專利名稱：拋擲式變結構球形機器人的制作方法
技術領域：
本發明屬于機器人技術領域，涉及一種拋擲式變結構球形機器人，尤其涉及一種可以拋擲的、并可以變形的移動機器人，主要用于災難救援、反恐排爆、軍事以及與其類似的應用領域。
背景技術：
災難救援與搜救機器人采用的移動機構主要有輪式、腿式和履帶式三種。履帶式移動機構能夠在粗糙不平的地面上運動并能跨越障礙，而且具有運動穩定、攀爬能力強的特點，所以大多數救災機器人采用履帶移動機構作為驅動方式。典型的采用履帶式移動機構的機器人主要有Auriga_a移動機器人,還有大家比較熟悉的PackBot機器人和MicroVGTV,該類機器人都具有很好的攀爬能力。但是機器人體積較大，無法完成進入狹小 空間的操作任務。球形移動機器人是指一類將運動執行機構、傳感器、控制器、能源裝置安裝在一球形殼體內的系統的總稱。這類機器人利用球體在各個方向上的地形適應性，可以快速全方位移動。這類機器人樣機最先由日本科研人員提出并開發，而后我國北京航空航天大學機器人研究所也開發出了此類球形移動機器人樣機。由于該類機器人具有良好的動態和靜態平衡性，同時具有很好的密封性，可以行駛在無人、沙塵、潮濕、腐蝕性的惡劣環境中，具有水陸兩棲功能。故而可用于行星探測、環境監測、國防裝備、娛樂等領域。兩輪式移動機器人是兩輪呈左右對稱布置的兩輪移動機器人，其左右輪分別由一個電機驅動，依靠差速實現轉向，轉向靈活。近年來，該機器人逐漸成為全球機器人領域的研究熱點之一。如1996年日本筑波大學研制的兩輪機器人Yamabico Kurara,采用倒鐘擺式結構；美國卡內基-梅隆大學下屬的生物機器人實驗室研制了一種兩輪機器人，中國臺灣成功大學研制了兩輪機器人TWV]，Recon Scout公司開發的運用于戰場環境的兩輪機器人Recon Scout機器人。然而兩輪行走機構是自然不穩定體，是高階次、不穩定、多變量、非線性、強耦合系統。目前還存在許多問題，不能實際應用。以上所述機器人雖然都具有很強的運動能力，但由于受體積及驅動力的限制，仍然無法達到某些特定的作業區域。

發明內容
針對現有機器人無法跨越墻體、溝壑、河流等障礙物的問題，本發明提供一種拋擲式變結構球形機器人。該機器人能夠通過操作人員拋擲到作業區域，完成區域內的搜救任務，這一拋擲的過程使機器人能夠越過現有機器人根本無法跨越的溝壑、墻體、河流等障礙物；同時，機器人被拋擲到作業環境后能夠變形成移動機器人完成搜索和制定的作業任務，充分擴展了搜救機器人的作業環境及作業范圍。為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案，一種拋擲式變結構球形機器人，包括兩個U形球面單元，所述U形球面單元由U形彈性架、兩個具有球面的驅動輪、具有球面的連接板及兩個直流伺服電機組成，所述兩個直流伺服電機固定在U形彈性架上，并分別與設置在U形彈性架兩側的兩個具有球面的驅動輪相連接，在兩個具有球面的驅動輪之間的U形彈性架上固定有具有球面的連接板；所述兩個U形球面單元通過固定管、伸縮管及固定桿連接在一起，所述固定管與伸縮管、伸縮管與固定桿套合連接，形成伸縮結構；在所述固定管和伸縮管的外部設置有壓縮彈簧，在伸縮管與固定桿的連接端設置有壓縮彈簧的擋板，所述伸縮管與固定桿通過銷軸連接，在所述U形球面單元上設置有兩個U形球面單元的鎖緊裝置。所述鎖緊裝置由轉軸、撥片、撥桿及鋼絲組成，在所述U形球面單元之一的U形彈性架上設置有通孔，所述轉軸和撥片固定連接在一起，并通過所述通孔設置在所述U形彈性架的兩側；在所述轉軸上固定設置有連接另一 U形球面單元的鋼絲，所述撥桿的一端與具有球面的驅動輪固定連接，另一端與撥片相對應。本發明的有益效果 本發明的拋擲式變結構球形機器人的主體是基于球形外殼與萬向節的結構，結構簡單，運動靈活。通過控制固定管、伸縮管和固定桿由收縮到展開實現了本發明的機器人由球形結構變化成四輪驅動結構的移動機器人。基于本發明的機器人的結構特點，該機器人可以被拋擲到作業環境，展開后具有較強的爬坡、過溝、越障和上下樓梯能力以及運動穩定性。可以廣泛的應用于復雜地形、反恐防爆、空間探測等領域。


圖I為本發明的U形球面單元的結構示意圖；圖2為圖I的左視圖；圖3為本發明的U形球面單元的軸側圖； 圖4為本發明的機器人變形為球形結構的結構示意圖；圖5為圖4的內部結構示意圖；圖6為圖4的B-B剖視圖；圖7為本發明的機器人變形為四輪驅動結構的結構示意圖；圖8為圖7的A-A剖視圖；圖中，I一具有球面的驅動輪，2—U形彈性架，3—具有球面的連接板，4一直流伺服電機，5—第一 U形球面單元，6—第二 U形球面單元，7—固定管，8—伸縮管，9一壓縮彈簧，10—銷軸，11一固定桿，12一轉軸，13一撥片，14一鋼絲，15一撥桿，16一擋板,17一鎖緊裝置。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的說明如圖I 圖8所示，一種拋擲式變結構球形機器人，包括第一 U形球面單元5和第二 U形球面單元6，所述第一 U形球面單元5和第二 U形球面單元6結構相同，由U形彈性架2、兩個具有球面的驅動輪I、具有球面的連接板3及兩個直流伺服電機4組成，所述兩個直流伺服電機4固定在U形彈性架2上，并分別與設置在U形彈性架2兩側的兩個具有球面的驅動輪I相連接，在兩個具有球面的驅動輪I之間的U形彈性架2上固定有具有球面的連接板3 ;所述第一 U形球面單元5和第二 U形球面單元6通過固定管7、伸縮管8及固定桿11連接在一起，所述固定管7與伸縮管8、伸縮管8與固定桿11套合連接，形成伸縮結構；在所述固定管7和伸縮管8的外部設置有壓縮彈簧9，在伸縮管8與固定桿11的連接端設置有壓縮彈簧9的擋板16，所述伸縮管8與固定桿11通過銷軸10連接，在所述U形球面單元上設置有兩個U形球面單元的鎖緊裝置17。如圖6 8所示，所述鎖緊裝置17由轉軸12、撥片13、撥桿15及鋼絲14組成，在所述第二 U形球面單元6的U形彈性架2上設置有通孔，所述轉軸12和撥片13固定連接在一起，并通過所述通孔設置在所述U形彈性架2的兩側；在所述轉軸12上固定設置有連接第一 U形球面單元5的鋼絲14，所述撥桿15的一端與具有球面的驅動輪I固定連接，另一端與撥片13相對應。固定管7和伸縮管8可以被動旋轉，伸縮管8可以繞固定桿11上的銷軸10擺動。所述直流伺服電機4采用直流伺服舵機，其自帶無線接收裝置，所述無線接收裝 置與外部遙控器的無線發射裝置相對應。下面結合

本發明的一次動作過程本發明的機器人可變形為兩種構型，即球形結構和四輪驅動結構。當固定管7、伸縮管8和固定桿11被壓縮時，壓縮彈簧9被壓縮，兩個U形球面單元成90度交錯組成封閉的球形結構，并通過鎖緊裝置17鎖緊，加強了球形結構的強度。本發明通過直流伺服電機4驅動具有球面的驅動輪I轉動，具有球面的驅動輪I帶動撥桿15運動，撥動撥片13轉動，從而帶動轉軸12轉動，使鋼絲14脫離第一 U形球面單元5彈開，使本發明的球形機器人變形為四輪驅動結構，從而完成變形。當鋼絲14脫離第一 U形球面單元5，壓縮彈簧9被彈開，固定管7、伸縮管8和固定桿11被彈開，兩個U形球面單元組成四輪驅動結構的移動機器人，并可以適應地面。并通過固定管7、伸縮管8和固定桿11上的回轉與擺轉兩個被動自由度實現四個驅動輪與地面的完全接觸，形成了可以適應地面環境的四輪驅動移動機器人。本發明的機器人可根據環境的特點首先以拋擲的形式進入工作環境，當進入工作環境后，機器人會以球體滾動的運動方式消耗勢能及動能，當滾動停止后機器人會展開成為四輪驅動結構移動機器人，完成在指定區域內的作業任務。本發明的機器人可以應用災難救援、反恐排爆、軍事等領域，具有良好的越障性能和運動穩定性以及機動性能。
權利要求
1.一種拋擲式變結構球形機器人，其特征在于包括兩個U形球面單元，所述U形球面單元由U形彈性架、兩個具有球面的驅動輪、具有球面的連接板及兩個直流伺服電機組成，所述兩個直流伺服電機固定在U形彈性架上，并分別與設置在U形彈性架兩側的兩個具有球面的驅動輪相連接，在兩個具有球面的驅動輪之間的U形彈性架上固定有具有球面的連接板；所述兩個U形球面單元通過固定管、伸縮管及固定桿連接在一起，所述固定管與伸縮管、伸縮管與固定桿套合連接，形成伸縮結構；在所述固定管和伸縮管的外部設置有壓縮彈簧，在伸縮管與固定桿的連接端設置有壓縮彈簧的擋板，所述伸縮管與固定桿通過銷軸連接，在所述U形球面單元上設置有兩個U形球面單元的鎖緊裝置。
2.根據權利要求I所述的一種拋擲式變結構球形機器人，其特征在于所述鎖緊裝置由轉軸、撥片、撥桿及鋼絲組成，在所述U形球面單元之一的U形彈性架上設置有通孔，所述轉軸和撥片固定連接在一起，并通過所述通孔設置在所述U形彈性架的兩側；在所述轉軸上固定設置有連接另一 U形球面單元的鋼絲，所述撥桿的一端與具有球面的驅動輪固定連接，另一端與撥片相對應。
全文摘要
拋擲式變結構球形機器人，屬于機器人技術領域。本發明包括兩個U形球面單元，U形球面單元由U形彈性架、兩個具有球面的驅動輪、具有球面的連接板及兩個直流伺服電機組成，兩個直流伺服電機固定在U形彈性架上，并分別與設置在U形彈性架兩側的兩個具有球面的驅動輪相連接，在兩個具有球面的驅動輪之間的U形彈性架上固定有具有球面的連接板；所述兩個U形球面單元通過固定管、伸縮管及固定桿連接在一起，所述固定管與伸縮管、伸縮管與固定桿套合連接，形成伸縮結構；在固定管和伸縮管的外部設置有壓縮彈簧，在伸縮管與固定桿的連接端設置有壓縮彈簧的擋板，伸縮管與固定桿通過銷軸連接，在U形球面單元上設置有兩個U形球面單元的鎖緊裝置。
文檔編號B25J11/00GK102773860SQ201210238020
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月10日 優先權日2012年7月10日
發明者葉長龍, 潘濟安 申請人:葉長龍, 潘濟安