CN106494523B - 双驱动球形探测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人领域，旨在提供一种双驱动球形探测机器人。包括球壳和设于球壳内的行走驱动装置，所述球壳为透明材质制成；所述行走驱动装置包括：两个减速电机、左主动轮、右主动轮、T字架、顶部导向固定轮、导向轴、底部导向固定轮、电路集成板和蓄电池组；电路集成板上至少装载有摄像装置，以及处理器和无线收发模块。本发明依靠内部独立的移动装置来驱动球壳运动，运动速度快、控制结构简单以及系统稳定性好；能耗低，内部空间利用率高；运动灵活高效，可实现零半径回转。结构简单，控制方式简单，功耗较低以及运动灵活；摄像装置固定在电路集成板上方，视频通过WIFI传输，可在电脑或手机终端观看采集到的视频。

Description

双驱动球形探测机器人

技术领域

本发明是关于机器人领域，特别涉及一种双驱动球形探测机器人的设计。

背景技术

球形机器人是一种具有球形外壳，以滚动方式运动，依靠内驱动装置改变自身重心和外界摩擦力提供的智能机器人，其特点是具备良好的封闭性，移动的灵活性，运动效率高，耗能相对较低，控制简单以及较强的环境适应能力。可应用于行星探测、环境监测以及高危环境探测等。

最早的具有球形外壳的机器人是1906年由B.Shorthouse设计，1996年荷兰A.Halme等人提出了第一台真正意义上的球形机器人。该机器人的驱动力矩是通过内部驱动单元紧贴球壳内壁的滚动来形成的。

Amir Homayoun Javadi A和Puyan Mojabi在2002年开发了一种全方位运动机器人“August”。其内部结构是中心对称，驱动系统是由四个螺丝状的轮辐所构成，彼此之间互成109.47°，每个轮辐上携带砝码和电机，根据砝码的质心升降改变其运动状态。

申请号为200810111880.4的一种三驱动球形机器人，其特征在于包括整圆形球壳和驱动电机，其中所述球壳内表面设有轨道，所述轨道内表面设有环形齿条；一行走支架通过与所述齿条相啮合的行走轮与轨道相连，其上还设有行走支架导向轮；所述行走支架上装有轨道电机；还包括一球框，其一端通过导向轴与行走支架相连，另一端通过长导向轴电机与一转动支架相连；一短导向轴电机导向轴设于球框上，所述短导向轴电机上导向轴设有重摆；所述转动支架通过其上设有的导向轮与轨道相连

申请号为201610014051.9的一种全方位移动球形机器人，其特征在于所述行走机构包括多个全向轮和一机架,多个全向轮在球壳空间内均匀分布,机架包括与多个全向轮一一对应的连接部,全向轮枢接在与其对应的连接部的外侧端部，且全向轮均与球壳内壁相接触且摩擦配合,每一全向轮均由单独的电机带动转动,电机安装于机架上。

申请号为200810093679.8的高机动球形探测机器人，其特征在于由运动机构和控制器件组成，通过重心偏移与角动量守恒定理来实现整个机器人的运动。运动机构主要由支撑架、连接盘、直线驱动机构、原地转向驱动机构、伸缩机构等构成。直线和转向两种运动相结合就可以实现该高机动球形探测机器人任意方位的运动，伸缩机构用来实现两端摄像头伸出和缩回球壳。

但是，上述球形机器人的设计均存在着控制复杂、结构复杂、功能单一以及能耗较大等问题，很难将其推广到实际应用中。

针对目前机器人设计存在的问题，需进一步探索和研究一种双驱动球形探测机器人的设计。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种双驱动球形探测机器人。

为解决技术问题，本发明提供的解决方案是：

提供一种双驱动球形探测机器人，包括球壳和设于球壳内的行走驱动装置；所述球壳为透明材质制成；

所述行走驱动装置包括：两个减速电机、左主动轮、右主动轮、T字架、顶部导向固定轮、导向轴、底部导向固定轮、电路集成板和蓄电池组，其结构关系为：两个减速电机分别通过传动机构接至左主动轮和右主动轮；T字架和导向轴分别设于电路集成板的上下两侧，两个顶部导向固定轮分别位于T字架的横向支架的两个端部，两个底部导向固定轮分别位于导向轴的两端，T字架的横向支架与导向轴的方向相互垂直；顶部导向固定轮和底部导向固定轮均为塑料材质，用于限定左主动轮和右主动轮位置并实现在运动过程中的导向作用；左主动轮和右主动轮外部包裹橡胶材质，其外表面与球壳的内表面相互接触；

所述电路集成板上至少装载有摄像装置，以及处理器和无线收发模块，后两者用于实现数据传输和控制操作；电路集成板下方设有两个蓄电池组，沿电路集成板的中轴线左右两侧各放置一组，为各部件提供电源供应的同时作为配重体用于保持平衡。

本发明中，所述导向轴通过固定块装设于电路集成板下方，导向轴与电路集成板相互平行；所述底部导向固定轮以嵌入的方式安装在导向轴的端部，底部导向固定轮的旋转平面与导向轴平行。

本发明中，所述T字架的竖向支架垂直固定于电路集成板上表面，T字架的横向支架与导向轴的方向是相互垂直的，顶部导向固定轮的旋转平面与T字架的横向支架垂直。

本发明中，所述球壳的外表面设有自清洁涂料涂层。

本发明中，所述蓄电池组上设置充电接口。

本发明中，还包括用于控制行走驱动装置的遥控器，遥控器上设有处理器、无线发送模块和摇杆，用于实现数据传输和控制操作。

本发明中，所述球壳是直径为120mm的两半球组成的透明球壳。

发明原理描述：

本发明所述双驱动球形探测机器人中，利用减速电机组带动主动轮运动，主动轮分别有三种运动状态：正转、停止以及反转。由无线遥控的两摇杆分别控制电路控制板下方的减速电机，摇杆向前主动轮正转，摇杆向后主动轮反转，摇杆不动主动轮停止，两个主动轮就可以对应九种组合。导向轮主要起到固定内部驱动单元的位置以及其运动过程中的导向作用，电路集成板用以容纳无线收发模块等必要部件。球壳内的摄像装置固定于电路集成板上，在运动过程中，保持相对位置不变，可实现对周围环境的实时探测，视频信号的传输可以基于WIFI网络，通过无线收发模块实现远程监控。蓄电池组采用有线充电技术，使用前需要打开球壳方可对电池进行充电。

本发明与现有技术相比的增益效果：

1、相比于现有技术中依靠改变系统重心和偏心力矩驱动的设计，本发明是依靠内部独立的移动装置来驱动球壳运动，具备运动速度快、控制结构简单以及系统稳定性好等优点；相比于那些三电机驱动的设计，本发明具有能耗低，内部空间利用率高等优点；相比两电机分别控制姿态调整的设计，本发明具有运动灵活高效，可实现零半径回转等优点。

2、该双驱动球形探测机器人利用内部独立移动装置驱动球壳运动，结构简单，控制方式简单，功耗较低以及运动灵活，该机器人能完成直线前进后退运动、左右转向运动、以及零半径回转运动等。机器人的运动由2.4G无线遥控发出运动指令，与其他设计不同的是，它的运动效果是通过由两减速电机同时控制两主动轮相互配合，得到九种运动效果组合；摄像装置固定在电路集成板上方，视频通过WIFI传输，可在电脑或手机终端观看采集到的视频。

附图说明

图1为本发明实例的结构示意图。

图2为本发明实例行走驱动装置的正视图。

图3为本发明实例行走驱动装置的左视图。

图中的附图标记为：1 球壳；2 减速电机；3 左主动轮；4 右主动轮；5 T字架；6 顶部导向固定轮；7 导向轴；8 底部导向固定轮；9 电路集成板；10 蓄电池组。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

图1中的双驱动球形探测机器人，包括透明材质制成的球壳1和设于球壳1内的行走驱动装置。行走驱动装置包括：两个减速电机2、左主动轮3、右主动轮4、T字架5、顶部导向固定轮6、导向轴7、底部导向固定轮8、电路集成板9和蓄电池组10，其结构关系为：两个减速电机2分别通过传动机构接至左主动轮3和右主动轮4；T字架5和导向轴7分别设于电路集成板9的上下两侧，两个顶部导向固定轮6分别位于T字架5的横向支架的两个端部，两个底部导向固定轮8分别位于导向轴7的两端，T字架5的横向支架与导向轴7的方向相互垂直；顶部导向固定轮6和底部导向固定轮8均为塑料材质，用于限定左主动轮3和右主动轮4位置并实现在运动过程中的导向作用；左主动轮3和右主动轮4外部包裹橡胶材质，其外表面与球壳1的内表面相互接触，当左主动轮3和右主动轮4转动时通过摩擦阻力带动球壳1的转动。

电路集成板9上至少装载有摄像装置，以及处理器和无线收发模块，后两者用于实现数据传输和控制操作；电路集成板9下方设有两个蓄电池组10，沿电路集成板9的中轴线左右两侧各放置一组，为各部件提供电源供应的同时作为配重体用于保持平衡。蓄电池组10采用有线充电技术，设有充电接口，使用前需要打开球壳方可进行充电。

导向轴7通过固定块装设于电路集成板9下方，导向轴7与电路集成板9相互平行；底部导向固定轮8以嵌入的方式安装在导向轴7的端部，底部导向固定轮8的旋转平面与导向轴7平行。T字架5的竖向支架垂直固定于电路集成板9上表面，T字架5的横向支架与导向轴7的方向是相互垂直的，顶部导向固定轮6的旋转平面与T字架5的横向支架垂直。

该双驱动球形探测机器人还包括用于控制行走驱动装置的遥控器，遥控器上设有处理器、无线发送模块和摇杆，用于实现数据传输和控制操作。

所述球壳1可以选择直径120mm的两个透明半球组成，方便拆装。为确保摄像装置完成探测任务，可以在球壳1的外表面设自清洁涂料涂层。自清洁涂料不沾灰、防水，可以保证球壳1的外表面清洁，对摄像装置无遮挡。

利用减速电机2带动左主动轮3、右主动轮4运动，左主动轮3和右主动轮4分别有三种运动状态：正转、停止以及反转。由无线遥控器的两摇杆分别控制电路集成板9下方的减速电机2的动作，摇杆向前主动轮正转，摇杆向后主动轮反转，摇杆不动主动轮停止，两个主动轮就可以对应九种组合。球壳1内的摄像装置固定于电路集成板9上，在运动过程中，保持相对位置不变，可实现对周围环境的实时探测.视频信号的传输基于WIFI网络，从而可以实现远程监控。

行走驱动装置带动球壳1旋转和转向的实现方式：通过行走驱动装置中的减速电机2来控制左主动轮3和右主动轮4的运动状态，即正转、停止、以及反转；当左主动轮3和右主动轮4同时正转或反转，则行走驱动装置将会带动球壳1进行旋转直行运动；当左主动轮3和右主动轮4同时停止，则行走驱动装置和球壳1将会保持静止。当左主动轮3和右主动轮4有一个保持静止，另一个保持正转或反转，则行走驱动装置将会带动球壳1做转向运动；当左主动轮3和右主动轮4保持相反的运动状态，则行走驱动装置将会带动球壳1做原地零半径回旋运动。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种双驱动球形探测机器人，包括球壳和设于球壳内的行走驱动装置，球壳为透明材质制成；其特征在于，

所述行走驱动装置包括：两个减速电机、左主动轮、右主动轮、T字架、顶部导向固定轮、导向轴、底部导向固定轮、电路集成板和蓄电池组，其结构关系为：两个减速电机分别通过传动机构接至左主动轮和右主动轮；T字架和导向轴分别设于电路集成板的上下两侧，两个顶部导向固定轮分别位于T字架的横向支架的两个端部，两个底部导向固定轮分别位于导向轴的两端，T字架的横向支架与导向轴的方向相互垂直；顶部导向固定轮和底部导向固定轮均为塑料材质，用于限定左主动轮和右主动轮位置并实现在运动过程中的导向作用；左主动轮和右主动轮外部包裹橡胶材质，其外表面与球壳的内表面相互接触；

所述电路集成板上至少装载有摄像装置，以及处理器和无线收发模块，后两者用于实现数据传输和控制操作；电路集成板下方设有两个蓄电池组，沿电路集成板的中轴线左右两侧各放置一组，为各部件提供电源供应的同时作为配重体用于保持平衡。

2.根据权利要求1所述的双驱动球形探测机器人，其特征在于，所述导向轴通过固定块装设于电路集成板下方，导向轴与电路集成板相互平行；所述底部导向固定轮以嵌入的方式安装在导向轴的端部，底部导向固定轮的旋转平面与导向轴平行。

3.根据权利要求1所述的双驱动球形探测机器人，其特征在于，所述T字架的竖向支架垂直固定于电路集成板上表面，T字架的横向支架与导向轴的方向是相互垂直的，顶部导向固定轮的旋转平面与T字架的横向支架垂直。

4.根据权利要求1所述的双驱动球形探测机器人，其特征在于，所述球壳的外表面设有自清洁涂料涂层。

5.根据权利要求1所述的双驱动球形探测机器人，其特征在于，所述蓄电池组上设置充电接口。

6.根据权利要求1所述的双驱动球形探测机器人，其特征在于，还包括用于控制行走驱动装置的遥控器，遥控器上设有处理器、无线发送模块和摇杆，用于实现数据传输和控制操作。

7.根据权利要求1所述的双驱动球形探测机器人，其特征在于，所述球壳是直径为120mm的两半球组成的透明球壳。