本發(fā)明涉及機器人領(lǐng)域，具體涉及一種球形機器人。

背景技術(shù)：

球形機器人是指利用球形本體的滾動實現(xiàn)運動的機器人，可以實現(xiàn)全方位運動，與地面是單點接觸，摩擦阻力小，能量利用效率高，并且具有不倒翁特性，可以避免常規(guī)的機器人容易出現(xiàn)的傾倒失穩(wěn)現(xiàn)象。機器人的重要部件均包容在球形本體內(nèi)部，受到球形本體外殼良好的保護，不容易因破壞而失效。采取合適的密封措施，可以使球形機器人的外殼具備防水能力，進而在較為惡劣的天氣條件下使用，具有全天候的適應(yīng)能力。進一步的，球形機器人一般還包括設(shè)于球形本體外部的頭部組件，頭部組件搭載功能器件實現(xiàn)攝像頭等功能器件以實現(xiàn)智能化的人機交流功能，同時提高了球形機器人給用戶的親和感，使其可以作為家庭機器人使用

球形機器人由于受限于滾動的行走方式，往往運動穩(wěn)定性不高，而且越障爬坡能力不強，這使得球形機器人在人們的生活領(lǐng)域(如具有大于30度的斜坡或樓梯等障礙)或某些凹凸不平的場地的應(yīng)用受到極大的限制。

因此，如何提高球形機器人的越障爬坡能力，以增加球形機器人的應(yīng)用場景和運動穩(wěn)定性，為業(yè)界人士重點研究課題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對以上的問題，本發(fā)明的目的是提供一種球形機器人，能提高球形機器人的越障爬坡能力，以增加球形機器人的應(yīng)用場景和運動穩(wěn)定性。

為了解決背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種球形機器人，包括頭部組件和可相對于所述頭部組件轉(zhuǎn)動的球形本體；所述球形本體包括球殼、設(shè)于所述球殼中心區(qū)域的連接部、連接于所述球殼與所述連接部之間的行走驅(qū)動機構(gòu)；所述行走驅(qū)動機構(gòu)包括繞所述連接部擺動的驅(qū)動臂，所述驅(qū)動臂一端設(shè)有與所述球殼接觸的驅(qū)動輪，通過所述驅(qū)動輪與所述球殼之間的摩擦力驅(qū)動所述球形機器人行走，通過改變所述驅(qū)動臂相對于所述連接部的擺動位置，以改變所述球形機器人的行走速度；所述連接部之遠離所述行走驅(qū)動機構(gòu)的一側(cè)設(shè)有頭部驅(qū)動組件，所述頭部驅(qū)動組件包括導(dǎo)軌組件、驅(qū)動單元和盾，所述驅(qū)動單元連接所述導(dǎo)軌組件及所述盾，所述盾上設(shè)置有第一磁體，所述頭部組件上相應(yīng)設(shè)置有第二磁體，所述第一磁體與所述第二磁體相吸引使得所述頭部組件貼附于所述球殼外表面，所述驅(qū)動單元驅(qū)動所述盾在所述導(dǎo)軌組件上移動，以使得所述頭部組件在所述球殼的外表面運動。

一種實施方式中，所述球殼外設(shè)有多個凸點，所述多個凸點相間隔地分布于所述球殼外壁，所述多個凸點之間形成凹陷，所述凹陷為所述球形機器人越障時提供支撐點及防止所述球殼打滑。

一種實施方式中，所述球形本體具有上半球腔和下半球腔，所述下半球腔內(nèi)容置固定支架，所述固定支架與所述球殼之間通過支撐輪連接，以便于所述固定支架與所述球殼之間相對轉(zhuǎn)動；

所述固定支架包括支撐軸，所述支撐軸沿所述球殼的中心軸延伸，所述連接部設(shè)于所述支撐軸一端且位于所述上半球腔與所述下半球腔的交界處；所述驅(qū)動臂為一對，關(guān)于所述支撐軸對稱分布，所述驅(qū)動輪與所述下半球腔內(nèi)壁接觸；所述頭部驅(qū)動組件連接于所述連接部與所述上半球腔內(nèi)壁之間，通過在所述上半球腔內(nèi)擺動使得所述頭部組件在所述球殼外壁滑動。

一種實施方式中，所述行走驅(qū)動機構(gòu)還包括固連于所述連接部且沿所述支撐軸方向延伸的伸縮驅(qū)動部和連接于所述驅(qū)動輪的第一電機，所述第一電機用于驅(qū)動所述驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)，以帶動所述球形機器人行走；所述驅(qū)動臂與所述伸縮驅(qū)動部之間設(shè)有第一連桿，所述伸縮驅(qū)動部推動所述第一連桿相對于所述連接部做往復(fù)運動，帶動所述驅(qū)動臂繞所述連接部擺動，以調(diào)整所述驅(qū)動輪與所述球殼內(nèi)壁的接觸位置進而調(diào)節(jié)所述球形機器人的行走速度。

一種實施方式中，所述伸縮驅(qū)動部包括第一導(dǎo)軌、將所述第一導(dǎo)軌固定于所述連接部的導(dǎo)軌固定件、套設(shè)于所述第一導(dǎo)軌上的第一連接件及設(shè)于所述第一導(dǎo)軌遠離所述連接部的一端的第二電機，所述第二電機用以驅(qū)動所述第一連接件沿所述第一導(dǎo)軌滑動；

所述第一連桿包括相對設(shè)置的第一端和第二端，所述第一端和所述第二端分別轉(zhuǎn)動連接于所述第一連接件和所述驅(qū)動臂；所述第一連接件沿所述第一導(dǎo)軌滑動，帶動所述第一連桿相對于所述連接部做往復(fù)運動，且?guī)铀鲵?qū)動臂繞所述連接部擺動。

一種實施方式中，所述驅(qū)動輪與所述驅(qū)動臂之間設(shè)有彈性連接件，所述彈性連接件沿著所述驅(qū)動臂方向伸縮，在所述球形機器人運動過程中起到緩沖保護作用及為所述驅(qū)動輪與所述球殼之間提供接觸壓力的作用。

一種實施方式中，所述固定支架還包括連接于所述連接部相對兩側(cè)的一對環(huán)形支架，所述環(huán)形支架包括相對設(shè)置的第三端和第四端，所述球形本體還包括關(guān)于所述支撐軸對稱分布的一對控制力矩陀螺系統(tǒng)；所述驅(qū)動臂夾設(shè)于所述一對控制力矩陀螺系統(tǒng)之間；所述控制力矩陀螺系統(tǒng)與所述第三端、所述第四端之間通過偏擺軸轉(zhuǎn)動連接；所述球形機器人受到干擾力矩時，通過控制所述驅(qū)動臂擺動，以控制所述球形機器人的行走速度，再控制所述控制力矩陀螺系統(tǒng)偏擺來提高所述球形機器人的穩(wěn)定性及增加進動力矩。

一種實施方式中，所述控制力矩陀螺系統(tǒng)還包括控制力矩陀螺和偏擺電機；所述偏擺電機設(shè)于所述控制力矩陀螺上且靠近所述第三端處，所述第三端設(shè)有第一齒輪，所述偏擺電機設(shè)有與所述第一齒輪相嚙合的第二齒輪，所述偏擺電機通過帶動所述第二齒輪相對于所述第一齒輪偏擺，以帶動所述控制力矩陀螺繞所述偏擺軸偏擺。

一種實施方式中，所述驅(qū)動單元包括導(dǎo)向滑塊、第一驅(qū)動電機及與所述第一驅(qū)動電機轉(zhuǎn)軸固定的第一導(dǎo)軌齒輪，所述盾連接于所述導(dǎo)向滑塊，所述第一驅(qū)動電機固定連接于所述導(dǎo)向滑塊，所述導(dǎo)軌組件包括第一弧形導(dǎo)軌，所述第一弧形導(dǎo)軌上設(shè)置有第一導(dǎo)軌齒牙，所述導(dǎo)向滑塊安裝于所述第一弧形導(dǎo)軌，所述第一導(dǎo)軌齒輪與所述第一導(dǎo)軌齒牙嚙合設(shè)置，所述第一驅(qū)動電機驅(qū)動所述導(dǎo)向滑塊在所述第一弧形導(dǎo)軌上移動。

一種實施方式中，所述驅(qū)動單元還包括第二驅(qū)動電機，所述導(dǎo)軌組件還包括底盤，所述第一弧形導(dǎo)軌通過轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動連接于所述底盤，所述第二驅(qū)動電機連接在所述第一弧形導(dǎo)軌與所述底盤之間，所述第二驅(qū)動電機驅(qū)動所述第一弧形導(dǎo)軌繞所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動；所述驅(qū)動單元還包括與所述第二驅(qū)動電機轉(zhuǎn)軸連接的第二導(dǎo)軌齒輪，所述導(dǎo)軌組件還包括第二弧形導(dǎo)軌，所述第二弧形導(dǎo)軌固定于所述底盤上，所述第二弧形導(dǎo)軌上設(shè)置有第二導(dǎo)軌齒牙，所述第二驅(qū)動電機與所述第一弧形導(dǎo)軌固定連接，所述第二導(dǎo)軌齒輪與所述第二導(dǎo)軌齒牙嚙合設(shè)置，所述第二驅(qū)動電機驅(qū)動所述第二導(dǎo)軌齒輪在所述第二弧形導(dǎo)軌上移動，以使得所述第一弧形導(dǎo)軌繞所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。

本申請?zhí)峁┑囊环N球形機器人，包括球形本體和磁吸于所述球形本體上的頭部組件，球形本體與頭部組件相獨立運動，所述頭部組件可沿所述球形本體外壁自由滑動且相對于所述球形本體自轉(zhuǎn)，以增加所述頭部組件的功能性及趣味性；頭部驅(qū)動組件設(shè)有導(dǎo)軌組件、驅(qū)動單元和盾，以實現(xiàn)所述頭部組件的自由滑動；所述球形本體內(nèi)設(shè)置行走驅(qū)動機構(gòu)和控制力矩陀螺系統(tǒng)，行走驅(qū)動機構(gòu)通過驅(qū)動輪與球殼之間的摩擦力驅(qū)動所述球形機器人行走，所述行走驅(qū)動機構(gòu)可在不影響電機效率下實現(xiàn)球形機器人行走時的無級變速；在球形機器人遇到行走障礙，且驅(qū)動輪的驅(qū)動力矩足以使得所述球形機器人越障時，所述控制力矩陀螺可通過自由偏擺以產(chǎn)生進動力矩從而穩(wěn)定球形機器人的底盤，使驅(qū)動輪的驅(qū)動力矩全部傳遞給球殼，從而使球形機器人越過障礙。當驅(qū)動輪的驅(qū)動力矩不足以越障時，球形機器人通過控制偏擺電機帶動所述控制力矩陀螺以大于自由偏擺時的角速度偏擺，以在短時間內(nèi)獲得較大的進動力矩，該進動力矩與驅(qū)動輪的驅(qū)動力矩疊加以實現(xiàn)越障；所述球殼上設(shè)有凸點，凸點之間形成凹陷，所述凹陷可與障礙突出部相卡持，為所述球形機器人越障提供支撐點，防止打滑。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實施例提供的一種球形機器人結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例提供的一種球形機器人結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明實施例提供的一種球形機器人結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明一種實施例的球殼分解示意圖。

圖5為本發(fā)明一種實施例的球殼的剖面示意圖。

圖6是圖4所述的緩沖層結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是圖4中i的局部放大示意圖。

圖8是本發(fā)明實施例提供的一種球形機器人整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9-1是本發(fā)明實施例提供的一種球形機器人中驅(qū)動組件示意圖。

圖9-2是本發(fā)明實施例提供的一種球形機器人中框架結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10是本發(fā)明實施例提供的一種無級變速結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11是本發(fā)明實施例提供的一種無級變速結(jié)構(gòu)示意圖。

圖12是本發(fā)明實施例提供的一種球形機器人中控制力矩陀螺結(jié)構(gòu)示意圖。

圖13-1是本發(fā)明實施例提供的一種球形機器人行走速度比調(diào)節(jié)原理圖。

圖13-2是本發(fā)明實施例提供的一種球形機器人行走速度比調(diào)節(jié)原理圖。

圖14-1是本發(fā)明實施例提供的一種無級變速結(jié)構(gòu)示意圖。

圖14-2是本發(fā)明實施例提供的一種無級變速結(jié)構(gòu)示意圖。

圖15是本發(fā)明實施例提供的一種無級變速中彈性連接件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖16是本發(fā)明實施例提供的一種球形機器人中驅(qū)動組件的俯視圖。

圖17是本發(fā)明實施例提供的一種球形機器人中反向同步組件的局部放大圖。

圖18是本發(fā)明實施例提供的控制力矩陀螺偏擺的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖19為本發(fā)明實施例的球形機器人的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖20為本發(fā)明頭部驅(qū)動組件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖21為圖20中的頭部驅(qū)動組件省略盾及底盤后的另一種視圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。

請參閱圖1至圖3，圖1是本發(fā)明實施例提供的一種球形機器人，包括頭部組件01和可相對于所述頭部組件01轉(zhuǎn)動的球形本體0。所述球形本體0包括球殼1、設(shè)于所述球殼1內(nèi)的支撐臺4、固定于所述支撐臺4上的固定支架5，所述固定支架5包括連接部20，所述連接部20設(shè)于所述球殼1中心區(qū)域，所述球形本體0還包括連接于所述球殼1與所述連接部20之間的行走驅(qū)動機構(gòu)2。所述行走驅(qū)動機構(gòu)2用于驅(qū)動所述球殼1行走及改變所述球殼1行走速度。所述頭部驅(qū)動組件7與所述頭部組件01磁吸，用于帶動所述頭部組件01在所述球殼1的外表面運動。所述球殼1外設(shè)有凸點，為所述球形機器人在越障時提供支撐點及防止在越障時所述球殼1打滑。

請參閱圖1和圖2，一種實施方式中，所述球形本體0具有上半球腔02和下半球腔03，所述下半球腔03設(shè)有固定支架5，所述固定支架5與所述球殼1之間通過支撐輪6連接，以便于所述固定支架5與所述球殼1之間相對轉(zhuǎn)動?？梢岳斫獾氖牵鲋屋?為彈性支撐輪，所述彈性支撐輪6包括彈性件61和萬向輪62，所述萬向輪62與所述球殼1內(nèi)壁相接觸。萬向輪62還可以由萬向滾珠代替。彈性件61可以設(shè)置為彈簧、彈性橡膠等彈性件，所述彈性件61處于壓縮狀態(tài)，起到緩沖保護作用，及確保在運動過程中，所述驅(qū)動輪201與所述球殼1接觸，甚至給予所述驅(qū)動輪201一定的接觸壓力。

請參閱圖1及圖3，一種實施方式中，所述固定支架5包括支撐軸50，所述支撐軸50沿所述球殼1垂直中心軸延伸，所述連接部20設(shè)于所述支撐軸50一端且位于所述上半球腔02與所述下半球腔03的交界處，即為球殼1的中心區(qū)域。所述驅(qū)動臂21為一對，且關(guān)于所述支撐軸50對稱分布。所述驅(qū)動輪201與所述下半球腔03內(nèi)壁接觸。所述頭部驅(qū)動組件7連接于所述連接部20與所述上半球腔02內(nèi)壁之間，通過在所述上半球腔02內(nèi)擺動使得所述頭部組件01在所述球殼1外壁滑動。

圖4至圖7為本發(fā)明一種實施例提供的球殼1結(jié)構(gòu)圖。以下將對本申請的球殼1進行更為具體的說明。請參閱圖4和圖5，圖4為本發(fā)明一種實施例提供的球殼1的分解示意圖。圖5為球殼1的剖面示意圖。球殼1主要包括支撐層110、多個凸點120和緩沖層130。可以理解的是，所述支撐層110大致呈中空球形本體狀。球形機器人中的行走驅(qū)動機構(gòu)2和頭部驅(qū)動組件7等可以收容于所述支撐層110中，支撐層110能夠保護收容于其內(nèi)部的零部件。所述支撐層110可采用強度高、柔韌性好、且質(zhì)輕的材料制成。例如支撐層110可以采用凱夫拉或其復(fù)合材料、pbo纖維、玻璃鋼或pmma等。

所述多個凸點120間隔設(shè)置于所述支撐層110外表面。具體的，所述多個凸點120均勻分布于所述支撐層110外表面。凸點120與支撐層110之間可以通過膠水粘附在一起。進一步具體的，所述多個凸點120在所述支撐層110外表面呈足球式點狀分布，即每5個凸點120形成一個正五邊形。所述多個凸點120的作用在于，在所述球形機器人越障時，所述障礙物突出部能夠卡持在兩個凸點120之間，防止球殼1與障礙物表面打滑，并且球殼1還可以以凸點120為支點，相鄰的其他凸點120同時提供支撐力和摩擦力。在若干凸點120的卡持、支撐及摩擦的共同作用下，球殼1就能夠翻越障礙物。優(yōu)選的，所述凸點120可采用耐撞擊、耐磨性好、承載性強、質(zhì)輕的材料制成。例如，所述凸點120可采用pu硬發(fā)泡材料、abs(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)等。需要說明的是，當采用abs制造所述凸點120時，可采用3d打印的方式制造所述凸點120。

所述緩沖層130覆蓋在所述支撐層110外表面，并且所述緩沖層130內(nèi)表面與所述凸點120層相抵接?？梢岳斫獾氖?，所述凸點120介于所述支撐層110與所述緩沖層130之間。進一步的，緩沖層130可以為柔軟易變形的柔性層，起到緩沖減震、防滑的作用。緩沖層130可采用高柔韌性、質(zhì)輕的材料制造，如pu(聚氨酯)軟發(fā)泡材料等。

當球形機器人在平地上行走時，由于緩沖層130的存在，使得球殼1表面大致平齊，避免球形機器人行走過程中顛簸。當球形機器人越障時，球殼1接觸障礙物，所述緩沖層130下方未設(shè)置凸點120的區(qū)域能夠發(fā)生彈性形變，產(chǎn)生凹陷，所述緩沖層130下方設(shè)置有凸點120的區(qū)域相應(yīng)形成凸起，使得障礙物卡在所述緩沖層130內(nèi)部的兩個凸起之間，從而能夠順利越障。

優(yōu)選的，請結(jié)合參閱圖6，圖6為本發(fā)明的緩沖層結(jié)構(gòu)示意圖。所述緩沖層130內(nèi)表面與所述凸點120對應(yīng)位置設(shè)置有避空凹槽131。設(shè)置避空凹槽131的作用在于，在球形機器人進行越障時，障礙物與球殼1抵接，由于避空凹槽131的存在，能夠在緩沖層130上形成較大的凹陷，障礙物可以卡持于凹陷中，從而更好的實現(xiàn)越障功能。

請結(jié)合參閱圖7，圖7為圖6中的局部放大圖。優(yōu)選的，所述凸點120為錐臺狀。所述凸點120的大端貼附于所述支撐層110上。所述凸點120的小端與所述緩沖層130相抵接。進一步優(yōu)選的，所述凸點120的1/2錐角α1大于或等于20°?？梢岳斫獾氖?，將凸點設(shè)置為錐臺狀，同樣具有避空的作用，有利于在緩沖層130上形成凹陷，從而實現(xiàn)更好的越障效果。優(yōu)選的，所述避空凹槽131呈倒錐狀，所述避空凹槽131的1/2錐角α2大于或等于70°。同樣，是為了增大彈性形變量，增強越障效果。

優(yōu)選的，所述凸點120的高度h介于5-8mm之間。進一步優(yōu)選的，所述凸點120的高度h為7.5mm。

可以理解的是，在本發(fā)明的其他實施例中，所述多個凸點120還可以非均勻地分布于所述支撐層110上。所述凸點120可以是任意形狀，如柱形、錐形等；所述凸點120尺寸也可以根據(jù)實際需要確定。

本發(fā)明一種可能的實現(xiàn)方式中，所述球殼1還包括耐磨層(未示出)。所述耐磨層覆蓋于所述緩沖層130外表面。所述耐磨層用于直接接觸地面，其具有良好的耐磨性能、機械強度高。優(yōu)選的。耐磨層具有良好的電氣絕緣性能，起到保護球殼1內(nèi)部的零組件不受外界電流干擾的作用。優(yōu)選的，所述耐磨層可以采用硅膠材料制成。

本發(fā)明一種可能的實現(xiàn)方式中，所述球殼1還包括摩擦層(未示出)，所述摩擦層貼附于所述支撐層110內(nèi)側(cè)。所述摩擦層與所述行走驅(qū)動機構(gòu)2相接觸，所述行走驅(qū)動機構(gòu)2的驅(qū)動力作用于摩擦層。摩擦層的存在可以避免行走驅(qū)動機構(gòu)2與球殼1之間打滑，增加行走驅(qū)動機構(gòu)2與球殼1之間的傳動效率。可以理解的是，所述摩擦層應(yīng)當具有良好的耐磨性能。一種優(yōu)選的實施方式中，可采用噴uv漆的方式制造耐摩擦、高硬度的摩擦層。

圖8至圖18為本發(fā)明一種實施例提供的行走驅(qū)動機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。請參閱圖8至圖9-1，本發(fā)明實施例提供的一種球形機器人，包括球殼1、設(shè)于所述球殼1內(nèi)部的行走驅(qū)動機構(gòu)2、支撐臺4、固定于所述支撐臺4上的固定支架5。

所述行走驅(qū)動機構(gòu)2包括連接部20、一對驅(qū)動臂21、伸縮驅(qū)動部22、一對控制力矩陀螺系統(tǒng)3。連接部20設(shè)于所述固定支架5的支撐軸上、伸縮驅(qū)動部22固定連接于所述連接部20且沿著所述支撐軸50方向延伸，一對控制力矩陀螺系統(tǒng)3設(shè)于所述頭部驅(qū)動組件7與所述驅(qū)動輪201之間的容置空間內(nèi)，具體可以為球殼1中心的左右兩側(cè)，關(guān)于所述連接部20呈對稱分布，一對驅(qū)動臂21設(shè)于下半球腔03內(nèi)，轉(zhuǎn)動連接于所述連接部20，且關(guān)于所述支撐軸50對稱。所述固定支架5通過彈性支撐輪6連接至所述球殼1內(nèi)壁，可與所述行走驅(qū)動機構(gòu)2一起與所述球殼1相對轉(zhuǎn)動，以防止所述行走驅(qū)動機構(gòu)2在所述球殼1內(nèi)不穩(wěn)定。所述兩個控制力矩陀螺系統(tǒng)3之間設(shè)有反向同步齒輪組25，以帶動所述兩個控制力矩陀螺系統(tǒng)3反向同步偏擺。

所述驅(qū)動臂21遠離所述連接部20的一端設(shè)有驅(qū)動輪201、及驅(qū)動所述驅(qū)動輪201繞其中心軸自轉(zhuǎn)的第一電機202，所述驅(qū)動輪201與所述球殼1內(nèi)壁相接觸，所述驅(qū)動輪201在轉(zhuǎn)動過程中，在所述球殼1內(nèi)壁產(chǎn)生摩擦力從而帶動所述球殼1相對于所述行走驅(qū)動機構(gòu)2轉(zhuǎn)動，以實現(xiàn)球形機器人的行走。所述第一電機202與所述驅(qū)動輪201之間的傳動方式不局限于皮帶傳動，也可用其他傳動方式。

請參閱圖9-1及圖10，所述驅(qū)動臂21與所述伸縮驅(qū)動部22之間設(shè)有第一連桿23，所述伸縮驅(qū)動部22推動所述第一連桿23相對于所述連接部20做往復(fù)運動，帶動所述驅(qū)動臂21繞所述連接部20擺動以調(diào)節(jié)所述驅(qū)動輪201與所述球殼1的接觸位置來調(diào)節(jié)所述球形機器人的行走速度。

請參閱圖10及圖11，所述驅(qū)動輪201相對于所述球殼1做圓周運動，在所述驅(qū)動輪201速度一定下，其中，所述驅(qū)動輪201沿著半徑越大的圓運動，則球殼1行走速度越慢，所述驅(qū)動輪201沿著半徑越小的圓運動，則球殼1行走速度越快。通過調(diào)節(jié)驅(qū)動臂21的張開或收緊的角度，來調(diào)節(jié)所述驅(qū)動輪201相對在所述球殼1的接觸位置，即調(diào)節(jié)所述驅(qū)動輪201在所述球殼1內(nèi)壁相對運動的圓周半徑，在驅(qū)動輪201行走速度一定下，所述驅(qū)動輪201在所述球殼1內(nèi)壁沿著不同的圓周運動，則所述驅(qū)動輪201與所述球殼1之間的轉(zhuǎn)速比不同，從而實現(xiàn)在不影響電機效率的同時使所述球殼1行走無級變速。

請參閱圖12，控制力矩陀螺系統(tǒng)3包括控制力矩陀螺31和偏擺電機32，所述控制力矩陀螺31包括轉(zhuǎn)子311、軸承312、套設(shè)于所述轉(zhuǎn)子311外圍的轉(zhuǎn)子框架313及驅(qū)動所述轉(zhuǎn)子311繞其中心軸轉(zhuǎn)動的自轉(zhuǎn)電機314，所述自轉(zhuǎn)電機314設(shè)于所述轉(zhuǎn)子框架313上，通過帶動所述軸承312以帶動所述轉(zhuǎn)子311旋轉(zhuǎn)。所述偏擺電機32固定于所述轉(zhuǎn)子框架313上與所述控制力矩陀螺31一起相對于所述固定支架5偏擺。在所述球形機器人運動過程中，所述自轉(zhuǎn)電機314帶動所述轉(zhuǎn)子311繞軸承312高速旋轉(zhuǎn)，所述兩個控制力矩陀螺3的轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)方向相反。所述偏擺電機322固定于所述轉(zhuǎn)子框架324上與所述控制力矩陀螺31一起相對于所述固定支架320偏擺。所述兩個控制力矩陀螺系統(tǒng)3之間設(shè)有一組反向同步齒輪組25，以帶動所述兩個控制力矩陀螺系統(tǒng)3反向同步偏擺，這樣的設(shè)計一方面可以實現(xiàn)通過機械齒輪帶動所述兩個控制力矩陀螺系統(tǒng)3反向同步偏擺，以減少由兩個電機控制反向同步偏擺時出現(xiàn)偏擺延遲、偏擺的反向同步精度低的問題；另一方面，還可以實現(xiàn)減少電機數(shù)量、增大空間利用率及降低整機重量。

為了增大球形機器人在越障過程中轉(zhuǎn)動力矩，需要降低所述球殼1的轉(zhuǎn)動速度，此時，球形機器人通過控制所述第一電機202驅(qū)動所述伸縮驅(qū)動部22帶動所述第一連桿23相對于所述第一電機202運動，從而帶動所述驅(qū)動臂21收緊以實現(xiàn)在不影響所述電機效率的狀態(tài)下降低所述球殼1行走速度，為越障做準備。在球形機器人遇障(如較大坡度、地面突出物、樓梯等)時，障礙物會對所述球殼1產(chǎn)生干擾力矩以阻礙其運動，所述球殼1將該干擾力矩通過所述驅(qū)動輪201傳送至所述行走驅(qū)動機構(gòu)2，高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的所述控制力矩陀螺系統(tǒng)3受到所述干擾力矩作用，會自由偏擺產(chǎn)生一個與所述干擾力矩方向相反大小相等的進動力矩使球形機器人底盤穩(wěn)定，使得驅(qū)動力矩(驅(qū)動輪驅(qū)動球殼的力矩)全部轉(zhuǎn)遞給球殼以實現(xiàn)越障。在球形機器人受到較大干擾力矩干擾時，所述球形機器人控制高速旋轉(zhuǎn)下的所述控制力矩陀螺31以大于自由偏擺時的角速度偏擺，以增大所述進動力矩。所述控制力矩陀螺31產(chǎn)生的進動力矩一方面穩(wěn)定了所述行走驅(qū)動機構(gòu)，避免其發(fā)生翻轉(zhuǎn)，另一方面，將進動力矩通過所述固定支架5傳遞至驅(qū)動輪201，進而與驅(qū)動輪201的驅(qū)動力矩疊加后全部傳送至球殼1，從而提高球形機器人的越障爬坡性能及自動調(diào)整姿態(tài)平衡。

本申請實施例提供了一種球形機器人，驅(qū)動輪201與所述球殼1內(nèi)壁產(chǎn)生轉(zhuǎn)動摩擦力(牽引力矩)從而帶動所述球殼1行走；通過設(shè)置伸縮驅(qū)動部22和第一連桿23，伸縮驅(qū)動部22通過第一連桿23帶動所述驅(qū)動臂21繞所述連接部20擺動，從而改變所述驅(qū)動輪201與球殼1內(nèi)壁的接觸位置，在不影響電機功率下實現(xiàn)球形機器人行走時的無級變速；通過設(shè)置控制力矩陀螺系統(tǒng)3，當球形機器人遇障時，所述球殼1受到干擾力矩干擾，所述控制力矩陀螺系統(tǒng)3產(chǎn)生進動力矩，并結(jié)合所述驅(qū)動臂21使得所述球殼1的行走速度減小，在行走驅(qū)動機構(gòu)2傳送至所述球殼1的功率一定情況下，所述球殼1的轉(zhuǎn)動力矩增大，從而促進所述球形機器人越障，平衡所述球形機器人的姿態(tài)；通過在兩個控制力矩陀螺系統(tǒng)3之間設(shè)置反向同步齒輪組25，以帶動控制力矩陀螺系統(tǒng)3反向同步偏擺，使得控制力矩陀螺31之間的偏擺反向同步更加精確，從而使得兩個控制力矩陀螺系統(tǒng)3之間產(chǎn)生同向的進動力矩，增加球形機器人的穩(wěn)定性。

一種實施方式中，所述行走驅(qū)動機構(gòu)2中所述驅(qū)動輪201與所述球殼1之間的輸出行走速度比i為：

i＝(n1/n2)＝(l/r)∝(1/θ)(1)

其中，n1為所述驅(qū)動輪201的轉(zhuǎn)速，在所述第一電機202驅(qū)動功率不變的情況下，所述驅(qū)動輪201的轉(zhuǎn)速不變；n2為所述球殼1的轉(zhuǎn)速；r所述驅(qū)動輪201半徑，為不變量；l為所述驅(qū)動輪201相對于所述球殼1運動的圓周半徑；θ為所述驅(qū)動輪201中心到所述球殼1的中心的連線與豎直中心線之間的夾角。

由式(1)可知，所述一對驅(qū)動臂21張開的夾角θ越大，所述驅(qū)動輪201沿著所述球殼1運動的圓周半徑l越小，則所述驅(qū)動輪201與所述球殼1之間的輸出轉(zhuǎn)速比i就越小，所述球殼1的行走速度越快；所述一對驅(qū)動臂21張開的夾角θ越小，所述驅(qū)動輪201沿著所述球殼1運動的圓周半徑l越大，則所述驅(qū)動輪201與所述球殼1之間的輸出轉(zhuǎn)速比i就越大，所述球殼1的行走速度越慢。本實施例通過調(diào)節(jié)所述一對驅(qū)動臂21張開的夾角θ，即可實現(xiàn)所述球殼1的行走速度的調(diào)節(jié)，而且，由于所述一對驅(qū)動臂21張開的夾角θ可調(diào)連續(xù)變化，則所述驅(qū)動輪201與所述球殼1之間的輸出轉(zhuǎn)速比i也可調(diào)連續(xù)變化，從而實現(xiàn)了所述球殼1行走的無級變速調(diào)節(jié)。

請參閱圖13-1，當球形機器人越障或爬坡時，在電機輸出功率一定的情況下，為提供足夠大的轉(zhuǎn)動力矩，則需要較小的球殼1速度，即需要增大所述驅(qū)動輪201與所述球殼1之間的輸出轉(zhuǎn)速比，也就是驅(qū)動臂21張開的夾角θ較小。此時通過控制第二電機224帶動第一連接件223朝向所述第二電機224移動，第一連接件223通過第一連桿23帶動驅(qū)動臂21繞所述連接部20朝向所述第一連接件223轉(zhuǎn)動，從而使一對驅(qū)動臂21收緊，從而得到減小的夾角θ1，此時驅(qū)動輪201沿著直徑為a1c1、b1d1的圓周運動。由式(1)可知，此時行走速度比i增大，球殼1速度減小，從而球形機器人獲得更大的越障驅(qū)動力矩。

請參閱圖13-2，當球形機器人在平地行走時，需要提高機器人的移動速度，即要增大所述球殼1的行走速度，需要減小所述驅(qū)動輪201與所述球殼1之間的輸出行走速度比，也就是驅(qū)動臂21張開的夾角θ較大。此時通過控制第二電機224推動第一連接件223朝向所述連接部20移動，第一連接件223通過第一連桿23帶動驅(qū)動臂21繞所述連接部20朝遠離所述第一連接件223方向轉(zhuǎn)動，從而使一對驅(qū)動臂21伸展開，從而得到較大的夾角θ2，此時驅(qū)動輪201沿著直徑為a2c2、b2d2的圓周運動。由式(1)可知，此時行走速度比i減小，球殼1速度增加，從而實現(xiàn)球形機器人獲得更快的行走速度。

由上可知，通過改變驅(qū)動臂21張開的夾角θ，即可根據(jù)需求在一定范圍內(nèi)任意改變轉(zhuǎn)速比i，從而使得所述球殼1實現(xiàn)無級變速。

在本申請實施方式中，所述一對驅(qū)動臂21交點可以位于球殼1中心處，及所述連接部20設(shè)于所述球殼1中心，也可以不位于球殼1中心處，本申請對于所述一對驅(qū)動臂21交點相對于所述球殼1中的位置不做限制。

請參閱圖14-1及圖14-2，所述伸縮驅(qū)動部22包括第一導(dǎo)軌221、將所述第一導(dǎo)軌221固定于所述連接部20的導(dǎo)軌固定件222、套設(shè)于所述第一導(dǎo)軌221上的第一連接件223及設(shè)于所述第一導(dǎo)軌221遠離所述連接部20的一端的第二電機224，所述第二電機224用以驅(qū)動所述第一連接件223沿所述第一導(dǎo)軌221滑動。

所述第一連桿23包括相對設(shè)置的第一端232和第二端233，所述第一端232和所述第二端233分別轉(zhuǎn)動連接于所述第一連接件223和所述驅(qū)動臂21；所述第一連接件223沿所述第一導(dǎo)軌221滑動，帶動所述第一連桿23相對于所述連接部20做往復(fù)運動，且?guī)铀鲵?qū)動臂21繞所述連接部20擺動。

可以理解的，所述第二電機224不局限于采用螺桿式電機或直線電機，也可以采用液壓缸、氣缸或其他可實現(xiàn)將驅(qū)動臂21擺動的其他連桿機構(gòu)。

一種實施方式中，所述第一導(dǎo)軌221兩端還設(shè)有第一限位件225、226，所述第一限位件225、226用于所述第一連接件223沿所述第一導(dǎo)軌221滑動的兩個端點位置的限位。所述第一限位件225、226可以為限位阻尼塊，也可用限位開關(guān)或其他限位方式替代。所述第一限位件225、226的材質(zhì)可以為橡膠等耐磨材料，一方面對第一連接件223起到了緩沖減震作用，另一方面，減少對第一連接件223的磨損，延長其使用壽命。

請參閱圖14-1及圖14-2，所述驅(qū)動臂21還包括連接于所述連接部20與所述驅(qū)動輪201之間的第二連桿32；所述第二連桿32上設(shè)有第二連接件229，所述第一連桿23的第二端233轉(zhuǎn)動連接于所述第二連接件229。所述第一連接件223沿所述第一導(dǎo)軌221朝向所述連接部20滑動過程，使得所述第一連桿23始終推動所述驅(qū)動臂21繞所述連接部20轉(zhuǎn)動，以增大所述驅(qū)動臂21繞著所述連接部20伸展的角度。具體而言，第二電機224推動第一連接件223朝向所述連接部20運動過程中，所述第一連桿23始終保持向上推動所述第二連接件229，進而推動驅(qū)動臂21張開，直到第一連接件223位于最頂端時，即最靠近所述連接部20的位置時，此時驅(qū)動臂21張開的夾角θ最大，這樣的設(shè)計可獲得較大的驅(qū)動臂21張開的夾角θ，同時第一連接件223移動距離較小，可簡化和減少伸縮驅(qū)動部22的結(jié)構(gòu)，從而減少行走驅(qū)動機構(gòu)2占據(jù)的空間，便于其他結(jié)構(gòu)的布局。

請參閱圖15，所述驅(qū)動輪201與所述第二連桿32之間設(shè)有彈性連接件24，所述彈性連接件24沿著所述驅(qū)動臂21方向伸縮，在所述球形機器人運動過程中起到緩沖減震作用及為所述驅(qū)動輪201與所述球殼1之間提供接觸壓力的作用。一種實施方式中，所述彈性連接件24包括彈簧241、設(shè)于所述彈簧241相對兩側(cè)的第二導(dǎo)軌242、及設(shè)于所述第二導(dǎo)軌242上的滑塊243，所述第二導(dǎo)軌242一端固定連接于所述第二連桿32，另一端朝向所述驅(qū)動輪201方向延伸，所述第二導(dǎo)軌242兩端設(shè)有第二限位件244、245，第二限位件244、245用于限制所述滑塊243的滑動位置。所述滑塊243一端設(shè)于所述第二導(dǎo)軌242上，可相對于所述第二導(dǎo)軌242滑動，另一端固定于所述驅(qū)動輪201，所述彈簧241固定于所述第二連桿32與所述驅(qū)動輪201之間，且處于壓縮狀態(tài)，以便于為所述驅(qū)動輪201與所述球殼1之間提供接觸壓力。此外，在球形機器人運動過程中，所述彈簧241可通過其壓縮量的變化確保驅(qū)動輪201始終與球殼1緊密接觸以便于增大所述驅(qū)動輪201所述球殼1之間的傳動效率。其他實施方式中，所述彈性連接件24也可以是彈性橡膠、彈性塑料等其他的彈性元件，在本申請中，不對所述彈性連接件24的具體結(jié)構(gòu)進行限制。

請參閱圖9-1，所述彈性支撐輪6包括彈性件61和的支撐輪62，所述支撐輪62與所述球殼1內(nèi)壁相接觸。支撐輪62還可以為滾珠。彈性件61可以設(shè)置為彈簧、彈性橡膠等彈性件，所述彈性件處于壓縮狀態(tài)，起到緩沖保護作用，及壓縮狀態(tài)的所述彈性件確保在運動過程中，所述驅(qū)動輪與所述球殼接觸，甚至給予所述驅(qū)動輪一定的接觸壓力。

請參閱圖9-1、圖9-2及圖16，一種實施方式中，所述固定支架5包括連接于所述連接部20相對兩側(cè)的一對環(huán)形支架5a，所述環(huán)形支架5a包括相對設(shè)置的第三端51、第四端52及設(shè)于所述第三端51和第四端52之間的連接部20。所述兩個控制力矩陀螺系統(tǒng)3包括關(guān)于所述連接部20對稱分布的第一控制力矩陀螺系統(tǒng)3a和第二控制力矩陀螺系統(tǒng)3b。所述第一控制力矩陀螺系統(tǒng)3a和所述第二控制力矩陀螺系統(tǒng)3b分別設(shè)于所述第三端51與所述連接部20、所述第四端52與所述連接部20之間，且分別通過第一偏擺軸和第二偏擺軸與所述環(huán)形支架5a之間轉(zhuǎn)動連接。第一控制力矩陀螺系統(tǒng)3a包括第一偏擺電機32a和第一控制力矩陀螺3a，第二控制力矩陀螺系統(tǒng)3b包括第二偏擺電機32b和第二控制力矩陀螺3b，所述第一偏擺電機32a、第二偏擺電機32b分別帶動所述第一控制力矩陀螺3a繞第一偏擺軸33a偏擺、第二控制力矩陀螺3b繞第二偏擺軸33b偏擺。

請參閱圖12及圖16，所述偏擺電機32設(shè)于所述控制力矩陀螺31上且遠離所述連接部20的一端，所述第三端51設(shè)有第一齒輪511，所述偏擺電機32設(shè)有與所述第一齒輪511相嚙合的第二齒輪512，所述偏擺電機32通過帶動所述第二齒輪512相對于所述第一齒輪511偏擺，以帶動所述控制力矩陀螺系統(tǒng)3繞所述偏擺軸33偏擺。

請參閱圖16，一種實施方式中，所述支撐臺4設(shè)有第一軸向y，所述驅(qū)動輪201關(guān)于所述第一軸向y對稱分布，且所述兩個控制力矩陀螺系統(tǒng)3a、3b的所述偏擺軸33a、33b的延伸方向沿著所述第一軸向y的方向延伸。當所述球形機器人沿y正方向行走遇到障礙時，球形機器人控制驅(qū)動臂21相對于所述伸縮驅(qū)動部22收緊，以增大所述球殼1與所述驅(qū)動輪201之間的行走速度比，從而降低球殼的行走速度，為球殼越障做準備。由于障礙的干擾力矩，驅(qū)動輪201的驅(qū)動力矩無法全部傳遞給球殼1，使得部分驅(qū)動力矩傳遞給位于球殼1內(nèi)部的連接部20，這時控制力矩陀螺系統(tǒng)3將發(fā)生進動而產(chǎn)生進動力矩平衡上述的部分驅(qū)動力矩，以穩(wěn)定球殼1內(nèi)部的連接部20并增加驅(qū)動輪201與所述球殼1之間的傳動效率，使驅(qū)動輪201的驅(qū)動力矩全部傳遞給球殼1從而實現(xiàn)越障，進而避免球殼1內(nèi)部的行走驅(qū)動機構(gòu)將在球殼1內(nèi)發(fā)生翻滾，球殼1無法獲得最大驅(qū)動力矩實現(xiàn)越障。

本申請實施例中，對于所述控制力矩陀螺系統(tǒng)3的排布方式可以采用如下方式：當越障需要的進動力矩方向沿第一軸向y時，控制力矩陀螺系統(tǒng)3的偏擺軸向沿x方向布置；反之，當越障需要的進動力力矩方向沿x軸時，控制力矩陀螺系統(tǒng)3的偏擺軸向沿第一軸向y方向布置。

本申請實施例中，球形機器人通過控制兩個控制力矩陀螺系統(tǒng)3a、3b的轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)方向相反，并通設(shè)置反向同步齒輪25確保所述控制力矩陀螺系統(tǒng)3a、3b偏擺方向相反同步，使得所述兩個控制力矩陀螺系統(tǒng)3a、3b產(chǎn)生同向的進動力矩。

請參閱圖17和圖18，所述反向同步齒輪組25固定于所述連接部20，包括相對設(shè)置的第三齒輪251、第四齒輪252及與所述第三齒輪251和所述第四齒輪252相嚙合的中間齒輪255，所述第三齒輪251和所述第四齒輪252分別固接于所述第一控制力矩陀螺系統(tǒng)3a的轉(zhuǎn)子框架和所述第二控制力矩陀螺系統(tǒng)3b的轉(zhuǎn)子框架，所述中間齒輪255的傳動作用使得所述第三齒輪251和所述第四齒輪252轉(zhuǎn)向相反，使得所述第一控制力矩陀螺系統(tǒng)3a和所述第二控制力矩陀螺系統(tǒng)3b反向同步偏擺。在本實施方式中，通過在所述兩個控制力矩陀螺31之間設(shè)置反向同步齒輪組25，這樣的設(shè)計一方面可以實現(xiàn)通過機械齒輪帶動所述兩個控制力矩陀螺系統(tǒng)3a、3b反向同步偏擺，以減少由兩個電機控制反向同步偏擺時出現(xiàn)偏擺延遲、偏擺的反向同步精度低的問題；另一方面，還可以實現(xiàn)減少電機數(shù)量，增大空間利用率及降低整機重量。

請參閱17和圖18，一種實施方式中，所述中間齒輪255包括相互嚙合的第五齒輪253和第六齒輪254，所述第三齒輪251與所述第五齒輪253相嚙合，所述第四齒輪252與所述第六齒輪254相嚙合，所述第三齒輪251與所述第六齒輪254的轉(zhuǎn)向相同，所述第四齒輪252與所述第五齒輪253的轉(zhuǎn)向相同，且與所述第三齒輪251與所述第四齒輪252的轉(zhuǎn)向相反，偏擺效果圖如圖18所示。

一種實施方式中，所述第三齒輪251、所述中間齒輪255與所述第四齒輪252均為漸開線直齒輪。本實施方式相對于上述實施方式，減少了中間齒輪255的個數(shù)。

在其他實施方式，反向同步齒輪組25還可以為其他的結(jié)構(gòu)。本申請在所述兩個控制力矩陀螺31之間設(shè)有反向同步齒輪組25，使得所述兩個控制力矩陀螺31的偏擺方向反向同步，可以使得兩個控制力矩陀螺31產(chǎn)生同向的進動力矩，從而保證球形機器人的穩(wěn)定性。

圖19至圖21為本發(fā)明實施例的頭部驅(qū)動組件7的結(jié)構(gòu)示意圖。請參閱圖19，行走驅(qū)動機構(gòu)2與所述頭部驅(qū)動組件7相互獨立工作。也就是說，無論所述行走驅(qū)動機構(gòu)2是否工作，所述頭部驅(qū)動組件7均能驅(qū)動所述頭部組件01繞所述球殼1的球心轉(zhuǎn)動。即包括如下情況：

1.球形本體機器人保持原地靜止，即所述球殼1靜止，所述頭部驅(qū)動組件7驅(qū)動所述頭部組件01繞所述球殼1的球心轉(zhuǎn)動。

2.球形本體機器人為行進狀態(tài)，即所述球殼1為滾動狀態(tài)，所述頭部驅(qū)動組件7驅(qū)動所述頭部組件01繞所述球殼1的球心轉(zhuǎn)動。

請結(jié)合參閱圖20和圖21，圖20為本發(fā)明頭部驅(qū)動組件結(jié)構(gòu)示意圖。圖21為圖20中的頭部驅(qū)動組件省略盾及底盤后的的另一種視圖。

具體的，所述頭部驅(qū)動組件7包括導(dǎo)軌組件71、驅(qū)動單元和盾73。所述導(dǎo)軌組件71與所述行走驅(qū)動機構(gòu)2固定連接。所述驅(qū)動單元連接所述導(dǎo)軌組件71及所述盾73，所述驅(qū)動單元用于驅(qū)動所述盾73在所述導(dǎo)軌組件71上運動。所述盾73可以大致呈圓形框架結(jié)構(gòu)，盾73上設(shè)置有第一磁體731，所述頭部組件01上相應(yīng)設(shè)置有第二磁體(未示出)，所述第一磁體731與所述第二磁體磁性相吸使得所述頭部組件01貼附于所述球殼1外表面，并且所述頭部組件01與所述盾73在磁力的作用下保持大致的相對靜止。也就是說，所述頭部組件01會隨著所述盾73的運動而運動。所述驅(qū)動單元驅(qū)動所述盾73在所述導(dǎo)軌組件71上運動，以使得所述頭部組件01在所述球殼1的外表面相應(yīng)運動。優(yōu)選的，所述盾73與所述球殼1內(nèi)表面之間留有間隙，以減小所述盾73在運動過程中與球殼1內(nèi)表面接觸的摩擦力。

可以理解的是，所述第一磁體731和所述第二磁體中至少有一個為磁鐵，另一個可以為磁鐵或者鐵塊，此處不以為限。

本發(fā)明的球形機器人包括球殼1、設(shè)置于所述球殼1外表面的頭部組件01和收容于所述球殼1內(nèi)部的頭部驅(qū)動組件7，所述頭部驅(qū)動組件7包括導(dǎo)軌組件71、驅(qū)動單元和盾73，所述驅(qū)動單元連接所述導(dǎo)軌組件71及所述盾73，所述驅(qū)動單元用于驅(qū)動所述盾73在所述導(dǎo)軌組件71上運動，所述頭部組件01會隨著所述盾73的運動而運動，無論所述球形機器人處于靜止或滾動狀態(tài)，均可以通過頭部驅(qū)動組件7控制頭部組件01的運動，實現(xiàn)對頭部組件01的單獨控制，提升了球形機器人的靈活性和操控體驗。

本發(fā)明一種可能的實現(xiàn)方式中，所述驅(qū)動單元包括導(dǎo)向滑塊722、第一驅(qū)動電機721和第一導(dǎo)軌齒輪723。所述導(dǎo)向滑塊722大致呈“冂”狀，所述導(dǎo)向滑塊722的兩個內(nèi)側(cè)壁上各設(shè)置有導(dǎo)向滑輪726。具體的，所述導(dǎo)向滑輪726與滑輪固定架(未編號)轉(zhuǎn)動連接，所述滑輪固定架固定于所述導(dǎo)向滑塊722內(nèi)側(cè)。所述導(dǎo)向滑輪726的旋轉(zhuǎn)軸垂直于所述導(dǎo)向滑塊722的頂部。所述盾73連接于所述導(dǎo)向滑塊722的頂部上，所述導(dǎo)向滑塊722運動時，所述盾73跟隨所述導(dǎo)向滑塊722一起運動。所述導(dǎo)軌組件71包括第一弧形導(dǎo)軌711和底盤712，所述第一弧形導(dǎo)軌711連接于所述底盤712上，所述底盤712與所述行走驅(qū)動機構(gòu)2連接。所述第一弧形導(dǎo)軌711包括兩個第一連接段7111和連接在兩個第一連接段之間的第一弧形段7112，所述兩個第一連接段7111對稱設(shè)置，所述兩個第一連接段7111的對稱面經(jīng)過所述球殼1的球心。這樣設(shè)置的目的在于，當所述導(dǎo)向滑塊722在所述第一弧形導(dǎo)軌711上移動時，帶動所述盾73及所述頭部組件01能夠繞所述球殼1球心運動，保證盾73與頭部組件01之間距離保持不變，頭部組件01與盾73之間的磁力穩(wěn)定，避免頭部組件01晃動，避免頭部組件01從所述球殼1外表面脫離。所述第一弧形導(dǎo)軌711通過所述第一連接段7111連接于所述底盤712?？梢岳斫獾氖?，假如所述第一弧形導(dǎo)軌711的剛度足夠的話，所述第一連接段7111的數(shù)量還可以為一個。所述第一弧形段7112外周面上設(shè)置有多個第一導(dǎo)軌齒牙7113，所述第一弧形段的兩個側(cè)面上各設(shè)置有一導(dǎo)向條7114。所述導(dǎo)向滑塊722安裝于所述第一弧形導(dǎo)軌711，并且每一所述導(dǎo)向滑輪726卡接于一所述導(dǎo)向條7114上，所述導(dǎo)向滑輪726在所述導(dǎo)向條7114上移動以限制所述導(dǎo)向滑塊722的移動方向。

所述第一驅(qū)動電機721與所述導(dǎo)向滑塊722固定連接，所述第一驅(qū)動電機721的轉(zhuǎn)軸上固定有所述第一導(dǎo)軌齒輪723，所述第一導(dǎo)軌齒輪723與所述第一導(dǎo)軌齒牙7113嚙合設(shè)置。所述第一驅(qū)動電機721帶動所述第一導(dǎo)軌齒輪723轉(zhuǎn)動，所述第一導(dǎo)軌齒輪723與所述第一導(dǎo)軌齒牙7113的嚙合作用，使得所述導(dǎo)向滑塊722在所述第一弧形導(dǎo)軌711上移動?？梢岳斫獾氖牵瑢?dǎo)向滑塊722在所述第一弧形導(dǎo)軌711上移動，帶動與所述導(dǎo)向滑塊722連接的盾73一起移動，由于所述頭部組件01與所述盾73之間保持相對靜止且貼附于與球殼1外表面。即所述頭部組件01可以在所述球殼1外表面運動。

本發(fā)明一種可能的實現(xiàn)方式中，所述導(dǎo)軌組件71還包括第二弧形導(dǎo)軌713。所述驅(qū)動單元還包括第二驅(qū)動電機724和第二導(dǎo)軌齒輪725。具體的，所述第一弧形導(dǎo)軌711通過所述兩個第一連接段7111轉(zhuǎn)動連接于所述底盤712。優(yōu)選的，所述底盤712可以為碳纖維材料制成。進一步具體的，兩個所述第一連接段7111上各設(shè)置有轉(zhuǎn)軸7110，所述第一弧形導(dǎo)軌711通過所述轉(zhuǎn)軸7110與所述底盤712轉(zhuǎn)動連接，并且所述轉(zhuǎn)軸7110與所述第二弧形導(dǎo)軌713的圓心共線。這樣設(shè)置的目的在于，當所述第一弧形導(dǎo)軌711繞所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，帶動所述盾73及頭部組件01繞所述球殼1的球心運動，保證盾73與頭部組件01之間距離保持不變，頭部組件01與盾73之間的磁力穩(wěn)定，避免頭部組件01晃動。所述第二驅(qū)動電機724驅(qū)動用于驅(qū)動所述第一弧形導(dǎo)軌711繞所述轉(zhuǎn)軸7110轉(zhuǎn)動。具體的，所述第二導(dǎo)軌齒輪725與所述第二驅(qū)動電機724轉(zhuǎn)軸連接。所述第二弧形導(dǎo)軌713的包括兩個第二連接段7116及連接在兩個第二連接段7116之間的第二弧形段7117，所述第二弧形導(dǎo)軌713的兩個第二連接段7116對稱設(shè)置，且其對稱面通過所述球殼1的球心。這樣設(shè)置的目的在于，當所述第二驅(qū)動電機724驅(qū)動所述第二導(dǎo)軌齒輪725在所述第二弧形導(dǎo)軌713上移動時，所述第一弧形導(dǎo)軌711恰好繞所述轉(zhuǎn)軸7110轉(zhuǎn)動。具體的，所述第二弧形導(dǎo)軌713通過所述第二連接段7116固定于所述底盤712上。所述第二弧形段7117的外周面上設(shè)置有第二導(dǎo)軌齒牙7118。所述第二驅(qū)動電機724與所述第一弧形導(dǎo)軌711的第一連接段固定連接，所述第二導(dǎo)軌齒輪725與所述第二導(dǎo)軌齒牙7118嚙合設(shè)置。所述第二驅(qū)動電機724帶動所述第二導(dǎo)軌齒輪725轉(zhuǎn)動，由于所述第二導(dǎo)軌齒輪725與所述第二導(dǎo)軌齒牙7118的嚙合作用，使得所述第二導(dǎo)軌齒輪725在所述第二弧形導(dǎo)軌713上相對移動，帶動所述第一弧形導(dǎo)軌711繞所述轉(zhuǎn)軸7110轉(zhuǎn)動。

本發(fā)明一種可能的實現(xiàn)方式中，所述第一弧形導(dǎo)軌711所在的平面與所述第二弧形導(dǎo)軌713所在的平面互相垂直。這樣設(shè)置的好處在于，所述導(dǎo)向滑塊722和盾73(在由所述第一弧形導(dǎo)軌711及所述第二弧形導(dǎo)軌713組成的導(dǎo)軌組件71上運動時)具有兩個垂直方向的自由度，保證所述頭部組件01能夠在所述球殼1上實現(xiàn)兩個自由度的運動。

可以理解的是，對于頭部組件01而言，頭部組件01具有一定的重量，因此頭部組件01相對于所述球殼1的球心的擺動角度不能過大。擺動的角度過大會造成頭部組件01從所述球殼1上脫落。經(jīng)過反復(fù)多次試驗可知，當頭部組件01相對于球殼1頂部的擺動的角度超過47°時，頭部組件01從球殼1上脫落的概率會急劇上升。因此，應(yīng)當保證頭部組件01相對于最高點時的偏擺角度小于或等于47°。也就是說，所述第一弧形導(dǎo)軌711的圓心角小于或等于90°，且所述第二弧形導(dǎo)軌713的圓心角小于或等于90°。優(yōu)選的，所述第一弧形導(dǎo)軌711的圓心角及所述第二弧形導(dǎo)軌713的圓心角為80°。

本發(fā)明一種可能的實現(xiàn)方式中，所述盾73之遠離所述驅(qū)動單元的面上設(shè)置有第一萬向輪，所述盾73及所述第一萬向輪與所述球殼1內(nèi)表面之間留有間隙。具體的，所述第一萬向輪可以為萬向球輪或者麥克納姆輪。所述第一萬向輪的作用在于，當球形本體機器人運動過程中，所述盾73有可能會由于震動而與球殼1內(nèi)表面發(fā)生接觸，此時通過所述第一萬向輪可以減小盾73與球殼1內(nèi)表面接觸時的摩擦阻力?？梢岳斫獾氖牵斍蛐螜C器人處于靜止狀態(tài)時，所述盾73及設(shè)置于盾73上的第一萬向輪與所述球殼1內(nèi)表面之間留有間隙，使得所述盾73與所述第一萬向輪與所述球殼1內(nèi)表面之間恰好不接觸，從而減小盾73運動時的阻力。

本發(fā)明一種可能的實現(xiàn)方式中，所述頭部組件01包括主體11、底座12和第三驅(qū)動電機(未示出)。所述底座12貼附于所述球殼1外表面，所述第三驅(qū)動電機連接在所述底座12與所述主體11之間，所述第三驅(qū)動電機驅(qū)動所述主體11相對于所述底座12轉(zhuǎn)動。可選的，上述第二磁體可以收容于所述主體11中。所述底座12之靠近所述球殼1的端面上設(shè)置有第二萬向輪13。所述第二萬向輪13的數(shù)量為多個，所述多個第二萬向輪13均勻分布于所述底座之靠近所述球殼1的端面上。所述第二萬向輪13與所述球殼1相抵接。所述第二萬向輪13能夠減小頭部組件01與球殼1相對運動時的摩擦力。具體的，所述第二萬向輪13可以為麥克納姆輪或者萬向球輪等。綜上所述，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，但該較佳實施例并非用以限制本發(fā)明，該領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍以權(quán)利要求界定的范圍為準。

本申請?zhí)峁┑囊环N球形機器人，包括球形本體0和磁吸于所述球形本體0上的頭部組件01，球形本體0與頭部組件的01均可獨立運動，所述頭部組件01可沿所述球形本體0外壁自由滑動且相對于所述球形本體0自轉(zhuǎn)，可增加所述頭部組件01的功能性及趣味性；頭部驅(qū)動組件7包括導(dǎo)軌組件71、驅(qū)動單元和盾73，驅(qū)動單元驅(qū)動導(dǎo)軌組件71和盾73運動以實現(xiàn)所述頭部組件01在所述球殼1表面自由滑動；行走驅(qū)動機構(gòu)2通過驅(qū)動輪201與球殼1之間的摩擦力驅(qū)動所述球殼1行走，所述行走驅(qū)動機構(gòu)2可不影響電機效率下實現(xiàn)球形機器人行走時的無級變速，在遇到行走障礙，且驅(qū)動輪201的驅(qū)動力矩足以使得所述球形機器人越障時，所述控制力矩陀螺3可通過自由偏擺以產(chǎn)生進動力矩從而穩(wěn)定球形機器人的底盤，增加驅(qū)動輪201與所述球殼1之間的傳動效率，進而使得驅(qū)動輪201的驅(qū)動力矩全部傳遞給球殼1，從而使球形機器人越過障礙。當驅(qū)動輪201的驅(qū)動力矩不足以越障時，球形機器人通過控制偏擺電機32帶動所述控制力矩陀螺以大于自由偏擺時的角速度偏擺，以在短時間內(nèi)獲得較大的進動力矩，該進動力矩與驅(qū)動輪201的驅(qū)動力矩疊加以實現(xiàn)越障；所述球殼1上設(shè)有凸點120，凸點120之間形成凹陷，所述凹陷可與障礙突出部相卡持，為所述球殼1越障提供支撐點，防止所述球形機器人所述球殼1打滑。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。