本发明涉及机电技术领域，尤其涉及一种球形机器人及包括其的机器人组合。
背景技术：
球形机器人是一种具有球形外壳并以移动运动为主要运动方式的新型智能机器人。由于球形机器人具有良好的动态和静态平衡性，同时具有很好的密封性，可以行驶在无人、沙尘、潮湿、腐蚀性等各种恶劣环境中，并具有水陆两栖功能，可应用于行星探测、环境监测、国防装备、娱乐等领域。
现有的球形机器人结构比较复杂，在实际中很难推广应用。
技术实现要素：
本发明提供一种球形机器人及包括其的机器人组合，可以使得球形机器人的结构简单、易于推广应用。
第一方面，本发明提供一种球形机器人，采用如下技术方案：
所述球形机器人包括内球壳和外球壳，所述内球壳内设置有控制模块和电源，所述控制模块与所述电源连接，所述内球壳的外表面上设置有多个电极，各所述电极均与所述控制模块连接，以使所述控制模块向任意两个所述电极分别输出电压，所述内球壳的外表面上还设置有多个第一磁铁，所述外球壳和所述内球壳之间的空间区域中部分填充有熔点低于室温的液态金属，至少两个所述电极浸入所述液态金属中，所述外球壳的内表面上设置有多个第二磁铁，所述第一磁铁朝向所述外球壳的一侧的磁性，与所述第二磁铁朝向所述内球壳的一侧的磁性相反。
可选地，所述内球壳在所述外球壳中的位置固定，且所述内球壳和所述外球壳的球心重合。
进一步地，所述电极均匀分布于所述内球壳的整个外表面上；所述第一磁铁均匀分布于所述内球壳的整个外表面上；所述第一磁铁和所述电极无交叠；所述第二磁铁均匀分布于所述外球壳的整个内表面上。
可选地，所述内球壳漂浮在所述液态金属中。
进一步地，所述电极均匀分布于所述内球壳的浸入所述液态金属中的外表面上；所述第一磁铁均匀分布于所述内球壳的整个外表面上；所述第一磁铁和所述电极无交叠；所述第二磁铁均匀分布于所述外球壳的整个内表面上。
可选地，所述外球壳与所述内球壳之间未被所述液态金属填充的空白区域为真空或者半真空状态，或者，所述空白区域中填充有惰性气体，或者，所述内球壳的外表面和/或所述外球壳的内表面中设置有除氧剂。
可选地，所述控制模块包括输出单元和充电单元，所述充电单元与所述电源连接，所述充电单元用于与外部电源无线连接，为所述电源进行无线充电，所述输出单元与所述电源以及各所述电极连接，所述输出单元用于向任意两个所述电极分别输出电压。
进一步地，所述控制模块还包括加速度传感器，所述加速度传感器用于检测所述球形机器人的运动状态。
进一步地，所述控制模块还包括无线通信单元，所述无线通信单元与所述输出单元和所述加速度传感器连接，所述无线通信单元用于将所述加速度传感器的检测信号发送至外部设备，并将所述外部设备的控制指令发送至所述输出单元。
可选地，所述内球壳的外表面和所述外球壳的内表面均设置有聚四氟乙烯层。
可选地，所述外球壳上设置有操作口，所述操作口对应设置的密封盖可拆卸。
可选地，所述外球壳外表面上可拆卸安装有缓冲壳或者耐腐蚀壳。
可选地，所述电极为柱状电极，所述柱状电极的延伸方向为所述内球壳的径向。
可选地，所述电极为氯化银电极、石墨电极、铂电极或者钢电极。
第二方面，本发明提供一种机器人组合，采用如下技术方案：
所述机器人包括至少一个以上任一项所述的球形机器人。
可选地，所述机器人还包括协调模块，所述协调模块与各所述球形机器人的控制模块连接，所述协调模块用于协调各所述球形机器人的运动状态。
本发明提供了一种球形机器人及包括其的机器人组合，其中，该球形机器人包括内球壳和外球壳，内球壳内设置有控制模块和电源，内球壳的外表面上设置有多个电极，内球壳的外表面上还设置有多个第一磁铁，外球壳和内球壳之间的空间区域中部分填充有熔点低于室温的液态金属，至少两个电极浸入液态金属中，外球壳的内表面上设置有多个第二磁铁，第一磁铁朝向外球壳的一侧的磁性，与第二磁铁朝向内球壳的一侧的磁性相反。当控制模块通过电源在进入液态金属中的两个电极上施加不同的电压时，液态金属中有电流通过，且液态金属处于第一磁铁和第二磁铁形成的磁场中，进而液态金属会受到安培力的作用，在安培力的作用下液态金属发生流动，使得球形机器人的重心发生变化，使得球形机器人移动。本发明提供的球形机器人的结构简单、易于推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的球形机器人的结构示意图一；
图2为本发明实施例提供的球形机器人的结构示意图二；
图3为本发明实施例提供的球形机器人的结构示意图三；
图4为本发明实施例提供的控制模块的结构示意图一；
图5为本发明实施例提供的控制模块的结构示意图二；
图6为本发明实施例提供的控制模块的结构示意图三；
图7为本发明实施例提供的机器人组合的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下本发明实施例中的各技术特征均可以相互结合。
本发明实施例提供一种球形机器人，具体地，如图1、图2和图3所示，图1为本发明实施例提供的球形机器人的结构示意图一，图2为本发明实施例提供的球形机器人的结构示意图二，图3为本发明实施例提供的球形机器人的结构示意图三，球形机器人包括内球壳1和外球壳2，内球壳1内设置有控制模块3和电源4，控制模块3与电源4连接，内球壳1的外表面上设置有多个电极5，各电极5均与控制模块3连接，以使控制模块3向任意两个电极5分别输出电压(即可以向两个电极5输出相同的电压或者不同的电压)，内球壳1的外表面上还设置有多个第一磁铁6，外球壳2和内球壳1之间的空间区域中部分填充有熔点低于室温的液态金属8，至少两个电极5浸入液态金属8中，外球壳2的内表面上设置有多个第二磁铁7，第一磁铁6朝向外球壳2的一侧的磁性，与第二磁铁7朝向内球壳1的一侧的磁性相反。
需要说明的是，为了使图1、图2和图3能够清楚地示出其他结构之间的位置关系，图1、图2和图3中仅示出了控制模块3与一个电极5之间的连接，但应当理解为控制模块3与所有电极5均连接。
由于第一磁铁6朝向外球壳2的一侧的磁性，与第二磁铁7朝向内球壳1的一侧的磁性相反，从而使得在内球壳1与外球壳2之间形成沿其径向方向的磁场，当控制模块3通过电源4在进入液态金属8中的两个电极5上施加不同的电压时，液态金属8中有电流通过，且液态金属8处于第一磁铁6和第二磁铁7形成的磁场中，进而液态金属8会受到安培力的作用，在安培力的作用下液态金属8发生流动，使得球形机器人的重心发生变化，使得球形机器人移动。本发明实施例提供的球形机器人的结构简单、易于推广应用。
在图1、图2和图3所示的例子中，若电极5a上为正电压，电极5b上为负电压，则液态金属8中的电流方向为从左至右，由左手定则可知，液态金属8受到垂直纸面向内的方向的安培力，在安培力的作用下液态金属8将会向垂直纸面向内的方向流动，使得球形机器人的重心发生变化，使得球形机器人向垂直纸面向内的方向移动。其中，选择不同位置的电极5，使得球形机器人的移动方向不同，输出到电极5上的电压的大小决定了球形机器人的移动速度，输出到电极5上的电压的时间决定了球形机器人在该方向上的移动时间。
在以上描述中，本发明实施例仅提及了液态金属8的流动，并未对球形机器人移动过程中内球壳1和外球壳2的位置关系是否变化进行限定。
在一个实施方式中，如图1所示，内球壳1在外球壳2中的位置固定，且内球壳1和外球壳2的球心重合，即内球壳1通过多个固定件9固定在外球壳2的内表面上，此实施方式中内球壳1和外球壳2的各个位置之间的间隙均恒定，使得内球壳1和外球壳2之间的磁场的方向和大小均恒定。
进一步地，为了保证无论液态金属8如何流动，内球壳1上也有至少两个电极5浸入液态金属8中，使得球形机器人的可移动方式多，适用范围广，本发明实施例中选择如图1所示，电极5均匀分布于内球壳1的整个外表面上，第一磁铁6均匀分布于内球壳1的整个外表面上，第一磁铁6和电极5无交叠，第二磁铁7均匀分布于外球壳2的整个内表面上。需要说明的是，当液态金属8流动后，需要重新选择需要施加电压的两个电极5，以及施加在各电极5上的电压的大小、时间等。
在又一个实施方式中，如图2和图3所示，内球壳1漂浮在液态金属8中，内球壳1在外球壳2中的位置可变，内球壳1和外球壳2之间未设置有任何固定件，内球壳1在外球壳2中的位置会随着液态金属8的流动发生变化，此实施方式中内球壳1在外球壳2中的位置会随着液态金属8的流动发生变化，因此，内球壳1的重心也会发生变化，更加有利于球形机器人的重心向目标位置的变化。
进一步地，如图2所示，电极5均匀分布于内球壳1的浸入液态金属8中的外表面上，第一磁铁6均匀分布于内球壳1的整个外表面上，第一磁铁6和电极5无交叠，第二磁铁7均匀分布于外球壳2的整个内表面上；或者，如图3所示，电极5均匀分布于内球壳1的中部或者中部靠下的一圈外表面上，保证电极5能够浸入液态金属8中，第一磁铁6均匀分布于内球壳1的整个外表面上，第一磁铁6和电极5无交叠，第二磁铁7均匀分布于外球壳2的整个内表面上。
在图2和图3所示的设置方式中，内球壳1上均具有未被电极5和液态金属8覆盖的区域，且在球形机器人的运动过程中该区域可以一直保持在球形机器人的上部，使得容易对内球壳1内的结构进行操作，例如控制模块3还包括为电源4进行无线充电的充电单元，充电单元位于内球壳1的上部，通过无线充电的方式对内球壳1内的电源4进行充电时，液态金属8和电极5均不会对充电过程产生不良影响。另外，液态金属8流动，由于内球壳1漂浮在液态金属8中，内球壳1浸入液态金属8中的部分几乎不会发生变化，因此，当球形机器人的移动方向不变时，无需反复选择电极5，仅需确认施加在各电极5上的电压的大小、时间等即可。
本发明实施例中的液态金属8为非铁磁性的液态金属，以使得液态金属8不会受到第一磁铁6和第二磁铁7的吸引。可选地，本发明实施例中的液态金属8可以为汞单质、镓单质、镓铟合金、镓锡合金、镓铟锡合金等熔点低于室温的液态金属中的一种或几种。例如，液态金属8为镓铟共晶合金(熔点15.9℃)、镓锡共晶合金(熔点20.4℃)或者镓铟锡共晶合金(熔点11℃)。另外，液态金属8中也可以掺杂有提高导电性的颗粒，但颗粒的掺杂会提高液态金属8的粘度，降低液态金属8的流动性，本领域技术人员可以根据实际需要选择是否掺杂提高导电性的颗粒，以及掺杂的量。
为了避免或者减轻液态金属8因氧化而造成的粘度升高、流动性下降和导电性降低的问题出现，本发明实施例中提供了多种可行的方式，例如，外球壳2与内球壳1之间未被液态金属8填充的空白区域为真空或者半真空状态，或者，空白区域中填充有惰性气体，或者，内球壳1的外表面和/或外球壳2的内表面中设置有除氧剂。
另外，为了使液态金属8具有较好的流动性，本发明实施例中选择内球壳1的外表面和外球壳2的内表面均不粘附液态金属8，例如，内球壳1的外表面和外球壳2的内表面均设置有聚四氟乙烯层、氮化硼层、氮化硅层、聚甲醛层、聚酰亚胺层、二硫化钼层、氟化石墨层等。需要说明的是，内球壳1和外球壳2可以整体均为不粘附液态金属的材质，也可以根据实际需要选择其他材质作为主体结构，仅内球壳1的外表面和外球壳2的内表面设置有不粘附液态金属8的材质。
可选地，本发明实施例中，外球壳2上设置有操作口，操作口对应设置的密封盖可拆卸，以使得可以通过操作口进行各种操作，例如内球壳1的放置、取出、维修、液态金属8的倒入和取出、电源的充电等多种操作。
可选地，本发明实施例中，外球壳2外表面上可拆卸安装有缓冲壳或者耐腐蚀壳等，以使得球形机器人的适用范围更广。
可选地，外球壳2可以为一整体结构，也可以为多个部分拼接而成的结构，本发明实施例对此不进行限定。类似地，内球壳1可以为一整体结构，也可以为多个部分拼接而成的结构，本发明实施例对此不进行限定。
可选地，第一磁铁6为永磁铁或者电磁铁；第二磁铁7为永磁铁或者电磁铁。其中，第一磁铁6和第二磁铁7均为永磁铁时，球形机器人的结构简单；第一磁铁6和/或第二磁铁7为电磁铁时，第一磁铁6和第二磁铁7的磁性有无、以及二者之间形成的磁场的方向均可以进行控制，利于对球形机器人的运动状态(包括是否移动、移动方向、移动速度、移动时间等)进行控制。其中，第一磁铁6为电磁铁时，其可以由外部设备等进行控制，第二磁铁7为电磁铁时，其可以由外部设备、控制模块3等进行控制。
可选地，本发明实施例中，电极5为柱状电极，柱状电极的延伸方向为内球壳1的径向，以使得电极5浸入液态金属8中的高度较大，不仅有利于提高液态金属8中的电流，液态金属8所受的安培力，有利于对球形机器人的运动状态进行控制，还有利于防止内球壳1运动幅度过大，避免球形机器人的重心不稳，以及避免内球壳1和外球壳2之间无固定件时，内球壳1的倾覆。
可选地，电极5为氯化银电极、石墨电极、铂电极或者钢电极，以使得电极5不易被液态金属8腐蚀，球形机器人的结构更稳定。
可选地，如图4所示，图4为本发明实施例提供的控制模块的结构示意图一，控制模块3包括输出单元31和充电单元32，充电单元32与电源4连接，充电单元32用于与外部电源4无线连接，为电源4进行无线充电，输出单元31与电源4和各电极5连接，输出单元31用于向任意两个电极5分别输出电压。充电单元32可以包括充电线圈，充电线圈与电源4相连，其还可以固定在电源4上，以使二者的连接更牢固，不易因球形机器人的移动而断开。只要能输出电压或者电流的结构均可以作为本发明实施例中的电源4，例如，电源4为电池、超级电容器等。
进一步地，如图5所示，图5为本发明实施例提供的控制模块的结构示意图二，控制模块3还包括加速度传感器33，加速度传感器33用于检测球形机器人的运动状态，以使得使用者可以获取球形机器人的运动状态，便于对球形机器人进行控制以及进行问题分析等。可选地，加速度传感器33可以与输出单元31连接(包括直接连接或者间接连接等)，以使得输出单元31可以根据球形机器人的运动状态控制电极5的选择以及电极5上施加的电压的大小、时间等。
进一步地，如图6所示，图6为本发明实施例提供的控制模块的结构示意图三，控制模块3还包括无线通信单元34，无线通信单元34与输出单元31和加速度传感器33连接，无线通信单元34用于将加速度传感器33的检测信号发送至外部设备(电脑或者智能手机等)，并将外部设备的控制指令发送至输出单元31，以使得输出单元31可以根据控制指令控制电极5的选择以及电极5上施加的电压的大小、时间等。如此设置可以使得用户对球形机器人的控制更加方便及时。以上无线通信单元34可以采用wifi、蓝牙、nfc等多种无线通信方式中的一种与外部设备进行通信。
示例性地，球形机器人的移动过程如下：首先通过外部设备发出控制指令，外部设备通过无线通信单元34将控制指令发送至输出单元31，然后，输出单元31根据控制指令选择需要施加电压的两个电极5以及对各电极5上施加的电压的大小、时间等进行设置，然后，输出单元31向两个电极5分别输出电压，然后，液态金属8受到安培力的作用开始流动，最后，球形机器人的重心发生变化，球形机器人移动。
当然，本发明实施例中的球形机器人还可以包括一般机器人包括的其他结构和/或模块，例如定位模块、开关等，此处不进行赘述。
此外，本发明实施例还提供一种机器人组合，具体地，如图7所示，图7为本发明实施例提供的机器人组合的结构示意图，机器人组合100包括至少一个(例如2个、3个、4个等)所述的球形机器人200。例如，如图7所示，机器人组合包括4个球形机器人200，4个球形机器人200呈矩形排布。
可选地，如图7所示，机器人组合100还包括协调模块300，协调模块300与各球形机器人200的控制模块3连接，协调模块300用于协调各球形机器人200的运动状态，以使机器人组合100的移动更加可控。
本发明实施例提供了一种球形机器人及包括其的机器人组合，其中，该球形机器人包括内球壳1和外球壳2，内球壳1内设置有控制模块3和电源4，内球壳1的外表面上设置有多个电极5，内球壳1的外表面上还设置有多个第一磁铁6，外球壳2和内球壳1之间的空间区域中部分填充有熔点低于室温的液态金属8，至少两个电极5浸入液态金属8中，外球壳2的内表面上设置有多个第二磁铁7，第一磁铁6朝向外球壳2的一侧的磁性，与第二磁铁7朝向内球壳1的一侧的磁性相反。当控制模块3通过电源4在进入液态金属8中的两个电极5上施加不同的电压时，液态金属8中有电流通过，且液态金属8处于第一磁铁6和第二磁铁7形成的磁场中，进而液态金属8会受到安培力的作用，在安培力的作用下液态金属8发生流动，使得球形机器人的重心发生变化，使得球形机器人移动。本发明提供的球形机器人的结构简单、易于推广应用。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
1.一种球形机器人，其特征在于，包括内球壳和外球壳，所述内球壳内设置有控制模块和电源，所述控制模块与所述电源连接，所述内球壳的外表面上设置有多个电极，各所述电极均与所述控制模块连接，以使所述控制模块向任意两个所述电极分别输出电压，所述内球壳的外表面上还设置有多个第一磁铁，所述外球壳和所述内球壳之间的空间区域中部分填充有熔点低于室温的液态金属，至少两个所述电极浸入所述液态金属中，所述外球壳的内表面上设置有多个第二磁铁，所述第一磁铁朝向所述外球壳的一侧的磁性，与所述第二磁铁朝向所述内球壳的一侧的磁性相反。
2.根据权利要求1所述的球形机器人，其特征在于，所述内球壳在所述外球壳中的位置固定，且所述内球壳和所述外球壳的球心重合。
3.根据权利要求2所述的球形机器人，其特征在于，所述电极均匀分布于所述内球壳的整个外表面上；所述第一磁铁均匀分布于所述内球壳的整个外表面上；所述第一磁铁和所述电极无交叠；所述第二磁铁均匀分布于所述外球壳的整个内表面上。
4.根据权利要求1所述的球形机器人，其特征在于，所述内球壳漂浮在所述液态金属中。
5.根据权利要求4所述的球形机器人，其特征在于，所述电极均匀分布于所述内球壳的浸入所述液态金属中的外表面上；所述第一磁铁均匀分布于所述内球壳的整个外表面上；所述第一磁铁和所述电极无交叠；所述第二磁铁均匀分布于所述外球壳的整个内表面上。
6.根据权利要求1～5任一项所述的球形机器人，其特征在于，所述外球壳与所述内球壳之间未被所述液态金属填充的空白区域为真空或者半真空状态，或者，所述空白区域中填充有惰性气体，或者，所述内球壳的外表面和/或所述外球壳的内表面中设置有除氧剂。
7.根据权利要求1～5任一项所述的球形机器人，其特征在于，所述控制模块包括输出单元和充电单元，所述充电单元与所述电源连接，所述充电单元用于与外部电源无线连接，为所述电源进行无线充电，所述输出单元与所述电源以及各所述电极连接，所述输出单元用于向任意两个所述电极分别输出电压。
8.根据权利要求7所述的球形机器人，其特征在于，所述控制模块还包括加速度传感器，所述加速度传感器用于检测所述球形机器人的运动状态。
9.根据权利要求8所述的球形机器人，其特征在于，所述控制模块还包括无线通信单元，所述无线通信单元与所述输出单元和所述加速度传感器连接，所述无线通信单元用于将所述加速度传感器的检测信号发送至外部设备，并将所述外部设备的控制指令发送至所述输出单元。
10.一种机器人组合，其特征在于，包括至少一个如权利要求1～9任一项所述的球形机器人组合。
技术总结