本發(fā)明涉及一種機(jī)械球，尤其涉及一種復(fù)合運(yùn)動機(jī)械球，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

移動機(jī)器人根據(jù)移動機(jī)構(gòu)的不同可分為輪式、腿足式、履帶式及復(fù)合式。輪式結(jié)構(gòu)機(jī)器人如美國的“勇氣號”火星車、mobilerobotsinc開發(fā)的全方位輪式清掃機(jī)器人seekur、我國著名的“玉兔號”月球車等，輪式移動機(jī)器人能夠在良好路面上迅速、平穩(wěn)的運(yùn)動，但在越障能力上略顯不足，難以穿越溝壑或臺階等惡劣地形。

腿式結(jié)構(gòu)機(jī)器人如日本東京工業(yè)大學(xué)titan機(jī)器人系列第八代titan-ⅷ、華中科技大學(xué)自主研發(fā)的“4+2”足式步行機(jī)器人等，腿足式機(jī)器人的越障能力好，但行進(jìn)速度低緩，效率低下，結(jié)構(gòu)不緊湊。

履帶式結(jié)構(gòu)機(jī)器人適應(yīng)地形能力強(qiáng)，如美國軍用地面移動機(jī)器人“魔爪”及其升級版“劍”、我國自行生產(chǎn)的“靈蜥一b”型排爆機(jī)器人等。雖然履帶式移動機(jī)器人的地形適應(yīng)能力優(yōu)于輪式和腿式，但也同時(shí)存在著重量大、能耗大的缺陷，不利于大范圍的推廣應(yīng)用。

復(fù)合式機(jī)構(gòu)機(jī)器人可以彌補(bǔ)單一行走機(jī)構(gòu)的部分弱點(diǎn)，但也無可避免的會遭遇傾翻、機(jī)構(gòu)裸露等問題。因此，開發(fā)以滾動方式行走的球形或類球形的新型機(jī)器人，已成為目前移動機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題之一?，F(xiàn)有球形機(jī)器人較成熟的驅(qū)動方式的主要有兩種，一種是驅(qū)動單元直接驅(qū)動球殼產(chǎn)生摩擦力讓球體滾動，另一種是通過改變球體重心位置讓球體滾動，但無論是哪種驅(qū)動方式的機(jī)器人，它們在外形上幾乎都是采用整體的球形或類球形外殼，而且運(yùn)動方式較為單一，從而在一定程度上限制了復(fù)合式機(jī)器人的發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)所存在的不足之處，本發(fā)明提供了一種復(fù)合運(yùn)動機(jī)械球。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種復(fù)合運(yùn)動機(jī)械球，由上半球、下半球和控制機(jī)構(gòu)組成；上半球和下半球上下對稱；上半球包括半球型的上殼體以及設(shè)置于上殼體內(nèi)部的爪臂；上殼體沿圓心處張開均分為六瓣；爪臂為六個(gè)，六個(gè)爪臂的上部均通過角件與六瓣上殼體一一固定；通過各爪臂之間的協(xié)調(diào)運(yùn)動完成機(jī)械球在爬行或滾動狀態(tài)下的切換；

爪臂從上向下依次分為第三關(guān)節(jié)、第二關(guān)節(jié)、第一關(guān)節(jié)；第三關(guān)節(jié)、第二關(guān)節(jié)、第一關(guān)節(jié)上分別對應(yīng)安裝有三號舵機(jī)、二號舵機(jī)、一號舵機(jī)，三個(gè)舵機(jī)用于為爪臂提供三個(gè)自由度，使每個(gè)爪臂實(shí)現(xiàn)獨(dú)立收攏或外張；

爪臂的下端分別通過一號舵機(jī)與支撐板的六個(gè)邊角相鉸接；支撐板由上支撐板和中間支撐板組成，一號舵機(jī)通過螺釘緊固設(shè)置于上支撐板和中間支撐板之間；上半球和下半球的中間支撐板通過螺栓緊固相接，組裝后的機(jī)械球整體上為球型；

控制機(jī)構(gòu)由控制主板、降壓芯片和電源裝置以及無線信號接收器組成；電源裝置用于為各設(shè)備提供工作電能；控制主板通過降壓芯片的降壓輸出之后控制各舵機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，從而帶動各爪臂實(shí)現(xiàn)不同的動作，以完成機(jī)器人的行走或滾動；

無線信號接收器通過數(shù)據(jù)線與控制主板相連接，用于在接收到無線遙控模塊發(fā)出的指令之后，通過控制主板控制舵機(jī)運(yùn)行，從而完成相應(yīng)動作。

控制主板和降壓芯片均固定設(shè)置于上半球和下半球的中間支撐板之間。

電源裝置以及無線信號接收器均固定設(shè)置于上半球或下半球的上支撐板和中間支撐板之間。

本發(fā)明具備爬行和滾動兩種運(yùn)動方式，且兩種運(yùn)動方式可自由切換不會出現(xiàn)機(jī)構(gòu)傾翻等問題；滾動式移動方式運(yùn)動速度快，爬行移動方式越障能力強(qiáng)，對惡劣地形的適應(yīng)能力較強(qiáng)；體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)及運(yùn)行穩(wěn)定、節(jié)省能耗、方便運(yùn)輸，適合于廣泛的推廣應(yīng)用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的縱截面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的整體內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為圖3的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為爪臂的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為支撐板的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明的外部形態(tài)示意圖。

圖8為本發(fā)明的電路控制原理圖。

圖中：1、上殼體；2、爪臂；3、上支撐板；4、中間支撐板；5、角件；6、第三關(guān)節(jié)；7、第二關(guān)節(jié)；8、第一關(guān)節(jié)；9、一號舵機(jī)；10、二號舵機(jī)；11、三號舵機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

如圖1～8所示，本發(fā)明由上半球、下半球和控制機(jī)構(gòu)組成；上半球和下半球上下對稱；上半球包括半球型的上殼體1以及設(shè)置于上殼體1內(nèi)部的爪臂2；上殼體1沿圓心處張開均分為六瓣；爪臂2為六個(gè)，六個(gè)爪臂2的上部均通過角件5與六瓣上殼體一一固定；由于上、下半球?qū)ΨQ，機(jī)械球的外殼整體上分為12瓣，爪臂共有12個(gè)；機(jī)械球在展開后為花瓣形、收攏后為球型，通過上下各爪臂之間的協(xié)調(diào)運(yùn)動可以完成機(jī)械球在爬行或滾動狀態(tài)下的切換。

爪臂2從上向下依次分為第三關(guān)節(jié)6、第二關(guān)節(jié)7、第一關(guān)節(jié)8；第三關(guān)節(jié)6、第二關(guān)節(jié)7、第一關(guān)節(jié)8上分別對應(yīng)安裝有三號舵機(jī)11、二號舵機(jī)10、一號舵機(jī)9，三個(gè)舵機(jī)用于為爪臂2提供三個(gè)自由度，使每個(gè)爪臂2實(shí)現(xiàn)獨(dú)立收攏或外張；12個(gè)爪臂2總共對應(yīng)36個(gè)舵機(jī)。

爪臂2的下端分別通過一號舵機(jī)9與支撐板的六個(gè)邊角相鉸接，支撐板為近六邊形；上半球的支撐板由上支撐板3和中間支撐板4組成，一號舵機(jī)9通過螺釘緊固設(shè)置于上支撐板3和中間支撐板4之間；機(jī)械球整體上共有四塊支撐板，兩塊中間支撐板通過多個(gè)螺栓緊固相接，組裝后的機(jī)械球整體上為球型。

控制機(jī)構(gòu)由控制主板、降壓芯片和電源裝置以及無線信號接收器組成；電源裝置用于為各設(shè)備提供工作電能；控制主板通過降壓芯片的降壓輸出之后控制各舵機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，從而帶動各爪臂實(shí)現(xiàn)不同的動作，以完成機(jī)器人的行走或滾動；

無線信號接收器的輸出端通過數(shù)據(jù)線與控制主板相連接，輸入端通過無線信號與無線遙控模塊相連接；無線遙控模塊的信號發(fā)射器發(fā)出指令后，無線信號接收器將接收到的指令通過控制主板傳遞給舵機(jī)，從而完成各爪臂的相應(yīng)動作。

其中，控制主板和降壓芯片均安裝在上半球和下半球的中間支撐板之間，固定在其中一塊中間支撐板上。電源裝置以及無線信號接收器由于體積較大，均安裝在上半球或下半球的上支撐板3和中間支撐板4之間，固定在中間支撐板上。

本發(fā)明的具體工作原理如下：

1)爬行狀態(tài)

控制上半球和下半球分別展開呈花瓣形，任意選擇一半球體令其6個(gè)爪臂著陸，支撐起另一半球體，如圖3所示狀態(tài)。行走時(shí)，為保證行走穩(wěn)定性，采取三角步態(tài)法，控制每個(gè)的爪臂的二號舵機(jī)、三號舵機(jī)，令爪臂分別繞著第二關(guān)節(jié)、第三關(guān)節(jié)動作，使互相間隔的三個(gè)爪臂著地，另三個(gè)爪臂抬起，循環(huán)交替，如：將著陸一側(cè)的6個(gè)爪臂依次分別命名為一號爪臂、二號爪臂、三號爪臂、四號爪臂、五號爪臂、六號爪臂，則使一、三、五號爪臂著陸，并使二、四、六號爪臂抬起；然后二、四、六號爪臂著陸，一、三、五號爪臂抬起；反復(fù)循環(huán)，完成爬行前進(jìn)。

2)爬行切換至滾動

關(guān)鍵點(diǎn)是如何讓球體放倒：首先停止爬行，選擇球體下半部分任意相鄰的三個(gè)爪臂向內(nèi)收攏來偏移重心，從而放倒球體。如：控制一、二、三號爪臂的三號舵機(jī)繞著各自的第三關(guān)節(jié)向球體中心方向收攏，四、五、六號爪臂保持支撐狀態(tài)不變，導(dǎo)致機(jī)械球重心偏移，球體即可放倒，從爬行狀態(tài)切換至滾動狀態(tài)。

3)滾動狀態(tài)

將球體放倒，使圖3爬行動作中上半球和下半球的上下位置狀態(tài)變成左右位置狀態(tài)；將左右兩半球體上位置一一對應(yīng)的爪臂配對設(shè)定動作順序、時(shí)間間隔和偏轉(zhuǎn)角度，然后依次成對繞著第一關(guān)節(jié)偏轉(zhuǎn)，借助爪臂的推動力和球體重心的偏移，實(shí)現(xiàn)球體整體順利的滾動。

4)滾動切換至爬行

關(guān)鍵點(diǎn)是如何讓球體直立：首先停止?jié)L動，一半球體爪臂收縮，控制另一半球體爪臂外張，借助爪臂外張抵住地面的反力讓球體立起來，效果為：爪臂收縮狀態(tài)的那一半球體在下，爪臂被控制外張的那一半球體在上。如：控制左半球體各爪臂的二號舵機(jī)、三號舵機(jī)分別繞著各自的第二關(guān)節(jié)、第三關(guān)節(jié)向外擴(kuò)張，當(dāng)爪臂抵住地面時(shí)，球體能借助到地面給予的反作用力使右半球體著地直立起來，變成左半球體在上，右半球體在下的狀態(tài)。然后按照爬行狀態(tài)下的運(yùn)動步驟完成爬行前進(jìn)。

本發(fā)明與傳統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)勢：

1)結(jié)構(gòu)上仿生的花瓣形結(jié)構(gòu)，不同于傳統(tǒng)的整球體結(jié)構(gòu)，具備爬行和滾動兩種運(yùn)動方式，運(yùn)動方式在切換時(shí)不會出現(xiàn)機(jī)構(gòu)傾翻等問題；

2)滾動式移動方式運(yùn)動速度快，而且爬行越障能力強(qiáng)，不僅適用于平坦、良好的地面，而且也適用于穿越溝壑或臺階等惡劣地形；

3)球型結(jié)構(gòu)具有體積小、重量輕、節(jié)省能耗、方便運(yùn)輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，對環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，適合于廣泛的推廣應(yīng)用；

4)近六邊形的支撐板，可以保證各爪臂進(jìn)行等角度裝配，不僅結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，而且擺動時(shí)互不干涉，穩(wěn)定性較強(qiáng)；

5)結(jié)構(gòu)及原理簡單，方便操作，且智能化控制發(fā)展應(yīng)用性較強(qiáng)。

上述實(shí)施方式并非是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的技術(shù)方案范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。