CN107150357B - 一种球形壳体及球形机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种球形壳体，应用于球形机器人，包括支撑层、多个凸点和弹性层，所述多个凸点间隔设置于所述支撑层外表面，所述弹性层覆盖在所述支撑层外表面，并且所述弹性层内表面与所述凸点层相抵接，所述弹性层内表面与所述凸点对应位置设置有避空凹槽。由于避空凹槽的存在，越障时弹性层能压缩成较深凹陷，便于凸点和障碍物更紧密的贴合，卡持住障碍物或台阶形成支点，从而更好的实现越障功能。本发明提供的球形机器人具有优良的越障性能。

Description

一种球形壳体及球形机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种球形壳体及球形机器人。
背景技术
球形机器人是一种将驱动机构、控制器等安装在一球形壳体内部，通过内驱动机构驱动球形壳体滚动运动的机器人。具有运动速度快、越野性能好、控制相对简单等特点。球形机器人是机器人运动方式的突破，与用轮子滚动行走的轮式机器人相比，不存在“翻倒”的问题，其球形结构可以自由地向任何方向旋转实现全方位滚动行走；与步行或爬行机器人相比，球形的外壳也使机器人能够轻易滚过粗糙的地形。同时，由于球体滚动点接触的阻力相对滑动或轮式装置的线接触的运动阻力小得多，所以球形机器人还具有运动效率高、能量消耗小的优点。
现有的球形机器人大多是满足于行走功能，并且由于球形机器人的外表光滑。因此，现有技术中的球形机器人通常不具备越障功能。这样就大大降低了球形机器人的灵活性和操控体验。
发明内容
本发明的目的在于提供一种球形壳体，该球形壳体应用于球形机器人中，使得球形机器人具有较佳的越障能力。
本发明的另一目的在于提供一种采用上述球形壳体的球形机器人。
为了实现上述目的，本发明实施方式提供如下技术方案：
本发明提供一种球形壳体，应用于球形机器人，包括支撑层、多个凸点和弹性层，所述多个凸点间隔设置于所述支撑层外表面，所述弹性层覆盖在所述支撑层外表面，并且所述弹性层内表面与所述凸点层相抵接，所述弹性层内表面与所述凸点对应位置设置有避空凹槽。
其中，所述凸点为锥台状，所述凸点的大端固定于所述支撑层的外表面，所述凸点的小端与所述弹性层抵接。
其中，所述凸点的1/2锥角大于或等于5°。
其中，所述多个凸点呈足球式点状分布于所述支撑层外表面。
其中，所述凸点的高度介于5-8mm之间。
其中，所述避空凹槽呈锥状，所述避空凹槽的1/2锥角大于或等于70°。
其中，还包括耐磨层，所述耐磨层覆盖于所述弹性层外表面。
其中，所述耐磨层采用硅胶材料。
其中，还包括摩擦层，所述摩擦层贴附于所述支撑层内侧。
本发明还提供一种球形机器人，包括头部组件、驱动组件和上述任意一项所述的球形壳体，所述驱动组件收容于所述球形壳体中，所述驱动组件用于驱动所述球形壳体滚动，所述头部组件设置于所述球形壳体外表面。
本发明实施例具有如下优点或有益效果：
本发明提供的球形壳体包括支撑层、多个凸点和弹性层，所述多个凸点间隔设置于所述支撑层外表面，所述弹性层覆盖在所述支撑层外表面，并且所述弹性层内表面与所述凸点层相抵接，所述弹性层内表面与所述凸点对应位置设置有避空凹槽。由于避空凹槽的存在，越障时弹性层能压缩成较深凹陷，便于凸点和障碍物更紧密的贴合，卡持住障碍物或台阶形成可靠的支点，从而更好的实现越障功能。本发明提供的球形机器人具有优良的越障性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种实施例的球形壳体分解示意图。
图2为本发明一种实施例的球形壳体的剖面示意图。
图3是图1所述的弹性层结构示意图。
图4是图2中I的局部放大示意图。
图5为本发明一种实施例的球形机器人结构示意图。
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的一部分实施例，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的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，以下各实施例的说明是参考附加的图示，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明中所提到的方向用语，例如，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”、“侧面”等，仅是参考附加图式的方向，因此，使用的方向用语是为了更好、更清楚地说明及理解本发明，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。若本说明书中出现“工序”的用语，其不仅是指独立的工序，在与其它工序无法明确区别时，只要能实现该工序所预期的作用则也包括在本用语中。另外，本说明书中用“～”表示的数值范围是指将“～”前后记载的数值分别作为最小值及最大值包括在内的范围。在附图中，结构相似或相同的用相同的标号表示。
请参阅图1和图2，图1为本发明一种实施例提供的球形壳体的分解示意图。图2为球形壳体的剖面示意图。本发明提供一种应用于球形机器人中的球形壳体。球形壳体100主要包括支撑层10、多个凸点20和弹性层30。可以理解的是，所述支撑层10大致呈中空球体状。球形机器人中的驱动组件等可以收容于所述支撑层10中，支撑层10能够保护收容于其内部的零部件。所述支撑层10可以采用可采用强度高、柔韧性好、且质轻的材料制成。例如支撑层10可以采用凯夫拉(聚对苯二甲有酰对苯二胺)或其复合材料、PBO纤维(聚对苯撑苯并二噁唑纤维)、玻璃钢或PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)等。
所述多个凸点20间隔设置于所述支撑层10外表面。具体的，所述多个凸点20均匀分布于所述支撑层10外表面。凸点20与支撑层10之间可以通过胶水粘附在一起。进一步具体的，所述多个凸点20在所述支撑层10外表面呈足球式点状分布，即每5个凸点20形成一个正五边形。所述多个凸点20的作用在于，在所述球形机器人越障时，所述障碍物能够卡在两个凸点20之间，防止球形壳体100与障碍物表面打滑，并且球形壳体100还可以以凸点20为支点，相邻的其他凸点20同时提供支撑力和摩擦力。在若干凸点20的卡持、支撑及摩擦的共同作用下，球形壳体100就能够翻越障碍物。优选的，所述凸点20可采用耐撞击、耐磨性好、承载性强、质轻的材料制成。例如，所述凸点20可采用PU硬发泡材料、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)等。需要说明的是，当采用ABS制造所述凸点20时，可采用3D打印的方式制造所述凸点20。
所述弹性层30覆盖在所述支撑层10外表面，并且所述弹性层30内表面与所述凸点20层相抵接。可以理解的是，所述凸点20介于所述支撑层10与所述弹性层30之间。进一步的，弹性层30可以为柔软易变形的柔性层，起到缓冲减震、防滑的作用。弹性层30122可采用高柔韧性、质轻的材料制造，如PU(聚氨酯)软发泡材料等。
当球形机器人在平地上行走时，由于弹性层30的存在，使得球形壳体100表面大致平齐，避免球形机器人行走过程中颠簸。当球形机器人越障时，球形壳体100接触障碍物，所述弹性层30下方未设置凸点20的区域能够发生弹性形变，产生凹陷，所述弹性层30下方设置有凸点20的区域相应形成凸起，使得凸起能很好的卡持在障碍物或台阶上，形成可靠的硬支点，从而能够顺利越障。
优选的，请结合参阅图3，图3为本发明的弹性层结构示意图。所述弹性层30内表面与所述凸点20对应位置设置有避空凹槽31。设置避空凹槽31的作用在于，在球形机器人进行越障时，障碍物与球形壳体100抵接，由于避空凹槽的存在，越障时弹性层能压缩成较深凹陷，便于凸点和障碍物更紧密的贴合，卡持住障碍物或台阶形成支点，从而能够顺利越障。
请结合参阅图4，图4为图2中的局部放大图。优选的，所述凸点20为锥台状。所述凸点20的大端贴附于所述支撑层10上。所述凸点20的小端与所述弹性层30相抵接。进一步优选的，所述凸点20的1/2锥角α1大于或等于5°。可以理解的是，将凸台设置为锥台状，同样具有避空的作用，有利于在弹性层30上形成凹陷，从而实现更好的越障效果。优选的，所述避空凹槽31呈锥形，所述避空凹槽31的1/2锥角α2大于或等于70°。同样，是为了增大弹性形变量，增强越障效果。
优选的，所述凸点20的高度h介于5-8mm之间。进一步优选的，所述凸点20的高度h为7.5mm。
可以理解的是，在本发明的其他实施例中，所述多个凸点20还可以非均匀地分布于所述支撑层10上。所述凸点20可以是任意形状，如柱形、锥形等；所述凸点20尺寸也可以根据实际需要确定。
本发明一种可能的实现方式中，所述球形壳体100还包括耐磨层(未示出)。所述耐磨层覆盖于所述弹性层30外表面。所述耐磨层用于直接接触地面，其具有良好的耐磨性能、机械强度高。优选的。耐磨层具有良好的电气绝缘性能，起到保护球形壳体100内部的零组件不受外界电流干扰的作用。优选的，所述耐磨层可以采用硅胶材料制成。
本发明一种可能的实现方式中，所述球形壳体100还包括摩擦层(未示出)，所述摩擦层贴附于所述支撑层10内侧。所述摩擦层与所述驱动组件相接触，所述驱动组件的驱动力作用于摩擦层。摩擦层的存在可以避免驱动组件与球形壳体100之间打滑，驱动组件能够高效率地驱动球形壳体100滚动。可以理解的是，所述摩擦层应当具有良好的耐磨性能。一种优选的实施方式中，可采用喷UV漆的方式制造耐摩擦、高硬度的摩擦层。
本发明还提供一种球形机器人。请参阅图5，图5为本发明实施例提供的球形机器人结构示意图。所述球形机器人500主要包括头部组件200、驱动组件(未示出)和球形壳体100。该球形壳体100为上述任意一个实施例所述的球形壳体100。所述驱动组件收容于所述球形壳体100中，所述驱动组件用于驱动所述球形壳体100滚动，所述头部组件200设置于所述球形壳体100外表面。所述球形机器人500采用了上述的球形壳体100，使得球形机器人具有优良的越障能力。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种球形壳体，应用于球形机器人，其特征在于，包括支撑层、多个凸点和弹性层，所述多个凸点间隔设置于所述支撑层外表面，所述弹性层覆盖在所述支撑层外表面，并且所述弹性层内表面与所述凸点相抵接，所述弹性层内表面与所述凸点对应位置设置有避空凹槽，所述弹性层中未设所述凸点的区域能够发生弹性形变以产生凹陷，使得所述弹性层中设有所述凸点的区域形成凸起，所述凸起能够作为越障支点。
2.如权利要求1所述的球形壳体，其特征在于，所述凸点为锥台状，所述凸点的大端固定于所述支撑层的外表面，所述凸点的小端与所述弹性层抵接。
3.如权利要求2所述的球形壳体，其特征在于，所述凸点的1/2锥角大于或等于5°。
4.如权利要求1所述的球形壳体，其特征在于，所述多个凸点呈足球式点状分布于所述支撑层外表面。
5.如权利要求1所述的球形壳体，其特征在于，所述凸点的高度介于5-8mm之间。
6.如权利要求1所述的球形壳体，其特征在于，所述避空凹槽呈锥形，所述避空凹槽的1/2锥角大于或等于70°。
7.如权利要求1所述的球形壳体，其特征在于，还包括耐磨层，所述耐磨层覆盖于所述弹性层外表面。
8.如权利要求7所述的球形壳体，其特征在于，所述耐磨层采用硅胶材料。
9.如权利要求1所述的球形壳体，其特征在于，还包括摩擦层，所述摩擦层贴附于所述支撑层内侧。
10.一种球形机器人，其特征在于，包括头部组件、驱动组件和如权利要求1-9任意一项所述的球形壳体，所述驱动组件收容于所述球形壳体中，所述驱动组件用于驱动所述球形壳体滚动，所述头部组件设置于所述球形壳体外表面。
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