專利名稱：毫米級全方位移動微型機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種移動機器人，特別是一種毫米級全方位移動機器人，屬于微型機器人領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
一般輪式機器人實現(xiàn)全方位移動主要有三種機構(gòu)一是利用萬向輪，即驅(qū)動輪本身具有兩個自由度；二是具有專門的轉(zhuǎn)向輪，類似于三輪車結(jié)構(gòu)；三是利用兩個驅(qū)動輪、一個被動輪結(jié)構(gòu)，被動輪具有兩個自由度，但無驅(qū)動源。萬向輪結(jié)構(gòu)復(fù)雜，微小尺寸很難實現(xiàn)，適用于大型移動機器人；第二種結(jié)構(gòu)具有一定的回轉(zhuǎn)半徑，決定其運動靈活性受到限制，無法實現(xiàn)真正的全方位移動；第三種結(jié)構(gòu)所要求被動輪的結(jié)構(gòu)同樣復(fù)雜，難以在微小尺寸中實現(xiàn)。
經(jīng)文獻檢索分析，發(fā)現(xiàn)中國專利申請?zhí)枮?0206665.3，名稱為一種用于機器人上的全方位移動機構(gòu)，該專利自述為以中心電機帶動中心齒輪為整個機構(gòu)的中心，沿中心齒輪周圍，傳動齒輪按十字架結(jié)構(gòu)形式布置，周邊四個齒輪各帶動一個輪子，對角線上的輪子兩兩相同，分別為主動輪和從動輪，兩條對角線上的傳動齒輪數(shù)量不同，分別為奇數(shù)和偶數(shù)，結(jié)構(gòu)合理，成本低，整體運行效率高，易于對轉(zhuǎn)動角度、方向控制。該專利為了在轉(zhuǎn)向中機器人本體不因摩擦力產(chǎn)生移動，其對角線上的齒輪數(shù)目不同，主動、被動輪的轉(zhuǎn)向不同，因而在轉(zhuǎn)向過程中產(chǎn)生的滑動摩擦力方向相反，相互抵消。但采用這種結(jié)構(gòu)的同時，不能保證在360度內(nèi)的全方位移動，仍不能滿足全方位移動性能和運動精度的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服以上技術(shù)中的不足，提供一種毫米級全方位移動微型機器人，使其實現(xiàn)微型輪式移動機器人在運行過程中，特別適合在微小尺寸限制的條件下實現(xiàn)無回轉(zhuǎn)半徑的高精度全方位移動。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括復(fù)合驅(qū)動輪、傳動齒輪、中心齒輪、轉(zhuǎn)向微驅(qū)動器，其連接方式為轉(zhuǎn)向微驅(qū)動器位于中心，與中心齒輪軸相連；三個復(fù)合驅(qū)動輪以轉(zhuǎn)向微驅(qū)動器為中心，均勻分布在其周圍，復(fù)合驅(qū)動輪固定于傳動齒輪，通過傳動齒輪、中心齒輪與轉(zhuǎn)向微驅(qū)動器相連，轉(zhuǎn)向運動由轉(zhuǎn)向微驅(qū)動器傳到復(fù)合驅(qū)動輪。
復(fù)合驅(qū)動輪包括主動輪、被動輪、傳動齒輪軸、馬達輸出軸和直線移動驅(qū)動器。主動輪和被動輪分別位于直線移動驅(qū)動器的兩側(cè)，以傳動齒輪軸為中心對稱，主動輪與馬達輸出軸剛性連接，被動輪與馬達輸出軸柔性連接。被動輪可以沿馬達輸出軸自由轉(zhuǎn)動。主動輪與被動輪在馬達輸出軸上無軸向自由度。直線移動由三個復(fù)合驅(qū)動輪共同完成，每個復(fù)合驅(qū)動輪上的直線移動驅(qū)動器通過馬達輸出軸帶動主動輪運動，被動輪則處于順從狀態(tài)，被動地直線移動。轉(zhuǎn)向運動由轉(zhuǎn)向微驅(qū)動器通過中心齒輪、傳動齒輪、傳動齒輪軸、直線移動驅(qū)動器、馬達輸出軸傳遞到主動輪和被動輪。
微型機器人直線移動時，轉(zhuǎn)向驅(qū)動器通以電流保持一定的力矩，保持微型機器人的運動方向穩(wěn)定。三個復(fù)合驅(qū)動輪作為同一微驅(qū)動器控制，輸入同一驅(qū)動信號以保證同步運行，主動輪帶動被動輪運動，調(diào)節(jié)控制信號可控制其運動方向(前進、后退)及運行速度。
傳動齒輪、中心齒輪構(gòu)成本發(fā)明傳動系統(tǒng)。本發(fā)明微型機器人轉(zhuǎn)向時，復(fù)合驅(qū)動輪無驅(qū)動信號，以輔助轉(zhuǎn)向微驅(qū)動器實現(xiàn)高精度轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向微驅(qū)動器通過傳動系統(tǒng)帶動三個復(fù)合驅(qū)動輪同時、同方向轉(zhuǎn)動以保證復(fù)合驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)向角在任意狀態(tài)下均相同。復(fù)合驅(qū)動輪因為無驅(qū)動信號，其主動輪和被動輪均處于自由狀態(tài)。在轉(zhuǎn)向微驅(qū)動器和傳動齒輪的驅(qū)動下，由于地面摩擦力，復(fù)合驅(qū)動輪上的主動輪與被動輪沿著以傳動齒輪的軸線為中心，以中心到主動輪或被動輪的距離為半徑的圓弧，以轉(zhuǎn)向微驅(qū)動器輸出軸為旋轉(zhuǎn)軸被動地轉(zhuǎn)動。主動輪、被動輪與地面之間為純滾動摩擦，大大降低了摩擦力對轉(zhuǎn)向精度的影響；同時每一復(fù)合驅(qū)動輪主動輪、被動輪的摩擦力在任意時刻方向相反、相互抵消，對微機器人自身無影響，不會產(chǎn)生側(cè)向移動，保證旋轉(zhuǎn)精度，而且可以實現(xiàn)一周內(nèi)任意轉(zhuǎn)動。
本發(fā)明具有實質(zhì)性特點和顯著進步，通過復(fù)合驅(qū)動器的設(shè)計，使得驅(qū)動輪在轉(zhuǎn)向時與地面的摩擦為純滾動摩擦；三個復(fù)合驅(qū)動輪轉(zhuǎn)向相同，傳動比相同保證了任何時刻其朝向相同；主動輪與被動輪的設(shè)計使得復(fù)合驅(qū)動輪自身產(chǎn)生的摩擦力之和為零，保證機器人本身無側(cè)向反作用力。因此本發(fā)明能在毫米級尺寸內(nèi)實現(xiàn)微型機器人的全方位高精度運動，也同樣適用于普通機器人。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，特別適合在微小尺寸限制的條件下實現(xiàn)無回轉(zhuǎn)半徑的高精度全方位移動。


圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意2本發(fā)明復(fù)合驅(qū)動輪示意圖具體實施方式
如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括復(fù)合驅(qū)動輪1、傳動齒輪2、中心齒輪3和轉(zhuǎn)向微驅(qū)動器4，其連接方式為三個復(fù)合驅(qū)動輪1以轉(zhuǎn)向微驅(qū)動器4為中心，均勻分布在其周圍，復(fù)合驅(qū)動輪1固定于傳動齒輪2，通過傳動齒輪2、中心齒輪3與轉(zhuǎn)向微驅(qū)動器4相連，轉(zhuǎn)向微驅(qū)動器4位于中心，與中心齒輪軸7相連。
復(fù)合驅(qū)動輪1包括主動輪5、被動輪6、傳動齒輪軸7、馬達輸出軸8和直線移動驅(qū)動器9，其連接方式為主動輪5和被動輪6分別位于直線移動驅(qū)動器9的兩側(cè)，以傳動齒輪軸7為中心對稱，主動輪5與馬達輸出軸8剛性連接，被動輪6與馬達輸出軸8柔性連接。被動輪6沿馬達輸出軸8自由轉(zhuǎn)動，主動輪5與被動輪6在馬達輸出軸8上無軸向自由度。
直線移動由三個復(fù)合驅(qū)動輪1共同完成，每個復(fù)合驅(qū)動輪1上的直線移動驅(qū)動器9通過馬達輸出軸8帶動主動輪5運動，被動輪6則處于順從狀態(tài)，被動地直線移動。轉(zhuǎn)向運動由轉(zhuǎn)向微驅(qū)動器4通過中心齒輪3、傳動齒輪2、傳動齒輪軸7、直線移動驅(qū)動器9、馬達輸出軸8傳遞到主動輪5和被動輪6。
權(quán)利要求
1.一種毫米級全方位移動微型機器人，包括復(fù)合驅(qū)動輪(1)、傳動齒輪(2)、中心齒輪(3)和轉(zhuǎn)向微驅(qū)動器(4)，其特征在于，連接方式為三個復(fù)合驅(qū)動輪(1)以轉(zhuǎn)向微驅(qū)動器(4)為中心，均勻分布在其周圍，復(fù)合驅(qū)動輪(1)固定于傳動齒輪(2)，通過傳動齒輪(2)、中心齒輪(3)與轉(zhuǎn)向微驅(qū)動器(4)相連，轉(zhuǎn)向微驅(qū)動器(4)位于中心，與中心齒輪軸(7)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米級全方位移動微型機器人，其特征是，復(fù)合驅(qū)動輪(1)包括主動輪(5)、被動輪(6)、傳動齒輪軸(7)、馬達輸出軸(8)和直線移動驅(qū)動器(9)，其連接方式為主動輪(5)和被動輪(6)分別位于直線移動驅(qū)動器(9)的兩側(cè)，以傳動齒輪軸(7)為中心對稱，主動輪(5)與馬達輸出軸(8)剛性連接，被動輪(6)與馬達輸出軸(8)柔性連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米級全方位移動微型機器人，其特征是，被動輪(6)沿馬達輸出軸(8)自由轉(zhuǎn)動，主動輪(5)與被動輪(6)在馬達輸出軸(8)上無軸向自由度。
全文摘要
一種毫米級全方位移動機器人，屬于機械工程領(lǐng)域。本發(fā)明包括復(fù)合驅(qū)動輪、傳動齒輪、中心齒輪和轉(zhuǎn)向微驅(qū)動器，三個復(fù)合驅(qū)動輪以轉(zhuǎn)向微驅(qū)動器為中心，均勻分布在其周圍，復(fù)合驅(qū)動輪固定于傳動齒輪，通過傳動齒輪、中心齒輪與轉(zhuǎn)向微驅(qū)動器相連，轉(zhuǎn)向微驅(qū)動器位于中心，與中心齒輪軸相連。本發(fā)明能在毫米級尺寸內(nèi)實現(xiàn)微型機器人的全方位高精度運動，也同樣適用于普通機器人。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，特別適合在微小尺寸限制的條件下實現(xiàn)無回轉(zhuǎn)半徑的高精度全方位移動。
文檔編號B25J5/00GK1476962SQ03129280
公開日2004年2月25日 申請日期2003年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月12日
發(fā)明者李振波, 陳佳品, 張琛 申請人:上海交通大學