CN212149080U - 一种多模式运动的球形机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多模式运动的球形机器人，包括：滚动驱动模块、跳跃驱动模块、球形壳体，所述滚动驱动模块及所述跳跃驱动模块均设于所述球形壳体内部；所述球形壳体包括主体球壳及跳跃球壳，所述主体球壳的设有第一敞口端，所述跳跃球壳活动的罩设于所述第一敞口端处；所述跳跃驱动模块包括弹性蓄能组件，所述弹性蓄能组件与所述跳跃球壳连接，所述弹性蓄能组件蓄能时，所述跳跃球壳向球心的方向收拢，所述弹性蓄能组件释放弹性势能时，所述跳跃球壳向远离所述球心的方向弹出。该球形机器人不仅可以在水平地面上行驶，而且在落入低洼处，无法通过滚动行驶出来时，可转换成跳跃行进模式跳出低洼。

Description

一种多模式运动的球形机器人

技术领域

本实用新型涉及球形机器人领域，尤其涉及一种多模式运动的球形机器人。

背景技术

随着科技的迅速发展，越来越多性能优异的机器人被投入到生活生产中，代替人们完成一些危险、高精密和重复性高的工作。随着机器人技术的发展，对机器人的要求也不断提高，对于探测型运动平台，高度灵活性是其未来的必然发展趋势。目前，陆地运动平台主要以轮式、履带式和足式为主，轮式和履带式运动速度快、承载能力强，但稳定性和对环境的适应性较差；足式虽然几何通过性强，但控制复杂。因此，具有运动速度快、稳定性强和控制简单等优点的运动平台将拥有极高的研究价值和应用前景。于是，球形机器人应运而生。

球形机器人是指一类驱动系统位于球壳(或球体)内部，通过内驱动方式实现球体运动的机器人。球形外壳使机器人具有天然的抗翻倒能力、稳定性强和几何通过性良好等特点；球体运动为点接触运动，运动阻力小，机器人运动效率高，能耗低；密封性的结构，对其中的金属零件和电子器件都有良好的保护性，可以行驶在沙尘、潮湿和腐蚀性的恶劣环境中，可应用于军事侦察和环境监测等领域。

球形机器人驱动方式主要分为偏心力矩驱动和角动量驱动，同时也衍生出一些特殊驱动形式的球形机器人，如弹跳式、外部轮廓上的变异型以及风力驱动式。芬兰赫尔辛基理工大学A.Halme等人研制的单轮驱动式、西安电子科技大学李团结教授等人研制的移动质量驱动式、北京航空航天大学战强教授等人研制的万向轮驱动式和北京邮电大学孙汉旭等人研制的偏心质量驱动式等滚动式球形机器人，都具有高度灵活性，在大部分地形可以运动自如，但遇到低洼和障碍物较多的环境下行进困难；哈尔滨工业大学研究设计的一款跳跃式球形机器人，其虽然具有极强的几何通过性，但在普通地形环境中行进速度较低，运动连续性较差，运动耗能高，续航能力弱。

实用新型内容

为解决上述技术问题之一，本实用新型提供一种多模式运动的球形机器人，该球形机器人不仅可以在水平地面上行驶，而且在落入低洼处，无法通过滚动行驶出来时，可转换成跳跃行进模式跳出低洼。

本实用新型是通过以下技术方案实现的，一种多模式运动的球形机器人，包括：滚动驱动模块，用于驱动所述球形机器人前进、后退及转向；跳跃驱动模块，用于驱动所述球形机器人跳跃；球形壳体，所述滚动驱动模块及所述跳跃驱动模块均设于所述球形壳体内部；所述球形壳体包括主体球壳及跳跃球壳，所述主体球壳的设有第一敞口端，所述跳跃球壳活动的罩设于所述第一敞口端处；所述跳跃驱动模块包括弹性蓄能组件，所述弹性蓄能组件与所述跳跃球壳连接，所述弹性蓄能组件蓄能时，所述跳跃球壳向球心的方向收拢，所述弹性蓄能组件释放弹性势能时，所述跳跃球壳向远离所述球心的方向弹出。

本实用新型所提供的一种多模式运动的球形机器人，通过安装于球体内部的滚动驱动模块，可以实现前进、后退及转向动作，当遇到障碍或在低洼处时，可以通过跳跃驱动模块弹出。具体的，通过跳跃球壳内的弹性蓄能组件，当在水平路面行驶或不需要跳起时，跳跃球壳保持紧贴主体球壳，此时弹性蓄能组件保持蓄能状态，当需要跳跃时，弹性蓄能组件释放弹性势能，由于跳跃球壳活动安装于主体球壳的外部，所以可以在弹性蓄能组件的弹性作用下瞬间击地，进而将整个球体弹起越过障碍。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以有如下进一步的改进方案。

进一步，所述滚动驱动模块包括中间轴、配重、第一外轮、第二外轮、支架、直线驱动机构及转向驱动机构；所述中间轴的两端分别固定连接于所述第一外轮和所述第二外轮的中心，所述第一外轮及所述第二外轮固定连接于所述球形壳体内侧；所述中间轴上安装有轴承，所述支架通过轴承转动连接于所述中间轴上；所述直线驱动机构包括动力齿轮、被动齿轮及直线驱动电机，所述直线驱动电机固定安装于所述支架上，所述动力齿轮固定于所述直线驱动电机的动力输出端，所述被动齿轮固定安装于所述中间轴上，所述动力齿轮及所述被动齿轮啮合；所述转向驱动机构包括同步带传动机构、转向驱动电机、滑轨及与所述滑轨相适配的滑块，所述滑轨固定安装于所述支架底部，所述滑块活动安装于所述滑轨上并与所述同步带传动机构中的同步带固定连接，所述配重为供电模块，通过导线与各用电元器件电路连接，所述配重与所述滑块固定连接；所述转向驱动电机安装于所述支架上，并与所述同步带传动机构传动连接。

进一步，所述轴承为两个，间隔安装于所述中间轴上，所述支架通过两个所述轴承与所述中间轴转动连接。

进一步，所述支架包括一竖直段和一水平段，所述同步带传动机构包括多个同步带轮，多个所述同步带轮均固定于所述竖直段上，所述滑轨安装于所述水平段的底部。

进一步，所述弹性蓄能组件包括多个导向杆及多个弹簧，所述跳跃球壳内侧和/或所述第一外轮的外侧设有与多个所述弹簧相适配的弹簧座，多个所述弹簧分别安装于所述弹簧座上并置于所述跳跃球壳与所述第一外轮之间，每个弹簧分别安装于一个所述导向杆上，所述导向杆一端固定于所述跳跃球壳内侧，另一端穿过所述第一外轮伸入到所述主体球壳内。

进一步，所述跳跃驱动模块还包括收线机构，所述收线机构包括拉绳、蜗轮蜗杆电机、绕线轴、第一不完全齿轮、第二不完全齿轮、光杆轴及托架；

所述托架固定在所述第二外轮上，所述光杆轴通过光杆轴承与所述托架连接，所述第一不完全齿轮及所述绕线轴均固定连接在所述光杆轴上，所述蜗轮蜗杆电机固定于所述第二外轮上，所述第二不完全齿轮固定安装于所述蜗轮蜗杆电机的动力输出轴上，所述第一不完全齿轮与所述第二不完全齿轮的轮齿部分啮合，所述拉绳一端固定连接于所述跳跃球壳上，另一端卷绕于所述绕线轴上。

进一步，所述拉绳数量为3至6根，其一端均匀分布于所述跳跃球壳内侧并固定连接，穿过所述主体球壳内壁设置的吊孔后绕在所述绕线轴上。

进一步，所述球形壳体具有与所述第一敞口端相对的第二敞口端，所述第二外轮安装于所述第二敞口端处，所述第二敞口端的外侧设有封堵球壳，所述封堵球壳固定安装于所述主体球壳上，将所述收线机构罩设于内。

进一步，其特征在于，所述球形机器人还包括跳跃方向调节机构；

所述跳跃方向调节机构包括贯通式步进电机及丝杆，所述贯通式步进电机安装于所述跳跃球壳内部，固定于所述跳跃球壳内壁或者所述第一外轮外侧；

所述跳跃球壳的中部设有通孔，所述中间轴靠近所述第一外轮的一端为中空轨道，所述丝杆贯穿于所述贯通式步进电机，并且其一端插入所述中空轨道内，另一端穿出所述通孔；

所述中空轨道为非圆筒形结构，所述丝杆插入所述中空轨道的部分与所述中空轨道相适配。

进一步，所述丝杆穿出所述通孔的一端的端部为球形。

本实用新型公开的一种多模式运动的球形机器人，具有以下有益技术效果：

1)具备滚动驱动和跳跃驱动两种模式，大大增强了几何通过性，可以应对绝大部分复杂的地形。

2)电池作为配重，整体结构简单紧凑，机器人的可维护性高，续航能力强。

3)类伞形结构不仅可用于调整跳跃方向，还可用于减小机器人滚动时的转弯半径。

4)不完全齿轮结构使弹簧可以瞬时释放，提高了整体运行效率，减小了蓄能的能量损失，提高了跳跃能力。

5)蜗轮蜗杆电机自锁，让球形机器人实现一次充能即可跳跃一次，大大节省了能量损耗，提高了续航能力。

附图说明

图1为本实用新型所提供的一种多模式运动的球形机器人的具体实施例的纵向剖切结构正向示意图；

图2为图1所示球形机器人具体实施例的横向剖切结构俯视示意图；

图3为图1所示球形机器人具体实施例的纵向剖切结构左视图；

图4为图1所示球形机器人具体实施例隐去球形壳体后的立体结构示意图；

图5为图1所示球形机器人具体实施例隐去球形壳体后的另一个角度的立体结构示意图；

图6为本实用新型所提供的一种球形机器人的所述第一外轮外侧具体实例结构示意图；

图7为本实用新型所提供的一种球形机器人的所述第二外轮外侧具体实例结构示意图；

图8为本实用新型所提供的一种球形机器人准备弹起时的一种具体实施例的剖切结构示意图；

图9为所述中间轴的一种具体实施例的立体结构示意图。

其中，附图中的序号表示为：

主体球壳1，跳跃球壳2，导向杆3，弹簧4，齿轮组5，丝杆6，球形末端7，弹簧座8，第一外轮9，滑轨10，细杆11，配重12，同步安装板13，滑块14，同步带传动机构15，支架16，第二外轮17，中间轴18，联轴器 19，轴承20，绕线轴21，直线驱动电机22，蜗轮蜗杆电机23，封堵球壳24，转向驱动电机25，托架26，光杆轴承27，光杆轴28，不完全齿轮组29，贯通式步进电机30，机械限位块31。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1至图9所示，图1为本实用新型所提供的一种多模式运动的球形机器人的具体实施例的纵向剖切结构正向示意图；图2为图1所示球形机器人具体实施例的横向剖切结构俯视示意图；图3为图1所示球形机器人具体实施例的纵向剖切结构左视图；图4为图1所示球形机器人具体实施例隐去球形壳体后的立体结构示意图；图5为图1所示球形机器人具体实施例隐去球形壳体后的另一个角度的立体结构示意图；图6为本实用新型所提供的一种球形机器人的所述第一外轮外侧具体实例结构示意图；图7为本实用新型所提供的一种球形机器人的所述第二外轮外侧具体实例结构示意图；图8为本实用新型所提供的一种球形机器人准备弹起时的一种具体实施例的剖切结构示意图；图9为所述中间轴的一种具体实施例的立体结构示意图。

在本实用新型所提供的一种多模式的球形机器人的具体实施方式中，主要包括滚动驱动模块，用于驱动所述球形机器人前进、后退及转向；跳跃驱动模块，用于驱动所述球形机器人跳跃；球形壳体，所述滚动驱动模块及所述跳跃驱动模块均设于所述球形壳体内部；所述球形壳体包括主体球壳1及跳跃球壳2，所述主体球壳的设有第一敞口端，所述跳跃球壳2活动的罩设于所述第一敞口端处；所述跳跃驱动模块包括弹性蓄能组件，所述弹性蓄能组件与所述跳跃球壳2连接，所述弹性蓄能组件蓄能时，所述跳跃球壳2向球心的方向收拢，所述弹性蓄能组件释放弹性势能时，所述跳跃球壳2向远离所述球心的方向弹出。

所述滚动驱动模块包括中间轴18、配重12、第一外轮9、第二外轮17、支架16、直线驱动机构及转向驱动机构；所述中间轴18的两端分别固定连接于所述第一外轮9和所述第二外轮17的中心，所述第一外轮9及所述第二外轮17固定连接于所述球形壳体内侧；所述中间轴18上安装有轴承20，所述支架16通过轴承20转动连接于所述中间轴18上；所述直线驱动机构包括齿轮组5及直线驱动电机22，该齿轮组5由动力齿轮、被动齿轮组成，所述直线驱动电机22固定安装于所述支架16上，所述动力齿轮固定于所述直线驱动电机22的动力输出端，所述被动齿轮固定安装于所述中间轴18上，可以用键连接。所述动力齿轮及所述被动齿轮啮合；所述转向驱动机构包括同步带传动机构15、转向驱动电机25、滑轨10及与所述滑轨10相适配的滑块14，所述滑轨10固定安装于所述支架16底部，所述滑块14活动安装于所述滑轨10上并与所述同步带传动机构15中的同步带固定连接，所述配重12为供电模块，通过导线与各用电元器件电路连接，所述配重12与所述滑块14固定连接；所述转向驱动电机25安装于所述支架16上，并与所述同步带传动机构15传动连接。所述轴承20为两个，间隔安装于所述中间轴18上，所述支架16通过两个所述轴承20与所述中间轴18转动连接。所述支架16包括一竖直段和一水平段，所述同步带传动机构15包括多个同步带轮，多个所述同步带轮均固定于所述竖直段上，所述滑轨10安装于所述水平段的底部。

具体来说，在主体球壳1内部装有滚动驱动模块，中间轴18可以通过法兰联轴器19与第一外轮9和第二外轮17固定连接，第一外轮9和第二外轮17与主体球壳1固定连接，中间轴18转动便能带动主体球壳1转动，从而实现球体的直线运动；支架16通过轴承20与中间轴18连接在一起，支架16可与中间轴18发生相对转动；转向驱动机构中的同步带传动模块15安装于支架16上，滑轨10固定在支架16的下方，滑块14安装在滑轨10 上，配重12通过细杆11与滑块14固定连接，同步带和滑块10通过同步安装板13固定连接，转向驱动电机25运转时，通过同步带轮带动同步带运动，进而通过同步安装板13带动滑块14及其上的配重一起左右滑移，从而改变球体重心，完成球体的转向；直线驱动电机22固定于支架16上，齿轮组5的动力齿轮及被动齿轮分别安装于直线驱动电机22的电机轴上以及中间轴 18上，直线驱动电机22转动通过动力齿轮、被动齿轮传递扭矩到中间轴18 上，支架16和配重12及其上部件随支架16相对中间轴前后摆动，球体重心偏移，从而实现球形机器人的直线运动。

跳跃驱动模块中，包括弹性蓄能组件，所述弹性蓄能组件包括多个导向杆3及多个弹簧4，所述跳跃球壳2内侧和/或所述第一外轮9的外侧设有与多个所述弹簧4相适配的弹簧座8，多个所述弹簧4分别安装于所述弹簧座 8上并置于所述跳跃球壳2与所述第一外轮9之间，每个弹簧4分别安装于一个所述导向杆3上，所述导向杆3一端固定于所述跳跃球壳2内侧，另一端穿过所述第一外轮9伸入到所述主体球壳1内。

所述跳跃驱动模块还包括收线机构，所述收线机构包括拉绳、蜗轮蜗杆电机23、绕线轴21、不完全齿轮组29、光杆轴28及托架26；所述不完全齿轮组29由相互啮合的第一不完全齿轮、第二不完全齿轮组成，所述托架 26固定在所述第二外轮17上，所述光杆轴28通过光杆轴承27与所述托架 26连接，所述第一不完全齿轮及所述绕线轴21均固定连接在所述光杆轴28 上，所述蜗轮蜗杆电机23固定于所述第二外轮17上，所述第二不完全齿轮固定安装于所述蜗轮蜗杆电机23的动力输出轴上，所述第一不完全齿轮与所述第二不完全齿轮的轮齿部分啮合，所述拉绳一端固定连接于所述跳跃球壳2上，另一端卷绕于所述绕线轴21上。

所述拉绳数量为3至6根，其一端均匀分布于所述跳跃球壳2内侧并固定连接，穿过所述主体球壳1内壁设置的吊孔后绕在所述绕线轴21上。

所述球形壳体具有与所述第一敞口端相对的第二敞口端，所述第二外轮 17安装于所述第二敞口端处，所述第二敞口端的外侧设有封堵球壳24，所述封堵球壳24固定安装于所述主体球壳1上，将所述收线机构罩设于内。

所述球形机器人还包括跳跃方向调节机构；所述跳跃方向调节机构包括贯通式步进电机30及丝杆6，所述贯通式步进电机30安装于所述跳跃球壳 2内部，固定于所述跳跃球壳2内壁或者所述第一外轮9外侧；所述跳跃球壳2的中部设有通孔，所述中间轴18靠近所述第一外轮9的一端为中空轨道，所述丝杆6贯穿于所述贯通式步进电机30，并且其一端插入所述中空轨道内，另一端穿出所述通孔；所述中空轨道为非圆筒形结构，所述丝杆6插入所述中空轨道的部分与所述中空轨道相适配。

所述丝杆6穿出所述通孔的一端的端部可以为球形，以便减小转动时的摩擦力，同时可以对跳跃球壳2上的通孔更好的封堵。

在跳跃驱动模块的一种具体的实施方式中，如图1所示，主体球壳1左端为弹簧蓄力机构，右端为收线机构，弹性蓄能组件的弹簧座8与第一外轮 9固定连接在一起，导向杆3一端安装在跳跃球壳2上，另一端穿过弹簧座8和第一外轮9到主体球壳1内部，机械限位块31安装在导向杆3位于主体球壳1内部的一端上，起到限位作用。弹簧4安装于导向杆3上，位于跳跃球壳2与弹簧座8之间，贯通式步进电机30安装于第一外轮9上，丝杆6 安装于贯通式步进电机30，一端进入中间轴18的中空轨道中，另一端安装球形末端7，当贯通式驱动电机30正反转动时，丝杆6能左右移动；为防止丝杆6跟随贯通式驱动电机30中的转动螺母旋转，中空轨道为非圆筒形结构，一种优选的实施方式可以为如图9所示的结构，所述丝杆插入所述中空轨道的部分与所述中空轨道相适配，中空轨道起到限制丝杆旋转的作用。当贯通式驱动电机30运行时，可以驱动丝杆6沿中空轨道左右移动，通过控制贯通式驱动电机30的转动，可以控制丝杆6的伸出长度，进而可以控制球形机器人的整体弹起角度。

收线机构主要由拉绳(图中未示出)、蜗轮蜗杆电机23、绕线轴21、不完全齿轮组29、光杆轴28和托架26构成，为提高强度及使用寿命，拉绳可以为钢丝绳，托架26固定在第二外轮17上，光杆轴28通过光杆轴承27 与托架26连接，可与托架26和第二外轮17相对转动，绕线轴21和不完全齿轮组29中的一个固定在光杆轴28上，蜗轮蜗杆电机23固定于第二外轮 17上，不完全齿轮组29由第一不完全齿轮和第二不完全齿轮组成，第一不完全齿轮固定安装于电机轴上，第二不完全齿轮固定于光杆轴上，第一不完全齿轮和第二不完全齿轮的轮齿部分相互啮合，钢丝绳固定连接于左端跳跃球壳2上，并贴紧主体球壳1的内壁到右端封堵球壳24内部，并卷绕于绕线轴上21；当弹簧4需要蓄能时，蜗轮蜗杆电机23转动，带动绕线轴21 卷绕钢丝绳，从而拉紧压缩弹簧7，完成蓄能，此时蜗轮蜗杆电机23断电，由其配套的蜗轮蜗杆减速器实现自锁，当需要释放弹性势能时，控制蜗轮蜗杆电机23朝相同的方向继续转动直至不完全齿轮组29到光滑部分，绕线轴 21则在来自于钢丝绳的拉力下瞬时无电机阻力释放(此时蜗轮蜗杆电机23 不转动，释放完全由不完全齿轮组的光滑处控制)，弹簧4释放弹性势能，带动跳跃球壳2快速弹起，完成球形机器人的跳跃动作。右端的封堵球壳24 主要起密封及平衡重量的作用，可以通过螺钉等连接件固定于主体球壳1的外部。

由于球形机器人在运动时，内部重量平衡非常关键，因此，将弹性蓄力机构和拉绳机构分别设置于左、右两端，容易实现左右两端的重量平衡，有利于球体的运动，同时，拆卸、安装也非常方便。

在滚动行进时，弹簧4保持被拉绳拉紧状态，因此一直处于蓄能(压缩) 状态，此时跳跃球壳2贴紧主体球壳，球形末端7贴紧小球壳；当需要转换到跳跃状态时，贯通式驱动电机30转动，丝杆6左移一定的距离，此时控制转向驱动装置将配重12左移，使得球体重心极度左倾，如图8所示，球体整体相对于水平倾斜，球形末端7接触地面，控制蜗轮蜗杆电机23运行，使得不完全齿轮转到无啮合部分进而释放处于蓄能状态的弹簧4，跳跃球壳与2地面撞击，球体跳起，短暂滞空后落地。当需要调整弹起方向时，控制配重左移，使得球体左倾，再通过直线驱动机构使支架16和配重12绕中间轴向前或向后摆动，从而使得球体绕丝杆球形末端7转动，到达需要的方向时，控制配重恢复到竖直向下状态即可停止，由此，完成跳跃方向的调整。

综上所述，本实用新型所提供的一种多模式运动的球形机器人，具体可以有以下优势或特点：

1)不仅可以在水平地面上行驶，而且具有跳跃功能，可以运行在很多复杂的地形。在一般地形中，较小的转弯半径使其具备灵活规避障碍物的能力；在落入低洼处，无法通过滚动行驶出来时，可转换成跳跃行进模式，强劲的弹力使其具备短暂的滞空能力。同时，由于将供电模块作为配重，大大提高了球体内部的空间利用率，不用单独配备配重，可以大大减轻整体重量，进而可以使机器人的续航能力大大提高。

2)其滚动驱动模块利用电机转动通过齿轮传动传递扭矩制中间轴上，让支架和配重产生相反扭矩而在球体内部前后摆动，从而改变球体重心实现球形机器人的直线运动，结构简单，控制简单，能量损耗小，并且通过供电模块(普通电池即可)作为配重，大大提高了机器人的续航能力；转向采用同步带传动结构，并且安装于球体中央部分，使得整体结构十分紧凑，并且使得用于驱动同步带传动机构的电机可以安装于中间位置，进而这一整套装置加上驱动电机的重心位于中间，更有利于平衡球体重量，并且同步带驱动响应速度快，使得球形机器人更加灵活。

3)本实用新型所提供的多模式运动的球形机器人，还包括跳跃方向调节机构，该机构实为一种类伞结构，在球体左倾准备跳跃时，机器人可以通过改变配重的重心而使球体绕着球形末端转动，从而调整跳跃的方向，极大的提高了机器人跳跃时的灵活性、准确性。

4)弹性蓄能组件采用沿周向均匀分布的多个弹簧及导向杆，既保证了弹跳所需能量，也使得球壳受力均匀，不易撕裂，增强寿命，同时弹跳时的稳定性大大增强。

5)收线机构采用的蜗轮蜗杆驱动方式，具有断电自锁功能，在收线完毕即弹簧蓄能完毕后即可断电，节省了电力，提高了续航能力；采用不完全齿轮传动，当需要释放弹簧时，只需要控制蜗轮蜗杆电机再转动一点，让齿轮从有齿部分到光滑的部分，即可实现弹簧瞬时无电机阻力释放，继续旋转不完全齿轮时，又可以使得拉绳重新绕在绕线轴上等待下一次弹性释放。

可以理解的是，本实用新型所公开的多模式运动的球形机器人，是针对结构方面做的改进，对于如何实现运动的控制，不在本实用新型的技术方案之列。对于控制方案，一种实施方式为，在主体球壳内部安装控制模块，其上设有无线通讯元件，该控制模块与各个电机均电路连接，用于控制各电机的运转。在外部，可以设置与球形机器人内部的无线通讯元件相匹配的通讯装置，比如遥控器，通过人工控制遥控器，可以实现对球形机器人的操控。当然，也可以通过预设程序，封装于球形机器人内部的控制模块，对于各种状况自我识别、判断，然后控制各驱动电机的运行，实现球形机器人无人操控。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型中，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，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

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实用新型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必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种多模式运动的球形机器人，其特征在于，包括：

滚动驱动模块，用于驱动所述球形机器人前进、后退及转向；

跳跃驱动模块，用于驱动所述球形机器人跳跃；

球形壳体，所述滚动驱动模块及所述跳跃驱动模块均设于所述球形壳体内部；

所述球形壳体包括主体球壳及跳跃球壳，所述主体球壳的设有第一敞口端，所述跳跃球壳活动的罩设于所述第一敞口端处；

所述跳跃驱动模块包括弹性蓄能组件，所述弹性蓄能组件与所述跳跃球壳连接，所述弹性蓄能组件蓄能时，所述跳跃球壳向球心的方向收拢，所述弹性蓄能组件释放弹性势能时，所述跳跃球壳向远离所述球心的方向弹出。

2.根据权利要求1所述的一种多模式运动的球形机器人，其特征在于，所述滚动驱动模块包括中间轴、配重、第一外轮、第二外轮、支架、直线驱动机构及转向驱动机构；

所述中间轴的两端分别固定连接于所述第一外轮和所述第二外轮的中心，所述第一外轮及所述第二外轮固定连接于所述球形壳体内侧；

所述中间轴上安装有轴承，所述支架通过轴承转动连接于所述中间轴上；

所述直线驱动机构包括动力齿轮、被动齿轮及直线驱动电机，所述直线驱动电机固定安装于所述支架上，所述动力齿轮固定于所述直线驱动电机的动力输出端，所述被动齿轮固定安装于所述中间轴上，所述动力齿轮及所述被动齿轮啮合；

所述转向驱动机构包括同步带传动机构、转向驱动电机、滑轨及与所述滑轨相适配的滑块，所述滑轨固定安装于所述支架底部，所述滑块活动安装于所述滑轨上并与所述同步带传动机构中的同步带固定连接，所述配重为供电模块，通过导线与各用电元器件电路连接，所述配重与所述滑块固定连接；所述转向驱动电机安装于所述支架上，并与所述同步带传动机构传动连接。

3.根据权利要求2所述的一种多模式运动的球形机器人，其特征在于，所述轴承为两个，间隔安装于所述中间轴上，所述支架通过两个所述轴承与所述中间轴转动连接。

4.根据权利要求3所述的一种多模式运动的球形机器人，其特征在于，所述支架包括一竖直段和一水平段，所述同步带传动机构包括多个同步带轮，多个所述同步带轮均固定于所述竖直段上，所述滑轨安装于所述水平段的底部。

5.根据权利要求2所述的一种多模式运动的球形机器人，其特征在于，所述弹性蓄能组件包括多个导向杆及多个弹簧，所述跳跃球壳内侧和/或所述第一外轮的外侧设有与多个所述弹簧相适配的弹簧座，多个所述弹簧分别安装于所述弹簧座上并置于所述跳跃球壳与所述第一外轮之间，每个弹簧分别安装于一个所述导向杆上，所述导向杆一端固定于所述跳跃球壳内侧，另一端穿过所述第一外轮伸入到所述主体球壳内。

6.根据权利要求5所述的一种多模式运动的球形机器人，其特征在于，所述跳跃驱动模块还包括收线机构，所述收线机构包括拉绳、蜗轮蜗杆电机、绕线轴、第一不完全齿轮、第二不完全齿轮、光杆轴及托架；

所述托架固定在所述第二外轮上，所述光杆轴通过光杆轴承与所述托架连接，所述第一不完全齿轮及所述绕线轴均固定连接在所述光杆轴上，所述蜗轮蜗杆电机固定于所述第二外轮上，所述第二不完全齿轮固定安装于所述蜗轮蜗杆电机的动力输出轴上，所述第一不完全齿轮与所述第二不完全齿轮的轮齿部分啮合，所述拉绳一端固定连接于所述跳跃球壳上，另一端卷绕于所述绕线轴上。

7.根据权利要求6所述的一种多模式运动的球形机器人，其特征在于，所述拉绳数量为3至6根，其一端均匀分布于所述跳跃球壳内侧并固定连接，穿过所述主体球壳内壁设置的吊孔后绕在所述绕线轴上。

8.根据权利要求6所述的一种多模式运动的球形机器人，其特征在于，所述球形壳体具有与所述第一敞口端相对的第二敞口端，所述第二外轮安装于所述第二敞口端处，所述第二敞口端的外侧设有封堵球壳，所述封堵球壳固定安装于所述主体球壳上，将所述收线机构罩设于内。

9.根据权利要求2至8任一项所述的一种多模式运动的球形机器人，其特征在于，所述球形机器人还包括跳跃方向调节机构；

所述跳跃方向调节机构包括贯通式步进电机及丝杆，所述贯通式步进电机安装于所述跳跃球壳内部，固定于所述跳跃球壳内壁或者所述第一外轮外侧；

所述跳跃球壳的中部设有通孔，所述中间轴靠近所述第一外轮的一端为中空轨道，所述丝杆贯穿于所述贯通式步进电机，并且其一端插入所述中空轨道内，另一端穿出所述通孔；

所述中空轨道为非圆筒形结构，所述丝杆插入所述中空轨道的部分与所述中空轨道相适配。

10.根据权利要求9所述的一种多模式运动的球形机器人，其特征在于，所述丝杆穿出所述通孔的一端的端部为球形。

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