本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種球形機(jī)器人。

背景技術(shù)：

球形機(jī)器人是指利用球體的滾動(dòng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人，可以實(shí)現(xiàn)全方位運(yùn)動(dòng)，與地面是單點(diǎn)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(jī)器人容易出現(xiàn)的傾倒失穩(wěn)現(xiàn)象。機(jī)器人的重要部件均包容在球體內(nèi)部，受到球體外殼良好的保護(hù)，不容易因破壞而失效。采取合適的密封措施，可以使球形機(jī)器人的外殼具備防水能力，進(jìn)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。

現(xiàn)有技術(shù)中，球形機(jī)器人沒有頭部結(jié)構(gòu)，無法在球形機(jī)器人上安裝需要相對球體穩(wěn)定且需要暴露于球體外的功能器件，例如激光雷達(dá)、攝像頭等，使得球形機(jī)器人的功能受限，智能化低，無法滿足多種使用環(huán)境的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種球形機(jī)器人，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中球形機(jī)器人的功能受限，智能化低，無法滿足多種使用環(huán)境的需求的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種球形機(jī)器人，所述球形機(jī)器人包括頭部和球體，所述球體包括球殼及位于所述球殼內(nèi)的頭部連接機(jī)構(gòu)，所述頭部連接機(jī)構(gòu)包括底盤、直桿及盾，所述底盤接觸所述球殼內(nèi)壁，所述直桿固定連接于所述底盤與所述盾之間，所述頭部包括基座、托盤支架、功能器件及傳動(dòng)齒輪組，所述基座磁性連接所述球體，所述傳動(dòng)齒輪組安裝于所述基座上，所述托盤支架位于所述基座上并通過所述傳動(dòng)齒輪組與所述基座轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述功能器件固定于所述托盤支架上，所述功能器件用于識(shí)別工作環(huán)境，所述傳動(dòng)齒輪組驅(qū)動(dòng)所述托盤支架及所述功能器件相對所述基座轉(zhuǎn)動(dòng)。

進(jìn)一步，所述球形機(jī)器人還包括套設(shè)于所述直桿上的固定板，所述固定板位于所述底盤與所述盾之間，并固定連接所述盾，所述底盤與所述固定板之間還通過繩索連接。

進(jìn)一步，所述繩索的數(shù)量為偶數(shù)個(gè)，并且對稱連接所述固定板的邊緣與所述底盤的邊緣。

進(jìn)一步，所述盾面對所述頭部的一側(cè)設(shè)有萬向滾輪，用于減小所述盾與所述球殼內(nèi)壁的摩擦力。

進(jìn)一步，所述頭部還包括與所述基座轉(zhuǎn)動(dòng)連接的上蓋，所述上蓋固定連接所述托盤支架，所述上蓋與所述基座形成封閉的殼體并容納所述托盤支架、所述功能器件及所述傳動(dòng)齒輪組。

進(jìn)一步，所述托盤支架設(shè)有定位凹槽，所述上蓋對應(yīng)所述定位凹槽設(shè)有定位凸起，并且所述定位凸起與所述定位凹槽過盈配合。

進(jìn)一步，所述定位凹槽的截面為矩形。

進(jìn)一步，所述上蓋與所述基座通過止口連接，并且在凸止口與凹止口之間設(shè)有聚四氟乙烯層，用于減小所述上蓋與所述基座之間相對轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦力。

進(jìn)一步，所述頭部還包括供電器件和導(dǎo)電滑環(huán)，所述供電器件固定于所述基座內(nèi)，所述導(dǎo)電滑環(huán)位于所述從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，并電連接所述供電器件與所述功能器件，以防止連接所述供電器件與連接所述功能器件的導(dǎo)線纏繞打結(jié)。

進(jìn)一步，所述基座為聚氨酯發(fā)泡材料，用于降低所述球體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所述球體顛簸對所述頭部的振動(dòng)。

本發(fā)明的有益效果如下：通過底盤和直桿穩(wěn)定盾，盾磁性連接頭部，從而使裝配有多種功能器件的頭部平穩(wěn)的吸附于球體的球殼上，進(jìn)一步的，功能器件固定于托盤支架上并通過頭部內(nèi)置的傳動(dòng)齒輪組驅(qū)動(dòng)托盤支架相對基座旋轉(zhuǎn)，從而使功能器件改變工作狀態(tài)，例如攝像頭通過頭部旋轉(zhuǎn)改變拍攝角度等，豐富了球形機(jī)器人的功能，球形機(jī)器人的智能化高，能夠滿足多種使用環(huán)境的需求。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述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(shí)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(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的明顯變形方式。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的球形機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2和圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的球形機(jī)器人的球體內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的球形機(jī)器人的控制力矩陀螺的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5和圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的球形機(jī)器人的行走驅(qū)動(dòng)組件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的球形機(jī)器人的行走方向示意圖。

圖8和圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的球形機(jī)器人的頭部連接機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10為本發(fā)明實(shí)施例提供的球形機(jī)器人的第一固定件的示意圖。

圖11為本發(fā)明實(shí)施例提供的球形機(jī)器人的第二固定件的示意圖。

圖12為本發(fā)明實(shí)施例提供的機(jī)器人頭部整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖13和圖14為本發(fā)明實(shí)施例提供的機(jī)器人頭部的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖15為本發(fā)明實(shí)施例提供的機(jī)器人頭部的截面示意圖。

圖16為本發(fā)明實(shí)施例提供的機(jī)器人頭部的托盤支架與上蓋的連接處截面圖。

圖17為本發(fā)明實(shí)施例提供的機(jī)器人頭部的上蓋與基座的止口連接處截面示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請一并參閱圖1、圖2及圖3，球形機(jī)器人包括頭部2和球體1，球體1包括球殼10及位于球殼10內(nèi)的行走驅(qū)動(dòng)組件12、頭部連接機(jī)構(gòu)14及控制力矩陀螺16，頭部連接機(jī)構(gòu)14包括相互連接的底盤142和盾144，盾144抵接殼體的內(nèi)壁102，并磁性連接頭部2以使頭部2吸附于球殼10的外壁104，行走驅(qū)動(dòng)組件12設(shè)置于底盤142上并接觸球殼10內(nèi)壁102以驅(qū)動(dòng)球殼10轉(zhuǎn)動(dòng)，控制力矩陀螺16安裝于底盤142上，用于平衡球形機(jī)器人的姿態(tài)。結(jié)合圖4，本實(shí)施例中，控制力矩陀螺16包括轉(zhuǎn)子160、轉(zhuǎn)子框架162及驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子160繞其中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自轉(zhuǎn)電機(jī)164，轉(zhuǎn)子160通過轉(zhuǎn)子框架162安裝于底盤142上。具體的，轉(zhuǎn)子框架162包括擺動(dòng)支架162a與轉(zhuǎn)子固定框架162b，擺動(dòng)支架162a固定安裝于底盤142，并連接轉(zhuǎn)子固定框架162b的擺動(dòng)轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)子固定框架162b通過連接轉(zhuǎn)子160的轉(zhuǎn)動(dòng)軸使轉(zhuǎn)子160可轉(zhuǎn)動(dòng)的安裝于轉(zhuǎn)子固定框架162b上，轉(zhuǎn)子160可以與轉(zhuǎn)子固定框架162b一起以轉(zhuǎn)子固定框架162b的擺動(dòng)轉(zhuǎn)軸為轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)。進(jìn)一步的，擺動(dòng)支架162a上設(shè)有擺動(dòng)電機(jī)162c以控制轉(zhuǎn)子160以轉(zhuǎn)子固定框架162b的擺動(dòng)轉(zhuǎn)軸為轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)。一種較佳的實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)子框架162為碳素纖維材料，保證轉(zhuǎn)子框架162一定的強(qiáng)度的同時(shí)降低了球形機(jī)器人整體的重量。

球形機(jī)器人在越障時(shí)，球殼10會(huì)受到外力矩，球殼10將外力矩傳送至行走驅(qū)動(dòng)組件12及底盤142，從而干擾球形機(jī)器人繼續(xù)運(yùn)動(dòng)和穩(wěn)定性。底盤142上高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的控制力矩陀螺16受到外力矩作用會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反饋力矩，反饋力矩與外力矩方向相反，且反饋力矩的大小與高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的控制力矩陀螺16的偏轉(zhuǎn)角速度成正比，偏擺角速度越高，反饋力矩越大，本實(shí)施例在控制力矩陀螺16上設(shè)置偏擺電機(jī)，通過偏擺電機(jī)帶動(dòng)控制力矩陀螺16偏擺，使得控制力矩陀螺16的角速度增加，進(jìn)而使得反饋力矩大小遠(yuǎn)大于外力矩大小，反饋力矩即成為球形機(jī)器人越障爬坡或平衡姿態(tài)的動(dòng)力矩，從而提高球形機(jī)器人的越障爬坡及自動(dòng)調(diào)整姿態(tài)平衡。該進(jìn)動(dòng)力矩通過驅(qū)動(dòng)輪傳遞給球殼10，球殼10借助該進(jìn)動(dòng)力矩和驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力矩越障和爬坡。

行走驅(qū)動(dòng)組件12通過摩擦力帶動(dòng)球殼10滾動(dòng)，球殼10外壁104接觸地面并通過摩擦力驅(qū)動(dòng)球殼10相對地面轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)球形機(jī)器人的行走功能，驅(qū)動(dòng)效率高，且可實(shí)現(xiàn)多方向運(yùn)動(dòng)，控制力矩陀螺16平衡球形機(jī)器人的姿態(tài)，增強(qiáng)球形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，通過頭部連接機(jī)構(gòu)14連接頭部2，頭部2搭載功能器件以拓展球形機(jī)器人的功能，球形機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，功能豐富，智能化高，滿足多種使用環(huán)境的需求。

結(jié)合圖5和圖6，行走驅(qū)動(dòng)組件12位于球形機(jī)器人的球殼10內(nèi)，并通過滾動(dòng)摩擦的方式驅(qū)動(dòng)球殼10轉(zhuǎn)動(dòng)。行走驅(qū)動(dòng)組件12還包括麥克納姆輪120、驅(qū)動(dòng)電機(jī)122、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)124及電源126。一種較佳的實(shí)施方式中，底盤142使用碳素纖維材料制成，碳素纖維材料強(qiáng)度大，不易折斷，同時(shí)具有重量小的特點(diǎn)，有利于減小行走驅(qū)動(dòng)組件12乃至球形機(jī)器人的重量。本實(shí)施例中，底盤142為中心對稱結(jié)構(gòu)，一種實(shí)施方式中，底盤142為圓盤狀。

本實(shí)施例中，底盤142包括相對設(shè)置的第一側(cè)142a和第二側(cè)142b，電源126固定于第一側(cè)142a，并電連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)122，具體的，電源126安裝于第一側(cè)142a的中心位置，以使行走驅(qū)動(dòng)組件12的重心集中于行走驅(qū)動(dòng)組件12的中心，避免重心不均導(dǎo)致球形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定。驅(qū)動(dòng)電機(jī)122固定安裝于第一側(cè)142a，麥克納姆輪120安裝于第二側(cè)142b，并通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)124連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)122，麥克納姆輪120接觸球殼10內(nèi)壁102并驅(qū)動(dòng)球殼10轉(zhuǎn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)122與電源126安裝于底盤142的同一側(cè)，即第一側(cè)142a，第一側(cè)142a為球形機(jī)器人靠近地面的一側(cè)，有利于降低球形機(jī)器人的重心并穩(wěn)定其重心。麥克納姆輪120位于底盤142的第二側(cè)142b，即背離電源126一側(cè)，使麥克納姆輪120有更大的空間利于拆裝，有利于行走驅(qū)動(dòng)組件12的裝配與后期維護(hù)。

麥克納姆輪120抵觸球殼10，驅(qū)動(dòng)電機(jī)122通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)124驅(qū)動(dòng)麥克納姆輪120滾動(dòng)，麥克納姆輪120接觸球形機(jī)器人的球殼10內(nèi)壁102，并通過摩擦力帶動(dòng)球殼10滾動(dòng)，球殼10外壁104接觸地面并通過摩擦力驅(qū)動(dòng)球殼10相對地面轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)球形機(jī)器人的行走功能，驅(qū)動(dòng)效率高，麥克納姆輪120與電源126位于底盤142的相對的兩側(cè)，易于裝配或拆卸，進(jìn)一步的，依靠各麥克納姆輪120的之間的差速可以實(shí)現(xiàn)球形機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎等動(dòng)作，提高了球形機(jī)器人的智能化，應(yīng)用場景更豐富。

3403本實(shí)施例中，行走驅(qū)動(dòng)組件12還包括彈性件128，彈性件128連接于底盤142與麥克納姆輪120之間，一種較佳的實(shí)施方式中，彈性件128為彈簧。進(jìn)一步的，行走驅(qū)動(dòng)組件12還包括滾輪支架322，滾輪支架322包括相互滑動(dòng)連接的導(dǎo)軌件322a與滑塊件322b，導(dǎo)軌件322a固定于底盤142，滑塊件322b連接麥克納姆輪120及彈性件128。一種較佳的實(shí)施方式中，導(dǎo)軌件322a的導(dǎo)軌截面為燕尾形。具體的，彈性件128一端通過緊固件固定于底盤142上，另一端固定于滑塊件322b上，滑塊件322b滑動(dòng)連接導(dǎo)軌件322a，并連接麥克納姆輪120，導(dǎo)軌件322a通過緊固件固定于底盤142上。麥克納姆輪120通過滑塊件322b、導(dǎo)軌件322a及彈性件128連接于底盤142上，并可以在底盤142上相對滑動(dòng)，一種較佳的實(shí)施方式中，彈性件128的彈性伸縮方向?yàn)榈妆P142的徑向方向，從而使麥克納姆輪120可以在底盤142的徑向方向上移動(dòng)，當(dāng)球形機(jī)器人依靠行走驅(qū)動(dòng)組件12行走顛簸時(shí)，麥克納姆輪120可以在底盤142的徑向方向移動(dòng)，具有一定的減震功能，同時(shí)，也可以為麥克納姆輪120提供徑向補(bǔ)償，使麥克納姆輪120始終緊密接觸球殼10的內(nèi)壁102，提高麥克納姆輪120對球殼10內(nèi)壁102施加的正壓力，從而提高麥克納姆輪120與球殼10之間的摩擦力，提高行走驅(qū)動(dòng)的效率。

進(jìn)一步的，滾輪支架322還包括一對對稱的轉(zhuǎn)軸支撐架322c，轉(zhuǎn)軸支撐架322c包括固定端與由固定端向背離底盤142的中心方向彎折延伸的轉(zhuǎn)軸連接端，固定端固定連接滑塊件322b及彈性件128，轉(zhuǎn)軸連接端連接麥克納姆輪120的轉(zhuǎn)軸。具體的，轉(zhuǎn)軸支撐架322c為彎曲的弧形，轉(zhuǎn)軸連接端相對固定端更遠(yuǎn)離底盤142的中心，麥克納姆輪120伸出底盤142，增加麥克納姆輪120與球殼10內(nèi)壁102的接觸，通過增大麥克納姆輪120之間的距離增大麥克納姆輪120對球殼10內(nèi)壁102的正壓力，從而提高麥克納姆輪120與球殼10之間的摩擦力，提高行走驅(qū)動(dòng)的效率。

本實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)122與麥克納姆輪120通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)124連接形成驅(qū)動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)單元的數(shù)量為偶數(shù)個(gè)，并且驅(qū)動(dòng)單元對稱分布于底盤142的邊緣。驅(qū)動(dòng)單元位于底盤142的邊緣有利于麥克納姆輪120接觸球殼10內(nèi)壁102而不被底盤142或安裝于底盤142上的其他器件干涉，例如電源126等。進(jìn)一步的，一對對稱分布的驅(qū)動(dòng)單元的麥克納姆輪120的轉(zhuǎn)軸排列方向相同。具體的，一對對稱分布的驅(qū)動(dòng)單元控制球殼10向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，即球形機(jī)器人向一個(gè)方向行走，至少兩對對稱分布的驅(qū)動(dòng)單元可以球形機(jī)器人任意方向行走。結(jié)合圖7，一種較佳的實(shí)施方式中，驅(qū)動(dòng)單元的數(shù)量為四個(gè)，即兩對對稱分布的驅(qū)動(dòng)單元，并且一對對稱的驅(qū)動(dòng)單元的連線與另一對對稱的驅(qū)動(dòng)單元的連線垂直。第一驅(qū)動(dòng)單元320a和第二驅(qū)動(dòng)單元320b控制球形機(jī)器人左右方向移動(dòng)，第三驅(qū)動(dòng)單元320c和第四驅(qū)動(dòng)單元320d控制球形機(jī)器人前后方向移動(dòng)，控制各驅(qū)動(dòng)單元的麥克納姆輪120的差速控制球形機(jī)器人的行走方向，例如控制第一驅(qū)動(dòng)單元320a的麥克納姆輪120的轉(zhuǎn)速大于第二驅(qū)動(dòng)單元320b的麥克納姆輪120的轉(zhuǎn)速，控制第三驅(qū)動(dòng)單元320c的麥克納姆輪120的轉(zhuǎn)速大于第四驅(qū)動(dòng)單元320d的麥克納姆輪120的轉(zhuǎn)速，球形機(jī)器人向左前方行走。

本實(shí)施例中，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)124為皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)124，皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)124的皮帶主動(dòng)輪連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)122，皮帶從動(dòng)輪連接麥克納姆輪120的轉(zhuǎn)軸，將驅(qū)動(dòng)電機(jī)122的旋轉(zhuǎn)傳遞到麥克納姆輪120的轉(zhuǎn)軸，從而驅(qū)動(dòng)麥克納姆輪120轉(zhuǎn)動(dòng)。進(jìn)一步的，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)124還包括張緊輪1240，張緊輪1240設(shè)于皮帶主動(dòng)輪與皮帶從動(dòng)輪之間，用于張緊皮帶，增大皮帶與皮帶主動(dòng)輪和皮帶從動(dòng)輪之間的摩擦力，防止打滑，增大傳動(dòng)效率。本實(shí)施例中，底盤142設(shè)有通孔，用于穿過皮帶。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)122通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)124驅(qū)動(dòng)麥克納姆輪120滾動(dòng)，麥克納姆輪120接觸球形機(jī)器人的球殼10內(nèi)壁102，并通過摩擦力帶動(dòng)球殼10滾動(dòng)，球殼10外壁104接觸地面并通過摩擦力驅(qū)動(dòng)球殼10相對地面轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)球形機(jī)器人的行走功能，驅(qū)動(dòng)效率高，麥克納姆輪120與電源126位于底盤142的相對的兩側(cè)，易于裝配或拆卸，進(jìn)一步的，依靠各麥克納姆輪120的之間的差速可以實(shí)現(xiàn)球形機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎等動(dòng)作，提高了球形機(jī)器人的智能化，應(yīng)用場景更豐富。

請一并參閱圖8和圖9，頭部連接機(jī)構(gòu)14還包括直桿146，直桿146固定連接于底盤142與盾144之間，具體的，直桿146位于底盤142的第二側(cè)142b，并將盾144固定于底盤142的第二側(cè)142b。盾144用于吸附頭部2，通過直桿146可以將盾144固定在底盤142上，由于底盤142穩(wěn)定的位于球殼10靠近地面的部分，底盤142使盾144也能保持穩(wěn)定，從而穩(wěn)定頭部2。結(jié)合3202盾144的面對頭部2的一側(cè)設(shè)有多個(gè)磁性裝置2002，磁性裝置2002均勻分布，并且盾144上的每一個(gè)磁性裝置2002對應(yīng)頭部2的一個(gè)磁性裝置2002，以使盾144與頭部2之間的磁吸力均勻，頭部2穩(wěn)定的位于球殼10的外壁104上而不易脫落。

通過底盤142和直桿146穩(wěn)定盾144，盾144磁性連接頭部2，從而使裝配有多種功能器件的頭部2平穩(wěn)的吸附于球體1的球殼10上，豐富了球形機(jī)器人的功能，球形機(jī)器人的智能化高，能夠滿足多種使用環(huán)境的需求。

結(jié)合圖10，本實(shí)施例中，底盤142與直桿通過第一固定件連接342，具體的，第一固定件包括底盤固定部342a與直桿固定部342b，底盤固定部342a通過螺栓連接固定在底盤142上，一種較佳的實(shí)施方式中，底盤固定部342a固定在底盤142的中心位置。直桿固定部342b包括一對彈性側(cè)壁，螺栓穿過彈性側(cè)壁與直桿的一端并通過彈性側(cè)壁夾緊直桿，從而使直桿固定于底盤142上。底盤142與直桿固定穩(wěn)固，不易發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)。

結(jié)合圖11，本實(shí)施例中，頭部連接機(jī)構(gòu)14還包括套設(shè)于直桿上的固定板148，固定板148位于底盤142與盾144之間，并固定連接盾144，底盤142與固定板148之間還通過繩索346連接。一種較佳的實(shí)施方式中，固定板148為圓盤狀，并且固定板148的中心處固定于直桿上。3204具體的，固定板148通過第二固定件344固定于直桿上，第二固定件344包括直桿固定端344a、盾固定端344b及位于直桿固定端344a與盾固定端344b之間的固定板固定部344c，直桿固定端344a套設(shè)于直桿的一端，螺栓穿過直桿固定端344a與直桿將直桿固定于直桿固定端344a，盾固定端344b用于固定盾144，固定板固定部344c為圓盤狀，且均勻分布有多個(gè)通孔，固定板固定部344c與固定板148通過螺栓連接固定，從而使直桿、固定板148及盾144通過第二固定件344固定在一起。進(jìn)一步的，固定板148為碳素纖維材料制成，具有足夠的強(qiáng)度的同時(shí)，重量小，以降低球形機(jī)器人的重量。

固定板148板的邊緣分布有多個(gè)固定孔，底盤142的邊緣亦對應(yīng)設(shè)有多個(gè)固定孔，固定板148和底盤142的固定孔通過繩索346連接，并將繩索346繃緊，繃緊的繩索346輔助固定直桿于底盤142上，是直桿在受到一定的作用力的情況下依然可以穩(wěn)定的固定在底盤142上。一種較佳的實(shí)施方式中，繩索346為鋼絲繩。進(jìn)一步的，繩索346的數(shù)量為偶數(shù)個(gè)，并且對稱連接固定板148的邊緣與底盤142的邊緣。一種較佳的實(shí)施方式中，繩索346的數(shù)量為四個(gè)，且均勻、對稱的分布在底盤142與固定板148之間，當(dāng)然，其他實(shí)施方式中，繩索346的數(shù)量也可以大于四個(gè)，繩索346的數(shù)量越多，直桿在底盤142上的固定越穩(wěn)固。

通過底盤142和直桿146穩(wěn)定盾144，盾144磁性連接頭部2，從而使裝配有多種功能器件的頭部2平穩(wěn)的吸附于球體1的球殼10上，豐富了球形機(jī)器人的功能，球形機(jī)器人的智能化高，能夠滿足多種使用環(huán)境的需求。

本實(shí)施例中，盾144的面對頭部2的一側(cè)還設(shè)有萬向滾輪，萬向滾輪抵觸球殼10的內(nèi)壁102，用于減小所述盾144與所述球殼10內(nèi)壁102的摩擦力。

請一并參閱圖12、圖13、圖14及圖15，機(jī)器人頭部2包括基座200、托盤支架202、功能器件204及傳動(dòng)齒輪組206。基座200磁性連接球體1，具體的，基座200上設(shè)有多個(gè)磁性裝置2002，磁性裝置2002均勻分布，并且基座200上的磁性裝置2002與頭部連接機(jī)構(gòu)14的盾144上的磁性裝置2002一一對應(yīng)，以使基座200與盾144均勻吸附，避免頭部2脫離球體1。一種較佳的實(shí)施方式中，磁性裝置2002使用永磁體或電磁體。進(jìn)一步的，基座200接觸球體1的一側(cè)還設(shè)置有多個(gè)均勻分布的萬向滾輪2004，萬向滾輪2004與球體1滾動(dòng)接觸，以降低頭部連接機(jī)構(gòu)14在驅(qū)動(dòng)頭部2在球體1表面運(yùn)動(dòng)時(shí)頭部2與球體1表面的摩擦力，降低能量損耗。

進(jìn)一步的，傳動(dòng)齒輪組206安裝于基座200上，傳動(dòng)齒輪組206包括相互嚙合的主動(dòng)輪2062與從動(dòng)輪2064，主動(dòng)輪2062與驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪2062轉(zhuǎn)動(dòng)的頭部驅(qū)動(dòng)電機(jī)2060通過基座200支架安裝在基座200上，從動(dòng)輪2064也安裝在基座200支架上，頭部驅(qū)動(dòng)電機(jī)2060驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪2062旋轉(zhuǎn)從而帶動(dòng)從動(dòng)輪2064及固定在從動(dòng)輪2064上的裝置旋轉(zhuǎn)。一種較佳的實(shí)施方式中，從動(dòng)輪2064的旋轉(zhuǎn)軸為基座200的中心線。托盤支架202固定于傳動(dòng)齒輪組206的從動(dòng)輪2064，并通過從動(dòng)輪2064與基座200轉(zhuǎn)動(dòng)連接，具體的，托盤支架202設(shè)有多個(gè)固定孔用于固定安裝功能器件204，為了保證托盤支架202具有足夠的強(qiáng)度承載各功能器件204，托盤支架202采用強(qiáng)度高的金屬材料制作，同時(shí)對托盤支架202做鏤空設(shè)計(jì)，以減小托盤支架202的重量，從而減小旋轉(zhuǎn)的負(fù)載。一種較佳的實(shí)施方式中，托盤支架202的中心軸與從動(dòng)輪2064的旋轉(zhuǎn)軸固定，以使托盤支架202與從動(dòng)輪2064的轉(zhuǎn)動(dòng)形式相同。功能器件204固定于托盤支架202上，傳動(dòng)齒輪組206的主動(dòng)輪2062轉(zhuǎn)動(dòng)連接基座200并驅(qū)動(dòng)托盤支架202及功能器件204相對基座200轉(zhuǎn)動(dòng)，磁性裝置2002、萬向滾輪2004等器件連接基座200且相對球體1靜止，即僅使需要相對球體1轉(zhuǎn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能的功能器件204旋轉(zhuǎn)，其他器件不旋轉(zhuǎn)，機(jī)器人頭部2轉(zhuǎn)動(dòng)的負(fù)載小，電量消耗小，增強(qiáng)了球形機(jī)器人的續(xù)航能力，并且降低了頭部2的轉(zhuǎn)動(dòng)延遲，轉(zhuǎn)動(dòng)效率較高，球形機(jī)器人智能化較高，用戶體驗(yàn)好，滿足家庭機(jī)器人的使用要求。

本實(shí)施例中，機(jī)器人頭部2還包括與基座200轉(zhuǎn)動(dòng)連接的上蓋208，上蓋208固定連接托盤支架202，上蓋208與基座200形成封閉的殼體并容納托盤支架202、功能器件204及傳動(dòng)齒輪組206，以保護(hù)頭部2內(nèi)的各機(jī)構(gòu)和器件，使球形機(jī)器人具有一定的防風(fēng)、防水、防塵能力，提高了球形機(jī)器人的環(huán)境適應(yīng)能力。進(jìn)一步的，上蓋208與托盤支架202固定連接，從而能夠與托盤支架202一起相對基座200旋轉(zhuǎn)，同時(shí)，上蓋208上開設(shè)有透明的視窗口，用于配合頭部2內(nèi)的功能器件204進(jìn)行人機(jī)交流，上蓋208與功能器件204一同相對基座200旋轉(zhuǎn)，即上蓋208與功能器件204始終保持相對靜止，上蓋208不影響功能器件204的正常工作。

請參閱圖16，圖16為本發(fā)明實(shí)施例提供的托盤支架與上蓋的連接處截面圖，如圖所示，托盤支架202設(shè)有定位凹槽2022，上蓋208對應(yīng)定位凹槽2022設(shè)有定位凸起2082，定位凹槽2022與定位凸起2082配合以固定連接托盤支架202和上蓋208。進(jìn)一步的，定位凸起2082與定位凹槽2022過盈配合，用于降低托盤支架202帶動(dòng)上蓋208轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，上蓋208的轉(zhuǎn)動(dòng)相對托盤支架202轉(zhuǎn)動(dòng)的延遲，提高上蓋208轉(zhuǎn)動(dòng)的反應(yīng)速度。

本實(shí)施例中，定位凹槽2022的截面為矩形，以降低托盤支架202帶動(dòng)上蓋208轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，上蓋208的轉(zhuǎn)動(dòng)相對托盤支架202轉(zhuǎn)動(dòng)的延遲。進(jìn)一步的，上蓋208為聚氨酯發(fā)泡材料，聚氨酯(polyurethane，pu)重量輕，有利于減小頭部2整體的重量，并且塑料材料價(jià)格低廉，以加工成型，降低了生產(chǎn)成本。一種較佳的實(shí)施方式中，托盤支架202與上蓋208在定位凸起2082與定位凹槽2022處通過螺釘連接固定，定位凸起2082內(nèi)設(shè)有連接孔，并且連接孔內(nèi)設(shè)有熱熔螺母2024，熱熔螺母2024與塑料材料的上蓋208通過加熱后牢固的連接在一起，相比將連接孔制作成螺紋孔，熱熔螺母2024不易因?yàn)槎啻尾鹧b螺釘而傷害塑料材料的上蓋208。

本實(shí)施例中，上蓋208與基座200通過止口連接，止口設(shè)計(jì)可以緊密連接上蓋208與基座200，提高上蓋208與基座200形成的頭部2殼體的封閉效果，更好的防風(fēng)、防水、防塵，利于球形機(jī)器人應(yīng)用于不同的工作環(huán)境中，同時(shí)又不影響上蓋208與基座200的相對轉(zhuǎn)動(dòng)。結(jié)合圖17，圖17為本發(fā)明實(shí)施例提供的上蓋與基座的止口連接處截面示意圖，在止口連接處，凸止口2088與凹止口2008之間設(shè)有聚四氟乙烯層2000，聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，ptfe)，一般稱作“不粘涂層”或“易清潔物料，具有抗酸抗堿、抗各種有機(jī)溶劑的特點(diǎn)，幾乎不溶于所有的溶劑。同時(shí)，聚四氟乙烯具有耐高溫的特點(diǎn)，它的摩擦系數(shù)極低，可作潤滑作用。本實(shí)施例中，聚四氟乙烯層2000用于減小止口連接處上蓋208與基座200之間相對轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦力，是上蓋208與基座200能夠更靈活的相對轉(zhuǎn)動(dòng)。

本實(shí)施例中，機(jī)器人頭部2還包括供電器件和導(dǎo)電滑環(huán)210，供電器件固定于基座200內(nèi)，用于向頭部2內(nèi)的電機(jī)和功能器件204供電，導(dǎo)電滑環(huán)210位于從動(dòng)輪2064的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，并電連接供電器件與功能器件204，具體的，從動(dòng)輪2064的中心軸位置設(shè)有通孔，用于安裝導(dǎo)電滑環(huán)210，導(dǎo)電滑環(huán)210避免托盤支架202上的功能器件204相對基座200旋轉(zhuǎn)時(shí)，連接供電器件與連接功能器件204的導(dǎo)線纏繞打結(jié)。

本實(shí)施例中，基座200使用聚氨酯發(fā)泡材料和塑料材料的組合，一種較佳的實(shí)施方式中，塑料材料采用聚碳酸酯(polycarbonate，pc)。具體的，基座200用于連接傳動(dòng)齒輪組206等器件的部分使用聚碳酸酯材料，其他部分使用聚氨酯發(fā)泡材料，既保證了連接的牢固性，又能減輕機(jī)器人頭部1重量。

本實(shí)施例中，功能器件204包括攝像頭、激光雷達(dá)等，用于探測工作環(huán)境、拍攝照片等功能，使球形機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)更多的人機(jī)交流功能及球形機(jī)器人對環(huán)境的適應(yīng)功能。

基座200與托盤支架202轉(zhuǎn)動(dòng)連接，功能器件204固定于托盤支架202上并通過頭部2內(nèi)置的傳動(dòng)齒輪組206驅(qū)動(dòng)托盤支架202相對基座200旋轉(zhuǎn)，磁性裝置2002、萬向滾輪2004等器件連接基座200且相對球體1靜止，即僅使需要相對球體1轉(zhuǎn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能的功能器件204旋轉(zhuǎn)，其他器件不旋轉(zhuǎn)，機(jī)器人頭部2轉(zhuǎn)動(dòng)的負(fù)載小，電量消耗小，增強(qiáng)了球形機(jī)器人的續(xù)航能力，并且降低了頭部2的轉(zhuǎn)動(dòng)延遲，轉(zhuǎn)動(dòng)效率較高，球形機(jī)器人智能化較高，用戶體驗(yàn)好，滿足家庭機(jī)器人的使用要求。

本實(shí)施例中，控制力矩陀螺16的數(shù)量為偶數(shù)個(gè)，并對稱分布于直桿146周圍。一種較佳的實(shí)施方式中，控制力矩陀螺16的數(shù)量為兩個(gè)，兩個(gè)控制力矩陀螺16的擺動(dòng)方向相反，以相互協(xié)同作用穩(wěn)定球形機(jī)器人的姿態(tài)。

行走驅(qū)動(dòng)組件12驅(qū)動(dòng)通過摩擦力帶動(dòng)球殼10滾動(dòng)，球殼10外壁104接觸地面并通過摩擦力驅(qū)動(dòng)球殼10相對地面轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)球形機(jī)器人的行走功能，驅(qū)動(dòng)效率高，且可實(shí)現(xiàn)多方向運(yùn)動(dòng)，控制力矩陀螺16平衡球形機(jī)器人的姿態(tài)，增強(qiáng)球形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，通過頭部連接機(jī)構(gòu)14連接頭部2，頭部2搭載功能器件以拓展球形機(jī)器人的功能，球形機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，功能豐富，智能化高，滿足多種使用環(huán)境的需求。

以上所揭露的僅為本發(fā)明幾種較佳實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例的全部或部分流程，并依本發(fā)明權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬于發(fā)明所涵蓋的范圍。