專利名稱：一種自動平衡裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種傳動裝置，具體是涉及一種根據(jù)工作環(huán)境傳遞的信號動作傳 送運動從而使各部件運動相協(xié)調(diào)的一種自動平衡裝置。
背景技術(shù)：
自主移動式自動平衡搬運機器人廣泛應(yīng)用于工作環(huán)境差、工作量大、工作時間較 長、勞動強度高且危險性高的工作；此外，由于某些工種的特殊性和危險性，使得這些工種 的工作環(huán)境相對比較復(fù)雜多變，如在倉儲業(yè)的搬運、汽車裝配、礦山作業(yè)、鋼鐵冶煉、醫(yī)用護 理、星際探索等領(lǐng)域都需要用到自主移動式自動平衡搬運機器人代替人力，提高這些工種 的可操作性。近幾年來，無論是自主移動式機器人還是搬運機器人都有成熟的產(chǎn)品；且隨著科 技的發(fā)展和創(chuàng)新，自主移動式自動平衡搬運機器人開始出現(xiàn)并得到完善。例如中國專利 ZL200510029904.8公開的一種由各自的帶減速器的電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的輪子，機身內(nèi)部的由長 軸和以長軸中心為圓心的圓盤構(gòu)成的飛輪，以及驅(qū)動飛輪旋轉(zhuǎn)的不帶減速器的飛輪電機； 輪子對稱設(shè)置在飛輪下部兩端；通過設(shè)定兩個輪子和飛輪的運動方式和速度值，讓飛輪產(chǎn) 生足夠大的反作用力矩，可使雙輪移動機器人機身逐漸從水平的位置直立起來，從而達到 實現(xiàn)自行直立的目的。此技術(shù)僅解決了雙輪移動機器人受外力沖擊翻倒后自行直立的問 題，不能保證雙輪移動機器人行走時根據(jù)路況變化自動保持平衡。再如2009年11月25日公開的發(fā)明專利200810123354. χ提出了一種應(yīng)用在搖桿 式機器人上，通過齒輪式差動平衡機構(gòu)對機器人主車體起差動平衡的作用；但差動輪系結(jié) 構(gòu)復(fù)雜，設(shè)置困難，且不能根據(jù)搖桿式機器人行走時遇到的路況靈活的調(diào)整，從而不能保證 搖桿式機器人的自平衡。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提出一種自動平衡裝置，該裝置與機器人結(jié)合 后，能滿足機器人根據(jù)路況變化行走時自動保持平衡。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實用新型采用如下所述的技術(shù)方案—種自動平衡裝置，包括觸發(fā)系統(tǒng)、傳動機構(gòu)，其中觸發(fā)系統(tǒng)包括設(shè)置在凹槽端部 的接觸開關(guān)及在凹槽內(nèi)滾動的滾子；傳動機構(gòu)包括電機、蝸桿渦輪機構(gòu)，電機輸出軸端固聯(lián) 齒輪，所述齒輪與與蝸桿端齒輪相嚙合；接觸開關(guān)與電機線連接。進一步的，渦輪設(shè)置為不完整渦輪，如渦輪圓周角設(shè)置為160-180°。進一步的，凹槽設(shè)置為十字形凹槽。更進一步的，十字形凹槽底部設(shè)置為傾向于凹槽中心的斜坡。所述觸發(fā)系統(tǒng)的滾子通過在凹槽內(nèi)滾動從而啟動和關(guān)閉接觸開關(guān)，接觸開關(guān)控制 其相應(yīng)的電機運轉(zhuǎn)，帶動齒輪嚙合及蝸桿渦輪的傳動，通過渦輪的運動帶動相關(guān)部件，從而 調(diào)節(jié)各部件的協(xié)調(diào)平衡。[0012]當該自動平衡裝置與機器人結(jié)合時，該自動平衡裝置設(shè)置在機器人機身與行走機 構(gòu)之間，并根據(jù)需要設(shè)置一套或兩套自動平衡裝置；當設(shè)置兩套自動平衡裝置時，一套實現(xiàn) 機器人的前后平衡，一套實現(xiàn)機器人的左右平衡；這兩套平衡裝置即可以單獨作用，也可同 時工作。該自動平衡裝置與機器人結(jié)合具體結(jié)構(gòu)設(shè)置為一套自動平衡裝置的傳動機構(gòu)與 另一套自動平衡裝置的傳動機構(gòu)用平衡板隔開，兩套傳動機構(gòu)共用一個觸發(fā)系統(tǒng)；其中一 套傳動機構(gòu)的蝸桿I置于平衡板支架內(nèi)并固定，與蝸桿I嚙合的渦輪I與平衡塊軸I及機 身固聯(lián)在一起；設(shè)置在平衡板支架內(nèi)與蝸桿I平行的電機輸出端固聯(lián)齒輪，所述齒輪與設(shè) 置在蝸桿I同一端的齒輪相嚙合；另一套傳動機構(gòu)的蝸桿II固定在機身內(nèi)支架上，與蝸桿 II嚙合的渦輪II與平衡塊軸II及其以上機身固聯(lián)在一起；設(shè)置在機身內(nèi)與蝸桿II平行 的電機輸出端固聯(lián)齒輪，所述齒輪與設(shè)置在蝸桿II同一端的齒輪相嚙合；其中，渦輪II軸 線與渦輪I軸線空間交錯，軸交角為90° ；觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)置在機身內(nèi)。由于采用如上所述的技術(shù)方案，本實用新型的有益效果是1、機器人正常前行時，觸發(fā)系統(tǒng)的滾子處于十字形凹槽中部的弧形槽內(nèi)；且凹槽 底部設(shè)置為傾向于凹槽中心的斜坡，便于滾子滾動。機器人機身的任意一個角度的偏移，滾 子脫離中部弧形槽沿凹槽滾動觸發(fā)相應(yīng)的接觸開關(guān)，傳動系統(tǒng)動作調(diào)節(jié)機身的平衡，該觸 發(fā)系統(tǒng)就起到了萬向調(diào)節(jié)的功能；從而實現(xiàn)機器人行走時的自動保持平衡。2、本實用新型自動平衡裝置采用的齒輪及蝸桿渦輪是常用的機械傳動零件，結(jié)構(gòu) 簡單，且通過兩對空間交錯的蝸輪蝸桿機構(gòu)的配合協(xié)調(diào)實現(xiàn)了機器人領(lǐng)域中行走時的平衡 問題，避免了使用復(fù)雜的技術(shù)或繁瑣的程序控制。

圖1是配置自動平衡裝置的自主移動式搬運機器人正常工作示意圖；圖2是圖1的俯視圖；圖3是該自動平衡裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；圖4配置自動平衡裝置的自主移動式搬運機器人遇障礙物前后平衡工作時機身 狀態(tài)；圖5是配置自動平衡裝置的自主移動式搬運機器人遇障礙物左右平衡工作時機 身狀態(tài)；圖6是圖3的左視圖；圖7是兩套自動平衡裝置在自主移動式搬運機器人內(nèi)配置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是觸發(fā)系統(tǒng)工作原理結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是凹槽結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1-頭部；101-左平衡指示燈；102-電源指示燈；103-警示燈；104-后平衡指示燈； 105-前平衡指示燈；106-工控機指示燈；107-右平衡指示燈；2-機身；3-機械手臂；4-自動平衡系統(tǒng)；401-腰部轉(zhuǎn)盤；402-軸承蓋；403-蝸桿I ；404-蝸輪I ；405-平
4衡塊軸I ；406-平衡板支架；407-平衡塊軸II ；408-蝸輪II ；409-蝸桿II ；410-凹槽； 411-滾子；412-圓錐滾子軸承；413-齒輪A ;414_平衡板；415-電機；416-齒輪B ;417_接 觸開關(guān)；418-上蓋；5-行走機構(gòu)；
具體實施方式
以下以本實用新型的自動平衡裝置與自主移動式搬運機器人結(jié)合為優(yōu)選實施例 更詳盡的介紹，需說明的是，本實用新型并不局限于此實施例。圖1中，一種自主移動式自動平衡搬運機器人包括機器人機身2，機身2上的頭部 1，機身2兩側(cè)的機械手臂3，機身2下部的自動平衡裝置4以及行走機構(gòu)5 ；自動平衡裝置 4與行走機構(gòu)5通過腰部轉(zhuǎn)盤401連接。各關(guān)節(jié)部件都有其相應(yīng)的電機驅(qū)動。圖2中，在機器人的頭部1處，分別安裝了左平衡指示燈101，右平衡指示燈107， 前平衡指示燈105，后平衡指示燈104，電源指示燈102，工控機工作指示燈106和警示燈 103，作為人機信息交流的面板，使機器人的工作狀況一目了然的顯現(xiàn)在操作者面前。圖4、圖5中，機器人行駛在爬坡道路或左右傾斜嚴重道路時，通過自動平衡裝置 4的傳動調(diào)節(jié)，帶動機身2使機身2保持與地面的垂直，同時保證了機器人行走時的自動平 衡，不會因路況的變化面臨隨時的機身2傾覆，有利于實現(xiàn)機器人的正常工作。圖1、圖3、圖6中，兩套自動平衡裝置的傳動機構(gòu)共用一套觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)置在機器人 機身2與行走機構(gòu)5之間，一套自動平衡裝置的傳動機構(gòu)與另一套自動平衡裝置的傳動機 構(gòu)用平衡板414隔開；其中一套傳動機構(gòu)的蝸桿1403置于平衡板支架406內(nèi)并固定，蝸桿 1403兩端依次對稱設(shè)有圓錐滾子軸承412、軸承蓋402，蝸桿1403 —端固聯(lián)齒輪B416 ；與蝸 桿I嚙合的渦輪1404與平衡塊軸1405及機身固聯(lián)在一起；設(shè)置在平衡板支架406內(nèi)與蝸 桿1403平行的電機415輸出端固聯(lián)齒輪A413，所述齒輪A413與設(shè)置在蝸桿1403同一端的 齒輪B416相嚙合；另一套傳動機構(gòu)的蝸桿II409固定在機身2內(nèi)支架上，與蝸桿II409嚙 合的渦輪II408與平衡塊軸II407及其以上機身固聯(lián)在一起；設(shè)置在機身內(nèi)與蝸桿II409 平行的電機輸出端固聯(lián)齒輪，所述齒輪與設(shè)置在蝸桿II同一端的齒輪相嚙合；其中，渦輪 II408軸線與渦輪1404軸線空間交錯，軸交角為90° ；觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)置在機身2內(nèi)。圖7中，觸發(fā)系統(tǒng)包括設(shè)置在凹槽410端部的接觸開關(guān)417及在凹槽內(nèi)滾動的滾 子411，凹槽設(shè)置為十字形凹槽，且十字形凹槽底部設(shè)置為傾向于凹槽中心的斜坡結(jié)構(gòu)；十 字形凹槽上設(shè)有上蓋418。圖8中，當機器人在相對比較平坦的道路上行駛時，即機身處在水平狀態(tài)時，觸發(fā) 系統(tǒng)的滾子411處在兩凹槽相交處，接觸開關(guān)417未被啟動；當機器人在障礙物較多的道路 上行駛時，在行走機構(gòu)5減震彈簧的作用下，機身2傾斜精度控制在-2° -2°之間，即機身 雖有稍微傾斜，但滾子411未脫離凹槽410，接觸開關(guān)417未被啟動；當機器人在工作環(huán)境 相對比較復(fù)雜多變，道路比較崎嶇的環(huán)境下行駛時，當機身傾斜角度大于2。時，滾子411 脫離凹槽中部沿凹槽滾動，滾子411壓迫接觸開關(guān)417，接觸開關(guān)給傳動系統(tǒng)電機信號，電 機415啟動開始運動傳動，調(diào)節(jié)機身2平衡，直至機身與其它部件協(xié)調(diào)為之；此時滾子回到 原位。圖4中，當機身2前后方向上傾斜角度比較大時，滾子411脫離十字形凹槽中部的弧形槽，沿凹槽運動觸發(fā)接觸開關(guān)417，接觸開關(guān)給電機一個啟動信號，電機轉(zhuǎn)動，電機輸出 軸端的齒輪B416帶動齒輪A413轉(zhuǎn)動，同時蝸桿1403轉(zhuǎn)動帶動渦輪1404轉(zhuǎn)動，由于渦輪 1404與平衡塊軸1405及車身2固聯(lián)在一起，從而帶動機器人整個機身2前移，使機器人機 身2保持豎直狀態(tài)并與行走機構(gòu)5在前后方向上達到平衡，此時滾子411回到原位。圖5中，當機身2左右方向上傾斜角度比較大時，觸發(fā)系統(tǒng)及傳動系統(tǒng)工作原理及 過程等同于上述機身2前后傾時，需說明的是，蝸桿II409轉(zhuǎn)動帶動渦輪II408轉(zhuǎn)動，由于 渦輪II408與平衡塊軸II407及其以上機身2固聯(lián)在一起，僅帶動渦輪II408及其以上機 身2左移。本實用新型所述的自動平衡裝置，可與不同類型的機器人結(jié)合，實現(xiàn)機器人運動 時的自平衡問題。
權(quán)利要求一種自動平衡裝置，包括觸發(fā)系統(tǒng)、傳動機構(gòu)，其特征是，所述觸發(fā)系統(tǒng)包括設(shè)置在凹槽(410)端部的接觸開關(guān)(417)及在凹槽(410)內(nèi)滾動的滾子(411)；傳動機構(gòu)包括電機(415)、蝸桿蝸輪機構(gòu)，電機(415)輸出軸端固聯(lián)齒輪A(413)，所述齒輪A(413)與蝸桿端齒輪B(416)相嚙合；接觸開關(guān)(417)與電機(415)線連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動平衡裝置，其特征是，所述蝸輪設(shè)置為不完整蝸輪，如蝸 輪圓周角設(shè)置為160-180°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動平衡裝置，其特征是，所述凹槽(410)設(shè)置為十字形凹槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自動平衡裝置，其特征是，所述十字形凹槽底部設(shè)置為傾向 于凹槽(410)中心的斜坡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動平衡裝置，其特征是，所述自動平衡裝置設(shè)置在機器人 機身(2)與行走機構(gòu)(5)之間，一套自動平衡裝置的傳動機構(gòu)與另一套自動平衡裝置的傳 動機構(gòu)用平衡板(414)隔開，兩套傳動機構(gòu)共用一個觸發(fā)系統(tǒng)；其中一套傳動機構(gòu)的蝸桿 I (403)置于平衡板支架(406)內(nèi)并固定，與蝸桿1(403)嚙合的蝸輪I (404)與平衡塊軸 I (405)及機身固聯(lián)在一起；設(shè)置在平衡板支架(406)內(nèi)與蝸桿1(403)平行的電機(415) 輸出端固聯(lián)齒輪A(413)，所述齒輪A(413)與設(shè)置在蝸桿I (403)同一端的齒輪B(416)相 嚙合；另一套傳動機構(gòu)的蝸桿II (409)固定在機身內(nèi)支架上，與蝸桿11(409)嚙合的蝸輪 11(408)與平衡塊軸11(407)及其以上機身固聯(lián)在一起；設(shè)置在機身內(nèi)與蝸桿11(409)平 行的電機(415)輸出端固聯(lián)齒輪A(413)，所述齒輪A(413)與設(shè)置在蝸桿II (409)同一端的 齒輪B(416)相嚙合；其中，蝸輪II (408)軸線與蝸輪I (404)軸線空間交錯，軸交角為90° ； 觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)置在機身內(nèi)。
專利摘要本實用新型公開的一種自動平衡裝置，包括觸發(fā)系統(tǒng)、傳動機構(gòu)，其特征是，所述觸發(fā)系統(tǒng)包括設(shè)置在凹槽(410)端部的接觸開關(guān)(417)及在凹槽(410)內(nèi)滾動的滾子(411)；傳動機構(gòu)包括電機(415)、蝸桿蝸輪機構(gòu)，電機(415)輸出軸端固聯(lián)齒輪A(413)，所述齒輪A(413)與蝸桿端齒輪B(416)相嚙合；接觸開關(guān)(417)與電機(415)線連接；本實用新型所述的自動平衡裝置，可與不同類型的機器人結(jié)合，當機器人傾斜時，觸發(fā)系統(tǒng)的滾子動作觸發(fā)接觸開關(guān)，接觸開關(guān)觸發(fā)電機動作，電機帶動齒輪嚙合、蝸桿蝸輪機構(gòu)動作，蝸輪帶動相應(yīng)部件協(xié)調(diào)運動，實現(xiàn)機器人運動時的自平衡問題。
文檔編號B25J19/00GK201736232SQ20102024459
公開日2011年2月9日 申請日期2010年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者張永鋒, 朱德榮, 鄒毛博, 魏光陰 申請人:洛陽理工學院