一种基于棘轮棘爪的主动展开式球形机器人

1.本发明涉及球形机器人技术领域，具体涉及一种新型基于棘轮棘爪的主动展开式球形机器人。


背景技术：

2.近年来，移动机器人是重点推动创新发展的主导产业。传统的移动机器人一般分为轮式机器人、履带式机器人、足式机器人等。轮式机器人和履带式机器人是与地面连续接触运动的机器人，面对复杂地形任务时，稳定性差、运动效率低。足式机器人基于其运动形式具有明显的非连续支撑的特点，运动性能有极大的发展空间，但是其自由度相对较多，控制难度较高。现有的大多数机器人由于控制系统复杂、所需能量较多，所以体型都较大，无法适应特殊的环境。
3.从1996年第一台球形机器人成功研制以来，国内外对球形机器人的发展一直保持着高度的关注和持续的研究。其中，球形机器人可以将执行机构、传功机构与能源系统安装于球形壳体的内部空间中，并且具有以下的特点：1)具有良好的静动态稳定性，球形机器人由于其是球体，所以对于发生颠覆等运动失态的情形时，可以通过自身调节，实现快速回复；2)具有低能耗性，球形机器人所需能量少，控制系统占需低，在运动过程中与地面的接触为点接触，阻力较小；3)具有结构紧凑的特点；4)具有良好的环境适应性。
4.然而，现有的球形机器人普遍存在结构复杂、越障能力薄弱、不能应对非结构化复杂地形等问题。此外，现有球形机器人的运动机构和驱动机构的安装方式相对单一，都是采用固定连接，不能产生变形，球形机器人的运动半径不会发生变化，因此其运动模式也是相对单一，进而使得球形机器人越障能力薄弱、不能应对复杂地形。


技术实现要素：

5.为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于棘轮棘爪的主动展开式球形机器人，克服现有球形机器人结构复杂、运动模式单一、越障能力薄弱、应对非结构化复杂地形的研究仍有不足等问题。
6.为此，本发明提出了一种基于棘轮棘爪的主动展开式球形机器人，包括机架、两个半球形的球轮机构、以及展开驱动机构；两个球轮机构对称设置在机架两侧，并且两个球轮机构与展开驱动机构分别连接；展开驱动机构包括主轴、横向展开驱动机构和旋转驱动机构；球轮机构均包括内端球轮组件、三叶轮变形机构和外端球轮组件，三者分别设置在主轴上，内端球轮组件与旋转驱动机构传动连接，并通过直线轴承组件一与主轴连接；外端球轮组件与主轴末端固定连接，三叶轮变形机构通过直线轴承组件二与主轴滑动连接。
7.其中，横向展开驱动机构带动主轴向外移动，使三叶轮变形机构与内端球轮组件、外端球轮组件脱落限制关系而径向展开，旋转驱动机构再通过内端球轮组件带动三叶轮变形机构周向转动，使整个机器人可以向前移动。
8.进一步，外端球轮组件包括外端法兰、限位支架，外端法兰与主轴末端固定；限位
支架设置在主轴外侧第一个轴肩与外端法兰之间，而限位支架上设有三个限位销。
9.三叶轮变形机构包括棘轮、三个棘爪叶片、三个棘爪球壳和旋转支架；三个棘爪叶片内侧一端分别与旋转支架通过销钉、z字形扭簧转动连接，并且三个棘爪叶片环形阵列分布，棘爪叶片与棘爪球壳固定连接；而旋转支架上设有三个限位孔，与限位销插接配合，限制三叶轮变形机构展开。
10.内端球轮组件包括驱动外轮和三瓣外轮球壳，外轮球壳位于驱动外轮外侧并通过耳板与驱动外轮固定连接，驱动外轮通过直线轴承组件一与主轴连接，还与旋转驱动机构中的传动锥齿轮花键配合。
11.横向展开驱动机构带动一对主轴向外移动，使限位销与限位孔脱离，进而使棘爪叶片和棘爪球壳在z字形扭簧的作用下径向展开，并与棘轮上的棘轮齿相啮合。
12.其中，驱动外轮与棘轮通过三个六角螺柱连接；旋转驱动机构带动驱动外轮和棘轮旋转，进而带动棘爪球壳周向旋转，使整个机器人可以向前移动。
13.进一步，旋转驱动机构包括两个驱动电机、两个驱动锥齿轮、两个传动锥齿轮；其中，驱动电机的输出轴通过舵盘与驱动锥齿轮固定相连；驱动外轮与传动锥齿轮通过花键连接。
14.进一步，横向展开驱动机构包括横向展开电机、齿轮齿条机构、推板；而齿轮齿条机构包括一个齿轮和一对齿条；横向展开电机通过舵盘与齿轮固定相连；两根齿条在齿轮上下两侧对称安装，推板与主轴通过d形轴卡簧和轴挡圈相连。
15.进一步，推板上设计有四根导杆，导杆插入齿条内部并与齿条滑动相连。
16.进一步，直线轴承组件二包括外侧轴承套、轴用卡簧和深沟球轴承；旋转支架轴线方向的通孔内设一个卡簧槽，旋转支架与外侧轴承套上的轴用卡簧限制主轴上深沟球轴承向外侧方向位移，同时，旋转支架卡簧槽上的卡簧与外侧轴承套的台阶限制深沟球轴承向内侧方向位移，以此实现旋转支架的周向运动。
17.进一步，驱动外轮外侧形成的凹槽，棘爪叶片内侧具有凸起，驱动外轮外侧形成的凹槽在棘爪叶片凸起的外侧，限制z字形扭簧带动棘爪叶片向外的运动。
18.进一步，机架包括一个机架板、一个机架底板、两个齿条保护壳、两个锥齿轮机架板、两个齿轮保护壳；锥齿轮机架板用于安装传动锥齿轮，并且与机架板连接固定；齿轮保护壳呈半碗状，安装在传动锥齿轮的外侧。
19.进一步，外端球轮组件还包括连接球壳和外端球壳，外端法兰与外端球壳固定相连，同时外端球壳与连接球壳固定相连。
20.进一步，机架后端还连接有尾杆和尾轮；尾轮安装在尾杆后端并且能够自转。
21.本发明提供的基于棘轮棘爪的主动展开式球形机器人，通过设置三叶轮变形机构和横向展开驱动机构，使得整个球形机器人可以变形展开，形成行走半径更大的球形结构；具有展开能力的球形机器人，可以在无需越障的场景时，缩为球体，提升运动能力，快速实现响应；在遇到障碍时，可以利用棘轮棘爪进行主动展开，展开后的球形机器人就具有了越障能力。
22.此外，该方案有驱动数量少、能耗少、体积小、结构简单、越障能力强等优点，能够实现球形机器人半球轮的展开变形，通过扩大球轮半径的方式提升球形机器人的越障能力，是球形机器人腿部构形创新的重要研究领域。
23.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本技术作进一步详细的说明。
附图说明
24.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
25.图1为本发明的主动展开式球形机器人未展开时的结构示意图；
26.图2为本发明的主动展开式球形机器人展开时的结构示意图；
27.图3为本发明的主动展开式球形机器人未展开时的局部剖视图；
28.图4为本发明的主动展开式球形机器人展开时的俯视图；
29.图5为本发明的主动展开式球形机器人中三叶轮变形机构展开时的结构图；
30.图6为本发明的主动展开式球形机器人中展开驱动机构的结构示意图；
31.图7为本发明的主动展开式球形机器人中轴承组件的结构示意图；
32.图8为本发明的主动展开式球形机器人中外端球轮组件的爆炸图；
33.图9为本发明的主动展开式球形机器人中三叶轮变形机构的爆炸图；
34.图10为本发明的主动展开式球形机器人中内端球轮组件的爆炸图；
35.图11为本发明的主动展开式球形机器人中驱动外轮与传动锥齿轮配合的爆炸图；
36.图12为本发明的主动展开式球形机器人中锥齿轮机架板的结构图；
37.附图标记说明
38.1、机架板；2、机架底板；3、外轮球壳；4、连接球壳；5、尾杆；6、尾轮；7、外端球壳；8、横向展开电机；9、齿轮保护壳；10、驱动电机；11、锥齿轮机架板；12、推板；13、主轴；14、驱动外轮；141、六角螺柱；142、耳板；15、限位支架；151、限位销；16、橡胶垫一；17、棘爪球壳；18、棘爪叶片；19、棘轮；20、齿条；21、齿轮；22、导杆；23、驱动锥齿轮；24、传动锥齿轮；25、轴挡圈；
39.26、d形轴卡簧；27、保持架；28、外侧轴承套；29、轴用卡簧；30、深沟球轴承；31、平面推力滚针轴承；32、z字形扭簧；33、外端法兰；34、齿轮齿条机构；35、直线轴承组件一；36、直线轴承组件二；37、橡胶圈；38、齿条保护壳；39、横向展开驱动机构；40、旋转驱动机构；42、三叶轮变形机构；43、旋转支架。
具体实施方式
40.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
41.如图1～图12所示，一种基于棘轮棘爪的主动展开式球形机器人，包括机架、两个半球形的球轮机构、以及展开驱动机构；两个球轮机构对称设置在机架两侧，并且两个球轮机构与展开驱动机构分别连接。
42.其中，展开驱动机构包括主轴13、横向展开驱动机构39和旋转驱动机构40；球轮机构均包括内端球轮组件、三叶轮变形机构42和外端球轮组件，三者分别设置在主轴13上，内端球轮组件与旋转驱动机构40传动连接，并通过直线轴承组件一35与主轴13连接；外端球轮组件与主轴13末端固定连接，三叶轮变形机构42通过直线轴承组件二36与主轴13滑动连
接，横向展开驱动机构39带动主轴13向外移动，使三叶轮变形机构42与内端球轮组件、外端球轮组件脱落限制关系而径向展开，旋转驱动机构40再通过内端球轮组件带动三叶轮变形机构42周向转动，使整个机器人可以向前移动。
43.具体地，如图3、图8所示，外端球轮组件包括外端法兰33、限位支架15、连接球壳4和外端球壳7，外端法兰33与主轴13末端通过螺纹拧紧固定；所述外端法兰33与外端球壳7使用螺钉直接固定相连，同时所述外端球壳7与连接球壳4通过螺钉固定相连，形成外端固连整体，使外端固连整体可以随着主轴13沿x轴方向运动。
44.限位支架15位于连接球壳4内侧，所述限位支架15上内侧一端设有三个限位销151；所述限位支架15上无限位销151的一端与外端法兰33直接接触，所述限位支架15上有限位销151的一端与主轴13外侧第一个轴肩直接接触，构成对限位支架15沿主轴13周向转动的限制。
45.此外，所述外端球壳7与连接球壳4之间设有橡胶垫一16，以达到缓震效果并减轻所述外端球壳7与外端法兰33之间的碰撞。
46.如图5、图9所示，三叶轮变形机构42包括棘轮19、三个棘爪叶片18、三个棘爪球壳17和旋转支架43；三个棘爪叶片18内侧一端分别与旋转支架43通过销钉、z字形扭簧32转动连接，并且所述三个棘爪叶片18环形阵列分布，所述棘爪叶片18与棘爪球壳17通过螺钉固定连接。
47.其中，所述旋转支架43、z字形扭簧32、棘爪叶片18通过销钉连接；所述z字形扭簧32一端插入旋转支架43上的定位孔，另一端插入棘爪叶片18上的定位孔；所述z字形扭簧32为180
°
扭簧，在未展开状态下被压缩。
48.如图3、图10、图11所示，内端球轮组件包括驱动外轮14、保持架27和三瓣外轮球壳3，外轮球壳3位于驱动外轮14外侧并通过耳板142与驱动外轮14固定连接；驱动外轮14通过直线轴承组件一35与主轴13连接；其中，所述驱动外轮14外侧形成的凹槽，棘爪叶片18内侧具有凸起，所述驱动外轮14外侧形成的凹槽在保持架27与棘爪叶片凸起的外侧，限制扭簧带动棘爪向外的运动。此外，所述保持架27设置在驱动外轮14外端内侧，保证棘爪叶片18和扭簧在横向的刚度。外轮球壳3与驱动外轮14两者之间设有橡胶圈37，起到密封作用。
49.此外，如图7所示，直线轴承组件二36包括外侧轴承套28、轴用卡簧29和深沟球轴承30；旋转支架43轴线方向的通孔内设一个卡簧槽，所述旋转支架43与外侧轴承套28上的轴用卡簧29限制主轴13上深沟球轴承30向外侧方向位移，同时，所述旋转支架43卡簧槽上的卡簧与外侧轴承套28的台阶限制深沟球轴承30向内侧方向位移，以此实现旋转支架43的周向运动；此外，外侧轴承套28内部有一个固定位移的滑动轴承，以此降低旋转支架43在主轴13上左右滑动过程中摩擦力。
50.为了限制三叶轮变形机构42自动展开，所述旋转支架43上设有三个限位孔；所述限位支架15上有三个限位销151；限位孔可以与限位销151插接配合，使三叶轮变形机构42无法展开。所述旋转支架43三个限位孔与限位支架三个限位销151对应相连，在主轴13带动限制支架横向运动时，限位销151移出限位孔，进而解除对旋转支架43沿主轴13周向转动的约束。
51.当三叶轮变形机构42需要展开时，横向展开驱动机构39带动一对主轴13向外移动，此时与主轴13固定连接的外端法兰33、外端球壳7、连接球壳4、以及限位支架15向外移
动一小段距离，使限位支架15上的三个限位销151与旋转支架43上的三个限位孔脱离，进一步使旋转支架43周向旋转不受限制；主轴13继续向外移动，主轴13中第二个轴肩与旋转支架43中心位置的直线轴承组件一35抵触，推动旋转支架43和三叶轮变形机构42向外移动，使棘爪叶片18内侧的凸起与驱动外轮14外边缘脱离，棘爪叶片18和棘爪球壳17在z字形扭簧32的作用下径向展开，并与棘轮19上的棘轮齿相啮合。
52.具体地，如图4、图10、图11所示，驱动外轮14与棘轮19通过三个六角螺柱141连接；而驱动外轮14内侧一端与旋转驱动机构40中的传动锥齿轮24花键配合，旋转驱动机构40带动驱动外轮14旋转，棘轮19随驱动外轮14一起转动，棘轮19再与棘爪叶片18配合，带动棘爪球壳17周向旋转，使整个机器人可以向前移动。
53.如图6所示，旋转驱动机构40包括两个驱动电机10、两个驱动锥齿轮23、两个传动锥齿轮24；其中，所述驱动电机10的输出轴通过舵盘与驱动锥齿轮23固定相连；所述驱动电机10、传动锥齿轮24、驱动锥齿轮23对称分布安装在可变形球形机器人的尾部；所述驱动外轮14与传动锥齿轮24通过花键连接，使得驱动锥齿轮23能够带动驱动外轮14沿主轴13的周向进行转动。
54.如图6所示，横向展开驱动机构39包括横向展开电机8、齿轮齿条机构34、推板12；其中，齿轮齿条机构34包括一个齿轮21和一对齿条20，所述横向展开电机8安装在机器人头部，横向展开电机8通过舵盘与齿轮21固定相连；所述两根齿条20在齿轮21上下两侧对称安装，所述推板12上设计有四根导杆22，导杆22插入齿条20内部，与齿条20滑动相连；所述推板12与主轴13通过d形轴卡簧26和轴挡圈25相连。
55.横向展开电机8转动带动齿轮21转动，同时带动所述齿条20沿主轴13方向运动，进一步将动力通过所述推板12传递到主轴13上；其中，所述导杆22可以避免非同轴传递过程中产生的扭矩使零部件的偏转。
56.本案中，机架包括一个机架板1、一个机架底板2、两个齿条保护壳38、两个锥齿轮机架板11、两个齿轮保护壳9；机架板1与机架底板2通过螺母连接，横向展开电机8和驱动电机10分别固定安装在机架板1、机架底板2之间。
57.所述锥齿轮机架板11用于安装传动锥齿轮24，并且与机架板1通过螺母连接固定(如图12所示)；所述齿条保护壳38下端直接安装在机架板1上，同时所述齿条保护壳38设置在齿条20的外侧，起到水平导向作用；所述齿轮保护壳9呈半碗状，安装在传动锥齿轮24的外侧。
58.其中，驱动外轮14与锥齿轮机架板11使用平面推力滚针轴承31间隔，以此减小驱动外轮14在转动过程中与锥齿轮机架板11之间的摩擦力；此外，所述机架板1与驱动锥齿轮23中也装有平面推力滚针轴承31。
59.如图1、图2所示，机架后端还连接有尾杆5和尾轮6；所述尾轮6安装在所述尾杆5后端并且能够自转；通过设置尾杆5、尾轮6与外轮球壳3或棘爪球壳17配合，可以提高整个机器人的稳定性。
60.下面结合附图简述本发明的基于棘轮棘爪的主动展开式球形机器人的工作原理和工作过程。
61.当球形机器人低速行走，或者行走在平坦的路面上，不需要跨越障碍时，横向展开驱动机构不工作，整个球形机器人处于球形状态；此时，旋转驱动机构40中驱动电机10通过
驱动锥齿轮23和传动锥齿轮24带动驱动外轮14旋转，驱动外轮14再带动外轮球壳3、外端球轮组件和未展开状态下的三叶轮变形机构42不停的旋转，使整个机器人可以向前移动。
62.当球形机器人高速行走，或者行走在非结构化复杂地形上，需要跨越障碍时；横向展开驱动机构开始工作，整个球形机器人处于展开状态；此时，横向展开电机8通过齿轮齿条机构34和推板12带动一对主轴13向外移动，此时与主轴13固定连接的外端法兰33、外端球壳7、连接球壳4、以及限位支架15向外移动一小段距离，使限位支架15上的三个限位销151与旋转支架43上的三个限位孔脱离，进一步使旋转支架43周向旋转不受限制。
63.主轴13继续向外移动，主轴13中第二个轴肩与旋转支架43中心位置的直线轴承组件二抵触，推动旋转支架43和三叶轮变形机构42向外移动，使棘爪球壳17内侧的凹槽与驱动外轮14外边缘脱离，棘爪叶片18和棘爪球壳17在z字形扭簧32的作用下径向展开，并与棘轮19上的棘轮齿相啮合(如图4所示)。
64.三叶轮变形机构42展开后，驱动电机10通过驱动锥齿轮23和传动锥齿轮24带动驱动外轮14旋转，驱动外轮14带动棘轮19旋转，棘轮19再带动三个棘爪叶片18和三个棘爪球壳17周向转动，使整个机器人可以向前移动。
65.本发明公开了一种基于棘轮棘爪的主动展开式球形机器人，属于球形机器人领域；机器人在球形状态下运动时，外轮球壳与棘轮同步转动，三个棘爪叶轮在外轮球壳的约束作用下保持一个首尾相接的圆形，不产生任何运动。
66.展开时，横向展开驱动机构带动旋转支架以及限位支架产生横向运动，棘爪叶轮脱离外轮球壳的约束，同时限位支架解除对旋转支架的锁定作用。z字形扭簧压缩储存的能量释放，带动棘爪叶轮绕保持架上的轴旋转。同时，棘轮也在横向展开驱动机构的作用下到达棘爪叶轮的水平位置。棘爪叶轮继续旋转与棘轮产生接触，开始发生啮合。棘轮在驱动电机的作用下继续旋转，棘爪叶轮的啮合段在棘轮齿上继续滑动，直至完全啮合，此时此结构完全展开。在完全啮合后，棘轮与固定外轮的转动会通过啮合的作用传动到棘爪叶轮上，带动棘爪叶轮整体旋转。
67.该方案有驱动数量少、能耗少、体积小、结构简单、越障能力强等优点，能够实现球形机器人半球轮的展开变形，通过扩大球轮半径的方式提升球形机器人的越障能力，是球形机器人腿部构形创新的重要研究领域。
68.此外，在本发明的优选方案中，通过合理的机构设计和多种标准零件(轴承组件、卡簧等)的使用，在保证结构能够按设定进行工作的同时，本设计还有效地消除了主轴横向运动以及驱动外轮、棘爪等零部件在周转运动中的摩擦力，提高了机构整体运动的可实现性以及可靠性。
69.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于棘轮棘爪的主动展开式球形机器人，其特征在于，包括机架、两个半球形的球轮机构、以及展开驱动机构；两个所述球轮机构对称设置在所述机架两侧，并且两个所述球轮机构与所述展开驱动机构分别连接；所述展开驱动机构包括主轴(13)、横向展开驱动机构(39)和旋转驱动机构(40)；所述球轮机构均包括内端球轮组件、三叶轮变形机构(42)和外端球轮组件，三者分别设置在主轴(13)上，所述内端球轮组件与所述旋转驱动机构(40)传动连接，并通过直线轴承组件一(35)与所述主轴(13)连接；所述外端球轮组件与所述主轴(13)末端固定连接，所述三叶轮变形机构(42)通过直线轴承组件二(36)与所述主轴(13)滑动连接；其中，所述横向展开驱动机构(39)带动所述主轴(13)向外移动，使所述三叶轮变形机构(42)与所述内端球轮组件、所述外端球轮组件脱落限制关系而径向展开，所述旋转驱动机构(40)再通过所述内端球轮组件带动所述三叶轮变形机构(42)周向转动，使整个机器人可以向前移动。2.根据权利要求1所述的基于棘轮棘爪的主动展开式球形机器人，其特征在于，所述外端球轮组件包括外端法兰(33)、限位支架(15)，所述外端法兰(33)与所述主轴(13)末端固定；所述限位支架(15)设置在所述主轴(13)外侧第一个轴肩与所述外端法兰(33)之间，而所述限位支架(15)上设有三个限位销(151)；所述三叶轮变形机构(42)包括棘轮(19)、三个棘爪叶片(18)、三个棘爪球壳(17)和旋转支架(43)；三个所述棘爪叶片(18)内侧一端分别与所述旋转支架(43)通过销钉、z字形扭簧(32)转动连接，并且所述三个棘爪叶片(18)环形阵列分布，所述棘爪叶片(18)与所述棘爪球壳(17)固定连接；而所述旋转支架(43)上设有三个限位孔，与所述限位销(151)插接配合，限制所述三叶轮变形机构(42)展开；所述内端球轮组件包括驱动外轮(14)和三瓣外轮球壳(3)，所述外轮球壳(3)位于所述驱动外轮(14)外侧并通过耳板(142)与所述驱动外轮(14)固定连接，所述驱动外轮(14)通过直线轴承组件一(35)与所述主轴(13)连接，还与所述旋转驱动机构(40)中的传动锥齿轮(24)花键配合；所述横向展开驱动机构(39)带动一对主轴(13)向外移动，使所述限位销(151)与所述限位孔脱离，进而使所述棘爪叶片(18)和所述棘爪球壳(17)在所述z字形扭簧(32)的作用下径向展开，并与所述棘轮(19)上的棘轮齿相啮合；其中，所述驱动外轮(14)与所述棘轮(19)通过三个六角螺柱(141)连接；所述旋转驱动机构(40)带动所述驱动外轮(14)和所述棘轮(19)旋转，进而带动所述棘爪球壳(17)周向旋转，使整个机器人可以向前移动。3.根据权利要求2所述的基于棘轮棘爪的主动展开式球形机器人，其特征在于，所述旋转驱动机构(40)包括两个驱动电机(10)、两个驱动锥齿轮(23)、两个传动锥齿轮(24)；其中，所述驱动电机(10)的输出轴通过舵盘与驱动锥齿轮(23)固定相连；所述驱动外轮(14)与所述传动锥齿轮(24)通过花键连接。4.根据权利要求2所述的基于棘轮棘爪的主动展开式球形机器人，其特征在于，所述横向展开驱动机构(39)包括横向展开电机(8)、齿轮齿条机构(34)、推板(12)；而所述齿轮齿条机构(34)包括一个齿轮(21)和一对齿条(20)；所述横向展开电机(8)通过舵盘与所述齿轮(21)固定相连；两根所述齿条(20)在所述
齿轮(21)上下两侧对称安装，所述推板(12)与所述主轴(13)通过d形轴卡簧(26)和轴挡圈(25)相连。5.根据权利要求4所述的基于棘轮棘爪的主动展开式球形机器人，其特征在于，所述推板(12)上设计有四根导杆(22)，所述导杆(22)插入所述齿条(20)内部并与所述齿条(20)滑动相连。6.根据权利要求2所述的基于棘轮棘爪的主动展开式球形机器人，其特征在于，所述直线轴承组件二(36)包括外侧轴承套(28)、轴用卡簧(29)和深沟球轴承(30)；所述旋转支架(43)轴线方向的通孔内设一个卡簧槽，所述旋转支架(43)与外侧轴承套(28)上的轴用卡簧(29)限制主轴(13)上深沟球轴承(30)向外侧方向位移，同时，所述旋转支架(43)卡簧槽上的卡簧与外侧轴承套(28)的台阶限制深沟球轴承(30)向内侧方向位移，以此实现旋转支架(43)的周向运动。7.根据权利要求2所述的基于棘轮棘爪的主动展开式球形机器人，其特征在于，所述驱动外轮(14)外侧形成的凹槽，所述棘爪叶片(18)具有凸起，所述驱动外轮(14)外侧形成的凹槽在所述棘爪叶片凸起的外侧，限制所述z字形扭簧(32)带动所述棘爪叶片(18)向外的运动。8.根据权利要求3所述的基于棘轮棘爪的主动展开式球形机器人，其特征在于，所述机架包括一个机架板(1)、一个机架底板(2)、两个齿条保护壳(38)、两个锥齿轮机架板(11)、两个齿轮保护壳(9)；所述锥齿轮机架板(11)用于安装传动锥齿轮(24)，并且与所述机架板(1)连接固定；所述齿轮保护壳(9)呈半碗状，安装在所述传动锥齿轮(24)的外侧。9.根据权利要求2所述的基于棘轮棘爪的主动展开式球形机器人，其特征在于，所述外端球轮组件还包括连接球壳(4)和外端球壳(7)，所述外端法兰(33)与外端球壳(7)固定相连，同时所述外端球壳(7)与连接球壳(4)固定相连。10.根据权利要求1～9任一项所述的基于棘轮棘爪的主动展开式球形机器人，其特征在于，所述机架后端还连接有尾杆(5)和尾轮(6)；所述尾轮(6)安装在所述尾杆(5)后端并且能够自转。

技术总结
本发明公开了一种基于棘轮棘爪的主动展开式球形机器人，属于球形机器人领域；机架、两个半球形的球轮机构、以及展开驱动机构；展开驱动机构包括主轴、横向展开驱动机构和旋转驱动机构；球轮机构均包括内端球轮组件、三叶轮变形机构和外端球轮组件，横向展开驱动机构带动主轴向外移动，使三叶轮变形机构径向展开，旋转驱动机构再通过内端球轮组件带动三叶轮变形机构周向转动，使整个机器人可以向前移动。通过设置三叶轮变形机构和横向展开驱动机构，能够实现球形机器人半球轮的展开变形，通过扩大球轮半径的方式提升球形机器人的越障能力；该方案有驱动数量少、能耗少、体积小、结构简单、越障能力强等优点。越障能力强等优点。越障能力强等优点。


技术研发人员：秦建军 孙茂琳 谢子健 赵越 胡依凡 曹钰 陈锡夫 邵派 房世豪
受保护的技术使用者：北京建筑大学
技术研发日：2023.06.16
技术公布日：2023/8/13