專(zhuān)利名稱：帶有可伸縮手臂的球形行走機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)改進(jìn)的球形機(jī)器人，確切地說(shuō)，涉及一種帶有可伸縮手臂的球形行走機(jī)器人，該機(jī)器人既可作為一種特殊的運(yùn)載工具，又可用于在特定場(chǎng)合完成一些特定任務(wù)；屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
球形行走機(jī)器人(以下簡(jiǎn)稱球形機(jī)器人)是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外新近興起、并發(fā)展迅速的一個(gè)特種研究領(lǐng)域。目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)研制出若干種不同結(jié)構(gòu)組成的球形機(jī)器人。申請(qǐng)人也在2001年、2002年及2004年先后向中國(guó)專(zhuān)利局申請(qǐng)了幾種不同結(jié)構(gòu)的球形機(jī)器人的發(fā)明專(zhuān)利(專(zhuān)利號(hào)ZL0118289.X，專(zhuān)利號(hào)ZL02128933.6，申請(qǐng)?zhí)?00410096567.X，申請(qǐng)?zhí)?00410096568.X)。這些球形機(jī)器人與地面是點(diǎn)接觸-屬于純滾動(dòng)摩擦，阻力非常小，驅(qū)動(dòng)行走和轉(zhuǎn)向靈活方便，具有全方位驅(qū)動(dòng)行走功能和零轉(zhuǎn)彎半徑的特點(diǎn)，即能夠在二維地面上實(shí)現(xiàn)全向性行走和簡(jiǎn)便穿過(guò)口徑略大于其直徑的曲折通道，適應(yīng)道路的功能很強(qiáng)，有望成為今后機(jī)器人在坎坷不平的地面上行走的一種比較理想的運(yùn)輸工具。但是，在某些特殊環(huán)境和場(chǎng)合里，球形機(jī)器人的應(yīng)用存在有相當(dāng)大的局限性。
目前，傳統(tǒng)的多足或帶有機(jī)械臂的機(jī)器人已經(jīng)引起人們廣泛的關(guān)注、研究和應(yīng)用。這種多足機(jī)器人對(duì)于活動(dòng)環(huán)境有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，但是它不具備球形機(jī)器人二維全向性行走、零轉(zhuǎn)彎半徑的特點(diǎn)，其運(yùn)動(dòng)靈活性在許多場(chǎng)合受到限制；而帶有機(jī)械臂的機(jī)器人，其靈巧的機(jī)械臂可以像人的手臂那樣從事各種運(yùn)動(dòng)或操作，從而能夠從事許多特定功能的工作。然而，在某些場(chǎng)合，其應(yīng)用需要有一個(gè)良好的移動(dòng)載體。
如何在球形機(jī)器人中安裝可伸縮的機(jī)械臂或其它肢體，以使該機(jī)器人在機(jī)械臂縮回時(shí)，能夠具備球形機(jī)器人靈活運(yùn)動(dòng)的特性，而在機(jī)械臂伸出時(shí)，能夠在許多場(chǎng)合用作機(jī)械手、機(jī)械足、或其它傳感器官，從而能夠從事許多特定操作而拓展球形行走機(jī)器人的應(yīng)用范圍，就成為申請(qǐng)人關(guān)注和研究的新課題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種帶有可伸縮手臂的球形行走機(jī)器人，以便能夠克服現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的球形機(jī)器人缺乏四肢，不能執(zhí)行各種操作以及帶有多足或機(jī)械手的機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)靈活性受到限制的各種缺陷，使得本發(fā)明成為一種既能夠從事復(fù)雜操作，又具有乖巧、靈活運(yùn)動(dòng)特性的移動(dòng)式機(jī)器人。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種帶有可伸縮手臂的球形行走機(jī)器人，包括球殼、位于球殼內(nèi)的行走傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制裝置；其特征在于所述球殼為分體式結(jié)構(gòu)由可垂直升降移動(dòng)的和/或不可升降移動(dòng)的球冠分別與其下側(cè)的球形殼體組成，在球冠與球形殼體內(nèi)側(cè)空間設(shè)有一個(gè)或多個(gè)可分別控制其伸出或縮回球殼內(nèi)部、并作相應(yīng)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手臂；所述機(jī)械手臂由通過(guò)肘關(guān)節(jié)電機(jī)連接、能夠作相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)連桿-上臂和小臂-組成，該上臂的另一端固裝在球冠上，或者固裝在可以相對(duì)于球體旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸套上，小臂的懸空端可通過(guò)腕關(guān)節(jié)電機(jī)加裝機(jī)械手或傳感器件，用于從事程序設(shè)定的操作或探測(cè)、感知周?chē)h(huán)境。
所述球殼為可垂直升降移動(dòng)的球冠與其下側(cè)的球形殼體組成時(shí)，采用電機(jī)帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)升起或閉合球冠，使得該機(jī)器人手臂能夠從球形機(jī)器人內(nèi)部伸出或縮回，且在球冠與殼體閉合后，保持整個(gè)殼體的球形外觀。
所述球殼為可垂直升降移動(dòng)的球冠與其下側(cè)的球形殼體組成時(shí)，機(jī)械手臂的上臂的另一端固裝在球冠上。
所述球冠底座上側(cè)空間的中心位置設(shè)有電機(jī)，該電機(jī)的轉(zhuǎn)軸聯(lián)結(jié)驅(qū)動(dòng)一絲杠旋轉(zhuǎn)，球形殼體端面凹槽中固裝有耦合該絲杠的絲杠套筒，藉此傳動(dòng)付實(shí)現(xiàn)球冠的升降位移及其與球形殼體的分離和閉合。
所述球冠與其下側(cè)的球形殼體之間設(shè)有2～4個(gè)導(dǎo)向拉桿，該導(dǎo)向拉桿均分設(shè)置在絲杠的外側(cè)周邊，其穿過(guò)球形殼體的定位孔的一端帶有檔邊，并套裝有壓簧，另一端固裝在球冠上，用于提高球冠升降和/或手臂伸縮運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作穩(wěn)定性。
所述機(jī)械手臂中的上臂連桿的長(zhǎng)度大于絲杠和導(dǎo)向拉桿之間的半徑，以使小臂能夠有充分旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的空間；所述上臂和/或小臂連桿由圓弧形曲桿或直桿組成，推薦使用圓弧形曲桿，以充分利用球形機(jī)器人內(nèi)部空間。
所述球殼為不可升降移動(dòng)的球冠與其下側(cè)的球形殼體組成時(shí)，球殼被一定位桿分隔成不完整的球形該定位桿的一端固裝在球冠上，另一端固定安裝在其下側(cè)的球形殼體端面凹槽中，使得球冠和球形殼體兩者連接成為一體，且在兩者之間設(shè)有用于放置可伸縮的機(jī)械手臂的空間或缺口。
所述球殼為不可升降移動(dòng)的球冠與其下側(cè)的球形殼體組成時(shí)，所述機(jī)械手臂的上臂的另一端固裝在可以相對(duì)于球體旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸套上一轉(zhuǎn)動(dòng)軸套藉由軸承固裝在所述定位桿的外側(cè)，該轉(zhuǎn)動(dòng)軸套上的外齒輪與固裝在球形殼體端面凹槽中的手臂電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的齒輪相互嚙合，使得手臂電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)該轉(zhuǎn)動(dòng)軸套與固裝在該軸套上的上臂隨之旋轉(zhuǎn)，即該上臂繞定位桿旋轉(zhuǎn)，從而在球形機(jī)器人沿著水平方向滾動(dòng)時(shí)，機(jī)械手臂能夠始終保持上舉狀態(tài)。
所述行走傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中采用方形框架構(gòu)件來(lái)替代原來(lái)通過(guò)兩根支撐短軸和軸承承載在球殼內(nèi)側(cè)、用于安裝驅(qū)動(dòng)電機(jī)和蓄電池的圓環(huán)，以便利于加工和裝配工藝。
當(dāng)球形行走機(jī)器人由可垂直升降移動(dòng)的球冠與其下側(cè)的球形殼體組成時(shí)，所述控制裝置設(shè)置在球冠底座上側(cè)空間中，在球形行走機(jī)器人由不可升降移動(dòng)的球冠與其下側(cè)的球形殼體組成時(shí)，所述控制裝置設(shè)置在繞定位桿轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械上臂上；該控制裝置內(nèi)設(shè)有對(duì)機(jī)械手臂上的絲杠電機(jī)、手臂電機(jī)、各個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)、機(jī)械手和傳感器件的操作控制電路，藉由藍(lán)牙或其它無(wú)線通信方式接收用戶控制。
本發(fā)明是一種以球形機(jī)器人為本體，在其上加裝可以伸出或縮回球殼內(nèi)部的機(jī)械手臂而實(shí)現(xiàn)的，該伸縮的機(jī)械手臂在其端部既可以加裝機(jī)械手，用于從事各種復(fù)雜操作；也可以安置各種傳感器件，以幫助球形機(jī)器人對(duì)周?chē)h(huán)境進(jìn)行探測(cè)和感知，在某些非二維平面運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合，該機(jī)械手臂可以用作下肢或其它支撐，以輔助該球形機(jī)器人實(shí)現(xiàn)各種特定的運(yùn)動(dòng)。
為了加裝機(jī)械手臂，本發(fā)明對(duì)以前研制的球形機(jī)器人的球形外殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造。采用的方法有兩種，一種是將球殼的某處球冠部分制成可以升降而打開(kāi)或閉合的結(jié)構(gòu)，在內(nèi)部空間加裝機(jī)械手臂，在需要使用機(jī)械手臂時(shí)，該處的球冠部分被升起而打開(kāi)，使得機(jī)械手臂能夠伸出球殼外面來(lái)從事各種操作，操作完成后，再將機(jī)械手臂縮回到球殼內(nèi)部，然后降落球冠部分而使殼體閉合，重新呈現(xiàn)為球形外觀。該結(jié)構(gòu)適用于應(yīng)用環(huán)境不甚苛刻的場(chǎng)合。另一種是球殼做成非完整球狀由兩者之間設(shè)有缺口或空間的不可升降移動(dòng)的球冠和下側(cè)球殼組成，在該缺口或空間內(nèi)加裝機(jī)械手臂，機(jī)械手臂部分在縮回缺口或空間內(nèi)后，球冠和下側(cè)殼體仍然共同構(gòu)成和保持球形外殼輪廓。該結(jié)構(gòu)特別適用于在球形機(jī)器人滾動(dòng)時(shí)，要求其手臂始終保持上舉的場(chǎng)合(比如在需要球形機(jī)器人邊攝像、邊滾動(dòng)的操作運(yùn)動(dòng)情況下)。本發(fā)明的行走傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)都是由安置在球形機(jī)器人內(nèi)部的兩個(gè)控制裝置分別進(jìn)行控制而實(shí)現(xiàn)各種操作的，該兩個(gè)控制裝置可通過(guò)藍(lán)牙或其它無(wú)線通信方式接收用戶的操作與控制。
本發(fā)明在球形機(jī)器人上加裝可伸縮機(jī)械手臂后，不僅能夠使其保持在二維平面內(nèi)靈活運(yùn)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，而且因?yàn)榧友b了可以用作機(jī)械足、機(jī)械手的機(jī)械手臂，使其運(yùn)動(dòng)更加靈活、便利。比如本發(fā)明裝有可伸縮手臂的球形機(jī)器人可通過(guò)機(jī)械手臂的輔助運(yùn)動(dòng)，輕而易舉地攀爬樓梯、翻越障礙；就運(yùn)動(dòng)范圍而言，無(wú)疑擴(kuò)大了球形機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域其在樓層失火營(yíng)救、反恐排爆等許多特殊場(chǎng)合都可以得到應(yīng)用。此外，因?yàn)樵摽缮炜s手臂在球形機(jī)器人靜止時(shí)，可以保持球形機(jī)器人的定位穩(wěn)定性，且該手臂伸出時(shí)，可以像人手那樣從事各種操作，因此，本發(fā)明球形機(jī)器人可以代替人去執(zhí)行一些危險(xiǎn)復(fù)雜的活動(dòng)。例如深入無(wú)人區(qū)，代替人去進(jìn)行地質(zhì)勘探；該球形機(jī)器人也可以用于軍事上，它既可以靈活地穿過(guò)敵人設(shè)置的障礙，深入敵人營(yíng)地內(nèi)部，通過(guò)手臂端部的攝像機(jī)對(duì)敵人進(jìn)行偵察活動(dòng)，而在戰(zhàn)場(chǎng)上，更可以在手臂上加裝槍械來(lái)代替戰(zhàn)士，完成對(duì)敵的陣地戰(zhàn)斗，同時(shí)能夠避免人員傷亡。可以預(yù)計(jì)，本發(fā)明帶有可伸縮手臂的球形機(jī)器人在不久的將來(lái)可以在搶險(xiǎn)、消防、救災(zāi)、地質(zhì)勘探、軍事等諸多場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明可升降球冠式帶有可伸縮手臂的球形行走機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)示意圖(其中一側(cè)的兩個(gè)手臂處于伸出狀態(tài)，另一側(cè)的兩個(gè)手臂處于縮回狀態(tài))。
圖2是本發(fā)明帶有可伸縮手臂的球形行走機(jī)器人的可升降球冠式的整體結(jié)構(gòu)中機(jī)械手臂都處于縮回時(shí)的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
圖3是本發(fā)明不可升降球冠式帶有可伸縮手臂的球形行走機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)示意圖(其中一側(cè)的一個(gè)手臂處于伸出狀態(tài))。
圖4是本發(fā)明帶有可伸縮手臂的球形行走機(jī)器人的機(jī)械手臂及其關(guān)節(jié)電機(jī)安裝結(jié)構(gòu)俯視示意圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
參見(jiàn)圖1和圖2，圖中展示的本發(fā)明一實(shí)施例是在球形行走機(jī)器人的兩端對(duì)稱地加裝機(jī)械手臂(根據(jù)需要可以加裝多條機(jī)械手臂)。圖1中1為一CCD攝像頭，2和17為機(jī)械手，3和16為腕關(guān)節(jié)電機(jī)，4和15為小臂，5為球冠，6和14為肘關(guān)節(jié)電機(jī)，7為上臂，8為導(dǎo)向拉桿，9為絲杠電機(jī)，10為絲杠，11為絲杠套筒，12為控制裝置，13為彈簧，18為球形殼體。圖中各零件之間的裝配關(guān)系是絲杠套筒11固定在球形殼體18上面，絲杠電機(jī)9和上臂7分別固定在球冠5上，絲杠10通過(guò)聯(lián)軸器連接絲杠電機(jī)9的轉(zhuǎn)軸，可以在電機(jī)9的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)。導(dǎo)向拉桿8一共有四根(其分布參見(jiàn)圖4)，固定安裝在球冠5上。隨著球冠5的升降，導(dǎo)向拉桿8可以相對(duì)球形殼體18做軸向運(yùn)動(dòng)，其端部加裝的彈簧13，可以產(chǎn)生一拉力，在球冠5升降或手臂伸縮機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可增加該機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性。由圖中可以看出，絲杠10在絲杠電機(jī)9的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，可以實(shí)現(xiàn)球冠5或球體的張開(kāi)和閉合。當(dāng)需要伸開(kāi)機(jī)械手臂時(shí)，首先是絲杠電機(jī)9旋轉(zhuǎn)，再在絲杠10的作用下，球冠5做相對(duì)遠(yuǎn)離球形殼體18的運(yùn)動(dòng)，此時(shí)球體張開(kāi)，于是肘關(guān)節(jié)電機(jī)6/14開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)由小臂4/15及其連接的機(jī)械手2/17運(yùn)動(dòng)，然后是腕關(guān)節(jié)電機(jī)3/16運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)機(jī)械手及其上的傳感器或手臂夾持器運(yùn)動(dòng)，最終將手臂關(guān)節(jié)伸出到球體的外面，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手臂的張開(kāi)，可以進(jìn)行各種操作。當(dāng)手臂縮回后，通過(guò)絲杠10的旋轉(zhuǎn)，球形殼體18和球冠5又組合成為完整的球體，這時(shí)機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)全向性行走，其行走功能不受限制(各個(gè)附圖中的球形機(jī)器人行走裝置的各個(gè)構(gòu)件及其行走原理參見(jiàn)上述各個(gè)專(zhuān)利申請(qǐng)文件，在此不再贅述)。整個(gè)手臂伸縮機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制通過(guò)控制裝置12來(lái)實(shí)現(xiàn)。
從圖1、2中可以看出，可開(kāi)合式的升降球冠結(jié)構(gòu)中，位于兩邊的機(jī)械手臂可以同時(shí)處于伸出狀態(tài)，也可以只將一邊的機(jī)械手臂伸出，另一邊的機(jī)械手臂縮回。兩邊的機(jī)械手臂可以處于水平軸線上，也可以處于豎直軸線上。當(dāng)兩邊機(jī)械手臂處于水平軸線時(shí)(參見(jiàn)圖1)，可以同時(shí)伸出球殼，以足或手的方式來(lái)輔助球形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)兩邊手臂處于豎直軸線時(shí)，處于底部的手臂可以伸出球殼，起到地面定位的作用，而此時(shí)處于上部的機(jī)械手臂仍然可以伸出來(lái)完成相應(yīng)的各種操作。
參見(jiàn)圖3所示的不可升降球冠式的帶有可伸縮手臂的球形行走機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)。圖中零件20為CCD攝像頭，21為機(jī)械手，22為腕關(guān)節(jié)電機(jī)，23為小臂，24為球冠，25為肘關(guān)節(jié)電機(jī)，26為傳動(dòng)齒輪，27為上臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)，28為轉(zhuǎn)動(dòng)軸套，29為中心定位桿，30為上臂，31為上臂控制器，32為球形殼體。該實(shí)施例的結(jié)構(gòu)與可升降球冠式的結(jié)構(gòu)不同，球殼不具有開(kāi)合運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，而是采用中心定位桿29代替了可開(kāi)合式結(jié)構(gòu)中的絲杠，其作用為連接球冠24和球形殼體32成為一體；其中機(jī)械手臂的上臂30的另一端固裝在一個(gè)可以相對(duì)于球體旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸套28上，該轉(zhuǎn)動(dòng)軸套28藉由上下兩個(gè)軸承固裝在中心定位桿29的外側(cè)，該轉(zhuǎn)動(dòng)軸套28上的外齒輪與固裝在球形殼體32端面凹槽中的上臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)27轉(zhuǎn)軸上的齒輪26相互嚙合，使得上臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)27轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)該轉(zhuǎn)動(dòng)軸套28與固裝在該軸套28上的上臂30也隨之旋轉(zhuǎn)，即該上臂30和整個(gè)手臂系統(tǒng)都可以繞中心定位桿29轉(zhuǎn)動(dòng)，，這樣通過(guò)控制該驅(qū)動(dòng)電機(jī)27，就可以使球形機(jī)器人在該附圖3中的水平方向滾動(dòng)時(shí)，機(jī)械手臂上所攜帶的攝像頭20或其它傳感器始終保持上舉，實(shí)現(xiàn)探測(cè)和運(yùn)動(dòng)的同步進(jìn)行。另外，圖3中只畫(huà)了一個(gè)機(jī)械手臂(該機(jī)械手臂的控制器位于該上臂的另一側(cè)延長(zhǎng)端)，實(shí)際上，該結(jié)構(gòu)也可以設(shè)置兩個(gè)或多個(gè)機(jī)械手臂，此時(shí)的機(jī)械手臂的控制器可以設(shè)置在各自機(jī)械手臂的上臂上。
從圖3中可以看出，球殼的不同部分始終位于同一球面位置上，它們之間的間隙始終存在，手臂從間隙處伸出或縮回。分體式結(jié)構(gòu)與可開(kāi)合式結(jié)構(gòu)相比較，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，且在手臂伸出時(shí)，仍可做全向性運(yùn)動(dòng)，缺點(diǎn)為球殼不同部分之間的間隙使球殼變得不完整，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的穩(wěn)定性會(huì)受到一定影響；并且由于球冠和球形殼體的連接構(gòu)件較少，使得兩者的穩(wěn)固連接性能受到影響。
參見(jiàn)圖4，本發(fā)明的機(jī)械手臂的上臂7或小臂4都是既可以做成直桿，也可以根據(jù)空間的需要，做成圓弧狀的彎桿，并且在該球形外殼殼體空間內(nèi)可以加裝一條或若干條手臂，只要尺寸和空間布局合理，控制系統(tǒng)完善，其性能不會(huì)受到影響。
權(quán)利要求
1.一種帶有可伸縮手臂的球形行走機(jī)器人，包括球殼、位于球殼內(nèi)的行走傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制裝置；其特征在于所述球殼為分體式結(jié)構(gòu)由可垂直升降移動(dòng)和/或不可升降移動(dòng)的球冠分別與其下側(cè)的球形殼體組成，在球冠與球形殼體內(nèi)側(cè)空間設(shè)有一個(gè)或多個(gè)可分別控制其伸出或縮回球殼內(nèi)部、并作相應(yīng)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手臂；所述機(jī)械手臂由通過(guò)肘關(guān)節(jié)電機(jī)連接、能夠作相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)連桿-上臂和小臂-組成，該上臂的另一端固裝在球冠上，或者固裝在可相對(duì)于球體旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸套上，小臂的懸空端可通過(guò)腕關(guān)節(jié)電機(jī)加裝機(jī)械手或傳感器件，用于從事程序設(shè)定的操作或探測(cè)、感知周?chē)h(huán)境。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有可伸縮手臂的球形行走機(jī)器人，其特征在于所述球殼為可垂直升降移動(dòng)的球冠與其下側(cè)的球形殼體組成時(shí)，采用電機(jī)帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)升起或閉合球冠，使得該機(jī)器人手臂能夠從球形機(jī)器人內(nèi)部伸出或縮回，且在球冠與殼體閉合后，整個(gè)殼體保持球形外觀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有可伸縮手臂的球形行走機(jī)器人，其特征在于所述球殼為可垂直升降移動(dòng)的球冠與其下側(cè)的球形殼體組成時(shí)，機(jī)械手臂的上臂的另一端固裝在球冠上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶有可伸縮手臂的球形行走機(jī)器人，其特征在于所述球冠底座上側(cè)空間的中心位置設(shè)有電機(jī)，該電機(jī)的轉(zhuǎn)軸聯(lián)結(jié)驅(qū)動(dòng)一絲杠旋轉(zhuǎn)，球形殼體端面凹槽中固裝有耦合該絲杠的絲杠套筒，藉此傳動(dòng)付實(shí)現(xiàn)球冠的升降位移及其與球形殼體的分離和閉合。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的帶有可伸縮手臂的球形行走機(jī)器人，其特征在于所述球冠與其下側(cè)的球形殼體之間設(shè)有2～4個(gè)導(dǎo)向拉桿，該導(dǎo)向拉桿均分設(shè)置在絲杠的外側(cè)周邊，其穿過(guò)球形殼體的定位孔的一端帶有檔邊，并套裝有壓簧，另一端固裝在球冠上，用于提高球冠升降和/或手臂伸縮運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作穩(wěn)定性。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的帶有可伸縮手臂的球形行走機(jī)器人，其特征在于所述機(jī)械手臂中的上臂連桿的長(zhǎng)度大于絲杠和導(dǎo)向拉桿之間的半徑，以使小臂有充分旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的空間；所述上臂和/或小臂連桿由圓弧形曲桿或直桿組成，推薦使用圓弧形曲桿，以充分利用球形機(jī)器人內(nèi)部空間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有可伸縮手臂的球形行走機(jī)器人，其特征在于所述球殼為不可升降移動(dòng)的球冠與其下側(cè)的球形殼體組成時(shí)，球殼被一定位桿分隔成不完整的球形該定位桿的一端固裝在球冠上，另一端固定安裝在其下側(cè)的球形殼體端面凹槽中，使得球冠和球形殼體兩者連接成為一體，且在兩者之間設(shè)有用于放置可伸縮的機(jī)械手臂的空間或缺口。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的帶有可伸縮手臂的球形行走機(jī)器人，其特征在于所述球殼為不可升降移動(dòng)的球冠與其下側(cè)的球形殼體組成時(shí)，所述機(jī)械手臂的上臂的另一端固裝在可以相對(duì)于球體旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸套上一轉(zhuǎn)動(dòng)軸套藉由軸承固裝在所述定位桿的外側(cè)，該轉(zhuǎn)動(dòng)軸套上的外齒輪與固裝在球形殼體端面凹槽中的手臂電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的齒輪相互嚙合，使得手臂電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)該轉(zhuǎn)動(dòng)軸套與固裝在該軸套上的上臂隨之旋轉(zhuǎn)，即該上臂繞定位桿旋轉(zhuǎn)，從而在球形機(jī)器人沿著水平方向滾動(dòng)時(shí)，機(jī)械手臂能夠始終保持上舉狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有可伸縮手臂的球形行走機(jī)器人，其特征在于所述行走傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中采用方形框架構(gòu)件來(lái)替代原來(lái)通過(guò)兩根支撐短軸和軸承承載在球殼內(nèi)側(cè)、用于安裝驅(qū)動(dòng)電機(jī)和蓄電池的圓環(huán)，以便利于加工和裝配工藝。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有可伸縮手臂的球形行走機(jī)器人，其特征在于當(dāng)球形行走機(jī)器人由可垂直升降移動(dòng)的球冠與其下側(cè)的球形殼體組成時(shí)，所述控制裝置設(shè)置在球冠底座上側(cè)空間中，在球形行走機(jī)器人由不可升降移動(dòng)的球冠與其下側(cè)的球形殼體組成時(shí)，所述控制裝置設(shè)置在繞定位桿轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械上臂上；該控制裝置內(nèi)設(shè)有對(duì)機(jī)械手臂上的絲杠電機(jī)、手臂電機(jī)、各個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)、機(jī)械手和傳感器件的操作控制電路，藉由藍(lán)牙或其它無(wú)線通信方式接收用戶控制。
全文摘要
一種帶有可伸縮手臂的球形行走機(jī)器人，包括球殼、位于球殼內(nèi)的行走傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制裝置；其中球殼為分體式結(jié)構(gòu)由可垂直升降移動(dòng)的和/或不可升降移動(dòng)的球冠分別與其下側(cè)的球形殼體組成，在球冠與球形殼體內(nèi)側(cè)空間設(shè)有一個(gè)或多個(gè)可分別控制其伸出或縮回球殼內(nèi)部、并作相應(yīng)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手臂；所述機(jī)械手臂由通過(guò)肘關(guān)節(jié)電機(jī)連接、能夠作相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)連桿－上臂和小臂－組成，該上臂的另一端固裝在球冠上，或者固裝在可以相對(duì)于球體轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸套上，小臂的懸空端可通過(guò)腕關(guān)節(jié)電機(jī)加裝機(jī)械手或傳感器件，用于從事程序設(shè)定的操作或探測(cè)、感知周?chē)h(huán)境。本發(fā)明是一種既能夠從事復(fù)雜操作，又具有乖巧、靈活運(yùn)動(dòng)特性的移動(dòng)式機(jī)器人。
文檔編號(hào)B25J18/04GK1817580SQ20061005746
公開(kāi)日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2006年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月15日
發(fā)明者孫漢旭, 賈慶軒 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)