CN107150727B - 球形机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种球形机器人，包括球壳及驱动组件。所述驱动组件包括连接部、驱动臂和两个控制力矩陀螺系统。所述驱动臂包含驱动轮和驱动电机。所述驱动轮与所述球壳内壁相接触，驱动所述球形机器人行走。所述两个控制力矩陀螺系统之间设有一组反向同步齿轮组，以带动所述两个控制力矩陀螺系统反向同步偏摆。所述球形机器人受到干扰力矩干扰时，通过控制所述控制力矩陀螺系统偏摆来产生进动力矩以克服所述干扰力矩及提高所述球形机器人的稳定性，从而平衡所述球形机器人的姿态。本发明提高了球形机器人的越障爬坡能力，实现无级变速。

Description

球形机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种球形机器人。

背景技术

球形机器人是指利用球体的滚动实现运动的机器人，可以实现全方位运动，与地面是单点接触，摩擦阻力小，能量利用效率高，并且具有不倒翁特性，可以避免常规的机器人容易出现的倾倒失稳现象。机器人的重要部件均包容在球体内部，受到球体外壳良好的保护，不容易因破坏而失效。采取合适的密封措施，可以使球形机器人的外壳具备防水能力，进而在较为恶劣的天气条件下使用，具有全天候的适应能力。

球形机器人由于受限于滚动的行走方式，往往运动稳定性不高，而且越障爬坡能力不强，这使得球形机器人在人们的生活领域(如具有大于30度的斜坡或楼梯等障碍)或某些凹凸不平的场地的应用受到极大的限制。

因此，如何提高球形机器人的越障爬坡能力，以增加球形机器人的应用场景和运动稳定性，为业界人士重点研究课题。

发明内容

针对以上的问题，本发明的目的是提供一种球形机器人，可实现越障爬坡、自动调节姿态及增加运动稳定性。

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种球形机器人，包括球壳及驱动组件；所述驱动组件包括固定支架，设于所述固定支架上的连接部，固连于所述连接部的伸缩驱动部和两个控制力矩陀螺系统、转动连接于所述连接部的驱动臂；所述两个控制力矩陀螺系统之间设有反向同步齿轮组，以带动所述两个控制力矩陀螺系统反向同步偏摆；

所述驱动臂之远离所述连接部的一端设有与所述球壳相接触的驱动轮，且通过与所述球壳之间产生摩擦力带动所述球形机器人行走；所述驱动臂与所述伸缩驱动部之间设有第一连杆，所述伸缩驱动部推动所述第一连杆以带动所述驱动臂绕所述连接部摆动，以调节所述驱动轮与所述球壳内壁的接触位置从而改变所述球形机器人的行走速度；

所述球形机器人受到干扰力矩时，通过控制所述伸缩驱动部带动所述驱动臂摆动，以改变所述球形机器人的行走速度，再控制所述两个控制力矩陀螺系统反向同步偏摆来增加进动力矩以克服所述干扰力矩及提高所述球形机器人的稳定性。

一种实施方式中，所述伸缩驱动部包括第一导轨、将所述第一导轨固定于所述连接部的导轨固定件、套设于所述第一导轨上的第一连接件及设于所述第一导轨远离所述连接部的一端的第二电机，所述第二电机用以驱动所述第一连接件沿所述第一导轨滑动；

所述第一连杆包括相对设置的第一端和第二端，所述第一端和所述第二端分别转动连接于所述第一连接件和所述驱动臂；所述第一连接件沿所述第一导轨滑动，带动所述第一连杆相对于所述连接部做往复运动，且带动所述驱动臂绕所述连接部摆动。

一种实施方式中，所述驱动臂还包括连接于所述连接部与所述驱动轮之间的第二连杆，所述驱动轮与所述第二连杆之间设有弹性连接件，所述弹性连接件沿着所述驱动臂方向伸缩，在所述球形机器人运动过程中起到缓冲减震作用及为所述驱动轮与所述球壳之间提供接触压力的作用。

一种实施方式中，所述弹性连接件包括弹簧、设于所述弹簧相对两侧的第二导轨、及设于所述第二导轨上的滑块，所述第二导轨一端固定连接于所述第二连杆，另一端朝向所述驱动轮方向延伸，所述滑块一端设于所述第二导轨上，另一端固定于所述驱动轮，所述弹簧固定于所述第二连杆与所述驱动轮之间，且处于压缩状态，为所述驱动轮与所述球壳之间提供接触压力。

一种实施方式中，所述固定支架包括相对设置的第三端和第四端，所述连接部设于所述固定支架上，且位于所述第三端与所述第四端之间，所述两个控制力矩陀螺系统包括关于所述连接部对称分布的第一控制力矩陀螺系统和第二控制力矩陀螺系统；所述第一控制力矩陀螺系统和所述第二控制力矩陀螺系统分别设于所述第三端与所述连接部、所述第四端与所述连接部之间，且分别通过第一偏摆轴和第二偏摆轴与所述固定支架之间转动连接；所述反向同步齿轮组固定于所述连接部，包括相对设置的第一齿轮、第二齿轮及与所述第一齿轮和所述第二齿轮相啮合的中间齿轮，所述第一齿轮和所述第二齿轮分别固接于所述第一控制力矩陀螺系统和所述第二控制力矩陀螺系统，所述中间齿轮的传动作用使得所述第一齿轮和所述第二齿轮转向相反，使得所述第一控制力矩陀螺系统和所述第二控制力矩陀螺系统同步反向偏摆。

一种实施方式中，所述中间齿轮包括相互齿合的第三齿轮和第四齿轮，所述第一齿轮与所述第三齿轮相啮合，所述第二齿轮与所述第四齿轮相啮合，所述第一齿轮与所述第四齿轮的转向相同，所述第二齿轮与所述第三齿轮的转向相同，且与所述第一齿轮与所述第二齿轮的转向相反。

一种实施方式中，所述中间齿轮、所述第一齿轮及所述第二齿轮均为渐开线直齿轮。

一种实施方式中，所述第一控制力矩陀螺系统还包括第一控制力矩陀螺和第一偏摆电机，所述第一偏摆电机设于所述第一控制力矩陀螺上且远离所述连接部的一端，所述第三端设有第五齿轮，所述第一偏摆电机设有与所述第五齿轮相啮合的第六齿轮，所述第一偏摆电机通过带动所述第六齿轮相对于所述第五齿轮偏摆，以带动所述第一控制力矩陀螺系统绕所述第一偏摆轴偏摆，从而带动所述第一齿轮转动，并通过所述中间齿轮传动至所述第二齿轮，以带动所述第一控制力矩陀螺系统和所述第二控制力矩陀螺系统同步反向偏摆。

一种实施方式中，所述控制力矩陀螺系统还包括控制力矩陀螺和偏摆电机；所述固定支架与所述控制力矩陀螺之间通过偏摆轴转动连接；所述固定支架设有第一轴向，所述驱动臂关于所述第一轴向对称分布，所述两个控制力矩陀螺系统沿着所述第一轴向分布，且所述两个控制力矩陀螺系统的所述偏摆轴的延伸方向沿着所述第一轴向的方向延伸。

本申请实施例提供了一种球形机器人，包括球壳、驱动组件。所述驱动组件包括驱动臂和驱动轮，驱动轮与所述球壳内壁产生摩擦力从而带动所述球形机器人行走；通过设置伸缩驱动部和第一连杆，伸缩驱动部通过第一连杆带动所述驱动臂绕所述连接部摆动，从而改变所述驱动轮与所述球壳内壁的接触位置，可在不影响电机效率下实现球形机器人行走时的无级变速；在球形机器人遇到行走障碍，且驱动轮的驱动力矩足以使得所述球形机器人越障时，所述控制力矩陀螺可通过自由偏摆以产生进动力矩从而稳定球形机器人的底盘，使驱动轮的驱动力矩全部传递给球壳，从而使球形机器人越过障碍。当驱动轮的驱动力矩不足以越障时，球形机器人通过控制偏摆电机带动所述控制力矩陀螺以大于自由偏摆时的角速度偏摆，以在短时间内获得较大的进动力矩，该进动力矩与驱动轮的驱动力矩叠加以实现越障；通过在两个控制力矩陀螺系统之间设置反向同步齿轮组，以带动两个控制力矩陀螺系统反向同步偏摆，使得两个控制力矩陀螺之间的反向同步偏摆更加精确，从而使得两个控制力矩陀螺系统之间产生同向的进动力矩，增加球形机器人的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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是本发明实施例提供的一种球形机器人整体结构示意图。

图2-1是本发明实施例提供的一种球形机器人中驱动组件示意图。

图2-2是本发明实施例提供的一种球形机器人中框架结构示意图。

图3是本发明实施例提供的一种无级变速结构示意图。

图4是本发明实施例提供的一种无级变速结构示意图。

图5是本发明实施例提供的一种球形机器人中控制力矩陀螺结构示意图。

图6-1是本发明实施例提供的一种球形机器人转速比调节原理图。

图6-2是本发明实施例提供的一种球形机器人转速比调节原理图。

图7-1是本发明实施例提供的一种无级变速结构示意图。

图7-2是本发明实施例提供的一种无级变速结构示意图。

图8是本发明实施例提供的一种无级变速中弹性连接件结构示意图。

图9是本发明实施例提供的一种球形机器人中驱动组件的俯视图。

图10是本发明实施例提供的一种球形机器人中反向同步组件的局部放大图。

图11是本发明实施例提供的控制力矩陀螺偏摆的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参阅图1至图2-1，图1是本发明实施例提供的一种球形机器人，包括球壳1和设于所述球壳1内部的驱动组件2，支撑台4，固定于所述支撑台4上的固定支架5。所述驱动组件2包括设于所述固定支架5上的连接部20、固定连接于所述连接部20的伸缩驱动部22和控制力矩陀螺系统3、转动连接于所述连接部20的驱动臂21。所述固定支架5通过弹性支撑轮6连接至所述球壳1内壁，可与所述驱动组件2一起与所述球壳1相对转动，以防止所述驱动组件2在所述球壳1内不稳定。所述两个控制力矩陀螺系统3之间设有反向同步齿轮组25，以带动所述两个控制力矩陀螺系统3反向同步偏摆。

所述驱动臂21远离所述连接部20的一端设有驱动轮201、及驱动所述驱动轮201绕其中心轴自转的第一电机202，所述驱动轮201的部分周面与所述球壳1内壁相接触，所述驱动轮201在自转过程中，在所述球壳1内壁产生转动摩擦力(牵引力矩)从而带动所述球壳1相对于所述驱动组件2转动，所述球壳1的转动于地面之间产生摩擦力，实现了所述球壳1相对于地面的滚动。所述第一电机202与所述驱动轮201之间的传动方式不局限于皮带传动，也可用其他传动方式。

请参阅图2-1及图3，所述驱动臂21与所述伸缩驱动部22之间设有第一连杆23，所述伸缩驱动部22推动所述第一连杆23相对于所述连接部20做往复运动，带动所述驱动臂21绕所述连接部20摆动以通过调节所述驱动轮201与所述球壳的接触位置来调节所述球形机器人的行走速度。

请参阅图3及图4，一种实施方式中，所述驱动臂21为两个，且对称分布于所述伸缩驱动部22两侧，所述伸缩驱动部22推动所述第一连杆23相对于所述连接部20做往复运动，可带动两个所述驱动臂21绕所述连接部20做张开或收紧运动，通过调节所述驱动轮201与所述球壳1的接触位置来调节所述球壳1转速。具体为，所述驱动轮201相对于所述球壳1做圆周运动，在所述驱动轮201速度一定下，其中，所述驱动轮201沿着半径越大的圆运动，则球形机器人行走速度越慢，所述驱动轮201沿着半径越小的圆运动，则球形机器人行走速度越快。通过调节驱动臂21的张开或收紧的角度，来调节所述驱动轮201与所述球壳1的接触位置，即调节所述驱动轮201在所述球壳1内壁运动的圆周半径，在驱动轮201转速一定下，所述驱动轮201在所述球壳1内壁沿着不同的圆周运动，则所述驱动轮201与所述球壳1之间的转速比不同，从而实现在不影响电机效率的同时使所述球壳1的无级变化。

请参阅图5，控制力矩陀螺系统3包括控制力矩陀螺31和偏摆电机32，所述控制力矩陀螺31包括转子311、轴承312、套设于所述转子311外围的转子框架313及驱动所述转子311绕其中心轴转动的自转电机314，所述自转电机314设于所述转子框架313上，通过带动所述轴承312以带动所述转子311旋转。所述偏摆电机32固定于所述转子框架313上与所述控制力矩陀螺31一起相对于所述固定支架5偏摆。在所述球形机器人运动过程中，所述自转电机314带动所述转子311绕轴承312高速旋转，所述两个控制力矩陀螺3的转子自转方向相反。所述偏摆电机322固定于所述转子框架324上与所述控制力矩陀螺31一起相对于所述固定支架320偏摆。所述两个控制力矩陀螺系统3之间设有一组反向同步齿轮组25，以带动所述两个控制力矩陀螺系统3反向同步偏摆，这样的设计一方面可以实现通过机械齿轮带动所述两个控制力矩陀螺系统3反向同步偏摆，以减少由两个电机控制反向同步偏摆时出现偏摆延迟、偏摆的反向同步精度低的问题；另一方面，还可以实现减少电机数量、增大空间利用率及降低整机重量。

为了增大球形机器人在越障过程中转动力矩，需要降低所述球壳1的转动速度，此时，球形机器人通过控制所述第一电机202驱动所述伸缩驱动部22带动所述第一连杆23相对于所述第一电机202运动，从而带动所述驱动臂21收紧以实现在不影响所述电机效率的状态下降低所述球壳1行走速度，为越障做准备。在球形机器人遇障(如较大坡度、地面突出物、楼梯等)时，障碍物会对所述球壳1产生干扰力矩以阻碍其运动，所述球壳1将该干扰力矩通过所述驱动轮201传送至所述驱动组件2，高速旋转状态下的所述控制力矩陀螺系统3受到所述干扰力矩作用，会自由偏摆产生一个与所述干扰力矩方向相反大小相等的进动力矩使球形机器人底盘稳定，使得驱动力矩(驱动轮驱动球壳的力矩)全部转递给球壳以实现越障。在球形机器人受到较大干扰力矩干扰时，所述球形机器人控制高速旋转下的所述控制力矩陀螺31以大于自由偏摆时的角速度偏摆，以增大所述进动力矩。所述控制力矩陀螺31产生的进动力矩一方面稳定了所述驱动组件，避免其发生翻转，另一方面，将进动力矩通过所述固定支架5传递至驱动轮201，进而与驱动轮201的驱动力矩叠加后全部传送至球壳1，从而提高球形机器人的越障爬坡性能及自动调整姿态平衡。

本申请实施例提供了一种球形机器人，驱动轮201与所述球壳1内壁产生牵引力矩从而带动所述球壳1行走；通过设置伸缩驱动部22和第一连杆23，伸缩驱动部22通过第一连杆23带动所述驱动臂21绕所述连接部20摆动，从而改变所述驱动轮201与球壳1内壁的接触位置，在不影响电机功率下实现球形机器人行走时的无级变速；通过设置控制力矩陀螺系统3，当球形机器人遇障时，所述球壳1受到干扰力矩干扰，所述控制力矩陀螺系统3产生进动力矩，并结合所述驱动臂21使得所述球壳1的行走速度减小，在驱动组件2传送至所述球壳1的功率一定情况下，所述球壳1的转动力矩增大，从而促进所述球形机器人越障，平衡所述球形机器人的姿态；通过在两个控制力矩陀螺系统3之间设置反向同步齿轮组25，以带动控制力矩陀螺系统3反向同步偏摆，使得控制力矩陀螺31之间的偏摆反向同步更加精确，从而使得两个控制力矩陀螺系统3之间产生同向的进动力矩，增加球形机器人的稳定性。

一种实施方式中，驱动臂21为一对，所述伸缩驱动部22经过所述球壳1的中心，所述驱动臂21和驱动轮201对称分布于伸缩驱动部22的两侧；所述驱动组件2中所述驱动轮201与所述球壳1之间的输出行走速度比I为：

I＝(n1/n2)＝(L/r)∝(1/θ) (1)

其中，n1为所述驱动轮201的转速，在所述第一电机202驱动功率不变的情况下，所述驱动轮201的转速不变；n2为所述球壳1的转速；r所述驱动轮201半径，为不变量；L为所述驱动轮201相对于所述球壳1运动的圆周半径；θ为所述驱动轮201中心到所述球壳1的中心的连线与竖直中心线之间的夹角。

由式(1)可知，所述一对驱动臂21张开的夹角θ越大，所述驱动轮201沿着所述球壳1运动的圆周半径L越小，则所述驱动轮201与所述球壳1之间的输出转速比I就越小，所述球壳1的行走速度越快；所述一对驱动臂21张开的夹角θ越小，所述驱动轮201沿着所述球壳1运动的圆周半径L越大，则所述驱动轮201与所述球壳1之间的输出转速比I就越大，所述球壳1的行走速度越慢。本实施例通过调节所述一对驱动臂21张开的夹角θ，即可实现所述球壳1的行走速度的调节，而且，由于所述一对驱动臂21张开的夹角θ可调连续变化，则所述驱动轮201与所述球壳1之间的输出转速比I也可调连续变化，从而实现了所述球壳1行走的无级变速调节。

请参阅图6-1，当球形机器人越障或爬坡时，在电机输出功率一定的情况下，为提供足够大的转动力矩，则需要较小的球壳1速度，即需要增大所述驱动轮201与所述球壳1之间的输出转速比，也就是驱动臂21张开的夹角θ较小。此时通过控制第二电机224带动第一连接件223朝向所述第二电机224移动，第一连接件223通过第一连杆23带动驱动臂21绕所述连接部20朝向所述第一连接件223转动，从而使一对驱动臂21收紧，从而得到减小的夹角θ1，此时驱动轮201沿着直径为A1C1、B1D1的圆周运动。由式(1)可知，此时转速比I增大，球壳1速度减小，从而球形机器人获得更大的越障驱动力矩。

请参阅图6-2，当球形机器人在平地行走时，需要提高机器人的移动速度，即要增大所述球壳1的转动速度，需要减小所述驱动轮201与所述球壳1之间的输出转速比，也就是驱动臂21张开的夹角θ较大。此时通过控制第二电机224推动第一连接件223朝向所述连接部20移动，第一连接件223通过第一连杆23带动驱动臂21绕所述连接部20朝远离所述第一连接件223方向转动，从而使一对驱动臂21伸展开，从而得到较大的夹角θ2，此时驱动轮201沿着直径为A2C2、B2D2的圆周运动。由式(1)可知，此时转速比I减小，球壳1速度增加，从而实现球形机器人获得更快的行走速度。

由上可知，通过改变驱动臂21张开的夹角θ，即可根据需求在一定范围内任意改变转速比I，从而使得所述球壳1实现无级变速。

在本申请实施方式中，所述一对驱动臂21交点可以位于球壳1中心处，及所述连接部20设于所述球壳1中心，也可以不位于球壳1中心处，本申请对于所述一对驱动臂21交点相对于所述球壳1中的位置不做限制。

请参阅图7-1及图7-2，所述伸缩驱动部22包括第一导轨221、将所述第一导轨221固定于所述连接部20的导轨固定件222、套设于所述第一导轨221上的第一连接件223及设于所述第一导轨221远离所述连接部20的一端的第二电机224，所述第二电机224用以驱动所述第一连接件223沿所述第一导轨221滑动。

所述第一连杆23包括相对设置的第一端232和第二端233a，所述第一端232和所述第二端233a分别转动连接于所述第一连接件223和所述驱动臂21；所述第一连接件223沿所述第一导轨221滑动，带动所述第一连杆23相对于所述连接部20做往复运动，且带动所述驱动臂21绕所述连接部20摆动。

可以理解的，所述第二电机224不局限于采用螺杆式电机或直线电机，也可以采用液压气缸或其他可实现将驱动臂21摆动的其他连杆机构。

一种实施方式中，所述第一导轨221两端还设有第一限位件225、226，所述第一限位件225、226用于所述第一连接件223沿所述第一导轨221滑动的两个端点位置的限位。所述第一限位件225、226可以为限位阻尼块，也可用限位开关或其他限位方式替代。所述第一限位件225、226的材质可以为橡胶等耐磨材料，一方面对第一连接件223起到了缓冲减震作用，另一方面，减少对第一连接件223的磨损，延长其使用寿命。

请参阅图7-1及图7-2，所述驱动臂21还包括连接于所述连接部20与所述驱动轮201之间的第二连杆227；所述第二连杆227上设有第二连接件229，所述第一连杆23的第二端233a转动连接于所述第二连接件229。所述第一连接件223沿所述第一导轨221朝向所述连接部20滑动过程，使得所述第一连杆23始终推动所述驱动臂21绕所述连接部20转动，以增大所述驱动臂21绕着所述连接部20伸展的角度。具体而言，第二电机224推动第一连接件223朝向所述连接部20运动过程中，所述第一连杆23始终保持向上推动所述第二连接件229，进而推动驱动臂21张开，直到第一连接件223位于最顶端时，即最靠近所述连接部20的位置时，此时驱动臂21张开的夹角θ最大，这样的设计可获得较大的驱动臂21张开的夹角θ，同时第一连接件223移动距离较小，可简化和减少伸缩驱动部22的结构，从而减少驱动组件2占据的空间，便于其他结构的布局。

请参阅图8，所述驱动轮201与所述第二连杆227之间设有弹性连接件24，所述弹性连接件24沿着所述驱动臂21方向伸缩，在所述球形机器人运动过程中起到缓冲减震作用及为所述驱动轮201与所述球壳1之间提供接触压力的作用。一种实施方式中，所述弹性连接件24包括弹簧241、设于所述弹簧241相对两侧的第二导轨242、及设于所述第二导轨242上的滑块243，所述第二导轨242一端固定连接于所述第二连杆227，另一端朝向所述驱动轮201方向延伸，所述第二导轨242两端设有第二限位件244、245，第二限位件244、245用于限制所述滑块243的滑动位置。所述滑块243一端设于所述第二导轨242上，可相对于所述第二导轨242滑动，另一端固定于所述驱动轮201，所述弹簧241固定于所述第二连杆227与所述驱动轮201之间，且处于压缩状态，以便于为所述驱动轮201与所述球壳1之间提供接触压力。此外，在球形机器人运动过程中，所述弹簧241可通过其压缩量的变化确保驱动轮201始终与球壳1紧密接触以便于增大所述驱动轮201所述球壳1之间的传动效率。其他实施方式中，所述弹性连接件24也可以是弹性橡胶、弹性塑料等其他的弹性元件，在本申请中，不对所述弹性连接件24的具体结构进行限制。

请参阅图2-1，所述弹性支撑轮6包括弹性件61和的支撑轮62，所述支撑轮62与所述球壳1内壁相接触。支撑轮62还可以为滚珠。弹性件61可以设置为弹簧、弹性橡胶等弹性件，所述弹性件61处于压缩状态，起到缓冲保护作用，及压缩状态的所述弹性件61确保在运动过程中，所述驱动轮201与所述球壳1接触，甚至给予所述驱动轮201一定的接触压力。

请参阅图2-1及图9，一种实施方式中，所述固定支架5包括连接于所述连接部20相对两侧的一对环形支架5a，所述环形支架5a包括相对设置的第三端51、第四端52及设于所述第三端51和第四端52之间的连接部20。所述两个控制力矩陀螺系统3包括关于所述连接部20对称分布的第一控制力矩陀螺系统3a和第二控制力矩陀螺系统3b。所述第一控制力矩陀螺系统3a和所述第二控制力矩陀螺系统3b分别设于所述第三端51与所述连接部20、所述第四端52与所述连接部20之间，且分别通过第一偏摆轴和第二偏摆轴与所述环形支架5a之间转动连接。第一控制力矩陀螺系统3a包括第一偏摆电机32a和第一控制力矩陀螺3a，第二控制力矩陀螺系统3b包括第二偏摆电机32b和第二控制力矩陀螺3b，所述第一偏摆电机32a、第二偏摆电机32b分别带动所述第一控制力矩陀螺3a绕第一偏摆轴33a偏摆、第二控制力矩陀螺3b绕第二偏摆轴33b偏摆。

请参阅图9，一种实施方式中，所述固定支架4设有第一轴向Y，所述驱动轮201关于所述第一轴向Y对称分布，且所述两个控制力矩陀螺系统3a、3b的所述偏摆轴33a、33b的延伸方向沿着所述第一轴向Y的方向延伸。当所述球形机器人沿Y正方向行走遇到障碍时，球形机器人控制驱动臂21相对于所述伸缩驱动部22收紧，以增大所述球壳1与所述驱动轮201之间的行走速度比，从而降低球壳的行走速度，为球壳越障做准备。由于障碍的干扰力矩，驱动轮201的驱动力矩无法全部传递给球壳1，使得部分驱动力矩传递给位于球壳1内部的连接部20，这时控制力矩陀螺系统3将发生进动而产生进动力矩平衡上述的部分驱动力矩，以稳定球壳1内部的连接部20并增加驱动轮201与所述球壳1之间的传动效率，使驱动轮201的驱动力矩全部传递给球壳1从而实现越障，进而避免球壳1内部的驱动组件将在球壳1内发生翻滚，球壳1无法获得最大驱动力矩实现越障。

本申请实施例中，对于所述控制力矩陀螺系统3的排布方式可以采用如下方式：当越障需要的进动力矩方向沿第一轴向Y时，控制力矩陀螺系统3的偏摆轴向沿X方向布置；反之，当越障需要的进动力力矩方向沿X轴时，控制力矩陀螺系统3的偏摆轴向沿第一轴向Y方向布置。

请参阅图10，所述反向同步齿轮组25固定于所述连接部20，包括相对设置的第一齿轮251、第二齿轮252及与所述第一齿轮251和所述第二齿轮252相啮合的中间齿轮255，所述第一齿轮251和所述第二齿轮252分别固接于所述第一控制力矩陀螺系统3a的转子框架和所述第二控制力矩陀螺系统3b的转子框架，所述中间齿轮255的传动作用使得所述第一齿轮251和所述第二齿轮252转向相反，使得所述第一控制力矩陀螺系统3a和所述第二控制力矩陀螺系统3b同步反向偏摆。在本实施方式中，通过在所述两个控制力矩陀螺31之间设置反向同步齿轮组25，这样的设计一方面可以实现通过机械齿轮带动所述两个控制力矩陀螺系统3a、3b反向同步偏摆，以减少由两个电机控制反向同步偏摆时出现偏摆延迟、偏摆的反向同步精度低的问题；另一方面，还可以实现减少电机数量，增大空间利用率及降低整机重量。

请参阅10，一种实施方式中，所述中间齿轮255包括相互啮合的第三齿轮253和第四齿轮254，所述第一齿轮251与所述第三齿轮253相啮合，所述第二齿轮252与所述第四齿轮254相啮合，所述第一齿轮251与所述第四齿轮254的转向相同，所述第二齿轮252与所述第三齿轮253的转向相同，且与所述第一齿轮251与所述第二齿轮252的转向相反。

一种实施方式中，所述第一齿轮251、所述中间齿轮255与所述第二齿轮252均为渐开线直齿轮。本实施方式相对于上述实施方式，减少了中间齿轮255的个数。

在其他实施方式，反向同步齿轮组25还可以为其他的结构。本申请在所述两个控制力矩陀螺31之间设有反向同步齿轮组25，使得所述两个控制力矩陀螺31的偏摆方向反向同步，可以使得两个控制力矩陀螺31产生同向的进动力矩，从而保证球形机器人的稳定性。

请参阅图2-2、图5及图9，所述偏摆电机32设于所述控制力矩陀螺31上且远离所述连接部20的一端，所述第三端51设有第五齿轮511，所述偏摆电机32设有与所述第五齿轮511相啮合的第六齿轮512，所述偏摆电机32通过带动所述第六齿轮512相对于所述第五齿轮511偏摆，以带动所述控制力矩陀螺系统3绕所述偏摆轴33偏摆，从而带动所述第一齿轮251转动，并通过所述中间齿轮255传动至所述第二齿轮252，以带动所述两个控制力矩陀螺系统同步反向偏摆。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，但该较佳实施例并非用以限制本发明，该领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种球形机器人，其特征在于，包括球壳及驱动组件；所述驱动组件包括固定支架，设于所述固定支架上的连接部，固连于所述连接部的伸缩驱动部和两个控制力矩陀螺系统、转动连接于所述连接部的驱动臂；所述两个控制力矩陀螺系统之间设有反向同步齿轮组，以带动所述两个控制力矩陀螺系统反向同步偏摆；

所述驱动臂之远离所述连接部的一端设有与所述球壳相接触的驱动轮，且通过与所述球壳之间产生摩擦力带动所述球形机器人行走；所述驱动臂与所述伸缩驱动部之间设有第一连杆，所述伸缩驱动部推动所述第一连杆以带动所述驱动臂绕所述连接部摆动，以调节所述驱动轮与所述球壳内壁的接触位置从而改变所述球形机器人的行走速度；

所述球形机器人受到干扰力矩时，通过控制所述伸缩驱动部带动所述驱动臂摆动，以改变所述球形机器人的行走速度，再控制所述两个控制力矩陀螺系统反向同步偏摆来增加进动力矩以克服所述干扰力矩及提高所述球形机器人的稳定性。

2.根据权利要求1所述的一种球形机器人，其特征在于，所述伸缩驱动部包括第一导轨、将所述第一导轨固定于所述连接部的导轨固定件、套设于所述第一导轨上的第一连接件及设于所述第一导轨远离所述连接部的一端的第二电机，所述第二电机用以驱动所述第一连接件沿所述第一导轨滑动；

所述第一连杆包括相对设置的第一端和第二端，所述第一端和所述第二端分别转动连接于所述第一连接件和所述驱动臂；所述第一连接件沿所述第一导轨滑动，带动所述第一连杆相对于所述连接部做往复运动，且带动所述驱动臂绕所述连接部摆动。

3.根据权利要求2所述的一种球形机器人，其特征在于，所述驱动臂还包括连接于所述连接部与所述驱动轮之间的第二连杆，所述驱动轮与所述第二连杆之间设有弹性连接件，所述弹性连接件沿着所述驱动臂方向伸缩，在所述球形机器人运动过程中起到缓冲减震作用及为所述驱动轮与所述球壳之间提供接触压力的作用。

4.根据权利要求3所述的一种球形机器人，其特征在于，所述弹性连接件包括弹簧、设于所述弹簧相对两侧的第二导轨、及设于所述第二导轨上的滑块，所述第二导轨一端固定连接于所述第二连杆，另一端朝向所述驱动轮方向延伸，所述滑块一端设于所述第二导轨上，另一端固定于所述驱动轮，所述弹簧固定于所述第二连杆与所述驱动轮之间，且处于压缩状态，为所述驱动轮与所述球壳之间提供接触压力。

5.根据权利要求1所述的一种球形机器人，其特征在于，所述固定支架包括相对设置的第三端和第四端，所述连接部设于所述固定支架上，且位于所述第三端与所述第四端之间，所述两个控制力矩陀螺系统包括关于所述连接部对称分布的第一控制力矩陀螺系统和第二控制力矩陀螺系统；所述第一控制力矩陀螺系统和所述第二控制力矩陀螺系统分别设于所述第三端与所述连接部、所述第四端与所述连接部之间，且分别通过第一偏摆轴和第二偏摆轴与所述固定支架之间转动连接；所述反向同步齿轮组固定于所述连接部，包括相对设置的第一齿轮、第二齿轮及与所述第一齿轮和所述第二齿轮相啮合的中间齿轮，所述第一齿轮和所述第二齿轮分别固接于所述第一控制力矩陀螺系统和所述第二控制力矩陀螺系统，所述中间齿轮的传动作用使得所述第一齿轮和所述第二齿轮转向相反，使得所述第一控制力矩陀螺系统和所述第二控制力矩陀螺系统同步反向偏摆。

6.根据权利要求5所述的一种球形机器人，其特征在于，所述中间齿轮包括相互齿合的第三齿轮和第四齿轮，所述第一齿轮与所述第三齿轮相啮合，所述第二齿轮与所述第四齿轮相啮合，所述第一齿轮与所述第四齿轮的转向相同，所述第二齿轮与所述第三齿轮的转向相同，且与所述第一齿轮与所述第二齿轮的转向相反。

7.根据权利要求5所述的一种球形机器人，其特征在于，所述中间齿轮、所述第一齿轮及所述第二齿轮均为渐开线直齿轮。

8.根据权利要求5所述的一种球形机器人，其特征在于，所述第一控制力矩陀螺系统还包括第一控制力矩陀螺和第一偏摆电机，所述第一偏摆电机设于所述第一控制力矩陀螺上且远离所述连接部的一端，所述第三端设有第五齿轮，所述第一偏摆电机设有与所述第五齿轮相啮合的第六齿轮，所述第一偏摆电机通过带动所述第六齿轮相对于所述第五齿轮偏摆，以带动所述第一控制力矩陀螺系统绕所述第一偏摆轴偏摆，从而带动所述第一齿轮转动，并通过所述中间齿轮传动至所述第二齿轮，以带动所述第一控制力矩陀螺系统和所述第二控制力矩陀螺系统同步反向偏摆。

9.根据权利要求1所述的一种球形机器人，其特征在于，所述控制力矩陀螺系统还包括控制力矩陀螺和偏摆电机；所述固定支架与所述控制力矩陀螺之间通过偏摆轴转动连接；所述固定支架设有第一轴向，所述驱动臂关于所述第一轴向对称分布，所述两个控制力矩陀螺系统沿着所述第一轴向分布，且所述两个控制力矩陀螺系统的所述偏摆轴的延伸方向沿着所述第一轴向的方向延伸。