一種球形殼體及球形機器人的製作方法
2023-12-04 23:35:16 2
本發明涉及機器人技術領域，尤其涉及一種球形殼體及球形機器人。
背景技術：
球形機器人是一種將驅動機構、控制器等安裝在一球形殼體內部，通過內驅動機構驅動球形殼體滾動運動的機器人。具有運動速度快、越野性能好、控制相對簡單等特點。球形機器人是機器人運動方式的突破，與用輪子滾動行走的輪式機器人相比，不存在「翻倒」的問題，其球形結構可以自由地向任何方向旋轉實現全方位滾動行走；與步行或爬行機器人相比，球形的外殼也使機器人能夠輕易滾過粗糙的地形。同時，由於球體滾動點接觸的阻力相對滑動或輪式裝置的線接觸的運動阻力小得多，所以球形機器人還具有運動效率高、能量消耗小的優點。
現有的球形機器人大多是滿足於行走功能，並且由於球形機器人的外表光滑。因此，現有技術中的球形機器人通常不具備越障功能。這樣就大大降低了球形機器人的靈活性和操控體驗。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種球形殼體，該球形殼體應用於球形機器人中，使得球形機器人具有較佳的越障能力。
本發明的另一目的在於提供一種採用上述球形殼體的球形機器人。
為了實現上述目的，本發明實施方式提供如下技術方案：
本發明提供一種球形殼體，應用於球形機器人，包括支撐層、多個凸點和彈性層，所述多個凸點間隔設置於所述支撐層外表面，所述彈性層覆蓋在所述支撐層外表面，並且所述彈性層內表面與所述凸點層相抵接，所述彈性層內表面與所述凸點對應位置設置有避空凹槽。
其中，所述凸點為錐臺狀，所述凸點的大端固定於所述支撐層的外表面，所述凸點的小端與所述彈性層抵接。
其中，所述凸點的1/2錐角大於或等於5°。
其中，所述多個凸點呈足球式點狀分布於所述支撐層外表面。
其中，所述凸點的高度介於5-8mm之間。
其中，所述避空凹槽呈錐狀，所述避空凹槽的1/2錐角大於或等於70°。
其中，還包括耐磨層，所述耐磨層覆蓋於所述彈性層外表面。
其中，所述耐磨層採用矽膠材料。
其中，還包括摩擦層，所述摩擦層貼附於所述支撐層內側。
本發明還提供一種球形機器人，包括頭部組件、驅動組件和上述任意一項所述的球形殼體，所述驅動組件收容於所述球形殼體中，所述驅動組件用於驅動所述球形殼體滾動，所述頭部組件設置於所述球形殼體外表面。
本發明實施例具有如下優點或有益效果：
本發明提供的球形殼體包括支撐層、多個凸點和彈性層，所述多個凸點間隔設置於所述支撐層外表面，所述彈性層覆蓋在所述支撐層外表面，並且所述彈性層內表面與所述凸點層相抵接，所述彈性層內表面與所述凸點對應位置設置有避空凹槽。由於避空凹槽的存在，越障時彈性層能壓縮成較深凹陷，便於凸點和障礙物更緊密的貼合，卡持住障礙物或臺階形成可靠的支點，從而更好的實現越障功能。本發明提供的球形機器人具有優良的越障性能。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明一種實施例的球形殼體分解示意圖。
圖2為本發明一種實施例的球形殼體的剖面示意圖。
圖3是圖1所述的彈性層結構示意圖。
圖4是圖2中i的局部放大示意圖。
圖5為本發明一種實施例的球形機器人結構示意圖。
具體實施方式
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的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。
此外，以下各實施例的說明是參考附加的圖示，用以例示本發明可用以實施的特定實施例。本發明中所提到的方向用語，例如，「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「內」、「外」、「側面」等，僅是參考附加圖式的方向，因此，使用的方向用語是為了更好、更清楚地說明及理解本發明，而不是指示或暗指所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸地連接，或者一體地連接；可以是機械連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
此外，在本發明的描述中，除非另有說明，「多個」的含義是兩個或兩個以上。若本說明書中出現「工序」的用語，其不僅是指獨立的工序，在與其它工序無法明確區別時，只要能實現該工序所預期的作用則也包括在本用語中。另外，本說明書中用「～」表示的數值範圍是指將「～」前後記載的數值分別作為最小值及最大值包括在內的範圍。在附圖中，結構相似或相同的用相同的標號表示。
請參閱圖1和圖2，圖1為本發明一種實施例提供的球形殼體的分解示意圖。圖2為球形殼體的剖面示意圖。本發明提供一種應用於球形機器人中的球形殼體。球形殼體100主要包括支撐層10、多個凸點20和彈性層30。可以理解的是，所述支撐層10大致呈中空球體狀。球形機器人中的驅動組件等可以收容於所述支撐層10中，支撐層10能夠保護收容於其內部的零部件。所述支撐層10可以採用可採用強度高、柔韌性好、且質輕的材料製成。例如支撐層10可以採用凱夫拉(聚對苯二甲有醯對苯二胺)或其複合材料、pbo纖維(聚對苯撐苯並二噁唑纖維)、玻璃鋼或pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)等。
所述多個凸點20間隔設置於所述支撐層10外表面。具體的，所述多個凸點20均勻分布於所述支撐層10外表面。凸點20與支撐層10之間可以通過膠水粘附在一起。進一步具體的，所述多個凸點20在所述支撐層10外表面呈足球式點狀分布，即每5個凸點20形成一個正五邊形。所述多個凸點20的作用在於，在所述球形機器人越障時，所述障礙物能夠卡在兩個凸點20之間，防止球形殼體100與障礙物表面打滑，並且球形殼體100還可以以凸點20為支點，相鄰的其他凸點20同時提供支撐力和摩擦力。在若干凸點20的卡持、支撐及摩擦的共同作用下，球形殼體100就能夠翻越障礙物。優選的，所述凸點20可採用耐撞擊、耐磨性好、承載性強、質輕的材料製成。例如，所述凸點20可採用pu硬發泡材料、abs(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)等。需要說明的是，當採用abs製造所述凸點20時，可採用3d列印的方式製造所述凸點20。
所述彈性層30覆蓋在所述支撐層10外表面，並且所述彈性層30內表面與所述凸點20層相抵接。可以理解的是，所述凸點20介於所述支撐層10與所述彈性層30之間。進一步的，彈性層30可以為柔軟易變形的柔性層，起到緩衝減震、防滑的作用。彈性層30122可採用高柔韌性、質輕的材料製造，如pu(聚氨酯)軟發泡材料等。
當球形機器人在平地上行走時，由於彈性層30的存在，使得球形殼體100表面大致平齊，避免球形機器人行走過程中顛簸。當球形機器人越障時，球形殼體100接觸障礙物，所述彈性層30下方未設置凸點20的區域能夠發生彈性形變，產生凹陷，所述彈性層30下方設置有凸點20的區域相應形成凸起，使得凸起能很好的卡持在障礙物或臺階上，形成可靠的硬支點，從而能夠順利越障。
優選的，請結合參閱圖3，圖3為本發明的彈性層結構示意圖。所述彈性層30內表面與所述凸點20對應位置設置有避空凹槽31。設置避空凹槽31的作用在於，在球形機器人進行越障時，障礙物與球形殼體100抵接，由於避空凹槽的存在，越障時彈性層能壓縮成較深凹陷，便於凸點和障礙物更緊密的貼合，卡持住障礙物或臺階形成支點，從而能夠順利越障。
請結合參閱圖4，圖4為圖2中的局部放大圖。優選的，所述凸點20為錐臺狀。所述凸點20的大端貼附於所述支撐層10上。所述凸點20的小端與所述彈性層30相抵接。進一步優選的，所述凸點20的1/2錐角α1大於或等於5°。可以理解的是，將凸臺設置為錐臺狀，同樣具有避空的作用，有利於在彈性層30上形成凹陷，從而實現更好的越障效果。優選的，所述避空凹槽31呈錐形，所述避空凹槽31的1/2錐角α2大於或等於70°。同樣，是為了增大彈性形變量，增強越障效果。
優選的，所述凸點20的高度h介於5-8mm之間。進一步優選的，所述凸點20的高度h為7.5mm。
可以理解的是，在本發明的其他實施例中，所述多個凸點20還可以非均勻地分布於所述支撐層10上。所述凸點20可以是任意形狀，如柱形、錐形等；所述凸點20尺寸也可以根據實際需要確定。
本發明一種可能的實現方式中，所述球形殼體100還包括耐磨層(未示出)。所述耐磨層覆蓋於所述彈性層30外表面。所述耐磨層用於直接接觸地面，其具有良好的耐磨性能、機械強度高。優選的。耐磨層具有良好的電氣絕緣性能，起到保護球形殼體100內部的零組件不受外界電流幹擾的作用。優選的，所述耐磨層可以採用矽膠材料製成。
本發明一種可能的實現方式中，所述球形殼體100還包括摩擦層(未示出)，所述摩擦層貼附於所述支撐層10內側。所述摩擦層與所述驅動組件相接觸，所述驅動組件的驅動力作用於摩擦層。摩擦層的存在可以避免驅動組件與球形殼體100之間打滑，驅動組件能夠高效率地驅動球形殼體100滾動。可以理解的是，所述摩擦層應當具有良好的耐磨性能。一種優選的實施方式中，可採用噴uv漆的方式製造耐摩擦、高硬度的摩擦層。
本發明還提供一種球形機器人。請參閱圖5，圖5為本發明實施例提供的球形機器人結構示意圖。所述球形機器人500主要包括頭部組件200、驅動組件(未示出)和球形殼體100。該球形殼體100為上述任意一個實施例所述的球形殼體100。所述驅動組件收容於所述球形殼體100中，所述驅動組件用於驅動所述球形殼體100滾動，所述頭部組件200設置於所述球形殼體100外表面。所述球形機器人500採用了上述的球形殼體100，使得球形機器人具有優良的越障能力。
在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
以上所述的實施方式，並不構成對該技術方案保護範圍的限定。任何在上述實施方式的精神和原則之內所作的修改、等同替換和改進等，均應包含在該技術方案的保護範圍之內。