CN108974165A - 履带球形机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公布了一种履带球形机器人包括：球壳，设有开口；行走机构，部分收容于所述球壳内，所述行走机构包括驱动轮与履带，所述履带套设于所述驱动轮外，并且所述驱动轮与所述履带啮合，以驱动所述履带转动，所述履带部分穿过所述开口且伸出所述球壳，用于接触地面；主支架，收容于所述球壳中，并固定连接至所述行走机构，所述主支架上设有飞轮组件，所述飞轮组件用于提供进动力矩。驱动轮驱动履带转动，通过履带与地面的摩擦力使履带球形机器人行进，履带与地面的接触面积大，使履带球形机器人可以平稳的在泥泞、松软等多种复杂的路面上行进，履带球形机器人的运动效率高，提高了履带球形机器人的智能化及多功能化，适用于各种使用环境。

Description

履带球形机器人

技术领域

本申请涉及机器人技术领域，尤其是涉及一种履带球形机器人。

背景技术

球形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。进一步的，球形机器人一般还包括设于球体外部的头部，头部搭载功能器件实现摄像头等功能器件以实现智能化的人机交流功能，同时提高了球形机器人给用户的亲和感，使其可以作为家庭机器人使用。

现有技术中，球形机器人依靠内部质心偏移的方式驱动球体滚动，驱动效率低，无法适用于多种复杂的路面情况，且球形机器人在行走过程中的稳定性低，球形机器人的智能化低。

发明内容

本申请要解决的技术问题是提供一种履带球形机器人，用以解决现有技术中球形机器人的无法适用于多种复杂的路面情况，运动效率低，行走不稳定，智能化低的问题。

为解决上述技术问题，本申请提供一种履带球形机器人，包括：

球壳，设有开口；

行走机构，部分收容于所述球壳内，所述行走机构包括驱动轮与履带，所述履带套设于所述驱动轮外，并且所述驱动轮与所述履带啮合，以驱动所述履带转动，所述履带部分穿过所述开口且伸出所述球壳，用于接触地面；

主支架，收容于所述球壳中，并固定连接至所述行走机构，所述主支架上设有飞轮组件，所述飞轮组件用于提供进动力矩。

一种实施方式中，所述履带包括位于所述开口外的第一履带段及收容于所述球壳内的第二履带段，所述驱动轮包括第一驱动轮、第二驱动轮及位于所述第一驱动轮和所述第二驱动轮之间的第三驱动轮，所述第一驱动轮和所述第二驱动啮合所述第一履带段与所述第二履带段的连接处，所述第三驱动轮与所述第二履带段的垂直距离大于所述第一驱动轮或所述第二驱动轮与所述第二履带段的垂直距离，所述第三驱动轮啮合所述第一履带段，以使所述第一履带段为弧形。

一种实施方式中，所述驱动轮还包括与所述第一履带段啮合的第四驱动轮和第五驱动轮，所述第四驱动轮位于所述第一驱动轮与所述第三驱动轮之间，所述第五驱动轮位于所述第二驱动轮与所述第三驱动轮之间，所述第四驱动轮和所述第五驱动轮用于张紧所述第一履带段。

一种实施方式中，所述驱动轮还包括第六驱动轮，所述第六驱动轮位于所述第一驱动轮与所述第二驱动轮之间，所述第六驱动轮与所述第二履带段啮合，用于支撑所述第二履带段。

一种实施方式中，所述第一驱动轮与所述第二驱动轮的尺寸相同，所述第三驱动轮的尺寸大于所述第一驱动轮及所述第二驱动轮。

一种实施方式中，所述履带包括并列设置的第一履带与第二履带，驱动所述第一履带的所述驱动轮与驱动所述第二履带的所述驱动轮独立转动，通过所述第一履带与所述第二履带的差速使所述履带球形机器人转弯。

一种实施方式中，所述飞轮组件包括固定框和飞轮，所述固定框套设于所述飞轮上，并且所述飞轮转动连接所述固定框，所述固定框转动连接所述主支架，以使所述飞轮可相对所述主支架摆动。

一种实施方式中，所述固定框的转轴垂直于地面。

一种实施方式中，所述飞轮组件包括第一飞轮与第二飞轮，所述第一飞轮和所述第二飞轮沿所述第一驱动轮与所述第二驱动轮的连线方向排列。

一种实施方式中，所述履带球形机器人还包括头部，所述头部位于所述球壳外。

本申请的有益效果如下：驱动轮驱动履带转动，通过履带与地面的摩擦力使履带球形机器人行进，履带与地面的接触面积大，使履带球形机器人可以平稳的在泥泞、松软等多种复杂的路面上行进，进一步的，在旋转的飞轮的作用下，履带球形机器人始终保持平衡，在上楼梯等情形中，飞轮组件提供进动力矩使履带球形机器人完成上楼梯过程，且履带球形机器人始终保持与平地行走时相同的直立姿态，履带球形机器人的运动效率高，行走稳定，提高了履带球形机器人的智能化及多功能化，适用于各种使用环境，满足家庭机器人的使用要求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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明显变形方式。

图1为本申请实施例提供的履带球形机器人的结构示意图。

图2为本申请实施例提供的履带球形机器人的正视图。

图3为本申请实施例提供的履带球形机器人的左视图。

图4为本申请实施例提供的履带球形机器人的球壳的结构示意图。

图5为本申请实施例提供的履带球形机器人的部分结构示意图。

图6为本申请实施例提供的履带球形机器人的部分结构的正视图。

图7为本申请实施例提供的履带球形机器人的部分结构的左视图。

图8为本申请实施例提供的履带球形机器人越障过程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

请一并参阅图1、图2及图3，本申请实施例提供的履带球形机器人100包括球壳10、行走机构30及主支架40。本实施例中，球壳10可以为塑料或金属等材料制成，一种实施方式中，球壳10还可以是刚性壳体，可采用强度高且质轻的材料制成。例如球壳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)、橡胶、硅胶等其中一种或多种组合材质制成。本实施例中，球壳10整体为圆球形的中空结构，结合图3和图4，在球壳10的一端设有开口102，开口102可以为切削球壳10形成，开口102将球壳10内部与外界连通。

请参参阅图2和图3，本实施例中，行走机构30部分收容于球壳10内，具体的，行走机构30位于球壳10的开口102处，行走机构30位于开口102外的部分位于球壳10外，行走机构30位于开口102内的部分收容于球壳10中。本实施例中，行走机构30包括驱动轮34与履带32，履带32首尾相连围成封闭的环状结构，履带32套设于驱动轮34外，具体的，驱动轮34的数量为多个，多个驱动轮34从不同的方向拉伸履带32，将履带32拉伸绷直。本实施例中，驱动轮34的外表面具有齿形，履带32的内表面也具有齿形，驱动轮34与履带32啮合，通过电机等驱动设备驱动驱动轮34转动，从而驱动履带32转动。本实施例中，履带32穿过开口102且伸出球壳10，用于接触地面，具体的，在履带32转动的过程中，至少有部分履带32始终位于开口102外，即位于球壳10外，履带32的外表面与地面接触，履带32转动时，履带32与地面之间的摩擦力驱动履带球形机器人100行进。一种实施方式中，履带32的外表面设有凸起320，用于增大履带32与地面的摩擦力，也可以在越障或上楼梯的过程中用于提供支点。

驱动轮34驱动履带32转动，通过履带32与地面的摩擦力使履带球形机器人100行进，履带32与地面的接触面积大，使履带球形机器人100可以平稳的在泥泞、松软等多种复杂的路面上行进，履带球形机器人100的运动效率高，行走稳定，提高了履带球形机器人100的智能化及多功能化，适用于各种使用环境，满足家庭机器人的使用要求。

请一并参阅图5、图6及图7，本实施例中，主支架40收容于球壳10中，并固定连接至行走机构30，具体的，行走机构30行进可以带动主支架40及球壳10一同行进。主支架40上设有飞轮52组件50，飞轮52组件50用于提供进动力矩。本实施例中，履带球形机器人100在行进过程中遇到障碍时，或者在上楼梯等过程中，飞轮52组件50产生帮助履带球形机器人100越障的进动力矩。进动力矩可以帮助履带球形机器人100在平地行走时或遇障时，稳定履带球形机器人100的重心，防止履带球形机器人100的重心不稳而摔倒，特别是，进动力矩促使履带球形机器人100顺利通过较大坡度、坑洼地面、上楼梯等，丰富履带球形机器人100的使用环境。

驱动轮34驱动履带32转动，通过履带32与地面的摩擦力使履带球形机器人100行进，履带32与地面的接触面积大，使履带球形机器人100可以平稳的在泥泞、松软等多种复杂的路面上行进，进一步的，在旋转的飞轮52的作用下，履带球形机器人100始终保持平衡，在上楼梯等情形中，飞轮52组件50提供进动力矩使履带球形机器人100完成上楼梯过程，且履带球形机器人100始终保持与平地行走时相同的直立姿态，履带球形机器人100的运动效率高，行走稳定，提高了履带球形机器人100的智能化及多功能化，适用于各种使用环境，满足家庭机器人的使用要求。

请参阅图2和图6，本实施例中，履带32包括位于开口102外的第一履带段322及收容于球壳10内的第二履带段324，事实上，在履带球形机器人100行进的过程中，履带32是转动的，在履带32转动过程中的某一时刻，履带32位于开口102外的为第一履带段322，履带32收容于球壳10内的为第二履带段324，换言之，第一履带段322和第二履带段324是某一时刻根据履带32所在位置划分的履带32的不同部分。本实施例中，驱动轮34包括第一驱动轮341、第二驱动轮342及第三驱动轮343，其中，第三驱动轮343位于第一驱动轮341和第二驱动轮342之间，第一驱动轮341和第二驱动分别啮合于第一履带段322与第二履带段324的连接处，具体的，第一履带段322与第二履带段324具有两个连接处，第一驱动轮341和第二驱动轮342分别啮合于一个连接处。一种实施方式中，履带32为对称结构，第一驱动轮341与第二驱动轮342的形状和结构相同。第三驱动轮343与第二履带段324的垂直距离大于第一驱动轮341或第二驱动轮342与第二履带段324的垂直距离，第三驱动轮343啮合第一履带段322，以使第一履带段322为弧形。具体的，第一驱动轮341、第二驱动轮342及第三驱动轮343排布形成三角形形状，以使第一履带段322为弧形，第三驱动轮343使第一履带段322突出于开口102外，并使第一履带段322接触地面。第一驱动轮341、第二驱动轮342及第三驱动轮343驱动履带32转动，通过履带32与地面的摩擦力使履带球形机器人100行进，履带32与地面的接触面积大，使履带球形机器人100可以平稳的在泥泞、松软等多种复杂的路面上行进，履带球形机器人100的运动效率高，行走稳定，提高了履带球形机器人100的智能化及多功能化，适用于各种使用环境，满足家庭机器人的使用要求。

一种实施方式中，如图6所示，第一驱动轮341与第二驱动轮342的尺寸相同，第三驱动轮343的尺寸大于第一驱动轮341及第二驱动轮342。具体的，履带32为对称结构，第一履带段322与第二履带段324的两个连接处的结构对称，则第一驱动轮341与第二驱动轮342的尺寸相同。第三驱动轮343通过履带32接触地面，且第三驱动轮343位于履带球形机器人100的中线上，第三驱动轮343承载履带球形机器人100的整体重量，包括球壳10、主支架40、飞轮52组件50等结构的重量，大尺寸的第三驱动轮343增大了第三驱动轮343通过履带32与地面的接触面积，降低了履带球形机器人100对地面的压强，有利于减少对地面的损伤，也有利于提高履带球形机器人100的结构稳定性。

请继续参阅图6，本实施例中，驱动轮34还包括与第一履带段322啮合的第四驱动轮344和第五驱动轮345，第四驱动轮344位于第一驱动轮341与第三驱动轮343之间，第五驱动轮345位于第二驱动轮342与第三驱动轮343之间，第四驱动轮344和第五驱动轮345用于张紧第一履带段322。具体的，一方面第四驱动轮344张紧第一驱动轮341与第三驱动轮343之间的第一履带段322，第五驱动轮345张紧第二驱动轮342与第三驱动轮343之间的第一履带段322，以提高第一驱动轮341、第二驱动轮342及第三驱动轮343与履带32的啮合效果，有利于第一驱动轮341、第二驱动轮342及第三驱动轮343驱动履带32转动，提高运动效率，另一方面，第四驱动轮344和第五驱动轮345使第一履带段322的形状更趋向于弧形，弧形的第一履带段322突出于球壳10，与截面为圆形的球壳10相配合，使履带球形机器人100整体形状更趋向于完整的球形，有益于提高履带球形机器人100的整体效果。一种实施方式中，第四驱动轮344和第五驱动轮345与第一履带段322啮合，第四驱动轮344和第五驱动轮345为主动轮，第四驱动轮344和第五驱动轮345也提供驱动力以驱动履带32转动，另一种实施方式中，第四驱动轮344和第五驱动轮345的表面没有齿形，第四驱动轮344和第五驱动轮345与第一履带段322滑动连接，第四驱动轮344和第五驱动轮345为从动轮，仅用于张紧履带32。

请继续参阅图6，本实施例中，驱动轮34还包括第六驱动轮346，第六驱动轮346位于第一驱动轮341与第二驱动轮342之间，第六驱动轮346与第二履带段324啮合，用于支撑第二履带段324。具体的，第六驱动轮346用于托举第二履带段324，以避免在第二履带段324张紧力不足的情况下第二履带段324的各履带32板之间相互碰撞。一种实施方式中，第六驱动轮346与第二履带段324啮合，第六驱动轮346为主动轮，第六驱动轮346也提供驱动力以驱动履带32转动，另一种实施方式中，第六驱动轮346的表面没有齿形，第六驱动轮346与第二履带段324滑动连接，第六驱动轮346为从动轮，仅用于支撑第二履带段324。

请参阅图5和图7，本实施例中，履带32包括并列设置的第一履带32a与第二履带32b，驱动第一履带32a的驱动轮34与驱动第二履带32b的驱动轮34独立转动，通过第一履带32a与第二履带32b的差速使履带球形机器人100转弯。具体的，第一履带32a和第二履带32b分别各自啮合有独立驱动的第一驱动轮341、第二驱动轮342、第三驱动轮343、第四驱动轮344、第五驱动轮345及第六驱动轮346，第一履带32a与第二履带32b的转动相互独立，通过控制第一履带32a与第二履带32b的差速可以使履带球形机器人100在行进过程中进行转弯等动作。

请参阅图5、图6及图7，本实施例中，飞轮52组件50包括固定框54和飞轮52，固定框54套设于飞轮52上，并且飞轮52转动连接固定框54，固定框54转动连接主支架40，以使飞轮52可相对主支架40摆动。具体的，飞轮52的转轴固定于固定框54中，从而使飞轮52可以在固定框54内旋转，一种实施方式中，固定框54上设有电机，电机用于驱动飞轮52旋转。固定框54的两端转动连接在主支架40上，固定框54可以在主支架40上转动，即飞轮52可以在自转的同时在主支架40上摆动。具体到图6，一种实施方式中，固定框54的转轴垂直于地面，固定框54的转轴与飞轮52的转轴垂直，当飞轮52旋转的过程中，飞轮52也可以在主支架40上摆动。

具体而言，在履带球形机器人100受到较小干扰力矩干扰时，障碍物会对所述球形壳体产生干扰力矩以阻碍其运动，该干扰力矩通过所述主支架40传递至飞轮52组件50，高速旋转状态下的飞轮52受到干扰力矩作用后发生自由偏摆，会产生与干扰力矩方向相反的进动力矩以稳定履带球形机器人100。在履带球形机器人100受到较大干扰力矩干扰时，履带球形机器人100控制高速旋转下的飞轮52以大于自由偏摆时的角速度偏摆，以增大进动力矩。飞轮52产生的进动力矩通过主支架40传送至驱动组件，从而提高履带球形机器人100的越障爬坡性能及自动调整姿态平衡。一种实施方式中，如图8所示，当履带球形机器人100上楼梯时，高速旋转的飞轮52使履带球形机器人100始终保持直立的行进姿态，飞轮52组件50提供的进动力矩以履带32与楼梯的接触点为支点使履带球形机器人100爬上楼梯。

一种实施方式中，飞轮52组件50包括第一飞轮522与第二飞轮524，第一飞轮522和第二飞轮524沿第一驱动轮341与第二驱动轮342的连线方向排列。在履带球形机器人100行进的过程中，第一飞轮522与第二飞轮524高速旋转，第一飞轮522与第二飞轮524可以通过反向偏摆装置控制而反向偏摆，提供进动力矩。

驱动轮34驱动履带32转动，通过履带32与地面的摩擦力使履带球形机器人100行进，履带32与地面的接触面积大，使履带球形机器人100可以平稳的在泥泞、松软等多种复杂的路面上行进，进一步的，在旋转的飞轮52的作用下，履带球形机器人100始终保持平衡，在上楼梯等情形中，飞轮52组件50提供进动力矩使履带球形机器人100完成上楼梯过程，且履带球形机器人100始终保持与平地行走时相同的直立姿态，履带球形机器人100的运动效率高，行走稳定，提高了履带球形机器人100的智能化及多功能化，适用于各种使用环境，满足家庭机器人的使用要求。

请参阅图1，本实施例中，履带球形机器人100还包括头部20，头部20位于球壳10外。一种实施方式中，头部20通过磁吸等方式与球壳10内的部件连接。具体的，头部20内设有摄像头、红外测距仪等装置，通过改变头部20的位置可以改变头部20内置的摄像头等装置的拍摄角度，提高了履带球形机器人100的智能化，提高人机交互能力。

以上所揭露的仅为本申请几种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本申请之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本申请权利要求所作的等同变化，仍属于申请所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种履带球形机器人，其特征在于，包括：

球壳，设有开口；

行走机构，部分收容于所述球壳内，所述行走机构包括驱动轮与履带，所述履带套设于所述驱动轮外，并且所述驱动轮与所述履带啮合，以驱动所述履带转动，所述履带部分穿过所述开口且伸出所述球壳，用于接触地面；

主支架，收容于所述球壳中，并固定连接至所述行走机构，所述主支架上设有飞轮组件，所述飞轮组件用于提供进动力矩。

2.根据权利要求1所述的履带球形机器人，其特征在于，所述履带包括位于所述开口外的第一履带段及收容于所述球壳内的第二履带段，所述驱动轮包括第一驱动轮、第二驱动轮及位于所述第一驱动轮和所述第二驱动轮之间的第三驱动轮，所述第一驱动轮和所述第二驱动啮合所述第一履带段与所述第二履带段的连接处，所述第三驱动轮与所述第二履带段的垂直距离大于所述第一驱动轮或所述第二驱动轮与所述第二履带段的垂直距离，所述第三驱动轮啮合所述第一履带段，以使所述第一履带段为弧形。

3.根据权利要求2所述的履带球形机器人，其特征在于，所述驱动轮还包括与所述第一履带段啮合的第四驱动轮和第五驱动轮，所述第四驱动轮位于所述第一驱动轮与所述第三驱动轮之间，所述第五驱动轮位于所述第二驱动轮与所述第三驱动轮之间，所述第四驱动轮和所述第五驱动轮用于张紧所述第一履带段。

4.根据权利要求3所述的履带球形机器人，其特征在于，所述驱动轮还包括第六驱动轮，所述第六驱动轮位于所述第一驱动轮与所述第二驱动轮之间，所述第六驱动轮与所述第二履带段啮合，用于支撑所述第二履带段。

5.根据权利要求2所述的履带球形机器人，其特征在于，所述第一驱动轮与所述第二驱动轮的尺寸相同，所述第三驱动轮的尺寸大于所述第一驱动轮及所述第二驱动轮。

6.根据权利要求1所述的履带球形机器人，其特征在于，所述履带包括并列设置的第一履带与第二履带，驱动所述第一履带的所述驱动轮与驱动所述第二履带的所述驱动轮独立转动，通过所述第一履带与所述第二履带的差速使所述履带球形机器人转弯。

7.根据权利要求2所述的履带球形机器人，其特征在于，所述飞轮组件包括固定框和飞轮，所述固定框套设于所述飞轮上，并且所述飞轮转动连接所述固定框，所述固定框转动连接所述主支架，以使所述飞轮可相对所述主支架摆动。

8.根据权利要求7所述的履带球形机器人，其特征在于，所述固定框的转轴垂直于地面。

9.根据权利要求8所述的履带球形机器人，其特征在于，所述飞轮组件包括第一飞轮与第二飞轮，所述第一飞轮和所述第二飞轮沿所述第一驱动轮与所述第二驱动轮的连线方向排列。

10.根据权利要求1至8任意一项所述的履带球形机器人，其特征在于，所述履带球形机器人还包括头部，所述头部位于所述球壳外。