一種全步姿行走球形機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)電一體化領(lǐng)域，尤其是一種球形機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]球形機(jī)器人是球狀的移動(dòng)機(jī)器人，能在泥、沙、雪甚至水中行動(dòng)，也可在有毒氣體泄露、輻射、生物危害環(huán)境下活動(dòng)，適合危險(xiǎn)環(huán)境探測(cè)、太空開(kāi)發(fā)、消防救災(zāi)、軍事活動(dòng)、科學(xué)考察、家庭服務(wù)和娛樂(lè)等領(lǐng)域。
[0003]已知，由于球形機(jī)器人具有的外殼和運(yùn)動(dòng)形式的特殊性，使其與我們熟知的輪式或軌道式以及類人機(jī)器人相比較，具有能在失穩(wěn)后獲得最大的穩(wěn)定性，可以實(shí)現(xiàn)全向滾動(dòng)，能夠更加靈活轉(zhuǎn)彎等諸多優(yōu)點(diǎn)。該平臺(tái)根據(jù)驅(qū)動(dòng)屬性可將該平臺(tái)分為兩類:內(nèi)驅(qū)動(dòng)和外部風(fēng)力驅(qū)動(dòng)。雖然很多知名的科學(xué)家們普遍認(rèn)為其廣闊的應(yīng)用前景，但是目前在該機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、尺寸大小、球殼制作等一系列方面仍然處于探索階段，進(jìn)入實(shí)用化階段的該平臺(tái)還十分有限，技術(shù)不夠成熟，我國(guó)目前球形平臺(tái)的研宄還處于實(shí)驗(yàn)研宄階段，雖然出現(xiàn)了各種各樣的具有不同驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的球形平臺(tái)，但是很少有人對(duì)其進(jìn)行深入的動(dòng)力學(xué)分析和研宄，制約了球形平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)性能分析和控制技術(shù)的發(fā)展。
[0004]目前，球形機(jī)器人普遍存在以下問(wèn)題，一是部分球形機(jī)器人采用二驅(qū)動(dòng)和三驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的三自由度球形機(jī)器人存在運(yùn)動(dòng)死區(qū)，不具備避障功能；二是采用四驅(qū)動(dòng)形式實(shí)現(xiàn)的三自由度球形機(jī)器人存在成本高，控制復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)不靈活等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種控制準(zhǔn)確、運(yùn)動(dòng)靈活、成本低、結(jié)構(gòu)合理的全步姿行走球形機(jī)器人。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用了以下技術(shù)方案:本發(fā)明主要包括球殼、步進(jìn)電機(jī)、傳動(dòng)軸、球形萬(wàn)向輪以及全向輪組，在球殼中設(shè)有一個(gè)平臺(tái)，所述平臺(tái)為板體結(jié)構(gòu)，在平臺(tái)頂面中心垂直安裝平臺(tái)座，在平臺(tái)底面中心垂直安裝桿體結(jié)構(gòu)的連接座，平臺(tái)座和連接座通過(guò)六角螺栓B和六角螺母B垂直固接在平臺(tái)中心的兩端；在平臺(tái)座上通過(guò)圓柱螺旋壓縮彈簧連接一根導(dǎo)桿，在導(dǎo)桿頂端通過(guò)六角螺栓A和六角螺母A連接球形萬(wàn)向輪，球形萬(wàn)向輪與球殼內(nèi)壁接觸；導(dǎo)桿和平臺(tái)座處于同一直線且與平臺(tái)垂直；在連接座底端套接一個(gè)圓盤狀的質(zhì)量盤，在質(zhì)量盤上安裝有質(zhì)量盤托架，質(zhì)量盤與質(zhì)量盤托架通過(guò)六角螺栓C和六角螺母C固接在一起后再用開(kāi)槽緊定螺釘緊固在連接座上；在平臺(tái)的邊緣對(duì)稱開(kāi)設(shè)4個(gè)豁口，在平臺(tái)底面對(duì)應(yīng)每個(gè)豁口兩側(cè)安裝兩個(gè)對(duì)稱的軸承座，在軸承座之間安裝傳動(dòng)軸，在傳動(dòng)軸上安裝全向輪組，平臺(tái)上的全向輪組與球殼內(nèi)壁接觸，所述每根傳動(dòng)軸與一組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連。
[0007]所述每組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)架、同步帶輪、同步齒形帶、傳動(dòng)軸以及全向輪組，步進(jìn)電機(jī)架安裝在平臺(tái)底面，在電機(jī)架上固定步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)輸出軸上直接安裝電機(jī)同步帶輪，電機(jī)同步帶輪用緊定螺釘緊定在電機(jī)的輸出軸上，在傳動(dòng)軸上安裝傳動(dòng)軸同步帶輪，電機(jī)同步帶輪與傳動(dòng)軸同步帶輪通過(guò)同步齒形帶連接；所述四組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)呈四角對(duì)稱安裝在平臺(tái)底面，相互對(duì)稱的兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)保持同步且同軸向，4個(gè)步進(jìn)電機(jī)均與單片機(jī)連接，單片機(jī)安裝在平臺(tái)上，單片機(jī)信號(hào)輸入端與遙控器無(wú)線連接。
[0008]在所述導(dǎo)桿上安裝紅外線感應(yīng)器，該紅外線感應(yīng)器與單片機(jī)輸入端口連接。
[0009]所述平臺(tái)為正八邊形或圓形板體結(jié)構(gòu)，其表面4個(gè)豁口四等分對(duì)稱。
[0010]在每根傳動(dòng)軸上安裝I組全向輪組，每組全向輪組由2個(gè)全向輪組成。
[0011]工作過(guò)程如下:
[0012]通過(guò)單片機(jī)的程序?qū)?個(gè)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，可遙控控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的輸出，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)同步帶傳動(dòng)，使傳動(dòng)軸上的全向輪組轉(zhuǎn)動(dòng)，完成對(duì)全向輪組的控制，使全向輪組具有指定速度，利用全向輪組與球殼的摩擦力作用，推動(dòng)機(jī)器人行走，使機(jī)器人在X、y方向具有不同速度，利用速度合成，實(shí)現(xiàn)任意軌跡的運(yùn)動(dòng)，即全步姿的行走方式。在行走過(guò)程中，通過(guò)紅外線感應(yīng)器感測(cè)前方路況，通過(guò)紅外線感應(yīng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)單片機(jī)使電機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的速度信號(hào)，速度合成后使球形機(jī)器人繞過(guò)障礙物，實(shí)現(xiàn)對(duì)障礙的躲避。該機(jī)器人的內(nèi)部采用質(zhì)量盤來(lái)保持重心的穩(wěn)定，上方采用球形萬(wàn)向輪和彈簧頂柱的結(jié)構(gòu)，使全向輪與球殼能保持時(shí)刻緊壓狀態(tài)，也有保持運(yùn)動(dòng)平衡的作用。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):該機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)靈活無(wú)死點(diǎn)、可遠(yuǎn)程控制，具備自動(dòng)避障功能，可廣泛應(yīng)用于地質(zhì)勘測(cè)、家庭服務(wù)、醫(yī)療衛(wèi)生等諸多領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明的主視圖。
[0015]圖2為圖1中A-A剖視圖。
[0016]圖3為圖2中B-B剖視圖。
[0017]附圖標(biāo)號(hào):1 一球形萬(wàn)向輪、2—六角螺檢A、3—六角螺母A、4一導(dǎo)桿、5—圓柱螺旋壓縮彈費(fèi)、6—紅外線感應(yīng)器、7—平臺(tái)座、8—六角螺檢B、9一六角螺母B、10一平臺(tái)、11一全向輪組A、12一質(zhì)量盤、13—軸承座A、14一步進(jìn)電機(jī)A、15一六角螺檢C、16一六角螺母C、17—開(kāi)槽錐端緊定螺釘、18—質(zhì)量盤托架、19 一連接座、20—電機(jī)端同步帶輪、21—傳動(dòng)軸上同步帶輪、22—傳動(dòng)軸、23—軸承座B、24—全向輪組B、25—單片機(jī)、26—球殼、27—全向輪組C、28—全向輪組D、29—同步齒形帶、30—過(guò)渡節(jié)、31—深溝球軸承A、32—緊定螺釘A、33 —內(nèi)八角螺檢、34—緊定螺釘B、35—株溝球軸承B、36—步進(jìn)電機(jī)C、37—步進(jìn)電機(jī)B、38一步進(jìn)電機(jī)D。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明:
[0019]如圖1、2所示，本發(fā)明主要包括球殼、步進(jìn)電機(jī)、傳動(dòng)軸、球形萬(wàn)向輪以及全向輪組，在球殼26中設(shè)有一個(gè)平臺(tái)10，所述平臺(tái)為板體結(jié)構(gòu)，在平臺(tái)頂面中心垂直安裝平臺(tái)座7，在平臺(tái)底面中心垂直安裝桿體結(jié)構(gòu)的連接座19，平臺(tái)座和連接座通過(guò)六角螺栓B8和六角螺母B9垂直固接在平臺(tái)中心的兩端；在平臺(tái)座上通過(guò)圓柱螺旋壓縮彈簧5連接一根導(dǎo)桿4，在導(dǎo)桿頂端通過(guò)六角螺栓A2和六角螺母A3連接球形萬(wàn)向輪I，球形萬(wàn)向輪與球殼內(nèi)壁接觸；導(dǎo)桿和平臺(tái)座處于同一直線且與平臺(tái)垂直；在連接座底端套接一個(gè)圓盤狀的質(zhì)量盤12，在質(zhì)量盤上安裝有質(zhì)量盤托架18，質(zhì)量盤與質(zhì)量盤托架通過(guò)六角螺栓C15和六角螺母C16固接在一起后再用開(kāi)槽緊定螺釘17緊