本发明公开了一种便携式可伸缩球型抛掷侦察机器人，包括机架、左驱动轮、右驱动轮、伸缩系统和控制系统；左驱动轮和右驱动轮分别固定安装在机架的两端；伸缩系统包括左驱动轮、右驱动轮的伸缩和支撑尾的伸缩，安装在机架上；控制系统固连在机架正中部；本发明的机器人在收合时具有一定的伪装性能，不易被察觉；机器人轮壳具有减震性能，可承受数米的自由落体冲击；本发明可应用于危险环境中的信息侦察和收集。
1.一种便携式可伸缩球型抛掷侦察机器人，其特征在于：包括机架、左驱动轮、右驱动轮、伸缩系统和控制系统；机架为空心结构，机架两端固连左驱动轮和右驱动轮；机架的中部安装有伸缩系统和控制系统；
所述的机架包括驱动电机连接座、驱动轮伸缩机构连接座和支撑尾伸缩机构连接座，驱动电机连接座为中空圆筒，位于机架两端，用于连接左驱动轮和右驱动轮，驱动电机连接座中圆柱通心孔1A内置左驱动轮和右驱动轮的驱动电机；驱动轮伸缩机构连接座位于驱动电机连接座之间，驱动轮伸缩机构连接座上的圆柱形通孔1B用于连接驱动轮伸缩机构的曲柄滑块机构；支撑尾伸缩机构连接座固定在驱动电机连接座外围，设有圆柱孔1D用于连接伸缩系统的丝杠传动装置，设有螺纹孔1E用于固定控制系统；机架中的驱动电机连接座上设有切口1C，用于放置伸缩系统的带轮装置；
所述的左驱动轮和右驱动轮结构相同，其中，左驱动轮包括左驱动轮壳、左驱动轮电机连接座、减震盘、驱动电机和左驱动轮伸缩连接座；左驱动轮壳包括橡胶壳体、壳体骨架、花纹状突起、球状突起和橡胶肋；橡胶壳体外部设有花纹状突起、球状突起，内部设有橡胶肋，壳体骨架位于橡胶壳体内部，壳体骨架上的通孔2B用于连接左驱动轮电机连接座中的三根移动导杆，并通过螺纹孔2A固结；左驱动轮壳上均布的螺纹孔2C用于固连减震盘；
左驱动轮电机连接座包括固定座、驱动电机座、轴承、轴向止动片、轴承定位套、三根移动导杆和驱动轮四氟套；其中，固定座为内凹的锥形结构，内凹处设有阶梯轴以安装驱动电机座、轴承和轴承定位套；轴承内圈同心安装驱动电机座，外圈同心安装轴承定位套；轴承定位套上通过腰型槽2D与机架的驱动电机连接座相连；固定座的周向设有三个均布的通孔以连接驱动轮四氟套；三根移动导杆均为圆柱状且相互平行，一端固定在壳体骨架上，另一端穿过驱动轮四氟套上与移动导杆相应的孔，最后与减震盘固定连接；驱动电机座上的沉孔2F用于固连机架的驱动电机连接座，螺纹孔2E用于固定驱动电机；轴向止动片紧贴固定座的端面，沉孔2G与固定座上的螺纹孔2H相对应；
驱动电机内装于机架的圆柱形通孔1A中，通过螺钉连接固定在驱动电机座上，驱动电机座与固定座之间为轴承连接，驱动电机的电机伸出轴穿过驱动电机座，插入到固定座中，且通过固定座上的螺纹孔2I和2J与固定座固定；
减震盘包括橡胶盘体、减震骨架和轮壳连接座；减震骨架上的圆柱通孔2K与左驱动轮电机连接座上的三根移动导杆相连；减震骨架上的一组螺纹孔2L用于固结左驱动轮伸缩连接座；轮壳连接座上的螺纹孔2M用于连接左驱动轮壳，其尺寸与螺纹孔2C相对应；
左驱动轮伸缩连接座包括滚珠轴向止动座、滚珠中间体、收缩固定座、四氟轴瓦和滚珠体；其中，滚珠中间体的一侧与滚珠轴向止动座的内侧形成一列滚珠弹道，内装滚珠体；滚珠中间体的另一侧与固定座的内侧圆弧槽形成另一列滚珠弹道，内装滚珠体；滚珠中间体安装在滚珠轴向止动座和收缩固定座之间，其上的螺纹孔2Q用于连接减震盘上的减震骨架；通过沉孔2P和螺纹孔2Y的连接将滚珠轴向止动座和收缩固定座固结；四氟轴瓦与机架同心安装形成移动副，通过沉孔2Z与螺纹孔2X的连接实现四氟轴瓦和收缩固定座的固定；收缩固定座上的圆柱形通孔2R与收缩系统中的曲柄滑块机构相连；
所述的伸缩系统包括伸缩驱动、驱动轮伸缩机构和支撑尾伸缩机构；其中，伸缩驱动固定于机架上，驱动轮伸缩机构固定于机架中的驱动轮伸缩机构连接座上；支撑尾伸缩机构固定于机架中的支撑尾伸缩机构连接座上；
伸缩驱动包括伸缩驱动电机、伸缩驱动电机座、电机延长轴、驱动锥齿轮和固定卡环；
其中，伸缩驱动电机通过螺纹孔4B与伸缩驱动电机座固连；伸缩驱动电机座通过沉孔4A与机架固连；伸缩驱动电机的伸出轴穿过伸缩驱动电机座，通过周向螺纹孔与电机延长轴固连；驱动锥齿轮与电机延长轴同心安装，通过周向螺纹孔实现驱动锥齿轮的周向固定，通过固定卡环实现驱动锥齿轮的轴向固定；驱动锥齿轮与驱动轮伸缩机构的驱动轮伸缩锥齿轮标准啮合，将动力传递给驱动轮伸缩机构；
驱动轮伸缩机构安装在机架中的驱动轮收缩机构连接座上，包括驱动轮伸缩锥齿轮、不完全锥齿轮、轴承盖、轴承、锥齿轮轴、曲柄、左摇杆、右摇杆和滑块；驱动轮伸缩机构采用曲柄滑块机构实现左驱动轮和右驱动轮的伸缩，曲柄滑块机构包括曲柄、左摇杆、右摇杆和滑块；其中曲柄固结在锥齿轮轴的末端；曲柄与左摇杆、右摇杆的连接采用外套轴承的销轴；滑块通过螺纹孔4C固连左驱动轮伸缩连接座，其尺寸与收缩固定座上的圆柱形通孔2R对应；轴承盖与锥齿轮轴同心安装且与驱动轮收缩机构连接座固连；不完全锥齿轮与支撑尾伸缩机构中的支撑尾锥齿轮啮合；
支撑尾伸缩机构包括支撑尾锥齿轮、支撑尾传动轴、传动轴锥齿轮端支承、传动轴带轮端支承、小带轮、大带轮、同步齿形带、同步带保护壳、丝杠轴、丝杠轴两端支承、丝杠螺母、丝杠螺母滑座、支撑尾片体、片体销轴和支撑脚轮；其中，支撑尾锥齿轮与不完全锥齿轮啮合；支撑尾传动轴与机架中的驱动电机连接座同心安装，通过传动轴锥齿轮端支承上的螺纹孔4D和传动轴带轮端支承固定于机架中；
小带轮、大带轮、同步齿形带和同步带保护壳构成同步带传动系统；小带轮安装在支撑尾传动轴的一端，大带轮安装在丝杠轴的一端，通过啮合型带传动将支撑尾传动轴的动力传递给丝杠轴，而同步带保护壳位于同步带传动系统外围，固定安装于机架；
丝杠轴、丝杠轴两端支承、丝杠螺母和丝杠螺母滑座构成丝杠传动系统；丝杠轴通过丝杠轴两端支承固定于机架上的支撑尾伸缩机构连接座上；丝杠螺母与丝杠轴以螺旋副的形式形成螺旋机构；丝杠螺母与丝杠螺母滑座形成移动副，且丝杠螺母滑座通过螺栓孔4E固结于机架上的支撑尾伸缩机构连接座上；丝杠轴的4F和4G分别为左旋螺纹和右旋螺纹；
支撑尾片体、片体销轴和支撑脚轮构成支撑尾；支撑尾由数片支撑尾片体通过片体销轴连接而成，末端再连接支撑脚轮以支撑机器人的行走；每片支撑尾片体上有三个销轴通孔以安装片体销轴，且中间销轴通孔位于支撑尾片体的正中间；
所述控制系统包括控制系统壳体、摄像头座、摄像头固定外壳、无线视觉摄像头、主控电路板、左驱动轮电机驱动板、右驱动轮电机驱动板、伸缩系统电机驱动板和电源；其中，控制系统壳体为内部空心的圆柱形壳体，主控电路板、左驱动轮电机驱动板、左驱动轮电机驱动板、伸缩系统电机驱动板和电源设置在控制系统壳体内部；控制系统壳体上开有通孔5C以固定控制系统于机架中的支撑尾伸缩机构连接座；摄像头座通过安装孔5A固定于机架中的支撑尾伸缩机构连接座上，其上表面安装摄像头固定外壳，而无线视觉摄像头内置于摄像头固定外壳中；无线视觉摄像头主要用于传输机器人行进前方的实时视觉图像信息并通过其上的摄像头天线5F将信息传输给主控电路板，主控电路板通过主控天线5E收发信息；左驱动轮电机驱动板和右驱动轮电机驱动板用来控制驱动轮电机的运动并将驱动轮的位置和速度信息反馈给主控电路板；伸缩系统电机驱动板用来控制伸缩系统电机的运动并监测左驱动轮与右驱动轮收合张开的状态信息以及支撑尾的收合张开信息，并将信息反馈给主控电路板；电源通过走线孔5H连接摄像头电源端5G给无线视觉摄像头供电；通过走线槽5B和5I给主控电路板及左驱动轮电机驱动板、左驱动轮电机驱动板、伸缩系统电机驱动板提供驱动电源。
2.根据权利要求1所述一种便携式可伸缩球型抛掷侦察机器人，其特征在于：所述的左驱动轮壳和右驱动轮壳为一体注塑加工。
3.根据权利要求1所述一种便携式可伸缩球型抛掷侦察机器人，其特征在于：所述的减震盘为一体注塑加工。
4.根据权利要求1所述一种便携式可伸缩球型抛掷侦察机器人，其特征在于：所述的伸缩系统由伸缩驱动提供一个动力源，经锥齿轮组换向后两路传动，一路传动给驱动轮伸缩机构以实现驱动轮的伸缩运动；另一路传动给支撑尾伸缩机构以实现支撑尾的伸缩运动。
5.根据权利要求4所述一种便携式可伸缩球型抛掷侦察机器人，其特征在于：所述的锥齿轮组中采用不完全锥齿轮的啮合与非啮合区域将驱动轮伸缩机构与支撑尾伸缩机构的运动一定程度上错开。
6.根据权利要求4所述一种便携式可伸缩球型抛掷侦察机器人，其特征在于：所述的支撑尾伸缩机构中的同步带传动的减速比为n1，丝杠轴的螺纹部分长度为l2、导程为p，则满足4l2=n1p。
7.根据权利要求1所述一种便携式可伸缩球型抛掷侦察机器人，其特征在于：所述的驱动轮伸缩机构的左摇杆和右摇杆为圆弧状。
8.根据权利要求1所述一种便携式可伸缩球型抛掷侦察机器人，其特征在于：所述的支撑尾由数片支撑尾片体通过片体销轴连接而成，设支撑尾片体的长度为l1、数量为n，丝杠轴的螺纹部分长度为l2，左驱动轮和右驱动轮完全伸开时机器人的长度为l3，则l1≤l2，l3≈nl1。
一种便携式可伸缩球型抛掷侦察机器人
技术领域
[0001] 本发明属于机器人技术领域，涉及一种机器人系统。具体来说，是一种在复杂环境中有较强机动性和隐蔽性的便携式可伸缩球型抛掷侦察机器人。
背景技术
[0002] 近十几年来，机器人技术迅猛发展。作为战场侦察、反恐监控和危险环境搜救尖兵的微小型地面移动机器人，近期频繁出现在世界舞台上，成为引人瞩目的焦点。地面移动机器人技术的研究也处在飞速发展的关键阶段。侦察机器人作为微小型地面移动机器人的一个分支，是一类用于为操作人员提供前方实时信息（视觉、听觉、潜在威胁等）的辅助型机器人，它在空间探索、危险环境探查和取样、战场侦察、城市救援、排爆和反恐防化等领域具有广泛的应用需求。
[0003] 美国、英国和德国等发达国家在此类移动机器人研制及应用方面取得了显著成就，如由美国明尼苏达大学研制并商业化的Scout机器人就是此类机器人的典型代表（http://www.reconrobotics.com/index.cfm），该机器人具有两个驱动轮，一个支撑尾，质量轻便于携带且能够抵抗数米距离的自由落体冲击。但Scout机器人仅对机身颜色黑色处理，不具有较好的伪装性能，隐蔽性不高，易于被察觉。由于以上原因，使得Scout的应用受到诸多限制。
[0004] 基于以上背景和现实需求，有必要设计出一种便于携带且隐蔽性高的新型侦察机器人。
发明内容
[0005] 本发明的目的是针对现有侦察机器人技术上的不足，提供一种结构简单，易携带，且具有较强伪装性能的便携式可伸缩球型抛掷侦察机器人。该便携式可伸缩球型抛掷侦察机器人凭借其体积小、重量轻和伪装性能好的优势，可在城市巷战、恐怖事件和工业事故的处理中代替人进入危险环境，从事侦察、排险和救援等危险工作，从而减少人员伤亡，提高保障性能和工作效率。
[0006] 本发明一种便携式可伸缩球型抛掷侦察机器人，包括机架、左驱动轮、右驱动轮、伸缩系统和控制系统；机架为空心结构，机架两端螺纹固连左驱动轮和右驱动轮；机架的中部安装有伸缩系统和控制系统。
[0007] 其中，左驱动轮和右驱动轮结构相同，包括驱动轮壳、驱动轮电机连接座、减震盘、驱动电机和驱动轮伸缩连接座。驱动轮壳是一体注塑加工而成的球形结构，内部空心并安装有驱动电机连接座和减震盘，减震盘上装有驱动轮伸缩连接座；驱动轮壳外侧周向位置上设有横纵交错的花纹状突起并在球形表面设有均布的球状突起。
[0008] 所述的伸缩系统包括伸缩驱动、驱动轮伸缩机构和支撑尾伸缩机构。其中，伸缩驱动固定于机架上；驱动轮伸缩机构固定于机架中的驱动轮伸缩机构连接座上；支撑尾伸缩机构固定于机架中的支撑尾伸缩机构连接座上。伸缩系统由伸缩驱动提供动力，经锥齿轮组换向后两路传动，一路传动给驱动轮伸缩机构以实现驱动轮的伸缩运动；另一路传动给支撑尾伸缩机构以实现支撑尾的伸缩运动。
[0009] 所述控制系统安装在机架上，包括控制系统壳体、摄像头座、摄像头固定外壳、无线视觉摄像头、主控电路板、左驱动轮电机驱动板、右驱动轮电机驱动板、伸缩系统电机驱动板和电源，主要用来监测及控制伸缩系统的收合展开状态，以及驱动左驱动轮电机、右驱动轮电机和伸缩系统电机的运动。
[0010] 本发明机器人在实施操作时具有展开和收合两种状态：展开时机器人既可以在相对平坦地面灵活运动快速行驶并执行任务，也可以在复杂的崎岖环境中横越草地沙砾、翻越台阶等典型障碍，完成指定工作；收合时机器人只留出左驱动轮2与右驱动轮3于外界，其余部分都收缩于内部，整个机器人呈球形，极具伪装，不易被察觉。
[0011] 本发明机器人在设计上采用了精益结构，减轻了重量；左驱动轮与右驱动轮的驱动轮壳采用固连橡胶减震盘的减震设计，能够承受数米的自由落体冲击；左驱动轮与右驱动轮的收缩，能够将机器人很好的伪装起来，不易被察觉；较小的尺寸设计便于携带及部署；机器人功能较全，控制简单，既可应用于辅助军事作战侦察，亦可用作城市救援和排爆反恐，具有广泛的应用背景和市场前景。
[0012] 本发明的优点在于：
[0013] 1、本发明机器人通过简单的机械传动优化，只用一个电机驱动完成驱动轮伸缩和支撑尾伸缩两个方向的运动，操作方便，控制简单；
[0014] 2、本发明机器人驱动轮壳采用一体化注塑而成的减震盘减震系统，能够吸收一定的冲击振动能量，承受数米的自由落体冲击；驱动轮壳外表面设有横纵交错的花纹状突起和均布的球状突起，提升了机器人的攀爬性能；
[0015] 3、本发明机器人驱动轮壳外形似球形，且本发明机器人具有伸缩功能，能够将左右两驱动轮壳收合起来进行伪装，不易被察觉，确保机器人更好地完成侦察等任务；
[0016] 4、本发明机器人本发明机器人采用精益设计思想，轮壳采用橡胶材料，结构优化组合，既质轻又耐冲击，外形及质量便于工作人员随身携带，可随时部署。
附图说明
[0017] 图1是本发明机器人的整体结构图；
[0018] 图2是本发明机器人的机架结构图；
[0019] 图3是本发明机器人的左驱动轮与右驱动轮结构图；
[0020] 图4是本发明机器人的驱动轮壳结构图；
[0021] 图5a是本发明机器人的驱动轮电机连接座结构图；
[0022] 图5b是本发明机器人的驱动轮电机连接结构图；
[0023] 图6是本发明机器人的减震盘结构图；
[0024] 图7是本发明机器人的驱动轮伸缩连接座结构框图；
[0025] 图8是本发明机器人的伸缩系统结构图；
[0026] 图9是本发明机器人的伸缩驱动结构图；
[0027] 图10是本发明机器人的驱动轮伸缩机构结构图；
[0028] 图11是本发明机器人的支撑尾伸缩机构结构图；
[0029] 图12是本发明机器人的丝杠轴结构图；
[0030] 图13是本发明机器人的伸缩系统齿轮组传动结构图；
[0031] 图14是本发明机器人的伸缩驱动结构图；
[0032] 图15a是本发明机器人的控制系统正面结构图；
[0033] 图15b是本发明机器人的控制系统背面结构图；
[0034] 图中：
[0035]
[0036]
具体实施方式
[0037] 下面将结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
[0038] 本发明是一种便携式可伸缩球型抛掷侦察机器人，如图1所示，包括机架1、左驱动轮2、右驱动轮3、伸缩系统4和控制系统5。
[0039] 如图2所示，所述的机架1包括驱动电机连接座101a、驱动轮伸缩机构连接座101b和支撑尾伸缩机构连接座101c三个部分。驱动电机连接座101a分别连接在驱动轮伸缩机构连接座101b两端，支撑尾伸缩机构连接座101c固定在驱动电机连接座101a外围。
[0040] 驱动电机连接座101a为圆筒状，位于机架1的两端，用于固连左驱动轮2和右驱动轮3；驱动电机连接座101a的圆柱通心孔1A内置左驱动轮2和右驱动轮3的驱动电机。驱动轮伸缩机构连接座101b位于机架1的中部，用于连接驱动轮伸缩机构402；驱动轮伸缩机构连接座101b上的圆柱形通孔1B用于连接驱动轮伸缩机构的曲柄滑块机构。驱动电机连接座101a上的切口1C用于放置伸缩系统4的同步带传动系统。支撑尾伸缩机构连接座101c也位于机架1中部，由左右结构相似的两部分组成；支撑尾伸缩机构连接座101c上的圆柱孔1D用于连接伸缩系统4的丝杠传动系统；支撑尾伸缩机构连接座101c上的螺纹孔1E用于固定控制系统5。
[0041] 如图3所示，所述左驱动轮2和右驱动轮3结构相同，以左驱动轮2为例，包括左驱动轮壳201、左驱动轮电机连接座202、减震盘203、驱动电机204和左驱动轮伸缩连接座205。
[0042] 所述左驱动轮壳201为一体注塑加工而成的球形结构，如图4所示，包括橡胶壳体201a、壳体骨架201b、花纹状突起201c、球状突起201d和橡胶肋201e。成型时，为实现更好地一体化注塑，特将壳体骨架201b的尾部设计成环状齿形结构；根据左驱动轮电机连接座
202的外形结构，将壳体骨架201b的前端设计成内凹的锥形结构以方便驱动轮伸缩机构的实现；壳体骨架201b上的通孔2B用于连接左驱动轮电机连接座202中的三根移动导杆，并通过螺纹孔2A固结。左驱动轮壳201内部空心并在内侧表面设有均布的橡胶肋201e，外侧周向位置上设有横纵交错的花纹状突起201c并在球形表面设有均布的球状突起201d，以确保机器人具有较强的抓地力和爬坡性能。左驱动轮壳201上均布的螺纹孔2C用于固连减震盘203。
[0043] 如图5a所示，所述左驱动轮电机连接座202包括固定座202a、驱动电机座202b、轴承202c、轴向止动片202d、轴承定位套202e、三根移动导杆202f和驱动轮四氟套202g。其中，固定座202a设计成内凹的锥形结构，内凹处设有阶梯轴以安装驱动电机座202b、轴承202c和轴承定位套202e。轴承202c内圈同心安装驱动电机座202b，外圈同心安装轴承定位套202e；轴承定位套202e通过腰型槽2D与机架1上的驱动电机连接座101a相连接。
固定座202a的周向设有三个均布的通孔以连接驱动轮四氟套202g。三根移动导杆202f均为圆柱状且相互平行，且360°均布，一端螺纹固定壳体骨架201b上，另一端穿过驱动轮四氟套202g上与移动导杆202f相应的孔，最后与减震盘203固定连接。驱动轮四氟套202g连接三根移动导杆202f，驱动轮四氟套202g起润滑作用。如此连接后，驱动轮电机连接座
202与固定座202a形成移动副，可相对滑动。所述驱动电机座202b的结构根据驱动电机
204轴设计而成，其上的沉孔2F用于固连机架1部分的驱动电机连接座101a，螺纹孔2E用于固定驱动电机204。轴向止动片202d紧贴固定座202a的端面，沉孔2G与固定座202a上的螺纹孔2H相对应以防止驱动电机204的轴向蹿动。
[0044] 如图5b所示，所述驱动电机204为集成有编码器的电机，通过编码器并经过数据处理可获取驱动电机204的位置及速度。驱动电机204内装于机架1的圆柱形通孔1A中，通过螺钉连接固定在驱动电机座202b上，驱动电机座202b与固定座202a之间为轴承连接，驱动电机204的电机伸出轴穿过驱动电机座202b，插入到固定座202a中，且通过固定座202a上的螺纹孔2I和2J与固定座202a固定。驱动电机204工作时，通过电机轴的转动可带动固定座202a转动，从而带动左驱动轮2转动。
[0045] 如图6所示，所述的减震盘203为通过注塑而成的一体化零件，包括橡胶盘体203a、减震骨架203b和轮壳连接座203c。为更牢固地注塑成一体化零件，特将减震骨架
203b和轮壳连接座203c的边缘设计成弧形状。减震骨架203b上的圆柱通孔2K与左驱动轮电机连接座202上的三根移动导杆202f相连，以实现左驱动轮2的伸缩。减震骨架203b上的一组螺纹孔2L用于固结左驱动轮伸缩连接座205。轮壳连接座203c上的螺纹孔2M用于连接左驱动轮壳201，其尺寸与螺纹孔2C相对应。为便于装配，特将橡胶盘体203a沿周向切一组切口2N以腾出空间放置左驱动轮壳201上的橡胶肋201e。减震盘203与左驱动轮壳201固连，增强了本发明的抗震性能。
[0046] 如图7所示，所述的左驱动轮伸缩连接座205包括滚珠轴向止动座205a、滚珠中间体205b、收缩固定座205c、四氟轴瓦205d和滚珠体205e。左驱动轮伸缩连接座205为双列滚珠式的轴承，以承受较大的径向力和双向的轴向力。其中，滚珠中间体205b的一侧与滚珠轴向止动座205a的内侧形成一列滚珠弹道，内装合适数量的滚珠体205e；滚珠中间体205b的另一侧与固定座205c的内侧圆弧槽形成另一列滚珠弹道，内装合适数量的滚珠体
205e。滚珠中间体205b安装在滚珠轴向止动座205a和收缩固定座205c之间，其上的螺纹孔2Q用于连接减震盘203上的减震骨架203b，并与螺纹孔2L相对应。通过沉孔2P和螺纹孔2Y的连接将滚珠轴向止动座205a和收缩固定座205c固结。四氟轴瓦205d与机架1同心安装形成移动副，通过沉孔2Z与螺纹孔2X的连接实现四氟轴瓦205d和收缩固定座205c的固定。收缩固定座205c上的圆柱形通孔2R与收缩系统4中的曲柄滑块机构相连以实现左驱动轮2的收缩。
[0047] 如图8所示，所述的伸缩系统4包括伸缩驱动401、驱动轮伸缩机构402和支撑尾伸缩机构403。其中，伸缩驱动401固定于机架1上；驱动轮伸缩机构402固定于机架1中的驱动轮伸缩机构连接座101b上；支撑尾伸缩机构403固定于机架1中的支撑尾伸缩机构连接座101c上。伸缩系统4由伸缩驱动401提供动力，经锥齿轮组换向后两路传动，一路传动给驱动轮伸缩机构402以实现驱动轮的伸缩运动；另一路传动给支撑尾伸缩机构403以实现支撑尾的伸缩运动。
[0048] 如图9所示，所述伸缩驱动401包括伸缩驱动电机401a、伸缩驱动电机座401b、电机延长轴401c、驱动锥齿轮401d和固定卡环401e。其中，伸缩驱动电机401a通过螺纹孔4B与伸缩驱动电机座401b固连；伸缩驱动电机401a位于驱动电机连接座101a的圆柱通心孔1A中，伸缩驱动电机座401b通过沉孔4A与机架1固连；伸缩驱动电机401a的伸出轴穿过伸缩驱动电机座401b，通过周向螺纹孔与电机延长轴401c固连；驱动锥齿轮401d与电机延长轴401c同心安装，通过周向螺纹孔实现驱动锥齿轮401d的周向固定，通过固定卡环401e实现驱动锥齿轮401d的轴向固定。驱动锥齿轮401d与驱动轮伸缩机构402上的驱动轮伸缩锥齿轮402a标准啮合，将动力传递给驱动轮伸缩机构402。
[0049] 如图10所示，所述驱动轮伸缩机构402安装在机架1中的驱动轮收缩机构连接座101b上，包括驱动轮伸缩锥齿轮402a、不完全锥齿轮402b、轴承盖402c、轴承402d、锥齿轮轴402e、曲柄402f、左摇杆402g、右摇杆402h和滑块402i。驱动轮伸缩机构402采用曲柄滑块机构实现左驱动轮2和右驱动轮3的伸缩，曲柄滑块机构包括曲柄402f、左摇杆402g、右摇杆402h和滑块402i，其中曲柄402f固结在锥齿轮轴402e的末端；曲柄402f与左摇杆402g、右摇杆402h的连接采用外套轴承的销轴以实现相互间的转动；滑块402i通过螺纹孔4C固连左驱动轮伸缩连接座205，其尺寸与收缩固定座205c上的圆柱形通孔2R对应。
轴承盖402c与锥齿轮轴402e同心安装且与驱动轮收缩机构连接座101b固连以防止轴承
402d轴向滑动。不完全锥齿轮402b与支撑尾伸缩机构403中的支撑尾锥齿轮403a啮合以实现动力的传递，且不完全锥齿轮402b，除了齿数为驱动轮伸缩小锥齿轮402b的一半外，其余齿轮参数均相同。
[0050] 如图11所示，所述的支撑尾伸缩机构403包括支撑尾锥齿轮403a、支撑尾传动轴403b、传动轴锥齿轮端支承座403c、传动轴带轮端支承座403d、小带轮403e、大带轮403f、同步齿形带403g、同步带保护壳403h、丝杠轴403i、丝杠轴两端支承403j、丝杠螺母403k、丝杠螺母滑座403l、支撑尾片体403m、片体销轴403n和支撑脚轮403p。其中，支撑尾锥齿轮403a与不完全锥齿轮402b啮合。支撑尾传动轴403b与机架1上的驱动电机连接座101a同心安装，通过传动轴锥齿轮端支承座403c上的螺纹孔4D和传动轴带轮端支承座403d固定于机架1中（位于驱动电机连接座101a的圆柱通心孔1A中）。
[0051] 小带轮403e、大带轮403f、同步齿形带403g和同步带保护壳403h构成同步带传动系统，小带轮403e安装在支撑尾传动轴403b的一端，大带轮403f安装在丝杠轴403i的一端，通过啮合型带传动将支撑尾传动轴403b的动力传递给丝杠轴403i，而同步带保护壳403h位于同步带传动系统外围，固定安装于机架1上以防止沙土、碎石等杂物的进入。
[0052] 如图12所示，丝杠轴403i、丝杠轴两端支承403j、丝杠螺母403k和丝杠螺母滑座403l构成丝杠传动系统，将回转运动转换成所需的直线伸缩运动。丝杠轴403i通过丝杠轴两端支承403j固定于机架1上的支撑尾伸缩机构连接座101c上；丝杠螺母403k与丝杠轴403i以螺旋副的形式形成螺旋机构，为防止丝杠轴403i由收载过度引起的挠度变形，特设有丝杠螺母滑座403l以辅助丝杠螺母403k的直线收缩，丝杠螺母403k与丝杠螺母滑座
403l间形成移动副，且丝杠螺母滑座403l通过螺栓孔4E固结于机架1上的支撑尾伸缩机构连接座101c上。为达到两个丝杠螺母403k对称地伸开与收缩，特将丝杠轴403i的4F和4G部分分别设计成左旋螺纹和右旋螺纹。
[0053] 如图11所示，支撑尾片体403m、片体销轴403n和支撑脚轮403p构成支撑尾。支撑尾由数片支撑尾片体403m通过片体销轴403n连接而成，末端再连接支撑脚轮403p以支撑机器人的行走。每片支撑尾片体403m上有三个销轴通孔以安装片体销轴403n，且中间销轴通孔位于支撑尾片体403m的正中间。在支撑尾伸缩时，各个支撑尾片体403m绕着对应片体销轴403n转动。设支撑尾片体403m的长度为l1、数量为n，丝杠轴403i的螺纹部分长度为l2，左驱动轮2和右驱动轮3完全伸开时机器人的长度为l3，则满足l1≤l2，l3≈nl1。
[0054] 如图13所示为伸缩系统4中齿轮组的具体传动。为了确保支撑尾伸缩机构403与驱动轮伸缩机构402不发生运动干涉，特利用不完全锥齿轮402b的啮合与非啮合区域将驱动轮伸缩机构402与支撑尾伸缩机构403的运动一定程度上错开，具体操作如下：当左驱动轮2和右驱动轮3开始相对机架1伸开时，左摇杆402g和右摇杆402h上的两个半圆对称于曲柄402f，且不完全锥齿轮402b与支撑尾锥齿轮403a不啮合，当不完全锥齿轮402b旋转完1/4圈后才与支撑尾锥齿轮403a开始进入啮合，此时支撑尾伸缩机构403中的丝杠轴403i开始运动，两个丝杠螺母403k沿着丝杠螺母滑座403l相向运动，当不完全锥齿轮402b旋转完1/2圈时，支撑尾和左驱动轮2、右驱动轮3相对机架1完全伸开且伸缩驱动电机401a停止转动；同理，收缩时，伸缩驱动电机401a反转，不完全锥齿轮402b与支撑尾锥齿轮403a进入啮合且旋转完1/4圈后脱离啮合，此时支撑尾完全收缩，当不完全锥齿轮
402b旋转完1/2圈时，左驱动轮2和右驱动轮3完全收缩且伸缩驱动电机401a停止转动，完全收缩时如图14所示。设支撑尾伸缩机构403中的同步带传动的减速比为n1，丝杠轴403i的螺纹部分长度为l2、导程为p，则为达到伸缩系统4不发生干涉的需求，须满足4l2=n1p。
[0055] 所述控制系统5包括控制系统壳体501、摄像头座502、摄像头固定外壳503、无线视觉摄像头504、主控电路板505、左驱动轮电机驱动板506、右驱动轮电机驱动板507、伸缩系统电机驱动板508和电源509，如图15a和图15b所示；其中，控制系统壳体501为内部空心的圆柱形壳体，主控电路板505、左驱动轮电机驱动板506、左驱动轮电机驱动板507、伸缩系统电机驱动板508和电源509设置在控制系统壳体501内部。控制系统壳体501上开有通孔5C以固定控制系统5于机架1中的支撑尾伸缩机构连接座101c。摄像头座502通过安装孔5A固定于机架1中的支撑尾伸缩机构连接座101c上，其上表面安装摄像头固定外壳503，而无线视觉摄像头504内置于摄像头固定外壳503中。无线视觉摄像头504主要用于传输机器人行进前方的实时视觉图像信息并通过其上的摄像头天线5F将信息传输给主控电路板505，主控电路板505通过主控天线5E收发信息；左驱动轮电机驱动板506和右驱动轮电机驱动板507用来控制驱动轮电机的运动并将驱动轮的位置和速度信息反馈给主控电路板505；伸缩系统电机驱动板508用来控制伸缩系统电机的运动并监测左驱动轮2与右驱动轮3收合张开的状态信息以及支撑尾的收合张开信息，并将信息反馈给主控电路板505。电源509通过走线孔5H连接摄像头电源端5G给无线视觉摄像头504供电；通过走线槽5B和5I给主控电路板505及左驱动轮电机驱动板506、左驱动轮电机驱动板507、伸缩系统电机驱动板508提供驱动电源。
[0056] 本发明机器人在实施操作时具有展开和收合两种状态；展开状态如图1所示，此时机器人既可以在相对平坦地面灵活运动行驶并执行任务，也可以在复杂的崎岖环境中横越草地沙砾、翻越台阶等典型障碍，完成指定工作；收合状态如图14所示，此时机器人只留出左驱动轮2与右驱动轮3于外界，其余部分都收缩于内部，整个机器人呈球形，极具伪装，不易被察觉。
