一種球形機器人內(nèi)驅(qū)動裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種球形機器人內(nèi)驅(qū)動裝置，該裝置包括外殼、中心軸、錐齒輪組、主體支架、電池組支架、電池組、舵機、連桿、驅(qū)動電機、電極、塑料墊圈、電路板、第一滾動軸承、第二滾動軸承、舵機軸和電池組蓋板。結(jié)構(gòu)新穎、裝配簡單、實用性強、集成度高。
【專利說明】一種球形機器人內(nèi)驅(qū)動裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機器人驅(qū)動裝置，特別是涉及一種球形機器人內(nèi)驅(qū)動裝置，屬于機電一體化【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]球形機器人具有行動靈活、結(jié)構(gòu)簡單、運動連續(xù)性好以及平衡性強等諸多優(yōu)點，同時，其機械結(jié)構(gòu)、電子設(shè)備完全集成于球殼內(nèi)部，不受外界不良因素干擾，可應(yīng)用于軍事偵查、設(shè)備診斷、地理勘探等復(fù)雜任務(wù)中，具有輪式、足式機器人無可替代的優(yōu)勢，因此成為國內(nèi)外機器人研究的熱點領(lǐng)域。
[0003]球形機器人最重要的部分在于驅(qū)動裝置的設(shè)計，其驅(qū)動形式分為內(nèi)驅(qū)動與外驅(qū)動兩種。發(fā)明專利《內(nèi)外驅(qū)動兼?zhèn)涞那蛐螜C器人裝置》(申請?zhí)?200810231786.2)設(shè)計了一種風(fēng)能作為外驅(qū)動的方式，但該驅(qū)動方式要求機器人表面積足夠大、質(zhì)量足夠輕，并受到風(fēng)向與風(fēng)速的限制，驅(qū)動效率較低，只適用于特定環(huán)境，難以應(yīng)用于實踐；相比之下，傳統(tǒng)的內(nèi)驅(qū)動方式更具有優(yōu)勢，發(fā)明專利《萬向滾動球形機器人》(申請?zhí)?01010285063.8)、《全向運動球形機器人》(申請?zhí)?200810020297.4)均設(shè)計了球形機器人及其內(nèi)驅(qū)動裝置，兩者共同點是在球殼內(nèi)添加重塊，通過不同的機械結(jié)構(gòu)控制重塊調(diào)節(jié)重心位置來驅(qū)動機器人運動，但添加重塊無疑增大了機器人負(fù)重，再加上電機、電源等元件的重量以及復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)，致使機器人的運動效率降低，反應(yīng)緩慢。同時，以上球形機器人的內(nèi)部機構(gòu)均在殼體內(nèi)部轉(zhuǎn)動，沒有穩(wěn)定的平臺來安裝攝像頭等探測設(shè)備。因此，以上種種均限制了它們的實際應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]要解決的技術(shù)問題
[0005]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種結(jié)構(gòu)新穎、裝配簡單、實用性強、集成度高的球形機器人內(nèi)驅(qū)動裝置，使得球形機器人運動速度、傳動效率和承載能力更高，降低成本，克服現(xiàn)有方案的不足，使其更有利于推廣應(yīng)用。
[0006]技術(shù)方案
[0007]一種球形機器人內(nèi)驅(qū)動裝置，其特征在于包括外殼1、中心軸2、錐齒輪組3、主體支架4、電池組支架5、電池組6、舵機7、連桿8、驅(qū)動電機9、電極10、塑料墊圈11、電路板
12、第一滾動軸承13、第二滾動軸承14、舵機軸15和電池組蓋板16 ;中心軸2與外殼I直徑共線，兩端采用螺釘與外殼I固定，中心軸2的中間設(shè)有主體支架4 ;主體支架4由左右兩部分組成，左主體支架通過第一滾動軸承13與中心軸2連接，右主體支架通過第二滾動軸承14與中心軸2連接，左主體支架與右主體支架之間通過六個螺栓連接，第一滾動軸承13以中心軸2的Φ2段作為軸肩，第二滾動軸承14以中心軸2的Φ3段作為軸肩；驅(qū)動電機9固定在主體支架4上，通過與錐齒輪組3中的一個錐齒輪平鍵固連，錐齒輪組3與中心軸2通過平鍵固連，以中心軸2的Φ3段作為軸肩；兩個舵機7對稱位于驅(qū)動電機9下面，固定在主體支架4上，通過連桿8與電池組支架5連接，連桿8與電池組支架5之間采用螺釘連接，舵機軸15與連桿8之間為內(nèi)齒輪嚙合，電池組6置于電池組支架5內(nèi)部，電池組支架5上面設(shè)有蓋板16固定電池組6，電池組蓋板16與電池組支架5間采用螺釘連接，電池組蓋板16只封閉3/4，剩余1/4的位置設(shè)有電極10，電路板12通過螺釘連接在電池組支架5的底部，在電路板12與電池組支架5之間加墊塑料墊圈11。
[0008]中心軸2的直徑分布為(D1 < Φ2 < Φ3。
[0009]電池組6選擇可充電式鋰電池。
[0010]中心軸2、主體支架4和電池組支架5材料均為鋁合金。
[0011]有益效果
[0012]本發(fā)明提出的一種球形機器人內(nèi)驅(qū)動裝置，具有如下優(yōu)點:
[0013]1.利用支架將驅(qū)動電機、舵機以及電池組集成，代替重塊，減輕自身重量，可實現(xiàn)更高的速度和更大的載重量。
[0014]2.中心軸固定，運動更加可靠，電機僅通過一對嚙合錐齒輪傳遞運動，效率更高，同時，可根據(jù)實際需求選擇不同的錐齒輪組，調(diào)節(jié)電機的減速比，兩個舵機對稱安裝，有利于提高整體的穩(wěn)定性，通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速和舵機旋轉(zhuǎn)角度即可改變重心位置，實現(xiàn)機器人的變速和轉(zhuǎn)彎，運動簡單可靠。
[0015]3.電路板固定到電池組支架底部，導(dǎo)線均附著于支架表面，不會妨礙內(nèi)部機構(gòu)的運動，兩個舵機由同一根信號線控制，可實現(xiàn)同步運動，共同控制電池組的水平位置，電路板上安裝有無線模塊，可實現(xiàn)外部人為控制。
[0016]4.在運動穩(wěn)定后，內(nèi)驅(qū)動機構(gòu)與地面之間保持相對靜止，因此，在內(nèi)驅(qū)動機構(gòu)上還可以安裝攝像頭等設(shè)備，應(yīng)用于軍事偵察、科研探索等方面。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1本發(fā)明內(nèi)驅(qū)動裝置主視圖
[0018]圖2內(nèi)驅(qū)動裝置剖視圖
[0019]圖3左支架與中心軸連接方式局部示意圖
[0020]圖4錐齒輪、右支架與中心軸連接方式局部示意圖
[0021]圖5舵機與連桿連接方式局部示意圖
[0022]圖6內(nèi)驅(qū)動裝置工作方式示意圖
[0023]1-外殼、2-中心軸、3-錐齒輪組、4-主體支架、5-電池組支架、6_電池組、7_舵機、8_連桿、9-驅(qū)動電機、10-電極、11-塑料塾圈、12-電路板、13-第一滾動軸承、14-第二滾動軸承、15-舵機軸、16-電池組蓋板
【具體實施方式】
[0024]一種球形機器人內(nèi)驅(qū)動裝置，該裝置包括:一個中心軸，該中心軸與球形外殼直徑共線，與外殼之間通過螺釘固連，與主體支架之間通過滾動軸承連接，與錐齒輪之間通過平鍵固連，作為整個內(nèi)驅(qū)動裝置的旋轉(zhuǎn)中心；主體支架作為電機和舵機的載體，該支架與中心軸之間通過滾動軸承連接，在電機通電時可帶動電機、舵機以及電池組同步運動；驅(qū)動電機與一個錐齒輪之間通過平鍵固連，利用一對嚙合錐齒輪傳遞運動，通過選擇不同的錐齒輪組可改變電機的減速比，驅(qū)動電機固定在主體支架上，并通過主體支架與中心軸連接，電機通電時，帶動整個驅(qū)動機構(gòu)圍繞中心軸轉(zhuǎn)動至一定角度，改變重心在豎直面上的位置，推動機器人運動；一個電池組支架，該支架用于固定電池組，保證電池組不動作，其底部安裝電路板，舵機動作時，帶動電池組和電路板同時運動；電池組固定于電池組支架上，為驅(qū)動電機和舵機提供電源，同時起到重塊的作用；一對舵機與主體支架固連，與驅(qū)動電機相對靜止，兩舵機對稱分布，使球形機器人重心位于過圓心及兩者中心線的豎直面上，兩者由同一根信號線控制，能夠同步動作，通過連桿與電池組支架連接，通電后可帶動電池組圍繞舵機轉(zhuǎn)動，改變重心在水平方向的位置，實現(xiàn)機器人的轉(zhuǎn)向；一塊電路板，作為機器人的控制核心，該電路板利用螺釘安裝在電池組支架底部，利用導(dǎo)線與電池組連接實現(xiàn)供電，利用單片機調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速和舵機的旋轉(zhuǎn)角度，控制機器人姿態(tài)，電路板上可安裝無線設(shè)備，實現(xiàn)外部人為控制。
[0025]現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明作進一步描述:
[0026]如圖1所示，內(nèi)驅(qū)動裝置總體圍繞中心軸2運動，中心軸2與外殼I之間采用螺釘連接，兩者保持相對靜止。主體支架4由左右兩部分組成，兩者分別通過滾動軸承13、14與中心軸2連接(如圖3、圖4所示)，中心軸2的直徑分布為CD1S Φ2< Φ3，滾動軸承13、14分別以中心軸2的Φ2段和Φ3段作為軸肩，左支架與右支架通過六個螺栓連接，螺栓加墊彈簧墊圈，以保證主體支架4連接緊密，使內(nèi)部電機9和舵機7不產(chǎn)生移動。電機9和舵機7以主體支架4為載體，驅(qū)動電機9固定在主體支架4上，通過與錐齒輪組3中的一個錐齒輪平鍵固連，電機9通過錐齒輪組3傳遞運動，通過選擇不同的錐齒輪組3可改變電機9的減速比，其中一個錐齒輪固連于中心軸2上，以中心軸2的Φ3段作為軸肩(如圖4所示)，由于中心軸2及其連接的錐齒輪固定，電機9轉(zhuǎn)動時將帶動主體支架4、舵機7、電池組6等部件運動，改變重心位置，進而驅(qū)動機器人前進或后退。兩個舵機7對稱位于驅(qū)動電機9下面，固定在主體支架4上，通過連桿8與電池組支架5連接，通過連桿8控制電池組6及電池組支架5轉(zhuǎn)動，以豎直方向為基準(zhǔn)，轉(zhuǎn)動角度范圍為-90?90，改變重心在水平方向的位置，進而實現(xiàn)機器人轉(zhuǎn)向。兩舵機由同一根信號線控制，可實現(xiàn)同步運動。舵機軸15與連桿8之間為內(nèi)齒輪嚙合(如圖5所示)，連桿8與電池組支架5之間采用螺釘連接，以保證電池組6與連桿8間無相對運動，電池組6放置在支架5內(nèi)部，利用蓋板16固定電池組6，電池組蓋板16與支架5間采用螺釘連接，電池組蓋板16只封閉3/4，預(yù)留出電極10的位置，方便電機9、舵機7以及電路板12的接線。電池組6選擇可充電式鋰電池。電路板12通過螺釘連接在電池組支架5的底部，兩者固連不會影響內(nèi)部其他機構(gòu)的運動，同時，為保證電路板不被短路，需加墊塑料墊圈11。為減輕整個裝置的重量，中心軸2、主體支架4以及電池組支架5材料均為鋁合金。
[0027]工作時(如圖6所示)，電機9帶動錐齒輪3轉(zhuǎn)動，由于中心軸2固定，整個內(nèi)驅(qū)動裝置將圍繞中心軸2轉(zhuǎn)至一定角度，改變重心在豎直面(V)上的位置，進而驅(qū)動球形機器人運動，通過單片機調(diào)節(jié)電機9的占空比，可改變電機9的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向；通過單片機也可以調(diào)節(jié)舵機7的占空比，實現(xiàn)舵機7角度的控制，從而改變重心在水平(H)方向的位置，實現(xiàn)機器人的轉(zhuǎn)向。當(dāng)機器人總體運轉(zhuǎn)穩(wěn)定后，整個機構(gòu)與過中心軸2的豎直面夾角保持不變，內(nèi)驅(qū)動機構(gòu)向機器人提供穩(wěn)定的重力勢能。同時，電路板12上可安裝無線模塊，進行外部人工控制。由于所有零部件均集成到內(nèi)驅(qū)動機構(gòu)上，運動時不用考慮相互之間的干擾，只需調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速和舵機的旋轉(zhuǎn)角度，控制簡單可靠。
【權(quán)利要求】
1.一種球形機器人內(nèi)驅(qū)動裝置，其特征在于包括外殼(I)、中心軸(2)、錐齒輪組(3)、主體支架(4)、電池組支架(5)、電池組(6)、舵機(7)、連桿(8)、驅(qū)動電機(9)、電極(10)、塑料墊圈(11)、電路板(12)、第一滾動軸承(13)、第二滾動軸承(14)、舵機軸(15)和電池組蓋板(16);中心軸(2)與外殼(I)直徑共線，兩端采用螺釘與外殼(I)固定，中心軸(2)的中間設(shè)有主體支架(4);主體支架(4)由左右兩部分組成，左主體支架通過第一滾動軸承(13)與中心軸(2 )連接，右主體支架通過第二滾動軸承(14)與中心軸(2 )連接，左主體支架與右主體支架之間通過六個螺栓連接，第一滾動軸承(13)以中心軸(2)的Φ2段作為軸肩，第二滾動軸承(14)以中心軸(2)的Φ3段作為軸肩；驅(qū)動電機(9)固定在主體支架(4)上，通過與錐齒輪組(3)中的一個錐齒輪平鍵固連，錐齒輪組(3)與中心軸(2)通過平鍵固連，以中心軸(2)的Φ3段作為軸肩；兩個舵機(7)對稱位于驅(qū)動電機(9)下面，固定在主體支架(4)上，通過連桿(8 )與電池組支架(5 )連接，連桿(8 )與電池組支架(5 )之間采用螺釘連接，舵機軸(15 )與連桿(8 )之間為內(nèi)齒輪嚙合，電池組(6 )置于電池組支架(5 )內(nèi)部，電池組支架(5)上面設(shè)有蓋板(16)固定電池組(6)，電池組蓋板(16)與電池組支架(5)間采用螺釘連接，電池組蓋板(16)只封閉3/4，剩余1/4的位置設(shè)有電極(10)，電路板(12)通過螺釘連接在電池組支架(5 )的底部，在電路板(12 )與電池組支架(5 )之間加墊塑料墊圈(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球形機器人內(nèi)驅(qū)動裝置，其特征在于中心軸(2)的直徑分布為O1 < Φ2 < Φ3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球形機器人內(nèi)驅(qū)動裝置，其特征在于電池組(6)選擇可充電式鋰電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球形機器人內(nèi)驅(qū)動裝置，其特征在于中心軸(2)、主體支架(4)和電池組支架(5)材料均為鋁合金。
【文檔編號】B25J9/16GK103963052SQ201410130769
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】胡海豹, 杜鵬, 鮑路瑤, 陳立斌, 宋東, 郭云鶴, 王鷹 申請人:西北工業(yè)大學(xué)