所述第二连杆与所述第一连杆之间设有用于驱动所述第二连杆相对于所述第一连杆动作的第二驱动装置，所述第二磁性部件设置于所述第二连杆的另一端；

所述第一驱动装置以及所述第二驱动装置与所述第一控制器信号连接，且与所述第一电源模块连接。

5.根据权利要求4所述的球形机器人，其特征在于，所述第一驱动装置为电机，和/或，所述第二驱动装置为电机。

6.根据权利要求3所述的球形机器人，其特征在于，所述底盘具有四边形结构，所述底盘的四个角部分别设有第一麦克纳姆轮、第二麦克纳姆轮、第三麦克纳姆轮、第四麦克纳姆轮，沿所述球形机器人的前进方向，第一麦克纳姆轮和第四麦克纳姆轮位于底盘的左侧，第二麦克纳姆轮和第三麦克纳姆轮位于底盘的右侧，所述第一麦克纳姆轮位于所述第四麦克纳姆轮的前侧，第二麦克纳姆轮位于第三麦克纳姆轮的前侧；所述第一麦克纳姆轮的旋转轴线与第四麦克纳姆轮的旋转轴线平行，所述第二麦克纳姆轮的轴心线与所述第三麦克纳姆轮的轴心线平行；所述第一麦克纳姆轮的旋转轴线与所述球形机器人的前进方向垂直、且与竖直方向呈5～15°倾角，所述第二麦克纳姆轮的轴心线与所述球形机器人的前进方向垂直、且与竖直方向呈5～15°倾角，且沿竖直向下的方向，所述第一麦克纳姆轮与所述第二麦克纳姆轮之间的距离逐渐增大。

7.根据权利要求3所述的球形机器人，其特征在于，每一个所述麦克纳姆轮与所述底盘之间通过电机连接，所述电机与所述第一控制器信号相连、且与所述第一电源模块电连接。

8.根据权利要求3所述的球形机器人，其特征在于，所述第一电源模块为蓄电电池。

9.根据权利要求1所述的球形机器人，其特征在于，所述头部壳体沿所述球形壳体的外表面滑动时，所述头部壳体相对所述球形壳体俯仰时，所述头部壳体的中心与所述球形壳体球心的连线与竖直方向的夹角在0°至45°的范围内。

10.根据权利要求1所述的球形机器人，其特征在于，所述头部壳体通过多个万向轮支撑于所述球形壳体的外表面。

11.根据权利要求10所述的球形机器人，其特征在于，所述头部壳体上设有四个所述万向轮，且四个所述万向轮呈四边形分布。

12.根据权利要求1所述的球形机器人，其特征在于，所述摄像机组件包括摄像头、第二控制器以及第二电源模块，所述第二控制器与所述摄像头信号相连，所述第二电源模块与所述摄像头以及所述第二控制器电连接，用于为所述摄像头以及所述第二控制器提供电源。

13.根据权利要求12所述的球形机器人，其特征在于，所述第二电源模块为蓄电电池。

14.一种如权利要求1～13任一项所述的球形机器人的控制方法，其特征在于，包括：

通过控制球形壳体驱动机构驱动球形壳体自转，并且，头部壳体在第一磁性部件和第二磁性部件的配合作用下沿所述球形壳体的外表面滑动；

通过控制头部壳体内设有的摄像机组件进行拍摄。

15.根据权利要求14所述的控制方法，其特征在于，当所述球形壳体驱动机构包括底盘且所述底盘具有四边形结构、所述底盘的四个角部分别设有第一麦克纳姆轮、第二麦克纳姆轮、第三麦克纳姆轮、第四麦克纳姆轮时，其中，沿所述球形机器人的前进方向，第一麦克纳姆轮和第四麦克纳姆轮位于底盘的左侧，第二麦克纳姆轮和第三麦克纳姆轮位于底盘的右侧，所述第一麦克纳姆轮位于所述第四麦克纳姆轮的前侧，第二麦克纳姆轮位于第三麦克纳姆轮的前侧，所述通过控制球形壳体驱动机构驱动球形壳体自转包括：

当第一麦克纳姆轮、第二麦克纳姆轮、第三麦克纳姆轮、第四麦克纳姆轮绕自身的旋转轴线沿第一方向旋转时，驱动所述球形机器人前进；

当第一麦克纳姆轮、第二麦克纳姆轮、第三麦克纳姆轮、第四麦克纳姆轮绕自身的旋转轴线沿与第一方向相反的第二方向旋转时，驱动所述球形机器人后退；

当所述第一麦克纳姆轮和第三麦克纳姆轮绕自身旋转轴线沿第一方向旋转、第二麦克纳姆轮和第四麦克纳姆轮绕自身旋转轴线沿第二方向转动时，驱动所述球形机器人向右方行进；

当所述第一麦克纳姆轮和第三麦克纳姆轮绕自身旋转轴线沿第二方向旋转、第二麦克纳姆轮和第四麦克纳姆轮绕自身旋转轴线沿第一方向旋转时，驱动所述球形机器人向左方行进；

当第一麦克纳姆轮和第四麦克纳姆轮绕自身旋转轴线沿第一方向旋转、第二麦克纳姆轮和第三麦克纳姆轮绕自身旋转轴线沿第二方向旋转时，驱动所述球形机器人顺时针旋转；

当第一麦克纳姆轮和第四麦克纳姆轮绕自身旋转轴线沿第二方向旋转、第二麦克纳姆轮和第三麦克纳姆轮绕自身旋转轴线沿第一方向旋转时，驱动所述球形机器人逆时针旋转；

当第一麦克纳姆轮和第三麦克纳姆轮绕自身旋转轴线沿第一方向旋转、且第二麦克纳姆轮和第四麦克纳姆轮不旋转时，驱动所述球形机器人向右前方行进；

当第二麦克纳姆轮和第四麦克纳姆轮绕自身旋转轴线沿第一方向旋转、且且第一麦克纳姆轮和第三麦克纳姆轮不旋转时，驱动所述球形机器人向左前方行进。

16.根据权利要求14所述的控制方法，其特征在于，当球形壳体驱动机构包括底盘以及设置在底盘上的连接臂，且连接臂包括第一连杆、第二连杆时，所述头部壳体沿球形壳体的外表面滑动过程包括：

当通过所述第一连杆以及第二连杆驱动所述第二磁性部件向所述球形机器人行进方向移动时，驱动所述头部壳体做俯下动作；

当通过所述第一连杆以及第二连杆驱动所述第二磁性部件向所述球形机器人行进方向相反的方向移动时，驱动所述头部壳体做仰起动作。