CN206719348U - 球壳、行走装置和球形机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种应用于球形机器人，所述球壳包括呈中空球形的支撑层，所述支撑层上设有多个均匀分布的凸起部。本实用新型提供了一种具有所述球壳的行走装置，及具有所述行走装置的球形机器人。本实用新型的方案解决了球形机器人无法有效爬坡、越障及上台阶的技术问题。

Description

球壳、行走装置和球形机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种球壳、具有所述球壳的行走装置，及具有所述行走装置的球形机器人。

背景技术

球形机器人是一种由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统等组成的、能自动执行工作的机器。球形机器人在科学探索、工业生产、野外作业、反恐及救援以及社会服务等方面具有广阔的应用前景。

球形机器人在行走过程中会遇到楼梯、坡地、凸起路障等复杂路况。现有技术中的机器人爬坡、越障的能力不强，无法在复杂路况下有效行进。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种球壳、具有所述球壳的行走装置，及具有所述行走装置的球形机器人，解决了球形机器人无法有效爬坡、越障和上台阶的技术问题。

一种球壳，应用于球形机器人，所述球壳包括呈中空球形的支撑层，所述支撑层上设有多个均匀分布的凸起部。

其中，所述支撑层的外表面为足球表面，所述足球表面由多个五边形与多个六边形拼合而成，每个所述五边形的顶点处均设有一个所述凸起部，每个所述六边形的顶点及中心处均设有一个所述凸起部。

其中，所述支撑层具有中心轴，所述支撑层的外表面上具有沿所述中心轴等距平行排列的多个圆周，每个所述圆周上设有多个等距分布的所述凸起部。

其中，所述凸起部为空心。

其中，所述支撑层的内表面贴附有摩擦层。

其中，所述支撑层外包覆有缓冲层。

其中，所述缓冲层外包覆有耐磨层。

一种行走装置，应用于球形机器人，所述行走装置包括上述的球壳，还包括收容在所述球壳内部的驱动机构，所述驱动机构与所述球壳内壁相接触。

一种球形机器人，包括头部组件，所述球形机器人还包括上述的行走装置，所述头部组件可沿所述行走装置的表面相对所述行走装置转动。

由此，本实用新型的方案，通过在球壳的支撑层上设置多个均匀分布的凸起部，以向球壳提供均匀的多点支撑。当球壳在地面滚动时，若干凸起部就会与地面相抵持。若遇到路障，凸起部就能够卡持在路障突起或台阶上，给球壳提供一个支点；相邻的其他凸起部同时提供支撑力和摩擦力。在若干凸起部的卡持、支撑及摩擦的共同作用下，球形机器人就能够成功翻越路障或台阶。本实用新型的方案，能够使球形机器人沿各个方向任意平稳滚动。

附图说明

为更清楚地阐述本实用新型的构造特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。

图1是本实用新型实施例的机器人的整体结构示意图；

图2是图1中的球壳的结构示意图；

图3是图1中的球壳的凸起部的另一种分布结构示意图；

图4是图2中的球壳的剖面结构示意图；

图5是图4中I处的局部放大结构示意图；

图6是图2中的缓冲层的结构示意图；

图7是本实用新型实施例的球壳越障的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种球形机器人10，包括头部组件11和行走装置12。行走装置12的外形为球形，可沿空间内的任意方向转动。头部组件11可沿行走装置12的球形表面相对行走装置12任意转动。因此，本实施例的球形机器人10实质是球形机器人。

其中，如图1所示，行走装置12包括球壳120。球壳120呈球形，内部收容有驱动球壳120转动的驱动机构(图未示)，所述驱动机构与球壳120内壁相接触，以对球壳120施加作用力，使球壳120发生转动。即本行走装置12是采用内驱动的方式。此种驱动方式，将所述驱动机构内置于球壳120内部，能起到很好地防护作用。

如图2所示，球壳120包括呈中空球形的支撑层121，支撑层121起到支撑头部组件11和球壳120内部的所述驱动机构的作用。

支撑层121可以是不易变形的刚性层，可采用高强度、高弹性模量、质轻的材料制造，如凯夫拉(聚对苯二甲有酰对苯二胺)、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。刚性的支撑层121结构强度大，具备高承载能力，能够很好的支撑较重的头部组件11及所述驱动机构。

或者，支撑层121可以是易变形的柔性层。此方式中，支撑层121内部充有预设压强的气体，将支撑层121撑饱满，使得球壳120能够在地面正常滚动，并起到支撑头部组件11和所述驱动机构的作用。支撑层121作为气囊，具有弹性缓冲能力，能够较好地应对凹凸不平的路况；另外，采用此种填充气体的支撑层121作为球形机器人10的承重、支撑组件，也能够减重。支撑层121可采用具有高强度、良好柔韧性、具备高承载能力，及密封性好的材料制成。例如，支撑层121可采用航空领域使用的合成橡胶。

所充气体的预设压强根据实际需要予以确定，且并不会影响球壳120内的所述驱动机构工作。

进一步的，在此方式中，支撑层121上可设有开口(图未示)，便于所述驱动机构从开口装入。为了将开口密封，采用与开口的相对两侧相连的闭合件(图未示)，将开口闭合、密封。例如，闭合件可以是具有高强度、良好密封性的航空拉链。

如图2所示，支撑层121的外表面设有多个均匀分布的凸起部123。当球壳120在地面滚动时，凸起部123与地面相抵持。此时，均匀分布的凸起部123能提供多点支撑，使得球壳120能够沿各个方向任意平稳滚动。

优选的，如图2所示，支撑层121的外表面包括中心轴(图未示)，支撑层121的外表面具有多个等距平行排列的多个圆周(图未标)，多个所述圆周沿所述中心轴的方向排列。即所述圆周相当于球形支撑层121上的“纬线”。每个所述圆周上都等距分布有多个凸起部123，以此形成凸起部123在支撑层121上的均匀分布。例如，相邻所述圆周的间距可以是50mm，位于同一所述圆周上的相邻凸起部123的间距也尽量设为50mm。当然，相邻所述圆周的间距，以及同一所述圆周上的相邻凸起部123的间距可以根据实际需要设计，使得相邻凸起部123的间距在可能的情况下尽量大。

或者，优选的，如图3所示，支撑层121的外表面为足球表面，即支撑层121的外表面与足球一样，具有足球的表面拼接图形。所述足球表面由多个五边形和多个六边形拼合而成。例如，所述足球表面可以由12个五边形和20个六边形拼合，且每个五边形都与周围的五个六边形拼接；每个六边形都与周围的三个五边形及三个六边形拼接，其中的三个五边形与三个六边形相互间隔排列。当然，所述足球表面也可以由其他数量的五边形和六边形构成。在此方式中，每个五边形的顶点处均设有一个凸起部123，每个六边形的顶点及中心处均设有一个凸起部123，以此形成凸起部123在支撑层121上的均匀分布。

如图4和图5所示，凸起部123可以呈圆锥台形，与支撑层121相连的一端尺寸较大，相对的另一端尺寸较小。凸起部123的1/2锥角a可以是不大于20°，高度h可以是7.5mm。在其他实施例中，凸起部123可以是其他形状，如柱形；凸起部123尺寸也可以根据实际需要确定。

凸起部123可粘接在支撑层121的外表面。进一步的，为了减重，凸起部123可设计为空心结构。凸起部123可采用耐撞击、耐磨、高承载性、质轻的材料制造，如PU硬发泡材料、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)等。当采用ABS时，凸起部123可采用3D打印技术制造。

进一步的，如图2、图4和图5所示，支撑层121外可以包覆有缓冲层122。缓冲层122为柔软易变性的柔性层，起到缓冲减震的作用。

缓冲层122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。其中，如图5所示，凸起部123位于支撑层121与缓冲层122之间。另外，缓冲层122还将支撑层121封装起来，避免支撑层121上的凸起部123裸露在外。即缓冲层122能够提升球壳120的外观完整性。在其他实施例中，也可以不设缓冲层122。

如图5和图6所示，缓冲层122的内表面对应凸起部123的位置可以设有避空凹槽124。避空凹槽124的形状与凸起部123相匹配。例如，避空凹槽124可以为圆锥台形，其倒角可以是6mm*13mm。当缓冲层122受压变形时，避空凹槽124的槽壁将向凸起部123移动以贴合凸起部123的表面，使得球壳120的表面显现出凸起部123的外形轮廓。在其他实施例中，也可以不设避空凹槽124，而是依靠缓冲层12柔软易变形的特点，在缓冲层12受压变薄时，使得凸起部123的外形轮廓凸显出来。

如图7所示，当球壳120在地面滚动时，缓冲层122受压，凸起部123的外形轮廓凸显出来，包覆有缓冲层122的凸起部123就会与地面相抵持。若遇到路障或台阶，凸起部123就能够卡持在路障突起上，给球壳120提供一个支点；相邻的其他凸起部123同时提供支撑力和摩擦力。在若干凸起部123的卡持、支撑及摩擦的共同作用下，球壳120就能够翻越路障或台阶。

由上述球壳120翻越路障或台阶的原理描述可知，均匀分布在支撑层121上的多个凸起部123，能够提供均匀的多点支撑，使得球壳120能够沿各个方向任意平稳滚动。相邻凸起部123的间距不可太小，否则凸起部123的顶部就会与路障或台阶的顶部抵持，导致凸起部123的根部卡持不到路障或台阶，使得凸起部123无法起到支点作用，进而无法可靠地翻上台阶。凸起部123在支撑层121也可以是非均匀分布。此时，沿某些方向球壳120仍然可以翻越路障或台阶。

进一步的，支撑层121的内表面还可以贴附有摩擦层(图未示)。摩擦层与所述驱动机构相接触，所述驱动机构的驱动力作用于摩擦层，摩擦层提供的摩擦力驱动球壳120滚动。摩擦层具有良好的耐磨性能。例如，可采用喷UV漆的方式制造耐摩擦、高硬度的摩擦层。

进一步的，缓冲层122外还可以包覆耐磨层。耐磨层直接接触地面，其具有良好的耐磨性能、机械强度高、耐候性好，并具有良好的电气绝缘性能，起到防护作用。例如，耐磨层可以采用硅胶材料制造，厚度可以是0.3mm。

另外，可以将球壳120分为两个半球壳，分别进行耐磨层包覆。即，耐磨层可以包括两个耐磨半层，两个耐磨半层分别分布在球壳120的两个半球壳上。由于生产精度的限制，拼接的两个耐磨半层之间可能存在过大缝隙，影响外观。此时，可以在两个耐磨半层结合的地方，包覆一圈遮挡层，形成类似“腰带”的环状结构。所填充的材料可以与耐磨半层相同，例如为硅胶。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易的想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种球壳，应用于球形机器人，其特征在于，

包括呈中空球形的支撑层，所述支撑层上设有多个均匀分布的凸起部。

2.根据权利要求1所述的球壳，其特征在于，

所述支撑层的外表面为足球表面，所述足球表面由多个五边形与多个六边形拼合而成，每个所述五边形的顶点处均设有一个所述凸起部，每个所述六边形的顶点及中心处均设有一个所述凸起部。

3.根据权利要求1所述的球壳，其特征在于，

所述支撑层具有中心轴，所述支撑层的外表面上具有沿所述中心轴等距平行排列的多个圆周，每个所述圆周上设有多个等距分布的所述凸起部。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的球壳，其特征在于，

所述凸起部为空心。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的球壳，其特征在于，

所述支撑层的内表面贴附有摩擦层。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的球壳，其特征在于，

所述支撑层外包覆有缓冲层。

7.根据权利要求6所述的球壳，其特征在于，

所述缓冲层外包覆有耐磨层。

8.一种行走装置，应用于球形机器人，其特征在于，

包括权利要求1-7中任一项所述的球壳，还包括收容在所述球壳内部的驱动机构，所述驱动机构与所述球壳内壁相接触。

9.一种球形机器人，包括头部组件，其特征在于，

还包括权利要求8所述的行走装置，所述头部组件可沿所述行走装置的表面相对所述行走装置转动。