專利名稱：一種球形葉輪機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及球形機器人領(lǐng)域，尤其是涉及一種可對周圍環(huán)境探測的、可用于搜救的球形葉輪機器人。
背景技術(shù)：
近年來，礦難、地震等災(zāi)害時有發(fā)生，對人類的生命安全造成了巨大的威脅。由于災(zāi)難發(fā)生后的廢墟下通道狹窄，并且存在二次倒塌的危險，救援人員無法深入進行救援工作，但是人們又急需探知災(zāi)難現(xiàn)場的內(nèi)部情況，因此，人們開始借助于使用各種類型的搜救機器人。目前國內(nèi)外已有多所高校和研究機構(gòu)開展了搜救機器人的研究，已研制出若干種不同結(jié)構(gòu)類型的搜救機器人。我國的搜救機器人技術(shù)起步較晚，但是近年來引起了越來越多的關(guān)注，并取得了一定的成果，沈陽自動化研究所、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、國防科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、廣東富衛(wèi)公司等機構(gòu)都研制了搜救機器人。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的翻滾式機器人具有一定的維持運動能力:當機器人發(fā)生傾覆后，可依靠特殊的驅(qū)動輪分布形式維持運動能力。同時在平衡架的作用下，可將車載儀器俯仰角維持在一定的范圍內(nèi)，為車載儀器提供一個穩(wěn)定平臺，但翻滾式機器人存在防側(cè)翻能力低、越障性能差、驅(qū)動效率低等缺點。中國礦業(yè)大學(xué)研制的礦難探險搜救機器人類似于普通坦克式機器人，有一定的越障能力和爬坡能力，但存在創(chuàng)新性不大、體積大、靈活性差、受復(fù)雜路況影響大等缺點，特別是礦井這些下坡度很大的復(fù)雜路面具有很大的局限性。公開號為CN1373 029A (申請?zhí)枮?2109369.5)的中國專利申請公開了一種蛇形機器人，通過加熱和冷卻安裝在機器上的形狀記憶合金彈簧來完成機器人的運動，機器體積小，運動靈活，能在災(zāi)害事故中完成搜救工作，但其在高溫狀況下，形狀記憶合金容易產(chǎn)生變形，從而影響機器人的搜救工作。目前，國內(nèi)外興起并迅速發(fā)展起來了一種球形機器人，由于其特殊結(jié)構(gòu)，相比其他移動機器人有著很多的優(yōu)點，如運動靈活、抗傾倒、抗環(huán)境干擾等，但由于球形機器人大多是由球體內(nèi)兩個或多個重塊來回的變換位置來實現(xiàn)整個機器人的滾動，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、轉(zhuǎn)動的靈活性不高、完成的動作單一，沒有特殊的功能。例如:美國噴氣推進實驗室推出一種用內(nèi)部四個活塞來驅(qū)動球體重心，實現(xiàn)重心的三維移動，從而使球形機器人行走。這種由多個重塊的變換位置來改變重心實現(xiàn)整個機器人的滾動，為此要設(shè)多個驅(qū)動裝置來驅(qū)動這些重塊移動，這樣球內(nèi)機械結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。又如北京郵電大學(xué)機器人實驗室研制的球形機器人采用內(nèi)驅(qū)動方式，能夠完成直線和圓弧運動，能夠爬上20°的斜坡，擺脫了平面運動，但存在陷入低處無法出來的狀況。此外，現(xiàn)有球形機器人幾乎都采用全封閉結(jié)構(gòu)，使得傳感器對外部信息的獲取能力受到很大限制。另外，其特殊的形體結(jié)構(gòu)，也使得機器人在災(zāi)難發(fā)生后復(fù)雜路面上的運動能力受到了限制。
授權(quán)公告號為CN202080360U (申請?zhí)枮?01120148210.7)的中國實用新型專利公開了一種半球形葉輪裝置，包括支撐板，所述支撐板的底部安裝有多個支架，所述支架上安裝有同步軸，所述同步軸穿設(shè)在支撐板上，所述同步軸上安裝有同步輪，所述同步輪外套裝有履帶；其中，一個所述同步軸通過第一齒輪傳動機構(gòu)與滾動軸連接，所述滾動軸安裝在支撐板上，所述滾動軸通過第二齒輪傳動機構(gòu)與動力輸入裝置連接；支撐板上安裝有半球形葉輪機構(gòu)，所述半球形葉輪機構(gòu)包括半球形葉輪，半球形葉輪由多個彈性葉片組成，所述彈性葉片一端固定在葉片固定器上，另一端固定在支撐板上，呈弧度設(shè)置；所述彈性葉片呈中心對稱均勻分布。該半球形葉輪裝置可替代傳統(tǒng)的汽車輪子、傳統(tǒng)的坦克上的履帶傳動裝置，能夠防止側(cè)翻和翻滾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種球形葉輪機器人，兩個相對設(shè)置的半球形葉輪裝置，組成機器人的球形外殼，可通過履帶行走，障礙翻越輔助機構(gòu)能夠在遇到障礙時，能夠順利翻越。一種球形葉輪機器人，包括:兩個相對設(shè)置的半球形葉輪裝置；穿設(shè)在兩個半球形葉輪裝置上的中心軸；位于兩個半球形葉輪裝置之間的障礙翻越輔助機構(gòu)，所述障礙翻越輔助機構(gòu)包括轉(zhuǎn)接在所述中心軸上的中間箱體、固定安裝在所述中間箱體上并相對設(shè)置的兩個導(dǎo)向軌道、與所述兩個導(dǎo)向軌道配合的滑動橫桿、與所述滑動橫桿固定的絲桿、與所述絲桿配合的螺母、驅(qū)動所述螺母轉(zhuǎn)動的螺母驅(qū)動機構(gòu)以及與所述絲桿固定的底部支撐機構(gòu)。本發(fā)明球形葉輪機器人中，兩個相對設(shè)置的半球形葉輪裝置，組成機器人的球形外殼，其可以通過履帶行走，當碰到障礙時，障礙翻越輔助機構(gòu)開始工作，螺母驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動螺母旋轉(zhuǎn)，使得螺母與絲桿發(fā)生相對運動。當螺母驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動螺母正轉(zhuǎn)，螺母與絲桿發(fā)生相對運動，使得絲桿向下(即向地面方向)運動，進而使得底部支撐機構(gòu)向下(即向地面方向)運動，從而將本發(fā)明球形葉輪機器人撐起，發(fā)生向前傾斜，并且加上履帶與障礙之間的摩擦力共同作用下翻越障礙。翻越障礙之后，螺母反轉(zhuǎn)，使得絲桿向上(即背離地面方向)運動，回到初始位置。作為優(yōu)選，所述絲桿的一端與所述滑動橫桿固定，所述絲桿的另一端與所述底部支撐機構(gòu)固定，所述螺母和螺母驅(qū)動機構(gòu)安裝在所述兩個導(dǎo)向軌道靠近所述底部支撐機構(gòu)的端部，使得絲桿和螺母有足夠長的配合距離，并有利于本發(fā)明球形葉輪機器人內(nèi)部組件的合理布設(shè)，該障礙翻越輔助機構(gòu)能夠使得本發(fā)明球形葉輪機器人上升到理想高度，發(fā)生向前傾斜，通過障礙翻越輔助機構(gòu)和履帶的共同作用，從而更好地翻越障礙。作為優(yōu)選，所述中心軸上位于所述中間箱體和半球形葉輪裝置之間設(shè)有壓縮彈簧，即設(shè)置兩個壓縮彈簧，兩個壓縮彈簧都被適當壓縮相同的距離，當本發(fā)明球形葉輪機器人受到?jīng)_擊時，壓縮彈簧的存在，可以減少對中間箱體的沖擊，使得本發(fā)明球形葉輪機器人能夠更好地運行。作為優(yōu)選，所述中間箱體與所述兩個導(dǎo) 向軌道平行的側(cè)面安裝有用于固定中間箱體的伸縮固定裝置，所述伸縮固定裝置與所述滑動橫桿之間通過傳動部件相連。通過伸縮固定裝置對中間箱體適時固定。進一步優(yōu)選，所述伸縮固定裝置包括固定安裝在所述中間箱體的側(cè)面上的伸縮固定桿導(dǎo)軌、設(shè)置在所述伸縮固定桿導(dǎo)軌內(nèi)并相對設(shè)置的兩根伸縮固定桿、設(shè)置在所述兩根伸縮固定桿之間的復(fù)位彈簧、連接所述兩根伸縮固定桿的伸縮固定桿鋼絲以及與所述伸縮固定桿鋼絲連接的拉緊鋼絲，所述兩根伸縮固定桿滑動安裝在兩個半球形葉輪裝置上，所述拉緊鋼絲的一端與所述伸縮固定桿鋼絲連接，所述拉緊鋼絲的另一端繞過所述滑動橫桿的頂部后固定在所述中間箱體的側(cè)面。絲桿在螺母的旋轉(zhuǎn)作用下，絲桿向上運動將拉緊鋼絲往上頂起，拉緊鋼絲拉緊伸縮固定桿鋼絲，使得兩根伸縮固定桿之間的距離減小，使得原本架設(shè)在兩個半球形葉輪裝置上的兩根伸縮固定桿縮回，中間箱體可以在繞中心軸旋轉(zhuǎn)；當絲桿在螺母的驅(qū)動下向下(即朝向地面方向)運動時，拉緊鋼絲放松伸縮固定桿鋼絲，使得兩根伸縮固定桿之間的距離增大，兩根伸縮固定桿又架設(shè)在兩個半球形葉輪裝置上，從而將中間箱體固定，此時中間箱體不可以旋轉(zhuǎn)。進一步優(yōu)選，所述底部支撐機構(gòu)包括與所述絲桿端部固定的基板以及固定安裝在所述基板上的四個支撐腳，底部支撐機構(gòu)隨著絲桿的運動而運動，當絲桿向下運動后，底部支撐機構(gòu)也向下運動，將本發(fā)明球形葉輪機器人撐起，發(fā)生向前傾斜，并且加上履帶與障礙之間的摩擦力共同作用下翻越障礙。更進一步優(yōu)選，所述四個支撐腳呈矩形分布，其中，所述四個支撐腳中靠近所述伸縮固定裝置一側(cè)的兩個支撐腳要短于另兩個支撐腳，從而使得本發(fā)明球形葉輪機器人撐起后，能夠更好地發(fā)生前傾，進而更有利于障礙的翻越。進一步優(yōu)選，所述中間箱體所述伸縮固定裝置所在的側(cè)面上設(shè)置有攝像模塊，本發(fā)明球形葉輪機器人通過攝像模塊獲取外部環(huán)境信息，根據(jù)本發(fā)明球形葉輪機器人捕獲的外部環(huán)境信息，進行搜救。更進一步優(yōu)選，所述攝像模塊的一端通過同 軸相連的滾珠軸承和支撐軸安裝在所述中間箱體所述伸縮固定裝置所在的側(cè)面上，所述攝像模塊的另一端帶有重力塊，在本發(fā)明球形葉輪機器人在運動過程中，無論本發(fā)明球形葉輪機器人左右傾斜多少角度，在重力塊和攝像模塊本身的重力作用下，攝像模塊始終位于下端，即使本發(fā)明球形葉輪機器人是前后傾斜和左右傾斜共同存在，也能使攝像頭正常工作，對前方場面進行正常拍攝，并且能分辨路面的傾斜狀況，及時把畫面?zhèn)鹘o后方，方便搜救工作的展開。所述半球形葉輪裝置可采用現(xiàn)有技術(shù)，具體可采用授權(quán)公告號為CN202080360U(申請?zhí)枮?01120148210.7)的中國實用新型專利公開的半球形葉輪裝置。所述球形葉輪機器人，還包括電源模塊和控制電路模塊，電源模塊為各部件進行供電，控制電路模塊控制各部件的工作，外部控制端與控制電路模塊無線連接，從而使得外部控制端將控制信號發(fā)送給控制電路模塊。通過采用無線信號控制方式，可方便地遠程實時控制本發(fā)明球形葉輪機器人的前進，獲取探測區(qū)域的信息，并將信息返還給后方工作人員，進行相應(yīng)的工作。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:本發(fā)明球形葉輪機器人，兩個相對設(shè)置的半球形葉輪裝置，組成機器人的球形外殼，可通過履帶行走，障礙翻越輔助機構(gòu)能夠在遇到障礙時，順利翻越。采用半球形葉輪裝置，不僅防震，抗摔，機器不會側(cè)翻，而且前進速度快，運動靈活，可以實現(xiàn)零轉(zhuǎn)彎半徑，更重要的是在下坡路面能利用獨特的結(jié)構(gòu)滾動前進，大大提高前進的速度，減小能源的消耗。本發(fā)明球形葉輪機器人，特別適合用于搜救，該機器人提供多種運動方式，且轉(zhuǎn)向靈活，準確，防震抗摔，能更好地獲取外部環(huán)境信息，并對各種復(fù)雜環(huán)境都有較強的適應(yīng)能力，遇到一定高度的障礙時，也能順利通過，結(jié)構(gòu)簡單，控制容易。
本發(fā)明球形葉輪機器人，通過障礙翻越輔助機構(gòu)的設(shè)計，使絲桿一直豎直向下，有利于在上坡路面上向上翻越障礙；同時，在優(yōu)選技術(shù)方案中，加上攝像模塊獨特的設(shè)計，不管機器是左右傾斜或者前后傾斜，攝像頭一直朝向正前方，實現(xiàn)水平拍攝，不影響對前方場面的拍攝效果，并且能分辨路面的傾斜狀況。


圖1是本發(fā)明球形葉輪機器人的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明球形葉輪機器人的正視圖；圖3是本發(fā)明球形葉輪機器人的后視圖；圖4是本發(fā)明的履帶動力機構(gòu)的示意圖；圖5是本發(fā)明的半球形葉輪裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明的障礙翻越輔助機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明的障礙翻越輔助機構(gòu)的正視結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是本發(fā)明的探測模塊與中間箱體的前板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，I為中心軸，2為半球形葉輪機構(gòu)，3為左箱體，4為六角板，5為中間箱體，6為右箱體，7為電機，8為圓錐齒輪,9為滾動軸，10為軸承座，11為圓錐齒輪,12為直齒輪，13為直齒輪，14為同步輪軸，15為同步輪，16為履帶，17為同步輪支架，18為彈性球形葉片，19為減震彈簧，20為葉片固定器，21為小鏈輪，22為鏈條，23為大鏈輪，24為下軸套，25為下支撐軸承，26為下底板,27為螺母,28為上軸套,29為上支撐軸承,30為壓蓋板,31為絲桿，32為滑動橫桿，33為兩個導(dǎo)向軌`道，34為拉緊鋼絲，35為伸縮固定桿，36為復(fù)位彈簧，37為伸縮固定桿鋼絲，38為伸縮固定桿導(dǎo)軌，39為壓縮彈簧，40為基板，41為短螺栓，42為長螺栓，43為攝像模塊,44為滾針軸承,45為支撐軸,46為前板,47為重力塊。
具體實施例方式如圖1、圖2、圖3所示，球形葉輪機器人，包括:兩個相對設(shè)置的半球形葉輪裝置；穿設(shè)在兩個半球形葉輪裝置上的中心軸I ;位于兩個半球形葉輪裝置之間的障礙翻越輔助機構(gòu)。如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，半球形葉輪裝置可參照授權(quán)公告號為CN202080360U的中國實用新型專利公開的半球形葉輪裝置。半球形葉輪裝置包括六角板
4、安裝在六角板4上的半球形葉輪機構(gòu)2，六角板4作為支撐板。中心軸I貫穿整個球形葉輪機器人，在中心軸I的最外兩端分別與半球形葉輪機構(gòu)2相連，在兩個半球形葉輪機構(gòu)2內(nèi)部，中心軸I上分別連接著左箱體3和右箱體6，在左箱體3和右箱體6內(nèi)各安裝有相同的球形葉輪驅(qū)動模塊，左箱體3和右箱體6又分別與六角板4相連，六角板4又分別與半球形葉輪機構(gòu)2相連，六角板4的中心又與上述中心軸I相連，中心軸I的中間還連接有中間箱體5，障礙翻越輔助機構(gòu)包括中間箱體5以及安裝在中間箱體5內(nèi)的各部件，探測模塊位于中間箱體5的前端。半球形葉輪機構(gòu)2包括:葉片固定器20、減震彈簧19、彈性球形葉片18和同步機構(gòu)。葉片固定器20的中間固定連接上述中心軸I，在葉片固定器20的內(nèi)部安裝有上述減震彈簧19，減震彈簧19又與彈性球形葉片18 —端接觸，彈性球形葉片18的另一端固定在六角板4上。同步機構(gòu)包括同步輪支架17，同步輪支架17安裝在六角板4上，在同步輪支架17與六角板4之間安裝有同步輪軸14，在同步輪軸14上安裝有同步輪15，在同步輪15外安裝有履帶16。上述彈性球形葉片18在葉片固定器20中不固定，通過減震彈簧19的壓緊力使彈性球形葉片18的一端相對固定。當本發(fā)明球形葉輪機器人滾下斜坡或從高處摔落時，著地點若是在彈性球形葉片18上，由于彈性球形葉片18采用彈簧鋼材料，再加上減震彈簧19的作用，使彈性球形葉片18可以上下浮動，因此，大大減少了地面對本發(fā)明球形葉輪機器人的沖擊，從而起到防震抗摔作用。半球形葉輪機構(gòu)2對稱布置在兩側(cè)，每個半球形葉輪機構(gòu)2上安裝有6個彈性球形葉片，彈性球形葉片18沿圓周均勻分布，即兩個彈性球形葉片18之間呈60度夾角，其中有I個彈性球形葉片與其它葉片不同，它的一端固定在軸承座10上，軸承座10下面為履帶動力機構(gòu)。本發(fā)明球形葉輪機器人不管在什么路面上行走，都可以保證其中至少有4個同步輪通過履帶16與地面接觸，維持機器人的運行能力。側(cè)面六邊形結(jié)構(gòu)，可以使本發(fā)明球形葉輪機器人在一定斜度的上坡上停止，克服一般純球形機器人不能停止在上坡上的弊端。 履帶動力機構(gòu)包括:電機7和傳動模塊，電機7與傳動模塊相連。傳動模塊包括圓錐齒輪8、滾動軸9、圓錐齒輪11、直齒輪12以及直齒輪13，圓錐齒輪8固定安裝在電機7的電機軸上，同時圓錐齒輪8與另一圓錐齒輪11相嚙合，圓錐齒輪11固定安裝在滾動軸9上，滾動軸9的一端安裝在軸承座10上，另一端安裝在六角板4上，軸承座10與箱體(即左箱體3或右箱體6)相連，在六角板4和圓錐齒輪11之間還固定安裝有與滾動軸9同軸心的直齒輪12，直齒輪12與另一直齒輪13相嚙合，直齒輪13固定安裝在上述同步機構(gòu)中的同步軸14上，同步機構(gòu)有6個，在整個圓周上均勻分布，只有一個同步機構(gòu)的同步軸上安裝有直齒輪13，與傳動模塊 上的直齒輪12相嚙合，用來傳遞動力，使同步輪作為驅(qū)動輪帶動履帶16工作，其他5個 同步 輪均為從動輪。為了調(diào)節(jié)履帶的松緊，在上述六角板4上安裝有預(yù)緊輪，在本實例中，將上述除驅(qū)動輪外的5個同步輪中的一個作為預(yù)緊輪，通過沿徑向調(diào)節(jié)預(yù)緊輪的位置來實現(xiàn)履帶的張緊程度。本發(fā)明球形葉輪機器人驅(qū)動過程如下:通過電機7輸出動力，經(jīng)過錐齒輪傳動改變轉(zhuǎn)動方向，將動力經(jīng)滾動軸9傳給一對直齒輪，直齒輪13再通過同步輪軸14將動力傳給同步輪15,從而帶動履帶16運動。當控制左右電機(即左箱體3和右箱體6中電機)同向同速轉(zhuǎn)動時，本發(fā)明球形葉輪機器人可以沿直線前進或后退；當控制左右電機以不同速度同向轉(zhuǎn)動時，本發(fā)明球形葉輪機器人將實現(xiàn)差速轉(zhuǎn)彎動作；當控制左右電機反向同速轉(zhuǎn)動時，本發(fā)明球形葉輪機器人可以實現(xiàn)零半徑的原地旋轉(zhuǎn)。如圖1、圖6、圖7所示，障礙翻越輔助機構(gòu)包括轉(zhuǎn)接在中心軸I上的中間箱體5、固定安裝在中間箱體5上并相對設(shè)置的兩個導(dǎo)向軌道33、與兩個導(dǎo)向軌道33配合的滑動橫桿32、與滑動橫桿32固定的絲桿31、與絲桿31配合的螺母27、驅(qū)動螺母27轉(zhuǎn)動的螺母驅(qū)動機構(gòu)以及與絲桿31固定的底部支撐機構(gòu)。中心軸I上位于中間箱體5和半球形葉輪裝置之間設(shè)有壓縮彈簧39，中間箱體5與兩個導(dǎo)向軌道33平行的側(cè)面安裝有用于固定中間箱體5的伸縮固定裝置，伸縮固定裝置包括固定安裝在中間箱體5的側(cè)面上的伸縮固定桿導(dǎo)軌38、設(shè)置在伸縮固定桿導(dǎo)軌38內(nèi)并相對設(shè)置的兩根伸縮固定桿35、設(shè)置在兩根伸縮固定桿35之間的復(fù)位彈簧36、連接兩根伸縮固定桿35的伸縮固定桿鋼絲37 (即短鋼絲)以及與伸縮固定桿鋼絲37連接的拉緊鋼絲34，兩根伸縮固定桿35分別架設(shè)(即滑動安裝)在兩個半球形葉輪裝置上，拉緊鋼絲34的一端與伸縮固定桿鋼絲37連接，拉緊鋼絲34的另一端繞過滑動橫桿32的頂部后固定在中間箱體5的側(cè)面(即中間箱體5的后板上)。底部支撐機構(gòu)包括與絲桿31端部固定的基板40以及固定安裝在基板40上的四個支撐腳，其中，四個支撐腳呈矩形分布，四個支撐腳中靠近伸縮固定裝置一側(cè)的兩個支撐腳(即為短螺栓41)要短于另兩個支撐腳(即為長螺栓42)。中間箱體5通過軸承安裝于中心軸I上，這樣中間箱體5可以相對中心軸I任意轉(zhuǎn)動。通過對中間箱體5內(nèi)各個元器件的位置進行合理布置，使中間箱體5上輕下重，中間箱體5的重心位于中心軸I的正下方，在本發(fā)明球形葉輪機器人運動過程中，遇到前后傾斜時，無論半球形葉輪機構(gòu)2怎么轉(zhuǎn)動，由于重力的作用，中間箱體5都會保持一開始設(shè)計的狀態(tài)，使安裝于中間箱體5上部的攝像頭一直朝向正前方，拍攝前方場面。中間箱體5與左右兩個六角板4之間各安裝有一個壓縮彈簧39，本發(fā)明球形葉輪機器人裝配完成后，這兩個壓縮彈簧39都可以被適當壓縮相同的距離，當本發(fā)明球形葉輪機器人上的半球形葉輪機 構(gòu)2受到?jīng)_擊時，由于壓縮彈簧39的存在，因此，可以減少對中間箱體5的沖擊。螺母驅(qū)動機構(gòu)包括:螺母驅(qū)動電機和傳動機構(gòu)。螺母驅(qū)動電機與傳動機構(gòu)相連，傳動機構(gòu)與螺母27相連。傳動機構(gòu)為鏈傳動機構(gòu)，包括小鏈輪21，小鏈輪21同軸固定在上述螺母驅(qū)動電機的電機軸上，小鏈輪21與鏈條22相連，鏈條22與大鏈輪23相連。螺母驅(qū)動機構(gòu)還包括下軸套24，下軸套24的下凸臺位于下支撐軸承25內(nèi)，下支撐軸承25固定在中間箱體5的下底板26上，下軸套24的上表面與上述大鏈輪23的下表面同軸固定，大鏈輪23的上表面又與螺母27同軸固定，螺母27與絲桿31以螺紋方式連接，螺母27的上方同軸有一上軸套28，上軸套28的上凸臺位于上支撐軸承29內(nèi)，上支撐軸承29又與壓蓋板30固定，壓蓋板30將上述上升螺旋機構(gòu)壓緊，壓蓋板30通過螺栓與中間箱體5的兩側(cè)面連接。上下支撐軸承29的作用是減少大鏈輪23轉(zhuǎn)動時的摩擦?；瑒訖M桿32的中心與絲桿31的上端通過螺栓固定，滑動橫桿32的兩端位于兩個導(dǎo)向軌道33的中間，滑動橫桿32的兩端與兩個導(dǎo)向軌道33滑動配合，兩個導(dǎo)向軌道33分別固定在中間箱體5的側(cè)壁上，使得絲桿31在升降時，不能旋轉(zhuǎn)，只能直線運動。拉緊鋼絲34的一端與中間箱體5的后板固定，一端繞過滑動橫桿32的頂部，再穿過中間箱體5前板46上的孔與位于伸縮固定桿導(dǎo)軌38內(nèi)的伸縮固定桿鋼絲37連接，伸縮固定桿導(dǎo)軌38與中間箱體5的前板46固定，其內(nèi)部有2根伸縮固定桿35，伸縮固定桿鋼絲37將2根伸縮固定桿35連接在一起，復(fù)位彈簧36被壓縮在2根伸縮固定桿35之間，當球形葉輪機器人沒有上升時，拉緊鋼絲34與滑動橫桿32的表面接觸，拉緊鋼絲34往上頂起，拉緊鋼絲34拉緊伸縮固定桿鋼絲37，使得兩根伸縮固定桿35之間的距離減小，使得原本架設(shè)在兩個半球形葉輪裝置上的兩根伸縮固定桿35縮回，伸縮固定桿35不與六角板4接觸，中間箱體5可以在繞中心軸I自由轉(zhuǎn)動。當絲桿31向下運動，與滑動橫桿32接觸的拉緊鋼絲34松弛，伸縮固定桿35在復(fù)位彈簧36的作用下沿伸縮固定桿導(dǎo)軌38向外運動，伸縮固定桿35的外端卡在六角板4的凹槽內(nèi)，使中間箱體5不能相對六角板4轉(zhuǎn)動。在本發(fā)明球形葉輪機器人正常行駛時，中間箱體5能自由轉(zhuǎn)動，只有本發(fā)明球形葉輪機器人上升(即絲桿31向下運動)時，才固定中間箱體5，更好地實現(xiàn)翻越障礙的功能。絲桿31通過螺母與基板40的中心固定，基板40為長方形，其四個角上各安裝一個螺栓，其中前面2個螺栓為相同規(guī)格的短螺栓41，后面2個螺栓為相同規(guī)格的長螺栓42。采用偏心絲桿伸縮結(jié)構(gòu)，絲桿31的軸線位于中間箱體5的幾何軸線后面，呈偏心狀態(tài)，使絲桿31的軸線始終垂直于中間箱體5的底板，整個本發(fā)明球形葉輪機器人的重心位于絲桿31軸線的前面，產(chǎn)生一個前傾的力矩，當本發(fā)明球形葉輪機器人升到一定高度，就會倒下，實現(xiàn)障礙的翻越。如圖1、圖2、圖3、圖9所示，探測模塊包括攝像模塊43，攝像模塊43的上端中心安裝有一滾針軸承44，滾針軸承44與支撐軸45同軸相連，支撐軸45的后端與中間箱體5的前板46固定，攝像模塊43的下端背面裝有重力塊47，攝像模塊43可繞支撐軸45轉(zhuǎn)動。在本發(fā)明球形葉輪機器人運動過程中，無論本發(fā)明球形葉輪機器人左右傾斜多少角度，在重力塊47和攝像模塊43本身的重力作用下，攝像模塊43始終位于下端。在中間箱體5和探測模塊的共同作用下，即使機器人是前后傾斜和左右傾斜共同存在，也能使攝像頭正常工作，對前方場面進行正常拍攝，并且能分辨路面的傾斜狀況，及時把畫面?zhèn)鹘o后方，方便搜救工作的展開。上述所有的電機都分別與電源模塊和控制電路模塊相連，通過外部控制端上的無線發(fā)射模塊與控制電路模塊上的無線接收模塊相連，控制電機的運轉(zhuǎn)，從而控制本發(fā)明球形葉輪機器人的運行。 本發(fā)明球形葉輪機器人翻越障礙過程如下:螺母驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，帶動小鏈輪21 —起轉(zhuǎn)動，通過鏈條22的作用，帶動大鏈輪23轉(zhuǎn)動，大鏈輪23帶動螺母27轉(zhuǎn)動，帶動絲桿31沿著兩個導(dǎo)向軌道33向下運動,接著中間箱體5固定,然后底部支撐機構(gòu)著地，由于底部支撐機構(gòu)獨特的設(shè)計，后面的螺栓比前面的長，再加上偏心絲桿伸縮結(jié)構(gòu)，因此，使整個球形葉輪機器人向前傾斜，在重力距的作用下，實現(xiàn)障礙的翻越，有時可以在翻越時加上履帶16一起工作，使本發(fā)明球形葉輪機器人在由絲桿31產(chǎn)生的斜向上運動和履帶16與障礙之間的摩擦力共同作用下翻越障礙，翻越完成后，螺母驅(qū)動電機反轉(zhuǎn)，使絲桿31向上運動回到初始位置。
權(quán)利要求
1.一種球形葉輪機器人，其特征在于，包括: 兩個相對設(shè)置的半球形葉輪裝置； 穿設(shè)在兩個半球形葉輪裝置上的中心軸； 位于兩個半球形葉輪裝置之間的障礙翻越輔助機構(gòu)，所述障礙翻越輔助機構(gòu)包括轉(zhuǎn)接在所述中心軸上的中間箱體、固定安裝在所述中間箱體上并相對設(shè)置的兩個導(dǎo)向軌道、與所述兩個導(dǎo)向軌道配合的滑動橫桿、與所述滑動橫桿固定的絲桿、與所述絲桿配合的螺母、驅(qū)動所述螺母轉(zhuǎn)動的螺母驅(qū)動機構(gòu)以及與所述絲桿固定的底部支撐機構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形葉輪機器人，其特征在于，所述絲桿的一端與所述滑動橫桿固定，所述絲桿的另一端與所述底部支撐機構(gòu)固定，所述螺母和螺母驅(qū)動機構(gòu)安裝在所述兩個導(dǎo)向軌道靠近所述底部支撐機構(gòu)的端部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形葉輪機器人，其特征在于，所述中心軸上位于所述中間箱體和半球形葉輪裝置之間設(shè)有壓縮彈簧。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形葉輪機器人，其特征在于，所述中間箱體與所述兩個導(dǎo)向軌道平行的側(cè)面安裝有用于固定中間箱體的伸縮固定裝置，所述伸縮固定裝置與所述滑動橫桿之間通過傳動部件相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的球形葉輪機器人，其特征在于，所述伸縮固定裝置包括固定安裝在所述中間箱體的側(cè)面上的伸縮固定桿導(dǎo)軌、設(shè)置在所述伸縮固定桿導(dǎo)軌內(nèi)并相對設(shè)置的兩根伸縮固定桿、設(shè)置在所述兩根伸縮固定桿之間的復(fù)位彈簧、連接所述兩根伸縮固定桿的伸縮固定桿鋼絲以及與所述伸縮固定桿鋼絲連接的拉緊鋼絲，所述兩根伸縮固定桿滑動安裝在兩個半球形葉輪裝置上，所述拉緊鋼絲的一端與所述伸縮固定桿鋼絲連接，所述拉緊鋼絲的另一端繞過所述滑動橫桿的頂部后固定在所述中間箱體的側(cè)面。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的球形葉輪機器人，其特征在于，所述底部支撐機構(gòu)包括與所述絲桿端部固定的基板以及固定安裝在所述基板上的四個支撐腳。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的球形葉輪機器人，其特征在于，所述四個支撐腳呈矩形分布，其中，所述四個支撐腳中靠近所述伸縮固定裝置一側(cè)的兩個支撐腳要短于另兩個支撐腳。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的球形葉輪機器人，其特征在于，所述中間箱體所述伸縮固定裝置所在的側(cè)面上設(shè)置有攝像模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的球形葉輪機器人，其特征在于，所述攝像模塊的一端通過同軸相連的滾珠軸承和支撐軸安裝在所述中間箱體所述伸縮固定裝置所在的側(cè)面上，所述攝像模塊的另一端 帶有重力塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種球形葉輪機器人，包括兩個相對設(shè)置的半球形葉輪裝置；穿設(shè)在兩個半球形葉輪裝置上的中心軸；位于兩個半球形葉輪裝置之間的障礙翻越輔助機構(gòu)，障礙翻越輔助機構(gòu)包括轉(zhuǎn)接在中心軸上的中間箱體、固定安裝在中間箱體上并相對設(shè)置的兩個導(dǎo)向軌道、與兩個導(dǎo)向軌道配合的滑動橫桿、與滑動橫桿固定的絲桿、與絲桿配合的螺母、驅(qū)動螺母轉(zhuǎn)動的螺母驅(qū)動機構(gòu)以及絲桿固定的底部支撐機構(gòu)。本發(fā)明球形葉輪機器人，可通過履帶行走，特別適合用于搜救，該機器人提供多種運動方式，且轉(zhuǎn)向靈活，準確，防震抗摔，能更好的獲取外部環(huán)境信息，并對各種復(fù)雜環(huán)境都有較強的適應(yīng)能力，遇到一定高度的障礙時，也能順利通過。
文檔編號B62D57/02GK103231746SQ20131014897
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月25日
發(fā)明者傅建中, 邵惠鋒, 賀永, 曹辰晨, 張劍一, 李亮 申請人:浙江大學(xué)