CN111376663B - 一种水陆两栖球形机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水陆两栖球形机器人，涉及运动机器人领域，包括球形壳体、鱼眼轴承和内部机芯，鱼眼轴承安装在内部机芯外表面，内部机芯通过鱼眼轴承与球形壳体滚动配合；内部机芯包括功能舱体和驱动舱体，功能舱体与驱动舱体结构配合；驱动舱体内安装有驱动结构，驱动结构包括对称设置的动力设备和驱动脚轮，动力设备分别与驱动脚轮连接，驱动脚轮的外缘与球形壳体内表面贴合；球形壳体的外表面设置有鳍型凸起。本发明提供的水陆两栖球形机器人，整体结构紧凑，水中运动时推进力大，陆上运动时，对地形适应能力强，结构强度高，防碰撞能力好。可满足不同控制模式要求，维护方便。

Description

一种水陆两栖球形机器人

技术领域

本发明属于运动机器人领域，具体涉及一种水陆两栖球形机器人。

背景技术

为了实现对水域、海域、沼泽、滩涂或人员不宜直接到达的其它危险有害区域进行探测,现有技术中多采用球形机器人通过搭载不同检测传感器实现不同功能应用。

但是现有的球形机器人由于其本身结构的特点，存在调向、低速稳定性、碰撞和空气动力学等方面的问题，给实际应用也带来了很大的困难和限制。

发明内容

本发明提供一种水陆两栖球形机器人，以解决上述技术问题。

本发明提供一种水陆两栖球形机器人，包括球形壳体、鱼眼轴承和内部机芯，所述鱼眼轴承安装在内部机芯外表面，所述内部机芯通过鱼眼轴承与球形壳体滚动配合；所述内部机芯包括功能舱体和驱动舱体，所述功能舱体与驱动舱体结构配合；所述驱动舱体内安装有驱动结构，所述驱动结构包括对称设置的动力设备和驱动脚轮，所述动力设备分别与驱动脚轮连接，所述驱动脚轮的外缘与球形壳体内表面贴合；所述球形壳体的外表面设置有鳍型凸起。

进一步的，所述球形壳体包括上球壳和下球壳，所述上球壳和下球壳配合处设置有密封圈，所述上球壳和下球壳通过周向均布的紧固件紧固连接。

进一步的，所述功能舱体主要包括第一球形壳、底舱体、第一支撑板和控制及通讯模块，所述底舱体与第一球形壳的底部连接，所述第一支撑板与第一球形壳连接，所述控制及通讯模块安装在第一支撑板上。

进一步的，所述功能舱体包括接插件，所述接插件安装在第一球形壳顶端。

进一步的，所述第一球形壳顶端安装有鱼眼轴承，安装在第一球形壳的其他鱼眼轴承环绕该鱼眼轴承设置。

进一步的，所述驱动舱体包括第二球形壳、动力设备安装板、第二支撑板、弹簧、压盖；所述第二球形壳与第一球形壳结构配合，所述第二球形壳上设置有驱动孔，所述驱动孔与驱动脚轮结构配合，所述压盖位于底舱体底部，所述弹簧的一端与压盖连接，所述弹簧的另一端与动力设备安装板连接，所述动力设备安装在动力设备安装板上；所述动力设备安装板上设置有限位孔，所述第二支撑板上设置有与限位孔配合的限位柱，所述第二支撑板与第二球形壳固定连接，所述弹簧位于限位柱两侧。

进一步的，所述动力设备包括电机和减速机，所述电机通过减速机与驱动脚轮连接，所述电机和减速机安装在动力设备安装板上。

进一步的，所述驱动舱体包括缓冲垫板，所述缓冲垫板安装在驱动舱体底部，所述缓冲垫板上安装有锂电池。

进一步的，所述驱动脚轮上设置有胎纹。

进一步的，所述驱动脚轮与球形壳体内表面的接触面为胎面胶料经硫化而成。

本发明的有益效果在于，本发明提供的水陆两栖球形机器人，采用球形壳体与内部机芯滚动配合的方式，并在驱动舱设置驱动脚轮，使驱动脚轮与球形壳体的内表面贴合，通过驱动脚轮的转动带动球形机器人的转动。在操作时，可通过动力设备调节驱动脚轮的转速差、旋转方向来实现球形机器人的转弯、变速、前进、倒退等动作。提高了球形机器人的灵活度和低速稳定性。

球形壳体外表面设计成鳍型凸起结构，使得在水下拨水运动时，增加推进力，同时在陆上运动时，该结构能适应凹凸不平的地形，整体结构强度高，提高运动能力及碰撞防护能力。

此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。

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，对于本领域普通技术人员而言，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是本发明水陆两栖球形机器人的主体结构示意图。

图2是本发明内部机芯的结构示意图1。

图3是本发明内部机芯的结构示意图2。

图4是本发明功能舱体的内部结构示意图。

图5是本发明驱动舱体的结构示意图。

图6是本发明驱动舱体的剖视示意图。

图7是本发明驱动舱体的俯视示意图。

图8是本发明球形壳体的结构示意图。

图中，1、球形壳体，11、上球壳，12、下球壳，13、密封圈，14、紧固螺钉，15、鳍型凸起，2、鱼眼轴承，3、功能舱体，31、第一球形壳，32、底舱体，33、第一支撑板，34、控制及通讯模块，35、接插件，4、驱动舱体，41、第二球形壳，42、动力设备安装板，43、第二支撑板，431、限位柱，44、弹簧，45、压盖，46、驱动结构，461、驱动脚轮，462、电机，463、减速机，464、键，47、锂电池，48、缓冲垫板。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供的水陆两栖球形机器人主要由球形壳体1、鱼眼轴承2和内部机芯组成。

所述鱼眼轴承2沿周向均匀分布在内部机芯外表面，起内部支撑作用，与球形壳体1内表面均匀接触，所述内部机芯通过鱼眼轴承2与球形壳体1滚动配合。内部机芯外表面的鱼眼轴承2如图2、图3所示。

所述内部机芯包括功能舱体3和驱动舱体4，所述功能舱体3与驱动舱体4 结构配合。

所述驱动舱体4内安装有驱动结构46，所述驱动结构46包括动力设备和驱动脚轮461，所述动力设备与驱动脚轮461连接，所述动力设备驱动驱动脚轮461旋转，所述驱动脚轮461的外缘与球形壳体1内表面贴合；安装在驱动舱体4底部两端的驱动脚轮461的外缘与球形壳体1内表面相贴合，当驱动脚轮461转动时，在摩擦力的作用下带动球形壳体1同步转动。

球形外壳外表面设计成鳍型凸起15结构，以便水下拨水运动时，增加推进力，同时在陆上运动时，该结构能适应凹凸不平的地形，整体结构强度高，提高运动能力及碰撞防护能力。

作为优选，水下应用时,机器人总重是在机器人整体排水重量的0.4倍以下。

进一步的，如图8所示，球形壳体1主要由上半球壳和下班球壳组成。下半球壳配合面的凹槽内镶嵌0型密封圈13，上下球壳12通过周向均布的螺钉紧固连接，保证密封性。

如图4所示，所述功能舱体3主要包括第一球形壳31、底舱体32、第一支撑板33和控制及通讯模块34和接插件35等，所述底舱体32与第一球形壳31 的底部连接。

功能舱体3的内部空腔可根据使用要求内置各种检测传感器及功能模块，如图4所示。在第一球形壳31顶端安装一个鱼眼轴承2，并在该结构中间的周向位置均匀分布四个鱼眼轴承2，同时与球形壳体1内表面接触，起到支撑作用。控制及通讯模块34安装在第一支撑板33上，第一支撑板33通过螺钉与第一球形壳31连接，构成的空间也可安装其他功能模块，但空间相对较小。接插件35安装在靠近第一球形壳31顶端两侧，为控制及通讯模块34和其他功能模块提供数据传输接口、充电接口及扩展接口。

如图5-7所示，驱动舱体4包括第二球形壳41、动力设备安装板42、第二支撑板43、弹簧44、压盖45、锂电池47缓冲垫板48、驱动脚轮461和动力设备。

动力设备包括电机462、减速机463、键464等，电机462通过减速机463 与驱动脚轮461连接，所述电机462和减速机463安装在动力设备安装板42 上。

所述第二球形壳41与第一球形壳31结构配合，所述第二球形壳41上设置有驱动孔，所述驱动孔与驱动脚轮461结构配合，所述压盖45位于底舱体32 底部，所述弹簧44的一端与压盖45连接，所述弹簧44的另一端与动力设备安装板42连接，所述弹簧44位于限位柱431两侧。

由于动力设备安装在动力设备安装板42上，电机462、减速机463、驱动脚轮461三者同时受弹簧44和压盖45反作用力，对驱动脚轮461进行纵向限位，使两侧的驱动脚轮461外缘面始终与下半球壳外表面紧密贴合，保证较高的传动效率。

驱动脚轮461的接触体采用胎面胶料经硫化而成，接触面带有胎纹增大摩擦力，提高传动效率。

进一步的，第二支撑板43的上部安装动力设备安装板42，所述动力设备安装板42上设置有限位孔，所述第二支撑板43上设置有与限位孔配合的限位柱431，所述第二支撑板43与第二球形壳41固定连接，从而实现对动力设备及驱动脚轮461进行横向限位，保证驱动脚轮461与球形壳体1的接触。

第二支撑板43通过螺钉与第二球形壳41固定连接，第二支撑板43下部空间安装锂电池47和缓冲垫板48，也可根据设计要求添加配重块。

驱动球壳外表面沿周向均匀分布4个鱼眼轴承2，使驱动舱体4在下球壳 12内能够得到有效支撑。

该种球形机器人的具体工作过程如下：

水陆两栖球形机器人内置的通讯模块和运动控制器起到运动信号传输作用，锂电池47提供动力源，可实现水陆两栖球形机器人自主续航和远程控制等控制要求。

在水中及陆上运动时，水陆两栖球形机器人都是通过球形壳体1按照控制方式转动来实现的，由于驱动结构46重心始终保持在球形中心正下方位置，保证运动过程中姿态能自动恢复，其运动主要靠两个电机462控制驱动脚轮461 的旋转方向及转速差来实现球形机器人的前进、后退、转弯和变速等动作。

(1)关于前进和后退

通过左右对称的驱动电机462同步同向转动，并保持速度一致，电机462 正反转驱动球形壳体1正反转，实现球形机器人的前进和后退动作。

(2)关于转弯

当一边电机462按固定速度正向转动，另一侧电机462按照相同速度反向转动时，球形壳体1会沿球心垂直对称线旋转，实现球形机器人转弯动作。

(3)关于变速

两侧电机462实现速度同步，并通过控制电机462的转速大小，实现球形机器人的运动快慢。

本发明提供的水陆两栖球形机器人，整体结构紧凑，水中运动时推进力大，陆上运动时，对地形适应能力强，结构强度高，防碰撞能力好。可满足不同控制模式要求，维护方便。

应当理解，在称某一元件或层在另一元件或层“上”，被“连接”或“耦合”至另一元件或层时，其可能直接在另一元件或层上，被直接连接或耦合至所述另一元件或层，也可能存在中间元件或层。相反，在称某一元件被“直接在”另一元件或层“上”，“直接连接”或“直接耦合”至另一元件或层时，则不存在中间元件或层。所有附图中类似的数字指示类似元件。如这里所用的，术语“和/或”包括相关所列项的一个或多个的任何和所有组合。

这里可能会使用便于描述的空间相对性术语，例如“在…下”、“下方”、“下部”、“以上”、“上方”等来描述如图中所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。应当理解，空间相对性术语意在包括图中所示取向之外的使用或工作中的器件不同取向。例如，如果将图中的器件翻转过来，被描述为在其他元件或特征“下”或“下方”的元件将会朝向其他元件或特征的“上方”。于是，示范性术语“下方”可以包括上方和下方两种取向。可以使器件采取其他取向(旋转90度或其他取向)，这里所用的空间相对术语作相应解释。

本文所采用的术语仅做描述具体实施例的用途，并非意在限制本文件内的表述。如这里所用的，单数形式“一”、“一个”和“该”意在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还要理解的是，当用于本说明书时，术语“包括”指所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或增加。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参考即可。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种水陆两栖球形机器人，其特征在于：包括球形壳体(1)、鱼眼轴承(2)和内部机芯，所述鱼眼轴承(2)安装在内部机芯外表面，所述内部机芯通过鱼眼轴承(2)与球形壳体(1)滚动配合；所述内部机芯包括功能舱体(3)和驱动舱体(4)，所述功能舱体(3)与驱动舱体(4)结构配合；所述驱动舱体(4)内安装有驱动结构(46)，所述驱动结构(46)包括对称设置的动力设备和驱动脚轮(461)，所述动力设备分别与驱动脚轮(461)连接，所述驱动脚轮(461)的外缘与球形壳体(1)内表面贴合；所述功能舱体(3)主要包括第一球形壳(31)、底舱体(32)、第一支撑板(33)和控制及通讯模块(34)，所述底舱体(32)与第一球形壳(31)的底部连接，所述第一支撑板(33)与第一球形壳(31)连接，所述控制及通讯模块(34)安装在第一支撑板(33)上；所述第一球形壳(31)顶端安装有鱼眼轴承(2)，安装在第一球形壳(31)的其他鱼眼轴承(2)环绕该鱼眼轴承(2)设置；所述球形壳体(1)的外表面设置有鳍型凸起(15)；所述功能舱体(3)包括接插件(35)，所述接插件(35)安装在第一球形壳(31)顶端；所述驱动舱体(4)包括第二球形壳(41)、动力设备安装板(42)、第二支撑板(43)、弹簧(44)、压盖(45)；所述第二球形壳(41)与第一球形壳(31)结构配合，所述第二球形壳(41)上设置有驱动孔，所述驱动孔与驱动脚轮(461)结构配合，所述压盖(45)位于底舱体(32)底部，所述弹簧(44)的一端与压盖(45)连接，所述弹簧(44)的另一端与动力设备安装板(42)连接，所述动力设备安装在动力设备安装板(42)上；所述动力设备安装板(42)上设置有限位孔，所述第二支撑板(43)上设置有与限位孔配合的限位柱(431)，所述第二支撑板(43)与第二球形壳(41)固定连接，所述弹簧(44)位于限位柱(431)两侧。

2.如权利要求1所述的水陆两栖球形机器人，其特征在于：所述球形壳体(1)包括上球壳(11)和下球壳(12)，所述上球壳(11)和下球壳(12)配合处设置有密封圈(13)，所述上球壳(11)和下球壳(12)通过周向均布的紧固件紧固连接。

3.如权利要求1所述的水陆两栖球形机器人，其特征在于：所述动力设备包括电机(462)和减速机(463)，所述电机(462)通过减速机(463)与驱动脚轮(461)连接，所述电机(462)和减速机(463)安装在动力设备安装板(42)上。

4.如权利要求1所述的水陆两栖球形机器人，其特征在于：所述驱动舱体(4)包括缓冲垫板(48)，所述缓冲垫板(48)安装在驱动舱体(4)底部，所述缓冲垫板(48)上安装有锂电池(47)。

5.如权利要求1所述的水陆两栖球形机器人，其特征在于：所述驱动脚轮(461)上设置有胎纹。

6.如权利要求1所述的水陆两栖球形机器人，其特征在于：所述驱动脚轮(461)与球形壳体(1)内表面的接触面为胎面胶料经硫化而成。

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