專利名稱：柔性表面球形移動機器人的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種球形移動機器人，尤其是一種柔性表面球形移動機器人。
背景技術：
球形機器人作為一種新穎的移動機器人，同傳統的輪式、履帶式或足式移動機器人相比，有不會傾覆失效的不倒翁特性，容易適應多種地面復雜地形。球型機器人的研究工作已經展開幾十年了，從芬蘭赫爾辛基科技大學在1996年研制的第一個具有圓形外殼的球形機器人開始，國內外的許多學者相繼提出了許多不同的球形機器人結構。總體來看，現有的球形機器人根據功能的不同，方案各有千秋，基本上可以分為:輪式驅動、配重驅動以及風力驅動三種形式。輪式與配重形式機器人需要多個電機驅動，造成負載過大；風力驅動缺點是負載能力差，過度依賴風能。
發明內容
本發明的目的在于提供一種以單一動力源驅動的具有柔性表面結構的柔性表面球形移動機器人，該機器人表面由多個具有彈性的柔性表面構成，每個柔性表面與支撐其的結構封閉成為一個密封氣腔，位于中間部分的氣動源對不同氣腔充氣放氣，使得機器人表面不同部位發生變形驅動機器人運動。實現本發明目的技術方案為:一種柔性表面球形移動機器人，包括一個內部剛性球、若干個支撐管、骨架、氣腔底面和柔性表面，其特征在于:所述內部剛性球與各個氣腔底面通過分別各個支撐管相連接，氣腔底面、骨架以及柔性表面構成多個獨立氣腔；所述內部剛性球位于球心，內置氣動驅動源及控制系統；所述支撐管構成氣路并有電磁閥，氣路連接氣源與氣腔，支撐管中空且每個撐管與相應的氣腔相連，電磁閥控制每個氣路的通斷；機器人需要移動時，氣源從內部剛性球經過電磁閥向相應的氣腔充氣，相應的柔性表面在氣壓的作用下發生變形與相接處的外部環境相互作用產生推動力，運動結束，氣腔排氣，柔性表面恢復原來形狀。氣腔由骨架氣腔底面以及柔性表面構成，支撐管一端與氣腔相連，柔性表面采用軟材料，具有彈性。本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著技術進
IK
少:
1.本發明實現的柔性球形機器人，簡化了機器人實現運動所需要的機械結構，能實現在復雜地形下的運動。2.通過控制柔性表面不同部位的變形可以實現機器人在不同地形下的運動，提高了機器人運動的自由性、靈活性及適應性。3.通過控制不同表面的變形大小控制機器人的運動精度。4.通過一個動力源實現機器人所有運動。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。圖1是本發明的整體立體結構示意圖。圖2是本發明在平地上運動示意圖。圖3是多個柔性表面同時變形驅動機器人運動時示意圖。
具體實施例方式本發明的優選實施例結合
如下:
實施例一:
參見圖1，本柔性表面球形移動機器人，包括一個內部剛性球(3)、若干個支撐管(2)、骨架(I)、氣腔底面(5)和柔性表面(4)，其特征在于:所述內部剛性球(3)與各個氣腔底面(5 )通過分別各個支撐管(2 )相連接，氣腔底面(5 )、骨架(I)以及柔性表面(4 )構成多個獨立氣腔；所述內部剛性球(3)位于球心，內置氣動驅動源及控制系統；所述支撐管(2)構成氣路并有電磁閥，氣路連接氣源與氣腔，支撐管中空且每個撐管與相應的氣腔相連，電磁閥控制每個氣路的通斷；機器人需要移動時，氣源從內部剛性球(3)經過電磁閥向相應的氣腔充氣，相應的柔性表面(4)在氣壓的作用下發生變形與相接處的外部環境相互作用產生推動力，運動結束，氣腔排氣，柔性表面(4 )恢復原來形狀。實施例二:
本實施例與實施例一基本相同，特別之處如下:所述柔性表面(4)采用軟材料，具有彈性。所述支撐管(2)、內部剛性球(3)、氣腔底面(5)以及骨架(I)構成了球形機器人的剛性結構。機器人在運動時，可以同時為不同的幾個獨立氣腔充氣。每個柔性表面(4)變形大小可以通過充氣多少進行控制。實施例三:
參見圖f圖3，本柔性表面的球形移動機器人包括骨架(I)、支撐管(2)、內部剛性球
(3)、柔性變形表面(4)、氣腔底面(5)構成。支撐管(2)、內部剛性球(3)、氣腔底面(5)以及骨架⑴構成了球形機器人的剛性結構；
柔性球形機器人的外表面有多片柔性表面(4)構成，柔性表面采用軟材料，具有彈性；剛性骨架(I)支撐整個柔性表面(4)，并且與各個彈性表面4以及氣腔底面(5)構成多個獨
立氣腔；
內部剛性球(3)位于球心，主要為氣源裝置和控制系統，內部剛性球(3)與各個氣腔底面多個支撐管(2)相連接，氣腔底面5骨架I以及柔性表面構成多個獨立氣腔；
支撐管(2)具有氣路以及電磁閥，氣路連接氣源與氣腔，支撐管(2)中空且支撐管(2)兩端分別與內部剛性球(3)以及氣腔底面(5)相連，電磁閥控制每個氣路的通斷從而控制各個氣腔內部的充氣與放氣；
氣腔由骨架(I)氣腔底面(5 )以及柔性表面(4 )構成，支撐管(2 ) —端與氣腔(5 )相連，柔性表面(4)采用軟材料，具有一定彈性和韌性。本發明的工作原理是:依靠各個不同氣腔充氣與放氣實現柔性表面的突起與恢復，柔性表面的突起會與其相接觸的表面產生相互力的作用，從而使得機器人獲得相應的驅動力，驅動機器人的運動。本發明的工作過程如下:
球體柔性表面(4)不同部位的突起與恢復讓球體實現了各種運動。內部剛性球(3)位于球心，內置氣源動力、傳感器以及控制系統，傳感器實時掌握球形機器人的位置姿態，內部氣源在控制系統的控制下打開相應的電磁閥，氣源通過氣閥向指定的氣腔內部充氣，在氣體壓力作用下氣腔柔性表面(4)鼓起，并與地面相互作用，相互作用力推動球體運動；此步運動結束后，，相應的排氣閥將氣腔內氣體排空，柔性表面4恢復到原始狀態。氣腔充氣的多少控制柔性變形的大小，從而控制驅動力的大小；為了實現不同的運動方式，幾個氣腔可以同時充氣，實現不同表面的變形，從而實現復雜的運動。
權利要求
1.一種柔性表面球形移動機器人，包括一個內部剛性球(3)、若干個支撐管(2)、骨架(I)、氣腔底面(5)和柔性表面(4)，其特征在于:所述內部剛性球(3)與各個氣腔底面(5)分別通過一個支撐管(2)相連接，氣腔底面(5)、骨架(I)以及柔性表面(4)構成多個獨立氣腔；所述內部剛性球(3)位于球心，內置氣動驅動源及控制系統；所述支撐管(2)構成氣路并有電磁閥，氣路連接氣源與氣腔，支撐管中空且每個撐管與相應的氣腔相連，電磁閥控制每個氣路的通斷；機器人需要移動時，氣源從內部剛性球(3)經過電磁閥向相應的氣腔充氣，相應的柔性表面(4)在氣壓的作用下發生變形與相接處的外部環境相互作用產生推動力，運動結束，氣腔排氣，柔性表面(4)恢復原來形狀。
2.根據權利要求1所述的柔性表面球形移動機器人，其特征是:所述柔性表面(4)采用軟材料，具有彈性。
3.根據權利要求1所述的柔性表面球形移動機器人，其特征是:所述支撐管(2)、內部剛性球(3)、氣腔底面(5)以及骨架(I)構成了球形機器人的剛性結構。
4.根據權利要求1所述的柔性表面球形移動機器人，其特征是:機器人在運動時，可同時為不同的幾個獨立氣腔充氣。
5.根據權利要求1所述的柔性表面球形移動機器人，其特征是:每個柔性表面(4)變形大小可以通過充氣多少進行控制。
全文摘要
本發明公開了一種柔性表面球形移動機器人，該機器人包括一個內部剛性球、若干個支撐管、骨架、氣腔底面和柔性表面，所述內部剛性球與各個氣腔底面通過分別各個支撐管相連接，氣腔底面、骨架以及柔性表面構成多個獨立氣腔；所述內部剛性球位于球心，內置氣動驅動源及控制系統；所述支撐管構成氣路并有電磁閥，氣路連接氣源與氣腔，支撐管中空且每個撐管與相應的氣腔相連，電磁閥控制每個氣路的通斷；機器人需要移動時，氣源從內部剛性球經過電磁閥向相應的氣腔充氣，相應的柔性表面在氣壓的作用下發生變形與相接處的外部環境相互作用產生推動力，運動結束，氣腔排氣，柔性表面恢復原來形狀。
文檔編號B62D57/00GK103158799SQ20131009121
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月21日 優先權日2012年9月21日
發明者彭艷, 劉梅, 羅均, 謝少榮, 唐志杰 申請人:上海大學