具有重心转移转向机构的球形可移动机器人制造技术

本发明专利技术涉及机器人技术，提供一种可移动机器人以及用于可移动机器人的内部组件。所述可移动机器人包括球壳、固定至球壳的内部组件以及设置在球壳顶部的头部。内部组件设置在球壳内，用于推进可移动机器人。内部组件包括基座、固定至基座的重心转移转向机构、可旋转地固定至球壳的驱动组件、以及固定至基座的枢转臂。驱动组件通过使球壳围绕基座旋转而推进可移动机器人。头部通过球壳固定至枢转臂的磁化端。重心转移转向机构转移压载重物从而移动重心并引起转向。根据本发明专利技术的可移动机器人高效且容易操作。

Spherical mobile robot with center of gravity transfer steering mechanism

The invention relates to robot technology, providing a mobile robot and an internal component for a mobile robot. The movable robot includes a ball shell, an internal component fixed to the ball shell, and a head set at the top of the ball shell. The internal components are set in the spherical shell for propelling the mobile robot. The internal components include the base, the center of gravity shift and the steering mechanism fixed to the base, the drive assembly that is rotatably fixed to the spherical shell, and the pivot arm fixed to the base. The driving module propelled the mobile robot by rotating the shell around the base. The head is fixed to the magnetized end of the pivot arm through the spherical shell. The center of gravity transfer steering mechanism transfers the load of ballast to move the center of gravity and causes the steering. The mobile robot in accordance with the invention is efficient and easy to operate.

【技术实现步骤摘要】
具有重心转移转向机构的球形可移动机器人相关申请的交叉引用本专利申请对于所有共同主题方面根据35U.S.C.120要求于2016年8月12日提交的标题为“具有枢转头部的球形可移动机器人”的共同受让的美国专利申请第15/235,554号(“申请'554”)的优先权，并且本专利申请是申请'554的部分继续申请。申请'554通过引用整体并入本申请。
本专利技术的实施方式涉及机器人技术。更具体地，本专利技术的实施方式涉及球形可移动机器人。
技术介绍
现有技术的球形机器人通常利用“仓鼠球”设计。在“仓鼠球”设计中，内部漂球(rover)在球壳内移动。内部漂球是独立的，与球形球不连接。这提供了低效的设计，因为驱动基本上是通过使漂球向上移动到壁侧面并允许漂球的重量使球形球向前滚动来进行的。该设计也是有效的，因为其限制了电机的尺寸，但其取决于球形球内部的牵引力，并且难以操纵。现有技术中缺少的是高效且容易操作的球形机器人。
技术实现思路
本专利技术的实施方式通过提供一种具有重心转移转向机构的球形可移动机器人来解决上述所讨论的问题。球形可移动机器人包括固定在球壳上的静态驱动系统。被固定的驱动系统允许驱动系统在使球壳转向时更高效。重心转移转向机构允许可移动机器人在通过使可移动机器人的质心不与可移动机器人的几何中心竖直地对齐而被驱动时转向。本专利技术的第一实施方式涉及一种包括球壳和内部组件的可移动机器人。内部组件设置在球壳内。内部组件包括基座、驱动组件和重心转移转向机构。驱动组件构造为推进可移动机器人。驱动组件可旋转地固定到球壳上，使得驱动组件的旋转被传递至球壳。重心转移转向机构构造为相对于球壳的几何中心移动可移动机器人的质心。本专利技术的第二实施方式涉及一种构造为用于可移动机器人的内部组件。内部组件包括基座和重心转移转向机构。重心转移转向机构与基座相关联。重心转移转向机构包括压载重物和与压载重物相关联的压载电机。压载电机构造为使压载重物在默认位置和转向位置之间移动。压载电机构造为相对于可移动机器人的几何中心改变内部组件的质心。本专利技术的第三实施方式涉及一种包括球壳和内部组件的可移动机器人。内部组件设置在球壳内。内部组件包括基座、构造为推进可移动机器人的驱动组件、和重心转移转向机构。驱动组件可旋转地固定到球壳上，使得驱动组件的旋转被传递至球壳。重心转移转向机构包括压载重物和与压载重物相关联的压载电机。压载电机构造为使压载重物在默认位置和转向位置之间移动。压载电机构造为相对于可移动机器人的几何中心改变内部组件的质心。提供本
技术实现思路
从而以简化的形式介绍概念的选择，这会在下面的详细说明中进行进一步描述。本
技术实现思路
无意于确定所要求保护的主题的主要特征或基本特征，也无意于用于限制所要求保护的主题的范围。从以下对实施方式和附图的详细描述中，本专利技术的实施方式的其他方面和优点将变得显而易见。附图说明以下参考附图详细描述本专利技术的实施方式，其中：图1是可移动机器人的侧视图；图2是图1的可移动机器人的立体图，去除了球壳以示出内部组件；图3a是图2的可移动机器人的内部组件的立体图；图3b是图3a的内部组件顺时针旋转90度的立体图；图4是图3a的内部组件的各部件的分解图；图5是内部组件的枢转臂的立体图；图6是从底侧总体上观察的可移动机器人的头部的立体图；图7是包括用户遥控器和用户装置的可移动机器人的各计算部件的示意图；图8是利用自转飞轮来使可移动机器人自转的本专利技术另一实施方式的立体图；以及图9是图4的可移动机器人的内部组件的各部件的分解图。附图并不将本专利技术限制于本文公开和描述的具体实施方式。附图不一定按比例绘制，而是重点在于清楚地说明本专利技术的原理。具体实施方式以下详细描述参考示出了可以实施本专利技术的具体实施方式的附图进行。实施方式旨在足够详细地描述本专利技术的各方面以使本领域技术人员能够实施本专利技术。在不脱离本专利技术的范围的情况下，可以利用其他实施方式并进行改变。因此，以下详细描述不被认为是限制性的。本专利技术的范围仅由所附权利要求以及这些权利要求的等同物的全部范围来限定。在本说明书中，提及“一种实施方式”、“一个实施方式”或“多个实施方式”时，意味着所涉及的一个或多个特征被包括在该技术的至少一个实施方式中。在本说明书中分开提及“一种实施方式”、“一个实施方式”或“多个实施方式”时，意味着所涉及的一个或多个特征被包括在该技术的至少一个实施方式”时，不一定指代相同的实施方式，并且除非另有说明和/或除了对于本领域技术人员从本说明书显而易见地得到之外，也不是相互排斥的。例如，在一种实施方式中描述的特征、结构、动作等也可以包括在其他实施方式中，但不一定包括在内。因此，当前的技术可以包括本文所述的实施方式的各种组合和/或整合。参见图1，本专利技术的实施方式涉及可移动机器人10。可移动机器人10概括而言包括球壳12、头部14和内部组件16(如图2所示)。球壳12包围内部组件16并且保护内部组件16免受灰尘、碎屑或其它干扰组分。内部组件16以所需的方向或路径驱动球壳12。头部14设置在球壳12的顶部，并通过内部组件16可移动地保持就位，如下所述。头部14为传感器、扬声器和其他环境交互设备提供稳定和可移动的平台。在更详细地讨论可移动机器人10的部件之前，将讨论参考框架系统以为读者定向。应当理解，参考框架仅是示例性的并且被用于简化概念。参考框架在图2-4中示出。如图所示，参考框架包括x轴、y轴和z轴。各轴彼此垂直以形成传统的三维笛卡尔坐标系。下面的讨论可以包括沿着上述讨论的轴中的一个或多个的平移。下面的讨论还可以包括围绕上述讨论的轴中的一个或多个的旋转。围绕x轴的旋转可以被称为“左右滚动(roll)”。围绕y轴的旋转可以被称为“前后滚动(pitch)”。围绕z轴的旋转可以被称为“自旋(yaw)”或“自转(spin)”。在本专利技术的实施方式中，围绕一个或多个轴的旋转可以引起沿另一个或多个轴的平移。例如，由于球壳在下面的表面(例如，球壳下面的地面或其它表面)上左右滚，前后滚(例如围绕y轴的旋转)引起沿x轴的平移运动。内部组件16构造为通过使球壳12围绕大体上垂直于x轴的y轴旋转来使可移动机器人10在x轴的方向上移动。应当理解，在本专利技术的实施方式中，球壳12通常在y轴被固定，并且内部组件16通常在y轴也被固定。因此，x轴通常是由围绕y轴的旋转(例如前后滚动)引起的运动方向。如下所述，通过在围绕y轴旋转(例如前后滚动)的同时围绕x轴旋转(例如左右滚动)来完成转向。z轴被定义为垂直于x轴和y轴两者并且大致向上定向。在本专利技术的实施方式中，笛卡尔坐标系的原点位于球壳12的几何中心。在本专利技术的实施方式中，球壳12为内部组件16提供外部保护。球壳12用作内部组件16的轮。可移动机器人10通过使球壳12围绕内部组件16旋转而移动。球壳12呈现为球体壁18。球体(也称为回转椭球体)是围绕主轴旋转的椭圆体。球体可以是扁长的(例如“长形的”)、扁圆的(例如“扁平的”)或球形的。在本专利技术的一些实施方式中，球壳12基本上是球形的(如图1所示)。由于球壳12仅围绕固定的y轴旋转，因此在本专利技术的其他实施方式中，球壳12是大体扁平或扁圆的球体。在这些实施方式中，非圆形轴侧向(例如，沿着y轴)排列，以允许圆形轴围绕y轴的旋转。球壳12的外本文档来自技高网...

【技术保护点】
可移动机器人，包括：球壳；以及设置在所述球壳中的内部组件，所述内部组件包括：基座；驱动组件，所述驱动组件构造为推进所述可移动机器人，其中所述驱动组件可旋转地固定至所述球壳，使得所述驱动组件的旋转传递给所述球壳；以及重心转移转向机构，所述重心转移转向机构构造为相对于所述球壳的几何中心移动所述可移动机器人的质心。

【技术特征摘要】
2016.08.12 US 15/235,554;2017.07.21 US 15/656,3961.可移动机器人，包括：球壳；以及设置在所述球壳中的内部组件，所述内部组件包括：基座；驱动组件，所述驱动组件构造为推进所述可移动机器人，其中所述驱动组件可旋转地固定至所述球壳，使得所述驱动组件的旋转传递给所述球壳；以及重心转移转向机构，所述重心转移转向机构构造为相对于所述球壳的几何中心移动所述可移动机器人的质心。2.权利要求1的可移动机器人，其中相对于所述球壳的所述几何中心移动所述可移动机器人的所述质心影响所述可移动机器人的行进方向。3.权利要求2的可移动机器人，其中所述重心转移转向机构将所述质心在与所述由驱动系统传递至所述球壳的旋转方向垂直或者倾斜的方向上移动。4.权利要求3的可移动机器人，其中所述内部组件构造为通过使所述球壳围绕与x轴大体上垂直的y轴旋转而使所述可移动机器人在所述x轴方向上移动，其中z轴定义为与所述x轴和所述y轴均垂直并且大体上向上定向，其中所述x轴、所述y轴和所述z轴基本上穿过所述球壳的所述几何中心。5.权利要求3的可移动机器人，其中可旋转地固定至所述球壳的所述驱动组件沿着所述y轴布置，其中所述驱动组件通过驱动器-壳体接合件固定至所述球壳，所述驱动器-壳体接合件固定地紧固至所述球壳。6.权利要求3的可移动机器人，其中所述驱动组件还包括：用于产生旋转的驱动电机；固定至所述球壳的内表面的驱动器-壳体附接支架，所述驱动器-壳体附接支架用于将所述驱动组件所产生的旋转传递至所述球壳；以及固定至所述驱动器-壳体附接支架且固定至所述驱动电机的驱动轴，所述驱动轴用于传递所产生的旋转，其中所述驱动轴和所述驱动器-壳体附接支架各自与所述y轴对齐。7.构造为用于可移动机器人的内部组件，所述内部组件包括：基座；与所述基座关联的重心转移转向机构，所述重心转移转向机构包括：压载重物；以及与压载重物关联的压载重物电机，其中所述压载电机构造为使所述压载重物在默认位置和转向位置之间移动，其中所述压载电机构造为相对于所述可移动机器人的几何中心改变所述内部组件的质心。8.权利要求7的内部组件，其中所述重心转移转向机构构造为当所述压载重物处于所述转向位置时以第一角速度使所述可移动机器人转向。9.权利要求7的内部组件，其中所述重心转移转向机构还包括：固定至所述基座的重物轨道，其中所述压载重物构造为沿着所述重物轨道移动。10.权利要求9的内部组件，其中所述重物轨道大体为弓形。11.权利要求10的...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·艾勒曼，C·阿杜安，
申请(专利权)人：斯平玛斯特有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA