一種球形機器人及控制方法
【專利摘要】本發明涉及機器人技術領域，公開一種球形機器人及控制方法，球形機器人包括球形殼體、球形殼體驅動機構、攝像機組件，球形殼體驅動機構安裝于球形殼體內以驅動球形殼體繞其球心自轉，還包括頭部殼體，攝像機組件安裝于頭部殼體內，頭部殼體位于球形殼體的外側、且可沿球形殼體的外表面滑動；頭部殼體設有第一磁性部件，球形殼體驅動機構上設有第二磁性部件，第一磁性部件與第二磁性部件磁性連接，且沿豎直方向，球形殼體驅動機構、頭部殼體以及攝像機組件形成的模塊的重心低于球形殼體的球心，該球形機器人的攝像機組件設置在球形殼體的外部，能夠隨球形殼體運動，且能夠相對球形殼體轉動，結構簡單、運動靈活可靠且影像記錄效果較好。
【專利說明】
一種球形機器人及控制方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及機器人技術領域，尤其涉及一種球形機器人及控制方法。【背景技術】
[0002]球形機器人是指將驅動系統、傳感器、控制器等安裝在一球形殼體內部，通過內驅動方式帶動球形殼體滾動運動實現自身前進、后退以及轉向等全向運動的機器人，由于球形機器人具有封閉的外殼和特殊的運動形式，相對于輪式或軌道式以及類人機器人，具有良好的動態和靜態平衡性，使得球形機器人不易因為碰撞而產生失穩狀態，且能在失穩后獲得最大的穩定性，而球形機器人地形適應性較好以及很好的密封性的特點更可以使其行駛在沙塵、潮濕、腐蝕性的惡劣環境中。
[0003]因此，在上述球形機器人搭載影像記錄設備就可以用于地形探測、外星球探索、輻射腐蝕環境探索等領域，應用范圍較廣，市場前景巨大，在現有的球形機器人系統大都將攝像頭設置于球形殼體內部，使得攝像頭不會對球形機器人的運動造成影響，并將球形外殼設計成透明狀，從而實現攝像頭對外部情況的觀測，以能夠滿足影像記錄的功能，但是上述攝像頭的設置方式導致球形機器人的機械結構設計較為復雜，且攝像頭的視角較低，容易被遮擋，另外，球形殼體的外表材料的透明度限制了影像清晰度，而對球形殼體的外表材料的高要求又導致球形機器人造價相對昂貴，不利于市場推廣。因此，設計一種影像記錄效果較好的球形機器人就顯得尤為迫切。
【發明內容】
[0004]本發明提供本發明提供一中球形機器人及控制方法，該球形機器人的攝像機組件設置在球形殼體的外部，能夠隨球形殼體運動，且能夠相對球形殼體轉動，結構簡單、運動靈活可靠且影像記錄效果較好。
[0005]為達到上述目的，本發明提供以下技術方案:
[0006]—種球形機器人，包括球形殼體、球形殼體驅動機構、攝像機組件，所述球形殼體驅動機構安裝于所述球形殼體內以驅動所述球形殼體繞其球心自轉，還包括頭部殼體，所述攝像機組件安裝于所述頭部殼體內，所述頭部殼體位于所述球形殼體的外側、且可沿所述球形殼體的外表面滑動;所述頭部殼體設有第一磁性部件，所述球形殼體驅動機構上設有第二磁性部件，所述第一磁性部件與所述第二磁性部件磁性連接。
[0007]在上述球形機器人中，當球形殼體驅動機構驅動球形殼體繞其球心自轉時，球形機器人進行行走，此時，安裝于球形殼體驅動機構上的第二磁性部件一起運動，并且，由于第二磁性部件與頭部殼體設置的第一磁性部件磁性連接，進而頭部殼體與球形殼體驅動機構之間的位置關系相對固定，進而帶動頭部殼體沿球形殼體的外表面進行滑動，當球形機器人行走時帶動頭部殼體一起運動，進而帶動攝像機組件運動；因此，通過相對簡單的結構即可實現攝像機組件的靈活運動，又由于攝像機組件位于球形殼體的外部，其影像的清晰度不受球形殼體的影響，使得視角較廣，且不易被遮擋，提高了攝像機組件的影響記錄效果。
[0008]優選地，沿豎直方向，所述球形殼體驅動機構、頭部殼體以及攝像機組件形成的模塊的重心低于所述球形殼體的球心。由于沿豎直方向，球形殼體驅動機構、頭部殼體以及攝像機組件形成的模塊的重心低于球形殼體的球心，頭部殼體在第一磁性部件以及第二磁性部件的作用下始終處于球形殼體的上方且不會掉落，球形殼體驅動機構、頭部殼體以及攝像機組件形成的模塊相對于球形機器人的運動平面在豎直方向上的位置不變，球形殼體繞其球心自轉時，頭部殼體在球形殼體的上方隨之一起運動，穩定性較好、且能夠保證球形機器人整體的平衡。
[0009]優選地，所述球形殼體驅動機構包括底盤、設置在所述底盤上且與所述球形殼體內表面滾動配合的多個麥克納姆輪、用于控制各所述麥克納姆輪運動的第一控制器、為所述麥克納姆輪以及所述第一控制器提供電源的第一電源模塊，其中，所述底盤上設有連接臂，所述第二磁性部件設置于所述連接臂的一端。
[0010]優選地，所述連接臂包括第一連桿、第二連桿，其中:
[0011]所述第一連桿的一端安裝在所述底盤上，且所述第一連桿與所述底盤之間設有用于驅動所述第一連桿動作的第一驅動裝置；
[0012]所述第二連桿的一端與所述第一連桿的另一端連接，且所述第二連桿與所述第一連桿之間設有用于驅動所述第二連桿相對于所述第一連桿動作的第二驅動裝置，所述第二磁性部件設置于所述第二連桿的另一端；
[0013]所述第一驅動裝置以及所述第二驅動裝置與所述第一控制器信號連接，且與所述第一電源模塊連接。
[0014]優選地，所述第一驅動裝置為電機，和/或，所述第二驅動裝置為電機。
[0015]優選地，所述底盤具有四邊形結構，所述底盤的四個角部分別設有第一麥克納姆輪、第二麥克納姆輪、第三麥克納姆輪、第四麥克納姆輪，沿所述球形機器人的前進方向，第一麥克納姆輪和第四麥克納姆輪位于底盤的左側，第二麥克納姆輪和第三麥克納姆輪位于底盤的右側，所述第一麥克納姆輪位于所述第四麥克納姆輪的前側，第二麥克納姆輪位于第三麥克納姆輪的前側;所述第一麥克納姆輪的旋轉軸線與第四麥克納姆輪的旋轉軸線平行，所述第二麥克納姆輪的軸心線與所述第三麥克納姆輪的軸心線平行;所述第一麥克納姆輪的旋轉軸線與所述球形機器人的前進方向垂直、且與豎直方向呈5?15°傾角，所述第二麥克納姆輪的軸心線與所述球形機器人的前進方向垂直、且與豎直方向呈5?15°傾角， 且沿豎直向下的方向，所述第一麥克納姆輪與所述第二麥克納姆輪之間的距離逐漸增大。
[0016]優選地，每一個所述麥克納姆輪與所述底盤之間通過電機連接，所述電機與所述第一控制器信號相連、且與所述第一電源模塊電連接。
[0017]優選地，所述第一電源模塊為蓄電電池。
[0018]優選地，所述頭部殼體沿所述球形殼體的外表面滑動時，所述頭部殼體相對所述球形殼體俯仰時，所述頭部殼體的中心與所述球形殼體球心的連線與豎直方向的夾角在0° 至45°的范圍內。
[0019]優選地，所述頭部殼體通過多個萬向輪支撐于所述球形殼體的外表面。
[0020]優選地，所述頭部殼體上設有四個所述萬向輪，且四個所述萬向輪呈四邊形分布。
[0021]優選地，所述攝像機組件包括攝像頭、第二控制器以及第二電源模塊，所述第二控制器與所述攝像頭信號相連，所述第二電源模塊與所述攝像頭以及所述第二控制器電連接，用于為所述攝像頭以及所述第二控制器提供電源。
[0022]優選地，所述第二電源模塊為蓄電電池。[〇〇23] 一種球形機器人的控制方法，包括:[〇〇24]S501，通過控制球形殼體驅動機構驅動球形殼體自轉，并且，頭部殼體在第一磁性部件和第二磁性部件的配合作用下沿所述球形殼體的外表面滑動；[〇〇25]S502,通過控制頭部殼體內設有的攝像機組件進行拍攝。
[0026]優選地，當所述底盤具有四邊形結構、且所述底盤的四個角部分別設有第一麥克納姆輪、第二麥克納姆輪、第三麥克納姆輪、第四麥克納姆輪時，其中，沿所述球形機器人的前進方向，第一麥克納姆輪和第四麥克納姆輪位于底盤的左側，第二麥克納姆輪和第三麥克納姆輪位于底盤的右側，所述第一麥克納姆輪位于所述第四麥克納姆輪的前側，第二麥克納姆輪位于第三麥克納姆輪的前側，所述通過控制球形殼體驅動機構的動作驅動球形殼體自轉以使球形機器人行走包括:
[0027]當第一麥克納姆輪、第二麥克納姆輪、第三麥克納姆輪、第四麥克納姆輪繞自身的旋轉軸線沿第一方向旋轉時，驅動所述球形機器人前進；
[0028]當第一麥克納姆輪、第二麥克納姆輪、第三麥克納姆輪、第四麥克納姆輪繞自身的旋轉軸線沿與第一方向相反的第二方向旋轉時，驅動所述球形機器人后退；
[0029]當所述第一麥克納姆輪和第三麥克納姆輪繞自身旋轉軸線沿第一方向旋轉、第二麥克納姆輪和第四麥克納姆輪繞自身旋轉軸線沿第二方向轉動時，驅動所述球形機器人向右方行進；
[0030]當所述第一麥克納姆輪和第三麥克納姆輪繞自身旋轉軸線沿第二方向旋轉、第二麥克納姆輪和第四麥克納姆輪繞自身旋轉軸線沿第一方向旋轉時，驅動所述球形機器人向左方行進；
[0031]當第一麥克納姆輪和第四麥克納姆輪繞自身旋轉軸線沿第一方向旋轉、第二麥克納姆輪和第三麥克納姆輪繞自身旋轉軸線沿第二方向旋轉時，驅動所述球形機器人順時針旋轉；
[0032]當第一麥克納姆輪和第四麥克納姆輪繞自身旋轉軸線沿第二方向旋轉、第二麥克納姆輪和第三麥克納姆輪繞自身旋轉軸線沿第一方向旋轉時，驅動所述球形機器人逆時針旋轉；[〇〇33]當第一麥克納姆輪和第三麥克納姆輪繞自身旋轉軸線沿第一方向旋轉、且第二麥克納姆輪和第四麥克納姆輪不旋轉時，驅動所述球形機器人向右前方行進；[〇〇34]當第二麥克納姆輪和第四麥克納姆輪繞自身旋轉軸線沿第一方向旋轉、且且第一麥克納姆輪和第三麥克納姆輪不旋轉時，驅動所述球形機器人向左前方行進。
[0035]優選地，當球形殼體驅動機構包括底盤以及設置在底盤上的連接臂，且連接臂包括第一連桿、第二連桿時，所述頭部殼體沿球形殼體的外表面滑動過程包括:
[0036]當通過所述第一連桿以及第二連桿驅動所述第二磁性部件向所述球形機器人行進方向移動時，驅動所述頭部殼體做俯下動作；
[0037]當通過所述第一連桿以及第二連桿驅動所述第二磁性部件向所述球形機器人行進方向相反的方向移動時，驅動所述頭部殼體做仰起動作。【附圖說明】
[0038]圖1為本發明提供的一種球形機器人的結構示意圖；
[0039]圖2為本發明提供的一種球形機器人中頭部殼體相對球形殼體滑動示意圖；
[0040]圖3為本發明提供的一種球形機器人中球形殼體驅動機構的結構示意圖；[0041 ]圖4為本發明提供的一種球形機器人的運動控制示意圖；
[0042]圖5為本發明提供的一種球形機器人的控制方法示意圖；
[0043]圖6為本發明提供的一種球形機器人的前行示意圖；
[0044]圖7為本發明提供的一種球形機器人的后退示意圖；
[0045]圖8為本發明提供的一種球形機器人的右行示意圖；
[0046]圖9為本發明提供的一種球形機器人的左行示意圖；
[0047]圖10為本發明提供的一種球形機器人的順時針旋轉示意圖；
[0048]圖11為本發明提供的一種球形機器人的逆時針旋轉示意圖；
[0049]圖12為本發明提供的一種球形機器人的右前行示意圖；
[0050]圖13為本發明提供的一種球形機器人的左前行示意圖。【具體實施方式】
[0051]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0052]本發明實施例提供的一種球形機器人，如圖1以及圖2所示，包括球形殼體1、球形殼體驅動機構2、攝像機組件3,球形殼體驅動機構2安裝于球形殼體1內以驅動球形殼體1繞其球心自轉，還包括頭部殼體6，攝像機組件3安裝于頭部殼體6內，頭部殼體6位于球形殼體 1的外側、且可沿球形殼體1的外表面滑動;頭部殼體6設有第一磁性部件4,球形殼體驅動機構2上設有第二磁性部件25，第一磁性部件4與第二磁性部件25磁性連接，且沿豎直方向，球形殼體驅動機構2、頭部殼體6以及攝像機組件3形成的模塊的重心低于球形殼體1的球心。 [〇〇53]在上述球形機器人中，當球形殼體驅動機構2驅動球形殼體1繞其球心自轉時，球形機器人進行行走，此時，安裝于球形殼體驅動機構2上的第二磁性部件25—起運動，并且， 由于第二磁性部件25與頭部殼體6設置的第一磁性部件4之間磁性連接，進而頭部殼體6與球形殼體驅動機構2之間的位置關系相對固定，進而帶動頭部殼體6沿球形殼體1的外表面進行滑動，當球形機器人行走時帶動頭部殼體6—起運動，進而帶動攝像機組件3運動；因此，上述球形機器人中通過相對簡單的結構即可實現攝像機組件3的靈活運動，又由于攝像機組件3位于球形殼體1的外部，其影像的清晰度不受球形殼體1的影響，且攝像機組件拍攝圖像時視角較廣、且不易被遮擋，提高了攝像機組件3的影像記錄效果。[〇〇54] 一種優選實施方式中，為了保證頭部殼體6能夠始終保持在球形殼體1的頂部位置，沿豎直方向，球形殼體驅動機構2、頭部殼體6以及攝像機組件3形成的模塊的重心低于球形殼體1的球心。
[0055]由于沿豎直方向，球形殼體驅動機構2、頭部殼體6以及攝像機組件3形成的模塊的重心低于球形殼體1的球心，頭部殼體6在第一磁性部件4以及第二磁性部件25的作用下始終處于球形殼體1的上方且不會掉落，球形殼體驅動機構2、頭部殼體6以及攝像機組件3形成的模塊相對于球形機器人的運動平面在豎直方向上的位置不變，球形殼體1繞其球心自轉時，頭部殼體6在球形殼體1的上方隨之一起運動，穩定性較好、且能夠保證球形機器人整體的平衡.
[0056] 為了更好地實現對球形機器人運動的控制，一種優選實施方式中，如圖1、圖2以及圖3所示，球形殼體驅動機構2包括底盤21、設置在底盤21上且與球形殼體1內表面滾動配合的多個麥克納姆輪22、用于控制各麥克納姆輪22運動的第一控制器262、為麥克納姆輪22以及第一控制器262提供電源的第一電源模塊261，其中，底盤21上設有連接臂24,第二磁性部件25設置于連接臂24的一端，連接臂24與第一控制器262信號連接，且與第一電源模塊261 電連接。具體地，連接臂與第一控制器之間的信號連接可以為無線連接、有線連接等。[〇〇57]麥克納姆輪22是一種全方位移動車輪，該輪是在傳統車輪的基礎上，在輪緣上再沿與軸線成45°方向安裝若干可以自由旋轉的滾子，在車輪滾動時，滾子就會產生側向運動，通過麥克納姆輪22的組合使用和控制，可以使基于麥克納姆輪22的運動機構產生運動平面內的任意方向移動和轉動，且能夠在較為狹窄的空間內實現靈活的運動。[〇〇58]對于上述球形殼體驅動機構2,當第一控制器262根據接收到外界遙控器所發出的操作信號向相應的麥克納姆輪22以及連接臂24發出動作信號，麥克納姆輪22以及連接臂24 在第一電源模塊261的電力支持下根據接收到的動作信號實現相應的運動。[〇〇59]當麥克納姆輪22接收到移動信號時，由于麥克納姆輪22設置在底盤21上且與球形殼體1內表面滾動配合，此時，多個麥克納姆輪22配合動作以帶動底盤21沿某一方向移動， 進而帶動球形殼體1繞其球心自轉，而設置在底盤21上的連接臂24帶動第二磁性部件25沿該方向移動，第二磁性部件25帶動與之磁性連接的第一磁性部件4運動，進而使位于球形殼體1上的頭部殼體6沿該方向移動，以將位于頭部殼體6內的攝像機組件3移動到相應位置。
[0060]當麥克納姆輪22接收到移動信號時，多個麥克納姆輪22配合動作以帶動底盤21以通過球形殼體1的球心以及其與所在平面的接觸點的直線為旋轉軸轉動，帶動球形殼體1繞其球心自轉，而連接臂24帶動第二磁性部件25繞該旋轉軸轉動，第二磁性部件25帶動與之磁性連接的第一磁性部件4轉動，進而使位于球形殼體1上的頭部殼體6繞該旋轉軸轉動，以使頭部殼體6內的攝像機組件3繞該旋轉軸轉動，進而記錄繞旋轉軸一周的影像。[〇〇611當連接臂24接收到轉動信號時，連接臂24相對于底盤21轉動，帶動第二磁性部件 25轉動，而第二磁性部件25帶動與之磁性連接的第一磁性部件4轉動，進而帶動頭部殼體6 相對于球形殼體1沿著球形殼體1的外表面移動，實現攝像機組件3相對球形殼體1的俯仰動作，以獲得較大的攝像機組件3的視角。[〇〇62]因此，通過上述球形殼體驅動機構2即可實現對球形機器人的控制，實現攝像機組件3記錄影像的位置以及視角的調整，以獲得較好的攝像機組件3的影像記錄效果。[〇〇63]當然，球形殼體驅動機構2中具有的第一電源模塊261、第一控制器262等器件可以作為固定于底盤21上的配重件26,以保證沿豎直方向，球形殼體驅動機構2、頭部殼體6以及攝像機組件3形成的模塊的重心低于球形殼體1的球心。
[0064]在上述球形殼體驅動機構2的基礎上，為了更好地實現頭部殼體6的動作，具體地， 如圖1以及圖2所示，連接臂24包括第一連桿242、第二連桿241，其中:
[0065] 第一連桿242的一端安裝在底盤21上，且第一連桿242與底盤21之間設有用于驅動第一連桿242動作的第一驅動裝置;具體，第一連桿242可以通過樞裝的方式安裝在底盤21 上；[〇〇66]第二連桿241的一端與第一連桿242的另一端連接，具體第二連桿241的一端與第一連桿242的另一端之間可以為鉸接，且第二連桿241與第一連桿242之間設有用于驅動第二連桿241動作的第二驅動裝置，第二磁性部件25設置于第二連桿241的另一端；[〇〇67]第一驅動裝置以及第二驅動裝置與第一控制器262信號連接，且與第一電源模塊 261連接。
[0068]當第一控制器262根據接收到外界遙控器所發出的操作信號時向第一驅動裝置以及第二驅動裝置發出動作信號，第一驅動裝置驅動第一連桿242相對于底盤21轉動，帶動第二連桿241以及設置在第二連桿241上的第二磁性部件25移動，第二驅動裝置驅動第二連桿 241相對于第一連桿242運動，帶動設置在其上的第二磁性部件25移動，第二磁性部件25的上述兩個移動過程帶動與之磁性連接的第一磁性部件4運動，進而帶動頭部殼體6沿球形殼體1外表面移動，實現攝像機組件3相對球形殼體1的俯仰動作，以獲得較大的攝像機組件3 的視角。
[0069]具體地，第一驅動裝置和第二驅動裝置可以根據實際情況進行選擇，可以為電機， 也可以為氣缸，其中可供選擇的實現方式有，第一驅動裝置為電機，同時，第二驅動裝置為電機;第一驅動裝置為電機，第二驅動裝置為氣缸;第一驅動裝置為氣缸，第二驅動裝置為電機;第一驅動裝置為氣缸，同時，第二驅動裝置為氣缸;可以根據球形殼體1以及機械臂的尺寸等具體情況選擇合適的實現方式。
[0070]為了使球形機器人在運動過程中保持較好的穩定性，具體地，如圖3所示，底盤21 具有四邊形結構，且底盤上21設有四個麥克納姆輪22,具體如圖4所示，底盤21的四個角部分別設有第一麥克納姆輪221、第二麥克納姆輪222、第三麥克納姆輪223、第四麥克納姆輪 224,沿球形機器人的前進方向，第一麥克納姆輪221和第四麥克納姆輪224位于底盤21的左偵I第二麥克納姆輪222和第三麥克納姆輪223位于底盤21的右側，第一麥克納姆輪221位于第四麥克納姆輪224的前側，第二麥克納姆輪222位于第三麥克納姆輪223的前側;第一麥克納姆輪221的旋轉軸線與第四麥克納姆輪224的旋轉軸線平行，第二麥克納姆輪222的軸心線與第三麥克納姆輪223的軸心線平行;第一麥克納姆輪221的旋轉軸線與球形機器人的前進方向垂直、且與豎直方向呈5?15°傾角，第二麥克納姆輪222的軸心線與球形機器人的前進方向垂直、且與豎直方向呈5?15°傾角，且沿豎直向下的方向，第一麥克納姆輪221與第二麥克納姆輪222之間的距離逐漸增大。當球形殼體驅動機構2具有上述結構時，能夠使四個麥克納姆輪22中具的輪軸能夠充分同球形殼體1的內表面進行接觸，提高麥克納姆輪22 對球形殼體1驅動的穩定性。
[0071]具體地，每一個麥克納姆輪22與底盤21之間通過電機23連接，電機23與第一控制器262信號相連、且與第一電源模塊261電連接，當第一控制器262根據接收到外界遙控器所發出的操作信號向相應的麥克納姆輪22發出轉動或移動信號時，電機23在第一電源模塊 261的電力支持下根據接收到的轉動或移動信號，進而帶動麥克納姆輪22運動，通過多個麥克納姆輪22運動的組合實現球形殼體1以通過球形殼體1的球心以及其與所在平面的接觸點的直線為旋轉軸轉動或朝某一方向的移動。
[0072]如圖4以及圖6所示，在第一電源模塊261的電力支持下，第一控制器根據接收到的遙控器6發出的前進信號向第一電機231、第二電機232、第三電機233以及第四電機234發出動作信號以驅動第一麥克納姆輪221、第二麥克納姆輪222、第三麥克納姆輪223以及第四麥克納姆輪224按照第一方向A旋轉，帶動底盤21沿著方向a移動，進而帶動球形機器人前進。
[0073]如圖4以及圖7所示，在第一電源模塊261的電力支持下，第一控制器根據接收到的遙控器6發出的后退信號向第一電機231、第二電機232、第三電機233以及第四電機234發出動作信號以驅動第一麥克納姆輪221、第二麥克納姆輪222、第三麥克納姆輪223以及第四麥克納姆輪224按照與第一方向A相反的第二方向B旋轉，帶動底盤21沿著方向b移動，進而帶動球形機器人后退。
[0074]如圖4以及圖8所示，在第一電源模塊261的電力支持下，第一控制器根據接收到的遙控器6發出的右行信號向第一電機231、第二電機232、第三電機233以及第四電機234發出動作信號以驅動第一麥克納姆輪221以及第三麥克納姆輪223按照第一方向A旋轉，第二麥克納姆輪222以及第四麥克納姆輪224按照與第一方向A相反的第二方向B旋轉，帶動底盤21 沿著方向c移動，進而帶動球形機器人右行。
[0075]如圖4以及圖9所示，在第一電源模塊261的電力支持下，第一控制器根據接收到的遙控器6發出的右行信號向第一電機231、第二電機232、第三電機233以及第四電機234發出動作信號以驅動第一麥克納姆輪221以及第三麥克納姆輪223按照與第一方向A相反的第二方向B旋轉，第二麥克納姆輪222以及第四麥克納姆輪224按照第一方向A旋轉，帶動底盤21 沿著方向d移動，進而帶動球形機器人左行。[〇〇76]如圖4以及圖10所示，在第一電源模塊261的電力支持下，第一控制器根據接收到的遙控器6發出的順時針旋轉信號向第一電機231、第二電機232、第三電機233以及第四電機234發出動作信號以驅動第一麥克納姆輪221以及第四麥克納姆輪224按照第一方向A旋轉，第二麥克納姆輪222以及第三麥克納姆輪223按照與第一方向A相反的第二方向B旋轉， 帶動底盤21按照方向e轉動，進而帶動球形機器人順時針旋轉。[〇〇77]如圖4以及圖11所示，在第一電源模塊261的電力支持下，第一控制器根據接收到的遙控器6發出的逆時針旋轉信號向第一電機231、第二電機232、第三電機233以及第四電機234發出動作信號以驅動第一麥克納姆輪221以及第四麥克納姆輪224按照與第一方向A 相反的第二方向B旋轉，第二麥克納姆輪222以及第三麥克納姆輪223按照第一方向A旋轉， 帶動底盤21按照方向f■轉動，進而帶動球形機器人逆時針旋轉。[〇〇78]如圖4以及圖12所示，在第一電源模塊261的電力支持下，第一控制器根據接收到的遙控器6發出的向右前方行進信號向第一電機231以及第三電機233發出動作信號以驅動第一麥克納姆輪221以及第三麥克納姆輪223沿第一方向A旋轉，帶動底盤21按照方向g轉動，進而帶動球形機器人向右前方行進。[〇〇79]如圖4以及圖13所示，在第一電源模塊261的電力支持下，第一控制器根據接收到的遙控器6發出的向左前方行進信號向第一電機231以及第三電機233發出動作信號以驅動第二麥克納姆輪222以及第四麥克納姆輪224沿第一方向A旋轉，帶動底盤21按照方向h轉動，進而帶動球形機器人向左前方行進。[0〇8〇] 具體地，第一電源模塊261可以為蓄電電池，由于第一電源模塊261封閉在球形殼體1內，且在運動過程中需要為球形機器人的運動提供電力支持，因此，第一電源模塊261應當選擇便于攜帶、且電容量較大的電源形式，而價格便宜、使用方便、能夠大功率放電的蓄電電池恰好能夠滿足這一需求，但是第一電源模塊261不限于蓄電電池，還可以為其他適合具體球形機器人的電源形式。[0081 ] —種優選實施方式中，頭部殼體6沿球形殼體1的外表面滑動時，頭部殼體6相對球形殼體1俯仰時，頭部殼體6的中心與球形殼體1球心的連線與豎直方向的夾角在0°至45°的范圍內，為了避免頭部殼體6從球形殼體1上脫離，頭部殼體6相對于球形殼體1俯仰的角度應該在一定的范圍內，上述范圍為0°至45°，頭部殼體6相對球形殼體1俯下的角度可以為 5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°，頭部殼體6相對球形殼體1揚起的角度可以為5°、 10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°。
[0082]為了實現頭部殼體6在球形殼體1夕卜表面更好地移動，一種優選實施方式中，如圖1 以及圖2所示，頭部殼體6通過多個萬向輪5支撐于球形殼體1的外表面，當第一磁性部件4帶動頭部殼體6相對于球形殼體1沿著球形殼體1的外表面移動時，頭部殼體6上的萬向輪5沿著球形殼體1的外表面滾動，實現攝像機組件3相對球形殼體1的轉動，以調整攝像機組件3 的視角，由于萬向輪5和球形殼體1的外表面之間時滾動摩擦，摩擦力較小，使得頭部殼體6 以及攝像機組件3相對于球形殼體1的運動較為靈活。[〇〇83] 具體地，如圖1以及圖2所示，頭部殼體6上設有四個萬向輪5,且四個萬向輪5呈四邊形分布，呈四邊形分布的四個萬向輪5使得頭部可以能夠球形殼體驅動機構2的作用下沿著球形殼體1外表面的上半部分進行自由運動，從而從攝像機組件3具有較大的視角。
[0084]—種優選實施方式中，攝像機組件3包括攝像頭、第二控制器以及第二電源模塊， 第二控制器與攝像頭信號相連，第二電源模塊與攝像頭以及第二控制器電連接，用于為攝像頭以及第二控制器提供電源，在攝像機組件3的工作過程中，第二電源模塊對攝像頭以及第二控制器進行電力支持，第二控制器與外界遙控器信號相連，第二控制器根據外界遙控器發出的操作信號向攝像頭發出變焦、無線數據傳輸等控制信號，攝像頭根據接受到的控制信號做出相應的動作，以實現對攝像頭的控制。
[0085]具體地，第二電源模塊可以為蓄電電池，蓄電電池具有價格便宜、使用方便、能夠大功率放電、可再充電等優點，可以作為第二電源模塊為攝像頭以及第二控制器提供電力支持，另外，第二電源模塊還可以為其他適合的電源形式。
[0086]如圖5所示，本發明實施例提供的一種球形機器人的控制方法，包括:[〇〇87]S501，通過控制球形殼體1驅動機構2驅動球形殼體1自轉，并且，頭部殼體6在第一磁性部件4和第二磁性部件25的配合作用下沿球形殼體1的外表面滑動；[〇〇88]S502,通過控制頭部殼體6內設有的攝像機組件3進行拍攝。[〇〇89] 在上述球形機器人的控制方法中，在步驟S501中，球形殼體驅動機構2驅動球形殼體1自轉，頭部殼體6在第一磁性部件4以及第二磁性部件25的作用下始終處于球形殼體1的上方，球形殼體1帶動頭部殼體6運動，當球形殼體驅動機構2驅動第二磁性部件25運動時， 第二磁性部件25帶動與之磁性連接的第一磁性部件4轉動，進而帶動頭部殼體6沿球形殼體 1的外表面滑動，實現攝像機組件3相對球形殼體1的俯仰動作;在步驟S502中，通過控制頭部殼體6內設有的攝像機組件3進行拍攝以實現攝像機組件3的影像記錄，在上述控制方法中，通過簡單的操作即可實現攝像機組件3的靈活活動，獲得較高的影像清晰度，且視角較廣，攝像機組件3的影像記錄效果較好。
[0090] —種優選實施方式中，如圖4所示，當球形殼體驅動機構2包括的底盤21具有四邊形結構、且底盤21上設有四個麥克納姆輪22時，其中，沿球形機器人的前進方向，第一麥克納姆輪221和第四麥克納姆輪224位于底盤21的左側，第二麥克納姆輪222和第三麥克納姆輪223位于底盤21的右側，第一麥克納姆輪221位于第四麥克納姆輪224的前側，第二麥克納姆輪222位于第三麥克納姆輪223的前側，上述步驟S101中，通過控制球形殼體驅動機構2驅動球形殼體1自轉，具體可以包括:[0091 ]如圖6所示，當第一麥克納姆輪221、第二麥克納姆輪222、第三麥克納姆輪223、第四麥克納姆輪224繞自身的旋轉軸線沿第一方向A旋轉時，驅動球形機器人前進；[〇〇92]如圖7所示，當第一麥克納姆輪221、第二麥克納姆輪222、第三麥克納姆輪223、第四麥克納姆輪224繞自身的旋轉軸線沿與第一方向A相反的第二方向B旋轉時，驅動球形機器人后退；[〇〇93]如圖8所示，當第一麥克納姆輪221和第三麥克納姆輪223繞自身旋轉軸線沿第一方向A旋轉、第二麥克納姆輪222和第四麥克納姆輪224繞自身旋轉軸線沿第二方向B轉動時，驅動球形機器人向右方行進；[〇〇94]如圖9所示，當第一麥克納姆輪221和第三麥克納姆輪223繞自身旋轉軸線沿第二方向B旋轉、第二麥克納姆輪222和第四麥克納姆輪224繞自身旋轉軸線沿第一方向A旋轉時，驅動球形機器人向左方行進；
[0095]如圖10所示，當第一麥克納姆輪221和第四麥克納姆輪224繞自身旋轉軸線沿第一方向A旋轉、第二麥克納姆輪222和第三麥克納姆輪223繞自身旋轉軸線沿第二方向B旋轉時，驅動球形機器人順時針旋轉；
[0096]如圖11所示，當第一麥克納姆輪221和第四麥克納姆輪224繞自身旋轉軸線沿第二方向B旋轉、第二麥克納姆輪222和第三麥克納姆輪223繞自身旋轉軸線沿第一方向A旋轉時，驅動球形機器人逆時針旋轉；[〇〇97]如圖12所示，當第一麥克納姆輪221和第三麥克納姆輪223繞自身旋轉軸線沿第一方向A旋轉、且第二麥克納姆輪222和第四麥克納姆輪224不旋轉時，驅動球形機器人向右前方行進；
[0098]如圖13所示，當第二麥克納姆輪222和第四麥克納姆輪224繞自身旋轉軸線沿第一方向A旋轉、且且第一麥克納姆輪221和第三麥克納姆輪223不旋轉時，驅動球形機器人向左前方行進。
[0099]通過設置在底盤21上的四個麥克納姆輪22的配合運動能夠實現底盤21的全方位運動，進而帶動球形殼體1以及頭部殼體6實現相應運動，因此，通過將基于麥克納姆輪22的球形殼體驅動機構2嵌入到球形機器人內部，能夠實現對球形機器人運動的控制，并在快速運動中保持較好的穩定性。
[0100]—種優選實施方式中，當球形殼體驅動機構2包括底盤21以及設置在底盤21上的連接臂24，且連接臂24包括第一連桿242、第二連桿241時，頭部殼體6沿球形殼體1的外表面滑動過程包括:
[0101]當第一連桿242以及第二連桿241驅動第二磁性部件25向球形機器人行進方向移動時，驅動頭部殼體6做俯下動作；[〇1〇2]當第一連桿242以及第二連桿241向球形機器人行進方向相反的方向移動時，驅動頭部殼體6做仰起動作。[〇1〇3] 通過第一連桿242和第二連桿241的配合運動能夠實現頭部殼體6沿球形殼體1夕卜表面的移動，進而實現頭部殼體6以及位于頭部殼體內的攝像機組件3相對球形殼體1的俯仰動作，以獲得較大的攝像機組件3的視角。
[0104]顯然，本領域的技術人員可以對本發明實施例進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
【主權項】
1.一種球形機器人，包括球形殼體、球形殼體驅動機構、攝像機組件，所述球形殼體驅 動機構安裝于所述球形殼體內以驅動所述球形殼體繞其球心自轉，其特征在于，還包括頭 部殼體，所述攝像機組件安裝于所述頭部殼體內，所述頭部殼體位于所述球形殼體的外側、 且可沿所述球形殼體的外表面滑動;所述頭部殼體設有第一磁性部件，所述球形殼體驅動 機構上設有第二磁性部件，所述第一磁性部件與所述第二磁性部件磁性連接。2.根據權利要求1所述的球形機器人，其特征在于，沿豎直方向，所述球形殼體驅動機 構、頭部殼體以及攝像機組件形成的模塊的重心低于所述球形殼體的球心。3.根據權利要求1所述的球形機器人，其特征在于，所述球形殼體驅動機構包括底盤、 設置在所述底盤上且與所述球形殼體內表面滾動配合的多個麥克納姆輪、用于控制各所述 麥克納姆輪運動的第一控制器、為所述麥克納姆輪以及所述第一控制器提供電源的第一電 源模塊，其中，所述底盤上設有連接臂，所述第二磁性部件設置于所述連接臂的一端。4.根據權利要求3所述的球形機器人，其特征在于，所述連接臂包括第一連桿、第二連 桿，其中:所述第一連桿的一端安裝在所述底盤上，且所述第一連桿與所述底盤之間設有用于驅 動所述第一連桿動作的第一驅動裝置；所述第二連桿的一端與所述第一連桿的另一端連接，且所述第二連桿與所述第一連桿 之間設有用于驅動所述第二連桿相對于所述第一連桿動作的第二驅動裝置，所述第二磁性 部件設置于所述第二連桿的另一端；所述第一驅動裝置以及所述第二驅動裝置與所述第一控制器信號連接，且與所述第一 電源模塊連接。5.根據權利要求4所述的球形機器人，其特征在于，所述第一驅動裝置為電機，和/或， 所述第二驅動裝置為電機。6.根據權利要求3所述的球形機器人，其特征在于，所述底盤具有四邊形結構，所述底 盤的四個角部分別設有第一麥克納姆輪、第二麥克納姆輪、第三麥克納姆輪、第四麥克納姆 輪，沿所述球形機器人的前進方向，第一麥克納姆輪和第四麥克納姆輪位于底盤的左側，第 二麥克納姆輪和第三麥克納姆輪位于底盤的右側，所述第一麥克納姆輪位于所述第四麥克 納姆輪的前側，第二麥克納姆輪位于第三麥克納姆輪的前側;所述第一麥克納姆輪的旋轉 軸線與第四麥克納姆輪的旋轉軸線平行，所述第二麥克納姆輪的軸心線與所述第三麥克納 姆輪的軸心線平行;所述第一麥克納姆輪的旋轉軸線與所述球形機器人的前進方向垂直、 且與豎直方向呈5?15°傾角，所述第二麥克納姆輪的軸心線與所述球形機器人的前進方向 垂直、且與豎直方向呈5?15°傾角，且沿豎直向下的方向，所述第一麥克納姆輪與所述第二 麥克納姆輪之間的距離逐漸增大。7.根據權利要求3所述的球形機器人，其特征在于，每一個所述麥克納姆輪與所述底盤 之間通過電機連接，所述電機與所述第一控制器信號相連、且與所述第一電源模塊電連接。8.根據權利要求3所述的球形機器人，其特征在于，所述第一電源模塊為蓄電電池。9.根據權利要求1所述的球形機器人，其特征在于，所述頭部殼體沿所述球形殼體的外 表面滑動時，所述頭部殼體相對所述球形殼體俯仰時，所述頭部殼體的中心與所述球形殼 體球心的連線與豎直方向的夾角在0°至45°的范圍內。10.根據權利要求1所述的球形機器人，其特征在于，所述頭部殼體通過多個萬向輪支撐于所述球形殼體的外表面。11.根據權利要求10所述的球形機器人，其特征在于，所述頭部殼體上設有四個所述萬 向輪，且四個所述萬向輪呈四邊形分布。12.根據權利要求1所述的球形機器人，其特征在于，所述攝像機組件包括攝像頭、第二 控制器以及第二電源模塊，所述第二控制器與所述攝像頭信號相連，所述第二電源模塊與 所述攝像頭以及所述第二控制器電連接，用于為所述攝像頭以及所述第二控制器提供電源。13.根據權利要求12所述的球形機器人，其特征在于，所述第二電源模塊為蓄電電池。14.一種如權利要求1?13任一項所述的球形機器人的控制方法，其特征在于，包括: 通過控制球形殼體驅動機構驅動球形殼體自轉，并且，頭部殼體在第一磁性部件和第二磁性部件的配合作用下沿所述球形殼體的外表面滑動；通過控制頭部殼體內設有的攝像機組件進行拍攝。15.根據權利要求14所述的控制方法，其特征在于，當所述底盤具有四邊形結構、且所 述底盤的四個角部分別設有第一麥克納姆輪、第二麥克納姆輪、第三麥克納姆輪、第四麥克 納姆輪時，其中，沿所述球形機器人的前進方向，第一麥克納姆輪和第四麥克納姆輪位于底 盤的左側，第二麥克納姆輪和第三麥克納姆輪位于底盤的右側，所述第一麥克納姆輪位于 所述第四麥克納姆輪的前側，第二麥克納姆輪位于第三麥克納姆輪的前側，所述通過控制 球形殼體驅動機構驅動球形殼體自轉包括:當第一麥克納姆輪、第二麥克納姆輪、第三麥克納姆輪、第四麥克納姆輪繞自身的旋轉 軸線沿第一方向旋轉時，驅動所述球形機器人前進；當第一麥克納姆輪、第二麥克納姆輪、第三麥克納姆輪、第四麥克納姆輪繞自身的旋轉 軸線沿與第一方向相反的第二方向旋轉時，驅動所述球形機器人后退；當所述第一麥克納姆輪和第三麥克納姆輪繞自身旋轉軸線沿第一方向旋轉、第二麥克 納姆輪和第四麥克納姆輪繞自身旋轉軸線沿第二方向轉動時，驅動所述球形機器人向右方 行進；當所述第一麥克納姆輪和第三麥克納姆輪繞自身旋轉軸線沿第二方向旋轉、第二麥克 納姆輪和第四麥克納姆輪繞自身旋轉軸線沿第一方向旋轉時，驅動所述球形機器人向左方 行進；當第一麥克納姆輪和第四麥克納姆輪繞自身旋轉軸線沿第一方向旋轉、第二麥克納姆 輪和第三麥克納姆輪繞自身旋轉軸線沿第二方向旋轉時，驅動所述球形機器人順時針旋 轉；當第一麥克納姆輪和第四麥克納姆輪繞自身旋轉軸線沿第二方向旋轉、第二麥克納姆 輪和第三麥克納姆輪繞自身旋轉軸線沿第一方向旋轉時，驅動所述球形機器人逆時針旋 轉；當第一麥克納姆輪和第三麥克納姆輪繞自身旋轉軸線沿第一方向旋轉、且第二麥克納 姆輪和第四麥克納姆輪不旋轉時，驅動所述球形機器人向右前方行進；當第二麥克納姆輪和第四麥克納姆輪繞自身旋轉軸線沿第一方向旋轉、且且第一麥克 納姆輪和第三麥克納姆輪不旋轉時，驅動所述球形機器人向左前方行進。16.根據權利要求14所述的控制方法，其特征在于，當球形殼體驅動機構包括底盤以及設置在底盤上的連接臂，且連接臂包括第一連桿、第二連桿時，所述頭部殼體沿球形殼體的 外表面滑動過程包括:當通過所述第一連桿以及第二連桿驅動所述第二磁性部件向所述球形機器人行進方 向移動時，驅動所述頭部殼體做俯下動作；當通過所述第一連桿以及第二連桿驅動所述第二磁性部件向所述球形機器人行進方 向相反的方向移動時，驅動所述頭部殼體做仰起動作。
【文檔編號】B64G1/16GK105947006SQ201610302645
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月9日
【發明人】張憶非, 張瑩, 趙凱, 丁洪利, 谷玉
【申請人】京東方科技集團股份有限公司