本發明是面向特殊環境的室內外移動的手拋式摩擦球形機器人。在特殊環境下對地形進行勘測及反恐等軍事活動。

背景技術：

隨著科學技術的不斷發展及更新，機器人的應用范圍也逐漸發展在各個領域，行走機器人在太空探索、軍事、工業、消防、反恐等領域發揮著至關重要的作用，也得到了各國更加廣泛的支持。相比傳統的足步機器人，球形機器人機構新穎，在性能及應用方面有許多突出的優點。其占地空間小；運動摩擦力小；轉彎半徑理論為零；可以實現全方位運動；球形機器人又能夠有運動速度快、承載能力強、驅動電機少、控制簡單的優點，同時球形機器人全封閉的外殼能有效地保護其內部機構和裝置。現有的球形機器人結構比較復雜，而且體積巨大，不利于狹小環境的勘測。因此，設計一個體積小，結構簡單而且穩定的球形機器人結構成為現在球形機器人的研究重點。

技術實現要素：

本發明針對球形機器人在單點摩擦驅動球結構設計中摩擦主球在驅動力的作用下容易跑偏進行結構優化，在X、Y、Z軸方向利用金屬舵機壓住摩擦主球，并利用中軸對稱的牛眼輪下支撐架從球的水平線以下拖住摩擦主球，從六個方向固定摩擦主球。

一種摩擦驅動式手拋球形機器人，該機器人包括中間支撐板(101)、右水平舵機安裝裝置(102)、牛眼輪支撐主球裝置(103)、左水平舵機安裝裝置(104)、斜舵機安裝裝置(105)、摩擦主球(2)、球形外殼(3)、X、Y水平舵機安裝體(4)、斜舵機安裝體(5)、斜舵機與中間板裝配體(6)、中間支撐板與加壓裝置定位長螺柱(7)、上支撐板組合件(801)、上支撐板(802)；球形機器人中，右水平舵機安裝裝置(102)與X水平方向舵機安裝體通過螺紋連接固定在X水平方向；左水平舵機安裝裝置(104)與Y方向水平舵機安裝體通過螺紋連接固定在Y水平方向。

右水平舵機安裝裝置(102)為X方向的舵機安裝裝置；左水平舵機安裝裝置(104)為Y方向的舵機安裝裝置；斜舵機安裝裝置(105)為Z方向的舵機安裝裝置；

X水平方向舵機與Y方向水平舵機組成X、Y方向水平舵機安裝體(4)，X、Y方向水平舵機安裝體(4)中的水平舵機(401)與水平軸(402)通過過盈配合并膠粘加固處理；X、Y方向水平舵機安裝體(4)中的水平軸(402)與水平舵橡皮套(403)利用橡皮的彈性緊配合安裝在水平軸(402)上；通過長螺釘(404)與水平舵機(401)螺紋配合固定X、Y方向水平舵機安裝體(4)；右水平舵機安裝裝置(102)和左水平舵機安裝裝置(104)分別與X、Y水平方向舵機安裝體(4)進行安裝；

摩擦主球(2)被六個方向壓住，三個牛眼輪支撐主球裝置(103)在球空間對稱頂住摩擦主球(2)，實現從三個點對摩擦主球(2)的固定；X、Y方向水平舵機安裝體(4)中的水平軸(402)與橡皮套(403)組成的摩擦裝置分別沿X向、Y向壓住摩擦主球(2)，斜舵機安裝體(5)沿Z向壓住摩擦主球(2)；

斜舵機安裝裝置(105)固定斜舵機安裝體(5)中的斜舵機軸(502)；斜舵機安裝體(5)中的斜舵機(501)與斜舵機軸(502)通過過盈配合并膠粘加固處理；斜舵機安裝體(5)中的斜舵機軸(502)與斜舵橡皮套(503)利用橡皮的彈性緊配合安裝在斜舵機軸(502)上；通過配合斜舵機安裝裝置(105)時，確定斜舵機安裝體(5)與摩擦主球(2)相切時位置；

加壓裝置(8)中的上支撐板組合件(801)頂住球形外殼(3)；上支撐板(802)與中間支撐板(101)通過中間支撐板與加壓裝置定位長螺柱(7)固定；通過摩擦主球(2)與球形外殼(3)的摩擦驅動球形機器人進行全方位移動。

通過驅動X、Y水平方向舵機安裝體(4)中水平舵機(401)與水平軸(402)帶動水平舵橡皮套(403)與摩擦主球(2)進行摩擦；通過X、Y水平方向舵機安裝體(4)與斜舵機安裝體(5)以及牛眼輪支撐主球裝置(103)中的下牛眼輪(1032)頂住摩擦主球(2)加壓固定，通過摩擦主球(2)與球形外殼(3)的單點摩擦進行全方位運動。

通過對摩擦主球(2)的驅動帶動小球進行全方位運動，驅動原理簡單，但是效果明顯；通過X、Y水平方向舵機安裝體(4)與斜舵機安裝體(5)以及牛眼輪支撐主球裝置(103)頂住摩擦主球(2)完成加壓固定，此結構能夠從六個方向固定摩擦主球(2)，完成摩擦主球(2)的固定；通過加壓裝置(8)頂住球形外殼(3)，使球形機器人內部結構更加穩定。

本發明具有以下優點：

由于結構結構簡單緊湊，可以大大降低球形機器人的體積，做到研究發明微小球形機器人的效果；

由于舵機和軸的過盈配合并膠粘帶動軸轉動，解決了在球面積不變的條件下，底部空間狹小不能很好安排舵機位置的缺陷；

由于驅動方式是單點摩擦驅動，通過摩擦進行驅動小球運動，這樣必須很穩定的固定摩擦主球的位置，通過水平方向舵機安裝體與斜舵機安裝體以及牛眼輪支撐主球裝置頂住摩擦主球完成加壓固定，此結構可以從6個方向固定摩擦主球，很好的完成摩擦主球的固定，由于加壓裝置通過牛眼輪的單點摩擦頂住球形外殼，可以使球形機器人內部結構更加穩定。

附圖說明

圖1 球形機器人結構等軸側視圖。

圖2 下支撐架組合體示意圖。

圖3 加壓裝置示意圖。

圖4 球形機器人運動原理結構簡圖。

圖5 牛眼輪支撐主球裝置示意圖。

圖6 水平方向舵機安裝體示意圖。

圖7 (X方向)右水平舵機安裝裝置示意圖。

圖8 (Y方向)左水平舵機安裝裝置示意圖。

圖9 斜舵機安裝體示意圖。

圖10 斜舵機上安裝架示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖1-10對本發明的原理和特征進行描述。

參考圖1，本摩擦驅動式手拋球形機器人由下支撐架組合體(1)和加壓裝置(8)為主體結構構成，其中包括：中間支撐板(101)、右水平舵機安裝裝置(102)、牛眼輪支撐主球裝置(103)、左水平舵機安裝裝置(104)、斜舵機安裝裝置(105)、摩擦主球(2)、球形外殼(3)、X、Y水平舵機安裝體(4)、斜舵機安裝體(5)、斜舵機與中間板裝配體(6)、中間支撐板與加壓裝置定位長螺柱(7)、上支撐板組合件(801)、上支撐板(802)；其中，下支撐架組合體(1)中的中間支撐板(101)與斜舵機與中間板裝配體(6)中斜舵機與中間板固定塊601螺紋連接；右水平舵機安裝裝置(102)與X、Y水平舵機安裝體(4)螺紋連接；左水平舵機安裝裝置(104)與X、Y水平舵機安裝體(4)螺紋連接；斜舵機安裝裝置(105)與斜舵機安裝體(5)螺紋連接；摩擦主球(2)被牛眼輪支撐主球裝置(103)托住，同時X、Y水平舵機安裝體(4)和斜舵機安裝體(5)壓住摩擦主球(2)；斜舵機與中間板裝配體(6)中斜舵機定位架602固定斜舵機安裝體(5)；摩擦主球(2)與球形外殼(3)單點接觸；加壓裝置(8)中上支撐板組合件(801)頂住球形外殼(3)；加壓裝置(8)中上支撐板(802)與支撐架組合體(1)中的中間支撐板(101)通過中間支撐板與加壓裝置定位長螺柱(7)固定；

參考圖2，本圖為球形機器人下支撐架組合體，由中間支撐板(101)、右水平舵機安裝裝置(102)、牛眼輪支撐主球裝置(103)、左水平舵機安裝裝置(104)、斜舵機安裝裝置(105)組成下支撐架組合體；其中右水平舵機安裝裝置(102)通過螺紋連接與中間支撐板(101)定位凹槽過盈配合并膠粘處理；牛眼輪支撐主球裝置(103)與中間支撐板(101)螺紋連接并配打定位孔通過定位銷定位；左水平舵機安裝裝置(104)通過螺紋連接與中間支撐板(101)定位凹槽過盈配合并膠粘處理；斜舵機安裝裝置(105)與中間支撐板(101)螺紋連接并配打定位孔通過定位銷定位。

參考圖3，本圖為球形機器人的加壓裝置(8)中，由上牛眼輪定位塊(8011)、上支撐板定位塊(8012)、上支撐板(8013)、上牛眼輪(8014)、定位螺釘(8015)、上支撐板(802)組成；其中上支撐板定位塊(8012)通過螺釘連接固定上支撐板(8013)，通過定位螺釘(8015)固定上支撐板定位塊(8012)，上牛眼輪8014與上支撐板定位塊(8012)螺紋連接構成上支撐板組合件(801)；用上支撐板(802)在三個方向通過支撐板組合件(801)頂住球形外殼(3)。

參考圖4，本圖為球形機器人運動原理結構簡圖，其中球形機器人中摩擦主球(2)被三個牛眼輪支撐主球裝置(103)托住，通過點摩擦實現對摩擦主球(2)的下水平方向的固定；球形機器人中右水平舵機安裝裝置(102)與X水平方向舵機安裝體(4)通過螺紋連接固定在X水平方向；左水平舵機安裝裝置(104)與Y方向水平舵機安裝體通過螺紋連接固定在Y水平方向；斜舵機安裝體(5)被斜舵機安裝裝置(105)固定在與摩擦主球(2)相切的位置，壓住摩擦主球(2)，使其不能左右晃動；通過摩擦主球(2)與球形外殼(3)的摩擦驅動球形機器人進行全方位移動。

參考圖5，用牛眼輪支撐主球裝置(103)中的牛眼輪支撐架(1031)通過短螺釘(1033)螺紋連接，頂住牛眼輪支撐主球裝置(103)中下牛眼輪(1032)；用牛眼輪支撐主球裝置(103)中的下牛眼輪(1032)頂住摩擦主球(2)，利用牛眼輪支撐主球裝置(2)從三個方向頂住摩擦主球(2)，使摩擦主球(2)不能向下滾動。

參考圖6，X、Y方向水平舵機安裝體(4)中水平舵機(401)與水平軸(402)通過過盈配合并膠粘加固處理；X、Y方向水平舵機安裝體(4)中水平軸(402)與橡皮套(403)利用橡皮的彈性緊配合安裝在水平軸(402)上；通過長螺釘(404)與水平舵機(301)螺紋配合固定X、Y方向水平舵機安裝體(4)；從而減少水平舵機(401)與水平軸(402)在連接時的空間，方便球形機器人的組裝。

參考圖7，右水平舵機安裝裝置(102)中舵機安裝架(1021)與X、Y水平方向舵機安裝體(4)中水平舵機(401)進行安裝，固定水平舵機(401)；右水平舵機安裝裝置(102)中舵機安裝架定位塊(1022)固定舵機安裝架(1021)和右軸安裝架(1023)位置，使X、Y水平方向舵機安裝體(4)中水平軸(302)安裝在舵機安裝架(1021)和右軸安裝架(1023)上；通過X、Y水平方向舵機安裝體(4)中長螺釘(404)與水平舵機(401)螺紋連接，配合右軸安裝架(1023)，確定X、Y水平方向舵機安裝體(4)在水平方向位置。

參考圖8，左水平舵機安裝裝置(104)中舵機安裝架(1041)與X、Y水平方向舵機安裝體(4)中水平舵機(401)進行安裝，固定水平舵機(401)；左水平舵機安裝裝置(104)中舵機安裝架定位塊(1042)固定舵機安裝架(1041)和軸左安裝架(1043)位置，使X、Y水平方向舵機安裝體(4)中水平軸(402)安裝在舵機安裝架(1041)和左軸安裝架(1043)上；通過水平方向舵機安裝體(4)中長螺釘(404)與水平舵機(401)螺紋連接，配合左軸安裝架(1043)，確定水平方向舵機安裝體(4)在水平方向位置。

參考圖9，斜舵機安裝裝置(105)固定斜舵機安裝體(5)中斜舵機軸(502)；斜舵機安裝體(5)中斜舵機(501)與斜舵機軸(502)通過過盈配合并膠粘加固處理；斜舵機安裝體(5)中的斜舵機軸(502)與橡皮套(503)利用橡皮的彈性緊配合安裝在軸(502)上通過斜舵機安裝體(5)中長螺釘(504)與斜舵機(501)螺紋連接，配合斜舵機安裝裝置(105)確定斜舵機安裝體(5)在與摩擦主球(2)相切時位置。

參考圖10，斜舵機與中間板裝配體(6)中斜舵機與中間板固定塊(601)用螺紋連接固定在中間支撐板上；斜舵機與中間板裝配體(6)中斜舵機與中間板固定塊(601)與斜舵機定位架(602)螺紋連接并配打孔定位銷；斜舵機定位架(602)用來固定斜舵機安裝體(5)位置。