CN208035875U - 一种具有多视觉传感功能的水陆两栖球形机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有多视觉传感功能的水陆两栖球形机器人，包括一个透明球壳，透明球壳的内壁上设有内层保护壳，透明球壳内设有两个分布在两侧的驱动轮、两台驱动电机及多个朝向不同方向的摄像头，驱动轮穿过内层保护壳与透明球壳内壁接触，两个驱动轮各由一台驱动电机驱动，透明球壳内还设有为两台驱动电机提供能量的能源模块，能源模块连接有充电模块，内层保护壳上对应摄像头的位置设有开孔。本实用新型的透明球壳完全封闭，因此内部各部件可得到有效保护；由于只需控制两台驱动电机的转向和转速，因此其控制算法简单、鲁棒性高。此外，球形机器人内部搭载多个摄像头，其成像的画面可同时回传到控制终端，并根据实际需求可进行画面拼接。

Description

一种具有多视觉传感功能的水陆两栖球形机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，特别涉及一种具有多视觉传感功能的水陆两栖球形机器人。

背景技术

目前人类对自然界的探索与改造已经深入深海与太空两大领域。狭小空间、有毒有害污染区、核辐射等高危场景可能会危及作业人员的生命安全，因此研制能够在特种环境下执行探测、侦察的机器人具有重大实用价值。而水两栖机器人具有很强的环境适应能力，在近海域可执行多种人类无法完成的任务。可充当侦察设备、通信系统节点、杀伤武器、鱼群观测、家庭安防等载体，应用场景十分广阔。

球形机器人是指将内部驱动系统，如运动执行机构、传感器、能源装置、控制系统等置于球形壳体内，通过内部驱动，以球壳滚动为主要行走方式的机器人。球形移动机器人结构简单，不需要复杂的运动副或运动关节就可进行移动。在运动方式上，以滚动运动为主，相比于其他运动方式能更灵活的转向，可以迅速调整运行状态，具有良好的动态和静态平衡性，运动方向可控性好，一旦运动失态能快速自我恢复，可进行连续工作，运动效率高、能量损耗小，同时内部驱动装置简单，通过对其内部驱动装置的控制即可实现运动，因而控制系统相较于传统机器人要简单许多。

目前市面上，水陆两栖球形机器人主要有两种。第一种是一种球形外壳内设有喷水推进装置、沉浮装置和驱动机构的球形机器人；喷水推进装置的推进泵连接球壳体上的吸水口和喷水口，在水中，通过沉浮装置改变储水箱的储水量来实现机器人沉浮，依靠喷水口喷出的水的反作用力来推进机器人移动；在陆地上，内部通过改变配重的位置和转速来改变球形机器人的重心，从而使机器人运动。第二种，在透明球壳外表面上做出多个三角形桨叶，并内置摄像头，内部通过一根长轴过球心连接两个半球，配重块可绕长轴旋转并可绕球心左右摆动，机器人依靠配重块的旋转、摆动来改变重心，从而实现机器人的运动。

然而，现有的水陆两栖机器人存在以下无法妥善解决的问题：

1、在水中通过改变喷水口的位置使机器人向不同方向运动，导致球壳开孔机器人防水性能差，电控元件容易损坏。

2、开有多个喷水口和进水口，当改变方向时，每次必须很准确地使喷水装置对准指定的喷水口和进水口，控制及其复杂且可靠性很低。

3、由于球体不是完全封闭，当机器人在陆地行驶时，泥沙、灰尘等杂物容易进入壳体，失去了球形机器人最大的优势全封闭抗干扰性能。

4、通过配重块旋转和摆动来改变重心的球形机器人，其体积大，内部空间利用率低，不便于安装摄像头，同时也消耗大量能量，能量利用率低。

5、现有运动方式机器人很难实现匀速运动，行驶时抖动大，不利于摄像头成像。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种全密封、内部空间利用率高、可操控性好、运动平稳的具有多视觉传感功能的水陆两栖球形机器人。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：一种具有多视觉传感功能的水陆两栖球形机器人，包括一个透明球壳，所述透明球壳的内壁上设有内层保护壳，所述透明球壳内设有两个分布在两侧的驱动轮、两台驱动电机以及多个朝向不同方向的摄像头，所述驱动轮穿过内层保护壳与透明球壳的内壁接触，两个所述驱动轮各由一台驱动电机驱动，所述透明球壳内还设有为两台所述驱动电机提供能量的能源模块，所述能源模块连接有充电模块，所述内层保护壳上对应摄像头的位置设有开孔。

进一步地，所述透明球壳的外壁上套装有一环形划水圈，所述环形划水圈的表面沿周向间隔布置有多个凸起，所述凸起上间隔设有多个平行四边形槽。

进一步地，所述环形划水圈采用弹性材料制成。

进一步地，多个所述摄像头包括固定在透明球壳内下方的主摄像头以及固定在内层保护壳上的副摄像头。

进一步地，所述主摄像头的上方设有配重块。

进一步地，所述内层保护壳的内壁上设有螺孔柱，所述副摄像头通过螺钉固定在螺孔柱上。

进一步地，所述驱动轮与驱动电机之间通过齿轮组啮合传动。

进一步地，所述充电模块为无线充电模块。

进一步地，所述摄像头的周边均匀分布有多个LED灯，所述内层保护壳上对应LED灯的位置设有开孔。

进一步地，所述LED灯包括补光LED灯和红外LED灯。

有益效果：本实用新型的透明球壳完全封闭，因此内部的各部件可得到有效保护，抗外界干扰性能优越；由于只需控制两台驱动电机的转向和转速即可精准控制球形机器人运动，因此其控制算法较为简单、鲁棒性高。此外，球形机器人内部搭载多个摄像头，成像的画面可同时回传到控制终端，并可根据实际需求进行画面拼接，极大地提高用户体验。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明：

图1为本实用新型实施例的结构示意图；

图2为本实用新型实施例另一个视角的结构示意图；

图3为图2中A处的局部放大图。

具体实施方式

参照图1至图3，本实用新型为一种具有多视觉传感功能的水陆两栖球形机器人，包括一个透明球壳1，透明球壳1的内壁上设有内层保护壳3，透明球壳1内设有两个分布在两侧的驱动轮4、两台驱动电机5以及多个朝向不同方向的摄像头6，驱动轮4穿过内层保护壳3与透明球壳1的内壁接触，两个驱动轮4各由一台驱动电机5驱动，驱动轮4与驱动电机5之间通过齿轮组10啮合传动，透明球壳1内还设有为两台驱动电机5提供能量的能源模块7，能源模块7连接有充电模块8，内层保护壳3上对应摄像头6的位置设有开孔。驱动电机5运转，通过齿轮组10带动驱动轮4转动，从而驱动球形机器人运动。其中，当两台驱动电机5同时同速同向运转时，球形机器人做直线运动；当两台驱动电机5不同速或者反向运转时，球形机器人做转向运动；当两台驱动电机5同速反向运转时，球形机器人做定点零半径转向运动。由于只需通过控制两台驱动电机5的转速和转向，即可精准控制球形机器人的运动，因此其控制算法简单、鲁棒性高，可操控性好，运动平稳，有利于摄像头6稳定成像，而且使得球形机器人所做的无用功小，能量的有效利用率高。

作为本实用新型的一种优选，透明球壳1的外壁上套装有一环形划水圈2，环形划水圈2的表面沿周向间隔布置有多个凸起21，凸起21上间隔设有多个平行四边形槽22以形成多个菱形颗粒。球形机器人本体密度比水小，因此可浮在水中，当驱动电机5运转时，借助环形划水圈上的菱形颗粒，球形机器人可在水中实现前进、后退、转向等运动，无论球形机器人往哪个方向滑动，环形划水圈2上的菱形颗粒均能够在水中为球形机器人提供有效的划水反作用力，从而大幅提高球形机器人在水面的运动性能，而且这些菱形颗粒较小，对球形机器人在地面的运动不会产生干扰。此外，环形划水圈2可作为配件根据实际使用情况选择是否安装。

作为本实用新型的一种优选，环形划水圈2采用弹性材料制成，环形划水圈2依靠自身的弹性固定在透明球壳1的外壁上。

作为本实用新型的一种优选，多个摄像头6包括固定在透明球壳1内下方的主摄像头以及固定在内层保护壳3上的副摄像头，具体地，内层保护壳3的内壁上设有螺孔柱，副摄像头通过螺钉固定在螺孔柱上。主摄像头的上方设有配重块9，配重块9可保证球形机器人在水面上运动时，即使出现颠簸的情况，主摄像头也能一直保持朝下，保证成像的清晰度。摄像头6的周边均匀分布有多个LED灯61，LED灯61包括补光LED灯和红外LED灯，内层保护壳3上对应LED灯61的位置设有开孔，LED灯61根据实际环境的光强启闭，辅助摄像头6成像当球形机器人在水中时，主摄像头可实时监测水下的画面，而副摄像头则监测周边的画面以起到导航指引的作用。多个摄像头6拍摄的画面可同时回传，也可选择单个摄像头6画面，通过图像纠正技术及差分算法，可最大程度还原机器人回传的画面；并且，回传画面可在控制终端，手机、IPAD等移动设备上显示，不同摄像头6回传的画面可做拼接显示，极大地提高用户体验。

作为本实用新型的一种优选，充电模块8为无线充电模块。当能源模块7的能量耗尽时，可通过无线充电模块从外部的充电设备获取能量，达到充电的目的。

本实用新型设计的球形机器人完全封闭，放水性能优越，因此内部的电控元件可得到非常好的保护，抗外界干扰性强，同时其设计结构紧凑，空间利用率高，便于安装多个摄像头，是一种非常适合在水陆复杂环境下执行探测任务的水陆两栖球形机器人。

上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种具有多视觉传感功能的水陆两栖球形机器人，其特征在于：包括一个透明球壳(1)，所述透明球壳(1)的内壁上设有内层保护壳(3)，所述透明球壳(1)内设有两个分布在两侧的驱动轮(4)、两台驱动电机(5)以及多个朝向不同方向的摄像头(6)，所述驱动轮(4)穿过内层保护壳(3)与透明球壳(1)的内壁接触，两个所述驱动轮(4)各由一台驱动电机(5)驱动，所述透明球壳(1)内还设有为两台所述驱动电机(5)提供能量的能源模块(7)，所述能源模块(7)连接有充电模块(8)，所述内层保护壳(3)上对应摄像头(6)的位置设有开孔。

2.根据权利要求1所述的具有多视觉传感功能的水陆两栖球形机器人，其特征在于：所述透明球壳(1)的外壁上套装有一环形划水圈(2)，所述环形划水圈(2)的表面沿周向间隔布置有多个凸起(21)，所述凸起(21)上间隔设有多个平行四边形槽(22)。

3.根据权利要求2所述的具有多视觉传感功能的水陆两栖球形机器人，其特征在于：所述环形划水圈(2)采用弹性材料制成。

4.根据权利要求1所述的具有多视觉传感功能的水陆两栖球形机器人，其特征在于：多个所述摄像头(6)包括固定在透明球壳(1)内下方的主摄像头以及固定在内层保护壳(3)上的副摄像头。

5.根据权利要求4所述的具有多视觉传感功能的水陆两栖球形机器人，其特征在于：所述主摄像头的上方设有配重块(9)。

6.根据权利要求4所述的具有多视觉传感功能的水陆两栖球形机器人，其特征在于：所述内层保护壳(3)的内壁上设有螺孔柱，所述副摄像头通过螺钉固定在螺孔柱上。

7.根据权利要求1所述的具有多视觉传感功能的水陆两栖球形机器人，其特征在于：所述驱动轮(4)与驱动电机(5)之间通过齿轮组(10)啮合传动。

8.根据权利要求1所述的具有多视觉传感功能的水陆两栖球形机器人，其特征在于：所述充电模块(8)为无线充电模块。

9.根据权利要求1所述的具有多视觉传感功能的水陆两栖球形机器人，其特征在于：所述摄像头(6)的周边均匀分布有多个LED灯(61)，所述内层保护壳(3)上对应LED灯(61)的位置设有开孔。

10.根据权利要求9所述的具有多视觉传感功能的水陆两栖球形机器人，其特征在于：所述LED灯(61)包括补光LED灯和红外LED灯。