CN110465957A - 一种翻滚移动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种翻滚移动机器人，包括：机器人主体和多个人工肌肉纤维索，机器人主体包括多个交叉设置的支撑杆，支撑杆的端部形成支撑点，多个支撑点位于同一个外接球上，人工肌肉纤维索在伸展状态与收缩状态之间可伸缩地连接在相邻支撑点之间，其中，当人工肌肉纤维索处于伸展状态时，机器人主体底部具有与地面接触的至少三个支撑点且翻滚移动机器人的重心在竖直方向上的投影位于支撑点围成的图形内；当多个人工肌肉纤维索中的部分人工肌肉纤维索处于收缩状态时，翻滚移动机器人的重心移动至支撑点围成的图形外。支撑杆与人工肌肉纤维索共同作用，使得翻滚移动机器人能够在简单的机械运动下实现翻滚移动，兼具了软、硬机器人的特性。

Description

一种翻滚移动机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其是涉及一种翻滚移动机器人。

背景技术

相关技术中，传统的机器人通常由硬材料组成,需要复杂的运动控制系统来完成不同的任务，特别是，由于部件是刚性的，大多数硬质机器人在与人或易碎物体近距离接触时容易造成伤害，此外，高度灵巧和可变形的软体机器人得到广泛的研究，但是，软体机器人承载能力差，限制了它们的实际应用。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种翻滚移动机器人，所述翻滚移动机器人，重量很轻，具有很高的可变形性，能够在不同地形上移动。

根据本发明实施例的翻滚移动机器人，包括：机器人主体和多个人工肌肉纤维索，所述机器人主体包括多个交叉设置的支撑杆，所述支撑杆的端部形成支撑点，多个所述支撑点位于同一个外接球上，且所述支撑杆的长度大于所述外接球的半径，所述人工肌肉纤维索在伸展状态与收缩状态之间可伸缩地连接在相邻所述支撑点之间，其中，当所述人工肌肉纤维索处于所述伸展状态时，所述机器人主体底部具有与地面接触的至少三个所述支撑点且所述翻滚移动机器人的重心在竖直方向上的投影位于所述支撑点围成的图形内；当多个所述人工肌肉纤维索中的部分所述人工肌肉纤维索处于所述收缩状态时，所述翻滚移动机器人的重心移动至所述支撑点围成的图形外。

根据本发明的翻滚移动机器人，通过使用支撑杆与人工肌肉纤维索共同作用，使得翻滚移动机器人能够在简单的机械运动下实现翻滚移动，兼具了软、硬机器人的特性，且解决了软机器人的应用受到其低承载能力的限制的问题，而且支撑杆和人工肌肉纤维索的质量较轻，翻滚移动机器人可以携带约10倍自身重量的货物，也解决了硬机器人需要复杂的运动控制系统来完成各种任务，还具有软硬机器人都不具有的优点，并且由于其结构轻巧，能够在不同地形上移动，比如砂子、土壤、泥浆，移动不受地形的限制，因而适合代替人力前往特殊地形进行探测活动。

根据本发明的一些实施例，在彼此垂直的第一方向、第二方向和第三方向上，多个所述支撑杆中至少一个沿所述第一方向延伸，多个所述支撑杆中至少一个沿所述第二方向延伸，多个所述支撑杆中至少一个沿所述第三方向延伸。

根据本发明的一些实施例，多个所述支撑杆形成为长度相同的直杆。

根据本发明的一些实施例，多个所述支撑杆包括三个支撑杆组，每个所述支撑杆组包括两个长度相同且相互平行的支撑杆。

根据本发明的一些实施例，所述人工肌肉纤维索包括：伸缩弹性件和发热丝，所述伸缩弹性件在所述伸展状态与所述收缩状态之间可伸缩地连接在相邻所述支撑点之间，所述发热丝设在所述伸缩弹性件内用于控制所述伸缩弹性件在所述伸展状态与所述收缩状态之间切换。

根据本发明的一些实施例，还包括：电源组件，所述电源组件设在所述机器人主体内并与所述发热丝电连接。

根据本发明的一些实施例，所述支撑杆内限定有电源容纳腔，所述电源组件容纳在所述电源容纳腔内。

根据本发明的一些实施例，所述电源组件与所述发热丝之间设有多个并联设置的继电器，多个继电器与连接所述支撑杆的多个发热丝一一对应串联设置。

根据本发明的一些实施例，所述伸缩弹性件形成为包裹在所述发热丝上并沿所述发热丝的长度延伸的LCE材料件。

根据本发明的一些实施例，所述人工肌肉纤维索处于伸展状态时的长度为L1，所述人工肌肉纤维索处于收缩状态时的长度为L2，0.35≤L2/L1≤0.45。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例翻滚移动机器人的结构示意图；

图2是根据本发明实施例翻滚移动机器人的局部结构示意图。

附图标记：

100：翻滚移动机器人；

10：支撑杆；11：电源容纳腔；12：电源组件；13：继电器；

20：人工肌肉纤维索；21：伸缩弹性件；22：发热丝。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。

下面参考图1-图2描述根据本发明实施例的翻滚移动机器人100。

如图1所示，翻滚移动机器人100可以包括：机器人主体和多个人工肌肉纤维索20。

机器人主体包括多个交叉设置的支撑杆10，支撑杆10的端部形成支撑点，多个支撑点位于同一个外接球上，且支撑杆10的长度大于外接球的半径，保证支撑杆10上支撑点能够始终在外接球上，并且通过将支撑点设在外接球上，多个支撑点配合组成一个类似于球形结构的多面体结构，球形结构翻滚方便，可以使得翻滚移动机器人100能够在不同类型的地形上移动。

人工肌肉纤维索20在伸展状态与收缩状态之间可伸缩地连接在相邻支撑点之间，其中，机器人主体底部具有与地面接触的至少三个支撑点，也就是说，当机器人主体放置在地面上时，至少具有三个支撑点支撑在地面上，三个支撑点依次相连围成一个支撑面。当人工肌肉纤维索20处于伸展状态时，翻滚移动机器人100的重心在竖直方向上的投影位于支撑点围成的支撑面内，此时机器人主体处于稳定状态，不会发生变动或移动；当多个人工肌肉纤维索20中的部分人工肌肉纤维索20处于收缩状态时，翻滚移动机器人100的重心移动至支撑点围成的图形外。例如，与支撑面上的支撑点相连的人工肌肉纤维索20收缩，其中一个支撑点在人工肌肉纤维索20的拉力作用下会发生移动，支撑点朝向支撑面的内部移动，此时支撑点围成的支撑面发生改变，翻滚移动机器人100的重心在竖直方向上的投影位于支撑点围成的支撑面外侧，此时，机器人主体在重力的作用下朝向移动支撑点的一侧倾斜翻转。

翻转之后的机器人主体又会产生一个与地面支撑的支撑面，然后重复之前的动作，人工肌肉纤维索20拉动支撑点移动使得机器人主体持续翻滚，进而实现机器人主体的移动。

由此，根据本发明实施例的翻滚移动机器人，利用人工肌肉纤维索20的收缩造成支撑杆10向后移，此时翻滚移动机器人100自身的重心偏移，造成翻滚移动机器人100 翻滚向前移动，人工肌肉纤维索20的结构简单，控制方便，翻滚移动机器人100兼具了软、硬机器人的特性，解决了软机器人的应用受到其低承载能力的限制问题，也解决了硬机器人需要复杂的运动控制系统来完成各种任务，还具有软硬机器人都不具有的优点，由于其结构轻巧，翻滚移动原理简单，能够在不同地形上移动不会受到地形的限制，因而适合代替人力前往特殊地形进行探测活动。

而且，相对于传统采用电机驱动的机器人而言，采用人工肌肉纤维索20作为动力驱动机器人移动，不仅简化了翻滚移动机器人的机构设计，而且人工肌肉纤维索20的质量较轻，方便转配，有利于缩小机器人的体积，实现机器人的微型化。

在一些具体实施例中，翻滚移动机器人可以作为探测机器人使用，例如可以在支撑杆10上设置360°全景摄像机，摄像机通过信号连接显示屏幕，利用摄像机对周围的环境进行监测，然后反馈给用户，工作人员便可利用翻滚移动机器人对不适于工作人员前往的区域进行探测。

如图1所示，在彼此垂直的第一方向、第二方向和第三方向上，多个支撑杆10中至少一个沿第一方向延伸，多个支撑杆10中至少一个沿第二方向延伸，多个支撑杆10中至少一个沿第三方向延伸，通过将支撑杆10中至少一个沿第一方向延伸，至少一个沿第二方向延伸，至少一个沿第三方向延伸。

支撑杆10沿着相互垂直的三个方向延伸，可以保证机器人主体在各个方向上的尺寸之间不会有太大的差距，为机器人主体的翻滚移动提供了方便，防止机器人主体过于扁平而影响机器人主体的翻滚移动。

具体的，多个支撑杆10形成为长度相同的直杆，翻滚移动机器人100由多个支撑杆10构成，使用长度相同的支撑杆10能够在支撑杆10构成外接圆后，提升翻滚移动机器人100的稳定性，并且在翻滚移动机器人100在翻滚移动的过程中，始终有三个支撑杆 10与地面接触，进一步提升翻滚移动机器人100的行驶稳定性，此外，使用长度相同的支撑杆10能够简化支撑杆10的生产工艺，降低生产成本，而且使翻滚移动机器人100 的组装与维修更加便利。

如图1所示，多个支撑杆10包括三个支撑杆组，每个支撑杆组包括两个长度相同且相互平行的支撑杆10，所以构成翻滚机器人的得支撑杆10共有6个，翻滚移动机器人 100的结构更加稳定，并且使支撑杆10构成的图形共有24面，也就是说，翻滚移动机器人100共有24面，整体更加趋向于圆形，能够在翻滚移动机器人100行驶的时候更平稳，此外每个支撑杆组包括两个相互平行的支撑杆10，在行驶过程中，支撑杆10中有两个沿第一方向延伸，两个沿第二方向延伸，两个沿第三方向延伸，保证有三个支撑点，提升翻滚移动机器人100的行驶稳定性。

如图2所示，人工肌肉纤维索20包括：伸缩弹性件21和发热丝22，伸缩弹性件21 在伸展状态与收缩状态之间可伸缩地连接在相邻支撑点之间，伸缩弹性件21通过弹性连接在相邻支撑点之间，发热丝22设在伸缩弹性件21内通过发热丝22的放热来控制伸缩弹性件21在伸展状态与收缩状态之间切换，当发热丝22通电放热时，伸缩弹性件 21受热收缩带动支撑杆10向后移动，当发热丝22停止通电放热时，使得人工肌纤维索恢复未加热之前的长度。

当发热丝22通电放热时，多个人工肌肉纤维索20中的部分人工肌肉纤维索20处于收缩状态，翻滚移动机器人100的重心移动至支撑点围成的图形外，此时因为翻滚移动机器人100自身重力的原因，翻滚移动机器人100开始翻滚移动，当发热丝22停止通电放热时，多个人工肌肉纤维索20中的部分人工肌肉纤维索20处于伸展状态，在伸展状态时翻滚移动机器人100主体底部具有与地面接触的至少三个支撑点，且翻滚移动机器人100的重心在竖直方向上的投影位于所述支撑点围成的图形内，此时翻滚移动机器人100处于稳定状态。

伸缩弹性件21和发热丝22组合形成人工肌肉纤维索20通过伸缩弹性件21的伸缩导致人工肌肉纤维索20的伸展与收缩，从而带动翻滚移动机器人100的行驶，结构简单易于实现，并且制造成本低，可以量产，再者，发热丝22的控制方法简单，操作方便，进而降低了翻滚移动机器人100的控制难度。

具体的，人工肌肉纤维索20还包括：电源组件12，电源组件12设在机器人主体内并与发热丝22电连接，电源组件12可以为发热丝22通电，当发热丝22通电放热时，多个人工肌肉纤维索20中的部分人工肌肉纤维索20处于收缩状态，翻滚移动机器人100 的重心移动至支撑点围成的图形外，此时因为翻滚移动机器人100自身重力的原因，翻滚移动机器人100开始翻滚移动。

进一步的，支撑杆10形成为薄壳空心管杆，支撑杆10内限定有电源容纳腔11，在支撑杆10内限定有电源容纳腔11，不仅可以节省支撑杆10材料，降低了机器人本体的重量，而且可以将电源组件12容纳在电源容纳腔11内，节省了电源组件12的装配空间，还能保证电源组件12处于密闭的环境，减少电源组件12被腐蚀的速率，提升电源组件12的使用安全性。

其中，支撑杆10可以是铝材料件，也可以是铝合金材料件，质量较轻，而且具有较强的支撑稳定性。

此外，电源组件12与发热丝22之间设有多个并联设置的继电器13，多个继电器13与连接支撑杆10的多个发热丝22一一对应串联设置，继电器13在电源组件12与发热丝22之间，控制电路的通断，继电器13、电源组件12与发热丝22构成一个完整的电路。其中，继电器13可以是蓝牙继电器，通过蓝牙连接进行信号传输，工作人员可以对翻滚移动机器人100实现远程无线控制。

通过设置多个继电器13，可以利用不同的继电器13单独控制不同的人工肌肉纤维索20，进而可以根据需要针对性地控制对应地人工肌肉纤维索20，控制翻滚移动机器人的移动方向。

对人工肌肉纤维索20中的继电器13控制板发送信号，继电器13处于闭合状态，电路是通路，开启电源，对特定人工肌纤维索中的发热丝22进行通电加热，电阻丝被加热后，使得伸缩弹性件21受热收缩，使人工肌肉纤维索20收缩移动，支撑杆10也收缩移动，使得张拉整体机器人的重心移动，从而跨越接地三角形的一边实现自然翻滚，然后继电器13处于断开状态，电路是断路，停止对电阻丝的加热，使的这根人工肌纤维索恢复未加热电阻丝之前的长度，然后通过对新的人工肌肉纤维索20中的继电器13 闭合，实现电阻丝的加热，实现新的人工肌肉纤维索20收缩移动，让机器人重心再次移动，实现新的翻转，通过多次人工肌肉纤维索20中的电阻丝的加热，使得该机器人沿着特定路径翻滚，到达最终目的地。

进一步的，伸缩弹性件21形成为包裹在发热丝22上并沿发热丝22的长度延伸的LCE材料件，LCE材料件具有一系列的由不同的分子排列状态所组成的，而且易于随外界温度变化改变分子的排列状态，从而实现伸缩弹性件21的伸展与收缩。LCE材料容易获得，成本较低，有利于降低翻滚移动机器人100的生产成本。

人工肌肉纤维索20在生产过程中，可以设置一个长条形的生产模具，模具限定有顶部敞开的加工槽，先想加工槽内放入一定量的LCE材料，LCE材料的厚度约为加工槽深度的一半时，在LCE材料上放置加热丝，然后继续向加工槽内放入LCE材料直到LCE材料充满加工槽，打开模具取出人工肌肉纤维索20便可。

具体的，人工肌肉纤维索20处于伸展状态时的长度为L1，人工肌肉纤维索20处于收缩状态时的长度为L2，0.35≤L2/L1≤0.45，因为人工肌肉纤维索20伸缩比较大，所以可以实现翻滚移动机器人100的翻滚移动，防止人工肌肉纤维索20收缩过程中因行程较小导致翻滚移动机器人100无法移动。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示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，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种翻滚移动机器人，其特征在于，包括：

机器人主体，所述机器人主体包括多个交叉设置的支撑杆，所述支撑杆的端部形成支撑点，多个所述支撑点位于同一个外接球上，且所述支撑杆的长度大于所述外接球的半径；

多个人工肌肉纤维索，所述人工肌肉纤维索在伸展状态与收缩状态之间可伸缩地连接在相邻所述支撑点之间；

其中，当所述人工肌肉纤维索处于所述伸展状态时，所述机器人主体底部具有与地面接触的至少三个所述支撑点且所述翻滚移动机器人的重心在竖直方向上的投影位于所述支撑点围成的图形内；当多个所述人工肌肉纤维索中的部分所述人工肌肉纤维索处于所述收缩状态时，所述翻滚移动机器人的重心移动至所述支撑点围成的图形外。

2.根据权利要求1所述的翻滚移动机器人，其特征在于，在彼此垂直的第一方向、第二方向和第三方向上，多个所述支撑杆中至少一个沿所述第一方向延伸，多个所述支撑杆中至少一个沿所述第二方向延伸，多个所述支撑杆中至少一个沿所述第三方向延伸。

3.根据权利要求2所述的翻滚移动机器人，其特征在于，多个所述支撑杆形成为长度相同的直杆。

4.根据权利要求3所述的翻滚移动机器人，其特征在于，多个所述支撑杆包括三个支撑杆组，每个所述支撑杆组包括两个长度相同且相互平行的支撑杆。

5.根据权利要求1所述的翻滚移动机器人，其特征在于，所述人工肌肉纤维索包括：

伸缩弹性件，所述伸缩弹性件在所述伸展状态与所述收缩状态之间可伸缩地连接在相邻所述支撑点之间；

发热丝，所述发热丝设在所述伸缩弹性件内用于控制所述伸缩弹性件在所述伸展状态与所述收缩状态之间切换。

6.根据权利要求5所述的翻滚移动机器人，其特征在于，还包括：

电源组件，所述电源组件设在所述机器人主体内并与所述发热丝电连接。

7.根据权利要求6所述的翻滚移动机器人，其特征在于，所述支撑杆内限定有电源容纳腔，所述电源组件容纳在所述电源容纳腔内。

8.根据权利要求6所述的翻滚移动机器人，其特征在于，所述电源组件与所述发热丝之间设有多个并联设置的继电器，多个继电器与连接所述支撑杆的多个发热丝一一对应串联设置。

9.根据权利要求5所述的翻滚移动机器人，其特征在于，所述伸缩弹性件形成为包裹在所述发热丝上并沿所述发热丝的长度延伸的LCE材料件。

10.根据权利要求1所述的翻滚移动机器人，其特征在于，所述人工肌肉纤维索处于伸展状态时的长度为L1，所述人工肌肉纤维索处于收缩状态时的长度为L2，0.35≤L2/L1≤0.45。