万向轮式球形运载装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种万向轮式球形运载装置及其使用方法，包括壳体、驾驶室以及动力驱动装置；其中，驾驶室设置在所述壳体的内侧；所述驾驶室的上端能够沿所述壳体的一侧内壁面滑动，下端能够沿所述壳体的另一侧内壁面滑动；所述动力驱动装置包括多个伸缩足；多个所述伸缩足的一端均连接所述壳体的外壁面。多个所述伸缩足沿所述壳体的外壁面依次均匀分布。本发明专利技术没有运动死区，实现球形机器人的全方位运动与球面的万向滚动，增强了遇到特殊情况时的机器人运动能力，提高了转向灵敏度，能够有效避障。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，具体地，涉及一种万向轮式球形运载装置及其使用方法。
技术介绍
球形机器人运动机构首先是由芬兰赫尔辛基大学的Halme教授于1996年提出来的，该球形机器人的球壳内设计了一套单轮机构驱动球体运动，通过改变球体的重心实现球体的直线运动，缺点是不能转向。目前球形机器人存在的二个问题，一是部分球形机器人采用二驱动或三驱动实现的三自由度球形机器人存在运动死区，在球面的特殊区域与地面接触时，机器人失去运动能力；二是球形机器人未考虑越障功能，这就限制了球形机器人在很多方面的应用价值。因此，专利技术一种结构简单、控制难度低、具有良好越障避障能力、能够全方位移动并且能够实现球面万向滚动的新型球形机器人是非常必须的。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种万向轮式球形运载装置及其使用方法，尤其是能够有效实现越障、壁障及碰撞保护功能。本专利技术比其他球形机器人具有更大的运动灵活性和更强的平衡能力，在结构设计、控制方式方法上独具特点。本专利技术可用于星球探测、运输、救援、军事等方面。根据本专利技术提供的万向轮式球形运载装置，包括壳体、驾驶室以及动力驱动装置；其中，驾驶室设置在所述壳体的内侧；所述驾驶室的上端能够沿所述壳体的一侧内壁面滑动，下端能够沿所述壳体的另一侧内壁面滑动；所述动力驱动装置包括多个伸缩足；多个所述伸缩足的一端均连接所述壳体的外壁面。优选地，多个所述伸缩足沿所述壳体的外壁面依次均匀分布。优选地，还包括顶部滚球和底部滚球；所述驾驶室的上端设置有第一球形凹槽，下端设置有多个第二球形凹槽；所述第一
球形凹槽和所述壳体的一侧内壁面之间设置有顶部滚球；所述第二球形凹槽和所述壳体的另一侧内壁面之间设置有底部滚球。优选地，还包括中央控制单元、陀螺仪以及广角成像系统；所述陀螺仪设置在所述驾驶室；所述广角成像系统设置在所述壳体上；所述中央控制单元电连接所述陀螺仪、所述广角成像系统、所述动力驱动装置的伸缩足。优选地，所述壳体呈球形；所述驾驶室呈锥形；所述驾驶室的下端呈球冠状；所述驾驶室设置有平衡重物；所述伸缩足的底端呈球冠状。本专利技术提供的所述的万向轮式球形运载装置的使用方法，包括如下步骤：行进步骤，具体为，壳体下端前侧的伸缩足进行收缩运动；壳体下端后侧的伸缩足进行伸张运动；制动步骤，具体为，壳体下端前侧的伸缩足进行伸张运动；壳体下端后侧的伸缩足进行收缩运动；停止固定步骤，具体为，壳体下端前侧和后侧的伸缩足均进行伸张运动越障步骤，具体为，壳体下端前侧和后侧的伸缩足均进行伸张运动；壳体下端的伸缩足进行收缩运动。优选地，所述伸缩足的伸缩和收缩运动的行程可调。优选地，还包括驾驶平衡调节步骤：-中央控制单元实时接收陀螺仪传送的驾驶室的角位移、角加速度；通过控制相对应的伸缩足的伸缩速度与加速度，间接控制万向轮式球形运载装置的直线速度与加速度，利用惯性力的作用保持驾驶室直立与稳定性。优选地，当发生碰撞时，碰撞的伸缩足进行收缩以吸收碰撞能量，同时中央控制单元取消的平衡调节步骤。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术没有运动死区，实现球形机器人的全方位运动与球面的万向滚动，增强了遇到特殊情况时的机器人运动能力，提高了转向灵敏度，能够有效避障；2、本专利技术结构简单，控制方式简单，各伸缩足之间相互独立且运动方式相同，不存在机械耦合问题；3、本专利技术中伸缩足行程可调可为障碍物腾出空间，从而实现越障功能；4、本专利技术驾驶室与球形壳体无硬性机械连接，其直立控制与稳定性控制为驾驶员驾驶提供了可能；5、本专利技术中万向轮式球形机器人或运载车辆发生高强度碰撞事故时，碰撞的伸缩足进行收缩可吸收部分能量，同时驾驶室可进行大幅度横摆或圆周运动进一步吸收能量，以减少驾驶室内的冲击。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术中万向轮式球形运载装置的一个方向的结构示意图；图2为本专利技术中万向轮式球形运载装置的另一个方向的结构示意图；图3为本专利技术中万向轮式球形运载装置前进示意图；图4为本专利技术中万向轮式球形运载装置制动示意图；图5为本专利技术中万向轮式球形运载装置停止示意图；图6为本专利技术中万向轮式球形运载装置越障示意图；图7为本专利技术中驾驶平衡调节控制流程图；图8为本专利技术中万向轮式球形运载装置碰撞示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。在本实施例中，本专利技术提供的万向轮式球形运载装置，为旋转对称结构，采用外部动力驱动方式，包括壳体1、驾驶室2以及动力驱动装置；其中，驾驶室2设置在所述壳体1的内侧；所述驾驶室2的上端能够沿所述壳体1的一侧内壁面滑动，下端能够沿所述壳体1的另一侧内壁面滑动；所述动力驱动装置包括多个伸缩足4；多个所述伸缩足4的一端均连接所述壳体1的外壁面。多个所述伸缩足4沿所述壳体1的外壁面依次均匀分布。本专利技术提供的万向轮式球形运载装置，还包括顶部滚球8和底部滚球6；所述驾驶室2的上端设置有第一球形凹槽，下端设置有多个第二球形凹槽；所述第一球形凹槽和所述壳体1的一侧内壁面之间设置有顶部滚球8；所述第二球形凹槽和所述壳体1的另一侧内壁面之间设置有底部滚球6。顶部滚球8和底部滚球6内嵌于驾驶室2表面，嵌入部分超过滚球最大圆周，顶部滚球8和底部滚球6内嵌表面与第一球形凹槽、第二球形凹槽配合表面涂有润滑油；本专利技术提供的万向轮式球形运载装置，还包括中央控制单元、陀螺仪以及广角成像系统；所述陀螺仪设置在所述驾驶室2；所述广角成像系统设置在所述壳体1上；所述中央控制单元电连接所述陀螺仪、所述广角成像系统、所述动力驱动装置的伸缩足4。中央控制单元控制遍布球壳1外侧的伸缩足4实现伸缩运动，同时实时接收陀螺仪7传送的驾驶室2角位移、角速度等数据，通过控制微调伸缩足伸缩速度与加速度，间接控制万向轮式球形机器人或运载车辆直线速度与加速度，利用惯性力的作用保证驾驶室2直立与稳定性。所述壳体1呈球形；所述驾驶室2呈锥形；六个广角成像系统3固定在壳体1周围，物理方位为上下左右，通过图像处理技术对周围环境完全成像。所述驾驶室2的下端呈球冠状；所述驾驶室2设置有平衡重物；平衡重5与陀螺仪7用于保证驾驶室稳定性。所述伸缩足4的底端呈球冠状。本专利技术提供的所述的万向轮式球形运载装置的使用方法，包括如下步骤：行进步骤，具体为，壳体1下端前侧的伸缩足进行收缩运动；具体为壳体1下端后侧的伸缩足进行伸张运动；如图3所示，行进时，壳体1最大圆周及其周围前端部分伸缩足9、10等进行收缩运动，后端部分伸缩足11、12等进行伸张运动。行进过程中前端部分伸缩足9、10等的收缩运动，腾出的空间相当于在前进方向上形成一个下坡，减少行进阻力；后端部分伸缩足11、12等进行伸张运动，其与地面摩擦力与支持力的作用形成驱动力。球形壳体1每个最大圆周伸缩足构成该方向行进车轮，转弯时有超过两个最大圆周伸缩足参与运动，由此称为万向轮式。制动步骤，具体为，壳体1下端前侧的伸缩足进行伸张运动；壳体1下端后侧的伸缩足进行收缩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种万向轮式球形运载装置，其特征在于，包括壳体(1)、驾驶室(2)以及动力驱动装置；其中，驾驶室(2)设置在所述壳体(1)的内侧；所述驾驶室(2)的上端能够沿所述壳体(1)的一侧内壁面滑动，下端能够沿所述壳体(1)的另一侧内壁面滑动；所述动力驱动装置包括多个伸缩足(4)；多个所述伸缩足(4)的一端均连接所述壳体(1)的外壁面。

【技术特征摘要】
1.一种万向轮式球形运载装置，其特征在于，包括壳体(1)、驾驶室(2)以及动力驱动装置；其中，驾驶室(2)设置在所述壳体(1)的内侧；所述驾驶室(2)的上端能够沿所述壳体(1)的一侧内壁面滑动，下端能够沿所述壳体(1)的另一侧内壁面滑动；所述动力驱动装置包括多个伸缩足(4)；多个所述伸缩足(4)的一端均连接所述壳体(1)的外壁面。2.根据权利要求1所述的万向轮式球形运载装置，其特征在于，多个所述伸缩足(4)沿所述壳体(1)的外壁面依次均匀分布。3.根据权利要求1所述的万向轮式球形运载装置，其特征在于，还包括顶部滚球(8)和底部滚球(6)；所述驾驶室(2)的上端设置有第一球形凹槽，下端设置有多个第二球形凹槽；所述第一球形凹槽和所述壳体(1)的一侧内壁面之间设置有顶部滚球(8)；所述第二球形凹槽和所述壳体(1)的另一侧内壁面之间设置有底部滚球(6)。4.根据权利要求1所述的万向轮式球形运载装置，其特征在于，还包括中央控制单元、陀螺仪以及广角成像系统；所述陀螺仪设置在所述驾驶室(2)；所述广角成像系统设置在所述壳体(1)上；所述中央控制单元电连接所述陀螺仪、所述广角成像系统、所述动力驱动装置的伸缩足(4)。5.根据权利要求1所述的万向轮式球形运载装置，其特征在于，所述壳体(1)呈球形；所述驾驶室(2)呈锥形...

【专利技术属性】
技术研发人员：于涛，蔡伟伟，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31