摩擦式內(nèi)驅(qū)動(dòng)全方位球形機(jī)器人機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)，具體為一種摩擦式內(nèi)驅(qū)動(dòng)全方位球形機(jī)器人機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]移動(dòng)機(jī)器人按移動(dòng)方式可分為輪式、履帶式、腿式、蛇形式、跳躍式和復(fù)合式。其中，履帶式機(jī)器人在松軟的地面附著性能和通過性能好，適用于爬樓梯和越障;腿式機(jī)器人可以能適應(yīng)復(fù)雜的地形;蛇形式和跳躍式機(jī)器人一般在復(fù)雜環(huán)境、特殊環(huán)境和機(jī)動(dòng)性等方面具有其獨(dú)特的優(yōu)越性。
[0003]所述機(jī)器人在各自的應(yīng)用領(lǐng)域都有很大的優(yōu)勢(shì)，其共同的不足之處在于無(wú)法進(jìn)行靈活自由的轉(zhuǎn)向和全方位的移動(dòng)，在與人協(xié)作時(shí)，不能快速跟隨人的動(dòng)作對(duì)運(yùn)行方向做出改變，從而限制了人機(jī)協(xié)作的應(yīng)用場(chǎng)合。
[0004]在此基礎(chǔ)上，國(guó)、內(nèi)外進(jìn)一步研發(fā)出了球形機(jī)器人，所述球形機(jī)器人具有輪式機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性能和承載能力，并且綜合了腿式機(jī)器人適應(yīng)不同的地形環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈活輕快。
[0005]所述球形機(jī)器人所有零部件都封裝在一個(gè)球殼內(nèi)，現(xiàn)有的驅(qū)動(dòng)方式有單輪驅(qū)動(dòng)，小車驅(qū)動(dòng)，萬(wàn)向輪驅(qū)動(dòng)，電機(jī)定子反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)和配重體驅(qū)動(dòng)等;這些驅(qū)動(dòng)方式各有特色，可以實(shí)現(xiàn)球體的原地回轉(zhuǎn)和全向滾動(dòng)，但是這些方案中，球殼內(nèi)的所有部件隨著球體一起滾動(dòng)，無(wú)法為系統(tǒng)的功能設(shè)備儀器提供一個(gè)穩(wěn)定搭載平臺(tái)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提出了一種為系統(tǒng)提供一個(gè)穩(wěn)定平臺(tái)以搭載儀器設(shè)備的摩擦式內(nèi)驅(qū)動(dòng)全方位球形機(jī)器人機(jī)構(gòu)。
[0007]能夠解決上述技術(shù)問題的摩擦式內(nèi)驅(qū)動(dòng)全方位球形機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其技術(shù)方案包括同心設(shè)置的內(nèi)、外球殼以及設(shè)于內(nèi)、外球殼之間的支撐驅(qū)動(dòng)組件，所述支撐驅(qū)動(dòng)組件包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪和牛眼支撐輪，三個(gè)與外球殼接觸的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪通過對(duì)應(yīng)設(shè)置的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪架安裝在內(nèi)球殼的下半球殼體上，各旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪的中心位置分別對(duì)應(yīng)于自內(nèi)球殼球心引出的三條正交軸線上，各旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪的軸線匯交于內(nèi)球殼球心的正下方，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪架上設(shè)有驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)和檢測(cè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速的增量式編碼器;三個(gè)與外球殼接觸的牛眼支撐輪通過對(duì)應(yīng)設(shè)置的牛眼支撐輪架安裝在內(nèi)球殼的上半球殼體上，各牛眼支撐輪的軸線分別處于對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪所處正交軸線的延長(zhǎng)線上。
[0008]上述結(jié)構(gòu)中，通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪的輪面摩擦驅(qū)動(dòng)外球殼實(shí)現(xiàn)全方位運(yùn)動(dòng)，三個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪的安裝位置與球心的連線完全正交，而且各自的旋轉(zhuǎn)軸中心線匯交于一點(diǎn)，通過這種對(duì)稱的安裝布局，簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，降低了控制上的難度。
[0009]各牛眼支撐輪架的一種結(jié)構(gòu)包括支撐桿、支撐板和壓緊彈簧，所述支撐桿與對(duì)應(yīng)牛眼支撐輪同軸安裝于內(nèi)球殼上，所述牛眼支撐輪安裝于支撐板上，所述支撐板通過底部定位孔安裝在支撐桿上，所述彈簧壓緊安裝在支撐板與內(nèi)球殼之間的支撐桿上。
[0010]為使機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，所述內(nèi)球殼上對(duì)應(yīng)開設(shè)有避讓各旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪的開口，可使旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪的部分輪體進(jìn)入內(nèi)球殼，在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪大小不變的情況下，可以減小內(nèi)、外球殼之間的距離。
[0011 ]本實(shí)用新型的有益效果:
[0012]1、本實(shí)用新型摩擦式內(nèi)驅(qū)動(dòng)全方位球形機(jī)器人機(jī)構(gòu)的質(zhì)心位于綜合體的下半部，這種質(zhì)心偏置的設(shè)計(jì)可以使內(nèi)球殼在重力作用下只產(chǎn)生角度很小的擺動(dòng)，從而使得內(nèi)球殼在外球殼滾動(dòng)時(shí)保持基本不動(dòng)。
[0013]2、本實(shí)用新型的三個(gè)的結(jié)構(gòu)和尺寸完成一樣，且安裝位置均布對(duì)稱，大大降低了系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的控制難度。
[0014]3、本實(shí)用新型的三個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪經(jīng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)能夠產(chǎn)生三個(gè)不同的速度矢量，這三個(gè)不同方向的速度矢量可以合成為空間中任意方向的速度矢量，從而實(shí)現(xiàn)外球殼全方位的運(yùn)動(dòng)。
【附圖說明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型一種實(shí)施方式的立體圖。
[0016]圖2為圖1實(shí)施方式的仰視圖。
[0017]圖3為圖1實(shí)施方式的俯視圖。
[0018]圖號(hào)標(biāo)識(shí):1、內(nèi)球殼;2、外球殼;3、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪;4、牛眼支撐輪;5、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪架；
6、支撐板;7、步進(jìn)電機(jī);8、增量式編碼器;9、彈簧;10、開口。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖所示實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。
[0020]本實(shí)用新型包括內(nèi)球殼I和外球殼2，所述內(nèi)球殼I通過支撐驅(qū)動(dòng)組件同心安裝在外球殼2內(nèi)，如圖1、圖2、圖3所示。
[0021 ]所述支撐驅(qū)動(dòng)組件包括三個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪3和三個(gè)牛眼支撐輪4。
[0022]三個(gè)與外球殼2接觸的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪3圓周均布設(shè)于內(nèi)球殼I的下半球殼與外球殼2的下半球殼之間，三個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪3的位置中心與內(nèi)球殼I球心的連線為三軸正交軸線，三個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪3的回轉(zhuǎn)中心線向下匯交于一點(diǎn)，該匯交點(diǎn)處于內(nèi)球殼I球心的正下方;各旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪3通過對(duì)應(yīng)設(shè)置的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪架5安裝于內(nèi)球殼I上，對(duì)應(yīng)于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪3—端輪軸于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪架5上安裝步進(jìn)電機(jī)7，所述步進(jìn)電機(jī)7的輸出軸連接該軸端，對(duì)應(yīng)于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪3另一端輪軸于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪架5上安裝增量式編碼器8，所述增量式編碼器8的輸出軸連接所述軸端;對(duì)應(yīng)于各旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪3于內(nèi)球殼I上開設(shè)開口 10，使得各旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪3的一部分輪體進(jìn)入內(nèi)球殼I中，如圖1、圖2、圖3所示。
[0023]三個(gè)牛眼支撐輪4圓周均布于內(nèi)球殼I的上半球殼，均與外球殼2的上半球殼接觸，三個(gè)牛眼支撐輪4的位置軸線分別處于三個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪3的位置中心對(duì)應(yīng)軸線的延長(zhǎng)線上，所述牛眼支撐輪4通過牛眼支撐輪架安裝在內(nèi)球殼I上，所述牛眼支撐輪架包括支撐桿、支撐板6和壓緊彈簧9，所述支撐桿與對(duì)應(yīng)牛眼支撐輪4同軸安裝在內(nèi)球殼I上，牛眼支撐輪4安裝在支撐板6上，所述支撐板6通過底部的定位孔安裝于支撐桿上，所述彈簧9壓緊安裝在內(nèi)球殼I與支撐板6之間的支撐桿上，如圖1、圖2、圖3所示。
[0024]本實(shí)用新型的運(yùn)行方式:
[0025]三個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪3經(jīng)過步進(jìn)電機(jī)7的驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生三個(gè)不同方向的速度矢量，這三個(gè)不同方向的速度矢量可以合成為空間中任意方向的速度矢量，從而實(shí)現(xiàn)外球殼2的全方位運(yùn)動(dòng)行走，在此過程中，內(nèi)球殼I在豎直方向僅有小幅度擺動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生周轉(zhuǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.摩擦式內(nèi)驅(qū)動(dòng)全方位球形機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于:包括同心設(shè)置的內(nèi)、外球殼(1、2)以及設(shè)于內(nèi)、外球殼(1、2)之間的支撐驅(qū)動(dòng)組件，所述支撐驅(qū)動(dòng)組件包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪(3)和牛眼支撐輪(4)，三個(gè)與外球殼(2)接觸的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪(3)通過對(duì)應(yīng)設(shè)置的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪架(5)安裝在內(nèi)球殼(I)的下半球殼體上，各旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪(3)的中心位置分別對(duì)應(yīng)于自內(nèi)球殼(I)球心引出的三條正交軸線上，各旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪(3)的軸線匯交于內(nèi)球殼(I)球心的正下方，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪架(5)上設(shè)有驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪(3)轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)(7)和檢測(cè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪(3)轉(zhuǎn)速的增量式編碼器(8);三個(gè)與外球殼(2)接觸的牛眼支撐輪(4)通過對(duì)應(yīng)設(shè)置的牛眼支撐輪架安裝在內(nèi)球殼(I)的上半球殼體上，各牛眼支撐輪(4)的軸線分別處于對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪(3)所處正交軸線的延長(zhǎng)線上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦式內(nèi)驅(qū)動(dòng)全方位球形機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于:各牛眼支撐輪架包括支撐桿、支撐板(6)和壓緊彈簧(9)，所述支撐桿與對(duì)應(yīng)牛眼支撐輪(4)同軸安裝于內(nèi)球殼(I)上，所述牛眼支撐輪(4)安裝于支撐板(6)上，所述支撐板(6)通過底部定位孔安裝在支撐桿上，所述彈簧(9)壓緊安裝在支撐板(6)與內(nèi)球殼(I)之間的支撐桿上。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的摩擦式內(nèi)驅(qū)動(dòng)全方位球形機(jī)器人機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述內(nèi)球殼(I)上對(duì)應(yīng)開設(shè)有避讓各旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪(3)的開口( 1)。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種摩擦式內(nèi)驅(qū)動(dòng)全方位球形行走機(jī)構(gòu)，包括同心的內(nèi)、外球殼之間的支撐驅(qū)動(dòng)組件，支撐驅(qū)動(dòng)組件包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪和牛眼支撐輪，三個(gè)與外球殼接觸的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪安裝在內(nèi)球殼的下半球殼體上，各旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪的中心位置分別對(duì)應(yīng)于自內(nèi)球殼球心引出的三條正交軸線上，各旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪的軸線匯交于內(nèi)球殼球心的正下方，設(shè)有驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪的步進(jìn)電機(jī)和檢測(cè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪的增量式編碼器；三個(gè)與外球殼接觸的牛眼支撐輪安裝在內(nèi)球殼的上半球殼體上，各牛眼支撐輪的軸線分別處于于對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輪所處正交軸線的延長(zhǎng)線上。本實(shí)用新型通過三個(gè)不同方向的速度矢量可以合成為空間中任意方向的速度矢量，從而實(shí)現(xiàn)外球殼的全方位運(yùn)動(dòng)行走。
【IPC分類】B62D57/02
【公開號(hào)】CN205345105
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201620109635
【發(fā)明人】莊未, 朱贛閩, 江漢, 黃用華, 孫永厚, 黃美發(fā), 劉夫云, 楊運(yùn)澤, 鐘永全
【申請(qǐng)人】桂林電子科技大學(xué)
【公開日】2016年6月29日
【申請(qǐng)日】2016年2月3日