一种类球形机器人制造技术

本发明专利技术属于移动机器人领域，并具体公开了一种类球形机器人。该类球形机器人包括类球形外壳、驱动单元以及控制单元，其中：类球形外壳为由六边形支撑面和五边形驱动面组成的类球形多面体；驱动单元包括预设数量的驱动组件，每个驱动组件分别安装在其对应的五边形驱动面上；控制单元设置在类球形外壳的内部，用于控制驱动组件进行伸缩，以驱动类球形机器人运动。该类球形机器人利用控制单元控制驱动单元伸缩以驱动类球形机器人翻转，在运动过程中保持与运动平面之间为线接触，不仅运动可控，且运动阻力较小，在静止过程中保持与运动平面之间为面接触，具有高的静态稳定性。具有高的静态稳定性。具有高的静态稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种类球形机器人


[0001]本专利技术属于移动机器人领域，更具体地，涉及一种类球形机器人。

技术介绍

[0002]球形机器人是一类具有球形或类球形外壳，以滚动为主要运动方式的移动机器人。相较于传统轮式、轨道式或足式移动机器人而言，球形机器人不仅具有可实现全向滚动的巨大优势，还具有运动速度快、运动灵活性高、能量消耗低和环境适应性好等优点。此外，球形机器人将驱动机构、控制器件和能源系统等封装在球壳内部，结构紧凑，空间利用率高，密封性能优良。因此，球形机器人在勘探、搜救和服务等领域表现出广阔的应用前景。
[0003]然而，一方面，传统球形机器人在运动过程中与运动平面之间为近似点接触，导致其运动稳定性能较差，容易偏离运动轨迹，运动控制困难。同时，由于球形外壳的静态不稳定性，传统球形机器人在断电状态下通常需要采用辅助结构或借助外界条件才能保持稳定，导致机器人整体重量增加、运动灵活性降低。另一方面，传统球形机器人的驱动方式主要采用小车、重摆等内部驱动装置通过质心偏移、动量守恒等原理引发系统不平衡来实现翻滚运动。这类驱动装置结构复杂、零部件多，使得机器人的控制难度大、控制精度低、实用性能差。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种类球形机器人，其壳体为由六边形支撑面和五边形驱动面组成的类球形多面体，从而保证该类球形机器人在运动过程中保持与运动平面之间为线接触，并在静止过程中保持与运动平面之间为面接触，因而具有运动可控性高、能够保持静态稳定的优势。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提出了一种类球形机器人，该类球形机器人包括类球形外壳、驱动单元以及控制单元，其中：所述类球形外壳为由六边形支撑面和五边形驱动面组成的类球形多面体；所述驱动单元包括预设数量的驱动组件，每个所述驱动组件分别安装在其对应的所述五边形驱动面上；所述控制单元设置在所述类球形外壳的内部，用于控制所述驱动组件进行伸缩，以驱动所述类球形机器人运动；运动时，所述六边形支撑面与地面接触，相邻所述五边形驱动面上的驱动组件伸长，使得该类球形机器人绕六边形支撑面与该驱动组件相对的棱边翻转，并稳定在相邻的六边形支撑面上，随后该驱动组件收缩。
[0006]作为进一步优选地，所述驱动组件为具有双程形状记忆效应的形状记忆合金弹簧，所述控制单元包括电源和电路控制组件，所述形状记忆合金弹簧与所述电源和电路控制组件连接，工作时通过所述电路控制组件控制所述形状记忆合金弹簧通电或断电，从而控制所述形状记忆合金弹簧伸长或收缩。
[0007]作为进一步优选地，所述形状记忆合金弹簧采用Ni-Ti形状记忆合金制成，其中Ni元素的质量百分比为54％～56％。
[0008]作为进一步优选地，利用激光选区熔化成形工艺制备所述形状记忆合金弹簧，具
体工艺参数包括：激光功率为150W～250W，扫描速度为1000mm/s～1400mm/s，单层粉末厚度为30μm～40μm，扫描间距为80μm～120μm。
[0009]作为进一步优选地，训练所述形状记忆合金弹簧使其具有双程形状记忆效应的具体过程为：将所述形状记忆合金弹簧在室温下进行压缩变形，然后置于450℃～600℃下退火2min～5min，随后冷却至室温；重复上述变形后退火的处理过程4次～10次，使所述形状记忆合金弹簧具有双程形状记忆效应。
[0010]作为进一步优选地，所述类球形外壳中相邻的所述六边形支撑面的公共棱边采用倒圆角设计。
[0011]作为进一步优选地，所述类球形外壳由两个3D打印制得的半球壳装配而成，该半球形壳采用聚乳酸材料制成。
[0012]作为进一步优选地，所述半球形壳的制备工艺参数包括：聚乳酸丝材直径为1mm～2mm，喷头预热温度为190℃～220℃，底板预热温度为50℃～65℃，单层厚度为0.1mm～0.4mm，打印速度为30mm/s～100mm/s。
[0013]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
[0014]1.本专利技术提供了一种类球形机器人，其壳体为由六边形支撑面和五边形驱动面组成的类球形多面体，能够保证该类球形机器人在运动过程中保持与运动平面之间为线接触，并在静止时与运动平面之间保持面接触，同时利用控制单元控制驱动单元伸缩以驱动类球形机器人翻转，使得该类球形机器人运动可控并且能够保持静态稳定，从而克服了传统球形机器人在运动过程中与运动平面之间为近似点接触所导致的运动稳定性差、容易偏离运动轨迹、运动控制困难等问题；
[0015]2.尤其是，本专利技术提供的类球形机器人采用形状记忆合金弹簧为驱动组件，并利用电源和电路控制组件控制其通电或断电，以控制该形状记忆合金弹簧伸长或收缩，进而实现对类球形机器人的驱动，相较于传统小车、重摆等内部驱动装置，具有结构简洁、控制简单、响应速度快、能量消耗低等优点；并且通过实时控制底部六边形支撑面周围不同位置的形状记忆合金弹簧的伸长或收缩，可实现多方位、连续翻转运动，无需繁琐的机械结构，实现了球形机器人的轻质化、小型化和智能化；
[0016]3.此外，本专利技术采用3D打印技术制备具备复杂形状的类球形外壳，具有工艺简单、操作方便、节省材料的优势。
附图说明
[0017]图1是按照本专利技术优选实施例构建的类球形机器人的结构示意图；
[0018]图2是按照本专利技术优选实施例构建的类球形机器人中类球形外壳的爆炸图；
[0019]图3是本专利技术优选实施例提供的形状记忆合金弹簧的制备流程图；
[0020]图4是本专利技术优选实施例提供的形状记忆合金弹簧的装配示意图，其中(a)为主视图，(b)为剖视图；
[0021]图5是本专利技术优选实施例提供的类球形机器人的运动过程示意图，其中(a)为主视图，(b)为仰视图；
[0022]图6是本专利技术优选实施例提供的类球形机器人从位置1运动到位置2的运动路径示
意图，其中(a)为运动平面上的运动路径，(b)为类球形机器人的翻转路径。
[0023]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
[0024]1-类球形外壳，2-驱动单元，3-控制单元。
具体实施方式
[0025]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0026]如图1所示，本专利技术实施例提供了一种类球形机器人，该类球形机器人包括类球形外壳1、驱动单元2以及控制单元3，其中：类球形外壳1为由20个六边形支撑面和12个五边形驱动面组成的类球形多面体；驱动单元2包括预设数量的驱动组件，每个驱动组件分别安装在其对应的五边形驱动面上；控制单元设置在类球形外壳1的内部，用于控制驱动单元2的伸缩，以驱动类球形机器人运动；运动时，六边形支撑面与地面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种类球形机器人，其特征在于，该类球形机器人包括类球形外壳(1)、驱动单元(2)以及控制单元(3)，其中：所述类球形外壳(1)为由六边形支撑面和五边形驱动面组成的类球形多面体；所述驱动单元(2)包括预设数量的驱动组件，每个所述驱动组件分别安装在其对应的所述五边形驱动面上；所述控制单元(3)设置在所述类球形外壳(1)的内部，用于控制所述驱动组件进行伸缩，以驱动所述类球形机器人运动；运动时，所述六边形支撑面与地面接触，相邻所述五边形驱动面上的驱动组件伸长，使得该类球形机器人绕六边形支撑面与该驱动组件相对的棱边翻转，并稳定在相邻的六边形支撑面上，随后该驱动组件收缩。2.如权利要求1所述的类球形机器人，其特征在于，所述驱动组件为具有双程形状记忆效应的形状记忆合金弹簧，所述控制单元(3)包括电源和电路控制组件，所述形状记忆合金弹簧与所述电源和电路控制组件连接，工作时通过所述电路控制组件控制所述形状记忆合金弹簧通电或断电，从而控制所述形状记忆合金弹簧伸长或收缩。3.如权利要求2所述的类球形机器人，其特征在于，所述形状记忆合金弹簧采用Ni-Ti形状记忆合金制成，其中Ni元素的质量百分比为54％～56％。4.如权利要求2所述的类球形机器人，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫春泽，杨潇，苏彬，雷烽骁，伍宏志，李乐川，李慧聪，李旭，王明哲，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：