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采用混合同步帶五驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人的制作方法

文檔序號(hào):4111390閱讀:200來源:國知局
專利名稱:采用混合同步帶五驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種球形機(jī)器人,具體地說是一種采用混合同步帶五驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人。
背景技術(shù)
球形機(jī)器人是一種具有全封閉球形外殼的移動(dòng)機(jī)器人。球形機(jī)器人球殼與地面接觸,其接觸方式為點(diǎn)接觸,球的任何一點(diǎn)都可以與地面接觸并相應(yīng)運(yùn)動(dòng),與傳統(tǒng)機(jī)器人相比移動(dòng)轉(zhuǎn)向靈活,不存在翻倒問題,可以全方位運(yùn)動(dòng)。與傳統(tǒng)的機(jī)器人相比,球形機(jī)器人在結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用方面有許多優(yōu)點(diǎn),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面,球形機(jī)器人機(jī)體結(jié)構(gòu)非常簡單,僅由球形外殼和內(nèi)部驅(qū)動(dòng)裝置構(gòu)成,基本沒有復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)或者運(yùn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)。球形機(jī)器人的全部裝置和運(yùn)動(dòng)構(gòu)件均安裝在球殼的內(nèi)部,結(jié)構(gòu)緊湊,占用空間小,并能很好的保護(hù)內(nèi)部設(shè)備。在應(yīng)用方面,球形機(jī)器人本身是球體,沒有導(dǎo)線和其他物體暴露在外面,因此在穿越曲折的通道或者茂密的樹叢時(shí)不會(huì)被阻擋。此外球形機(jī)器人可以在外部風(fēng)力作用下運(yùn)動(dòng),利用風(fēng)能可以提高球形機(jī)器人的續(xù)航能力,提高球形機(jī)器人工作范圍。球殼完全密封的球形機(jī)器人能在沙漠、沼澤、水面、濕地上使用,或水陸兩用。國內(nèi)外對球形機(jī)器人做了大量的研究,提出了許多不同的球形機(jī)器人結(jié)構(gòu)。其中輪式驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人利用球殼內(nèi)輪子滾動(dòng)帶動(dòng)配重塊位置,改變配重的重心位置,產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩,從而驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人向前滾動(dòng)。半球驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人,電機(jī)分別獨(dú)立控制半個(gè)球殼運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)整個(gè)球形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。配重塊驅(qū)動(dòng)式球形機(jī)器人,分別由兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)配重繞兩個(gè)相互垂直的軸向轉(zhuǎn)動(dòng),改變配重質(zhì)心的位置,從而實(shí)現(xiàn)球形機(jī)器人全方位運(yùn)動(dòng)。其中配重塊球形機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單,被研究的最多,一般由兩個(gè)電機(jī)來進(jìn)行控制,分別實(shí)現(xiàn)球形機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向兩種運(yùn)動(dòng)方式,但球形機(jī)器人越障和爬坡時(shí)需要很大轉(zhuǎn)矩,一個(gè)電機(jī)難以驅(qū)動(dòng),且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對已有技術(shù)的不足,提供一種混合同步帶五驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的球形機(jī)器人,結(jié)構(gòu)簡單,安裝方面,為了達(dá)到上述目的,本發(fā)明的構(gòu)思是:在主運(yùn)動(dòng)方向上有四個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng),驅(qū)動(dòng)四個(gè)帶輪在安裝混合帶的環(huán)形軌道上轉(zhuǎn)動(dòng),為機(jī)器人提供大轉(zhuǎn)矩。通過一個(gè)電機(jī)和電磁離合制動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)和鎖定控制球形機(jī)器人擺的位置,來控制轉(zhuǎn)彎半徑。將電池和配重物放入配重盒,將部分電池安裝在四個(gè)電機(jī)對面電池盒中配重,電子設(shè)備安放在中心外框架的空間中,球殼安裝在環(huán)形軌道上,從而使整個(gè)結(jié)構(gòu)簡潔,安裝調(diào)試方便。根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思,本發(fā)明采用了下述技術(shù)方案:
一種采用混合同步帶五驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人,包括球殼和軌道框,球殼用螺紋固定在軌道框外表面上,軌道框 內(nèi)表面有兩條軌道,兩條軌道間固定有由混合同步帶組成圓環(huán)形的剛性帶。中心外框架內(nèi)固定有中心內(nèi)框架,中心內(nèi)框架兩側(cè)安裝有軸承座,兩個(gè)軸承座之間配合有中心軸,中心軸軸向被固定。軸的兩端一端通過聯(lián)軸器與中心軸電機(jī)相連,另一端通過聯(lián)軸器與電磁離合制動(dòng)器相連,中心軸電機(jī)和電磁離合制動(dòng)器通過法蘭分別固定在中心外框架兩端面上。配重?cái)[臂一端為帶鍵槽孔與中心軸配合,配重?cái)[臂另一端通過螺紋孔與配重盒固定,將配重(電池)固定在配重盒中。中心外框架八個(gè)角上分別安裝四對T型支撐臂用螺栓固定,T型支撐臂另一端用兩根壓輪軸固定,每個(gè)壓輪軸上空套兩個(gè)壓輪,壓輪壓在軌道框的軌道上,T型支撐臂交叉處中間裝有帶輪軸,帶輪軸上固定同步帶輪,軸的一端與周向電機(jī)通過聯(lián)軸器相連,軸向位置通過軸承固定,軸向電機(jī)帶動(dòng)同步帶輪轉(zhuǎn)動(dòng),帶輪與固定在軌道框上的混合同步帶配合,帶動(dòng)中心外框架沿軌道框中心轉(zhuǎn)動(dòng)。四個(gè)同步帶輪在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下,帶輪沿著固定的的剛性的混合同步帶運(yùn)動(dòng),通過T型支撐臂帶動(dòng)中心外框架從而帶動(dòng)配重?cái)[臂和配重轉(zhuǎn)動(dòng)。上述球殼有兩個(gè)等大的半圓球殼組成。球殼邊緣均布沉頭孔,用于同過螺紋固定在軌道框邊緣螺紋孔中。上述軌道框?yàn)榄h(huán)形金屬框??虻膬?nèi)表面上有兩條梯形軌道,兩條軌道中間的框上開有均布螺紋孔用于固定混合同步帶,軌道框邊緣開有均布螺紋孔用于固定球殼。上述中心外框架為方形盒子。其中上表面挖空。盒子八個(gè)角上,每個(gè)角上開有三個(gè)圓孔用于固定T型支撐臂。盒子的兩個(gè)方形正面上開有U形槽,用于配重?cái)[臂運(yùn)動(dòng)。在U形槽周圍開有四個(gè)圓孔用于將中心外框架和中心內(nèi)框架固定到一起。其側(cè)面開有圓孔,圓孔周圍開有法蘭孔,用于固定電機(jī)和電磁離合制動(dòng)器。上述中心內(nèi)框架為長方形盒子。其中上下表面挖空。盒子的前后表面開有U形槽,用于配重?cái)[臂運(yùn)動(dòng)。在U形槽周圍開有四個(gè)圓孔用于和中心外框架固定。兩個(gè)側(cè)面開有圓孔,圓孔周圍開有法蘭孔,用于固定軸承座。上述T形支撐臂為型似T型金屬板。T型末端角上開有三個(gè)圓孔用于與中心外框架角上三個(gè)孔用螺栓固定。上述混合同步帶由金屬層和防噪層組成剛性帶,齒之間帶開有孔用于將混合同步帶固定在軌道框兩條軌道中間螺紋孔`上,組成一個(gè)圓環(huán)形同步帶。上述短擺擺臂一端為開有鍵槽孔的圓柱體,另一端為U形鋼柱子,開有孔用于固
定配重盒。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例一采用混合同步帶五驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人等軸測視圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例二采用混合同步帶五驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人前視圖。圖3是圖2沿其A-A剖切的剖面圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例二沿其中心軸軸線剖切的局部剖面圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例一的軌道壓輪結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明實(shí)施例一的T形支撐臂結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本發(fā)明實(shí)施例一的軌道框結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是本發(fā)明實(shí)施例一的混合同步帶結(jié)構(gòu)示意圖。圖9是本發(fā)明實(shí)施例一的短擺擺臂和配重盒結(jié)構(gòu)示意圖。圖10是本發(fā)明實(shí)施例一的中心內(nèi)框架結(jié)構(gòu)示意圖。圖11是本發(fā)明實(shí)施例一的中心外框架結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖,對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例詳述如下:
實(shí)施例一:
參見圖廣圖11,一種采用混合同步帶五驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人,包括球殼8和軌道框6,球殼用螺紋固定在軌道框外表面螺紋孔602上,軌道框6內(nèi)表面有兩條軌道603,兩條軌道間固定有由混合同步帶9組成圓環(huán)形的剛性帶,孔601和901固定連接。中心外框架21內(nèi)通過孔2105和中心內(nèi)框架17的孔1702通過螺栓固定連接。中心內(nèi)框架17兩側(cè)安裝有一對軸承座18通過孔1701固定,兩個(gè)軸承座之間配合有中心軸20,中心軸20軸向被固定。軸的兩端一端通過聯(lián)軸器19與中心軸電機(jī)7相連,另一端通過一個(gè)聯(lián)軸器與電磁離合制動(dòng)器12相連,中心軸電機(jī)7和電磁離合制動(dòng)器12通過法蘭分別固定在中心外框架21兩端面上法蘭2101上。配重?cái)[臂13 —端為帶鍵槽孔與中心軸20配合,配重?cái)[臂另一端通過孔1302與配重盒15孔1501 通過螺紋固定連接,將配重14 (電池)固定在配重盒15中。中心外框架21四角上孔2103上安裝四對T型支撐臂5用螺栓固定連接,T型支撐臂5另一端用兩根壓輪軸2固定,固定在孔503上,每個(gè)壓輪軸2上空套兩個(gè)壓輪1,壓輪I壓在軌道框6的軌道上,T型支撐臂5交叉處孔502中間裝有帶輪軸,帶輪軸上固定同步帶輪4,軸的一端與周向電機(jī)3通過聯(lián)軸器相連,軸向位置通過軸承固定,軸向電機(jī)帶動(dòng)同步帶輪4轉(zhuǎn)動(dòng),帶輪4與固定在軌道框上的混合同步帶9配合,帶動(dòng)中心外框架21沿軌道框6中心轉(zhuǎn)動(dòng)。四個(gè)同步帶輪4在周向電機(jī)3驅(qū)動(dòng)下,帶輪沿著固定的的剛性的混合同步帶9運(yùn)動(dòng),通過T型支撐臂5帶動(dòng)中心外框架21從而帶動(dòng)配重?cái)[臂13和配重盒15及配重14轉(zhuǎn)動(dòng)。從而是整個(gè)球形機(jī)器人的重心偏移使球形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。在本實(shí)施例中,參見圖廣圖3,所述周向電機(jī)3為4個(gè),分別驅(qū)動(dòng)4個(gè)同步帶輪4在混合同步帶9上運(yùn)動(dòng),通過所述8個(gè)T型支撐臂組成4對臂帶動(dòng)中心外框架21轉(zhuǎn)動(dòng),從而使配重轉(zhuǎn)動(dòng),使整個(gè)球形機(jī)器人重心變化驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。中心軸電機(jī)7驅(qū)動(dòng)配重塊偏離軌道框使球殼8與地面接觸點(diǎn)變化從而控制球形機(jī)器人轉(zhuǎn)彎半徑大小,實(shí)現(xiàn)球形機(jī)器人轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)。一共有5個(gè)電機(jī)控制球形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。實(shí)施例二:
本實(shí)施例與實(shí)施例一的技術(shù)方案基本相同,特別之處在于:
在本實(shí)施例中,參加圖1,圖6和圖9,混合同步帶9由金屬帶層902和防噪層903組成,金屬帶層具有高強(qiáng)度和高柔性,防噪層為鍍在金屬表面有防噪聲和抗摩擦的塑料,減少運(yùn)動(dòng)時(shí)振動(dòng)?;旌贤綆ㄟ^孔901固定在軌道框6的螺紋孔601上,形成一個(gè)圓環(huán)形同步帶,同步帶輪4在混合同步帶9上運(yùn)動(dòng)。實(shí)施例三:
本實(shí)施例與實(shí)施例一的技術(shù)方案基本相同,特別之處在于:
在本實(shí)施例中,參見圖1和圖6,T型支撐臂5為金屬薄板,結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示,孔501與中心外框架21的孔2103用螺栓固定,另一端兩個(gè)孔503上安裝固定有壓輪軸2,壓輪軸2上安裝有軌道壓輪1,法蘭505用于固定軸承座。周向電機(jī)3固定在法蘭504上,周向電機(jī)3軸通過聯(lián)軸器連接同步帶輪軸,從而驅(qū)動(dòng)同步帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)。一對T型支撐臂另一個(gè)支撐臂上法蘭504上固定電池盒11,電池盒子安裝電池可以電機(jī)提供動(dòng)力,并可以平衡電機(jī)重量。
權(quán)利要求
1.一種采用混合同步帶五驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人,包括球殼(8)和軌道框(6),其特征在于:所述球殼(8)用螺紋固定在軌道框(6)外表面,軌道框(6)內(nèi)表面有兩條軌道(603),兩條軌道間固定有由混合同步帶(9)組成圓環(huán)形的剛性帶。有一個(gè)中心外框架(21)和一個(gè)中心內(nèi)框架(17)用螺栓固定連接;所述中心內(nèi)框架(17)兩側(cè)固定安裝有一對軸承座(18),兩個(gè)軸承座之間配合有一根中心軸(20 ),并中心軸(20 )軸向被固定;所述的中心軸的一端通過一個(gè)聯(lián)軸器(19)與一個(gè)中心軸電機(jī)(7)相連,而另一端通過另一個(gè)聯(lián)軸器與電磁離合制動(dòng)器(12)相連,所述中心軸電機(jī)(7)和電磁離合制動(dòng)器(12)通過法蘭分別固定在中心外框架(21)兩端面上;一個(gè)配重?cái)[臂(13)的一端為帶鍵槽孔與中心軸(20)配合,而另一端與配重盒(15)固定連接,將配重(14)固定在配重盒(15)中;所述中心外框架(21)四角上固定連接四對T型支撐臂(5 )的一端,而T型支撐臂(5 )的另一端固定安裝兩根壓輪軸(2 ),每個(gè)壓輪軸(2 )上滑套兩個(gè)壓輪(I),壓輪(I)壓在軌道框(6 )的軌道上,T型支撐臂(5 )交叉處裝有一根帶輪軸,該帶輪軸上固定一個(gè)同步帶輪(4),帶輪軸的一端與一個(gè)周向電機(jī)(3)通過一個(gè)聯(lián)軸器相連,軸向位置通過軸承固定,周向電機(jī)(3)帶動(dòng)同步帶輪(4)轉(zhuǎn)動(dòng),帶輪(4)與`固定在軌道框上的混合同步帶(9)嚙合,帶動(dòng)中心外框架(21)沿軌道框(6)中心轉(zhuǎn)動(dòng);四個(gè)同步帶輪(4)在四個(gè)周向電機(jī)(3)驅(qū)動(dòng)下,同步帶輪(4)沿著固定的剛性的混合同步帶(9)運(yùn)動(dòng),通過T型支撐臂(5)帶動(dòng)中心外框架(21)從而帶動(dòng)配重?cái)[臂(13)和配重盒(15)及配重(14)轉(zhuǎn)動(dòng);所述周向電機(jī)(3)為四個(gè),分別驅(qū)動(dòng)4個(gè)同步帶輪(4)在混合同步帶(9)上運(yùn)動(dòng),通過所述8個(gè)T型支撐臂組成4對臂帶動(dòng)中心外框架(21)轉(zhuǎn)動(dòng),從而使配重轉(zhuǎn)動(dòng),使整個(gè)球形機(jī)器人重心變化驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人運(yùn)動(dòng);中心軸電機(jī)(7)驅(qū)動(dòng)配重塊偏離軌道框使球殼(8)與地面接觸點(diǎn)變化從而控制球形機(jī)器人轉(zhuǎn)彎半徑大小,實(shí)現(xiàn)球形機(jī)器人轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)。一共有5個(gè)電機(jī)控制球形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用混合同步帶五驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人,其特征在于:所述混合同步帶(9)由金屬帶層(902)和防噪層(903)組成,金屬帶層(902)具有高強(qiáng)度和高柔性,防噪層(903)為涂覆金屬帶層(902)表面有防噪聲和抗摩擦的塑料,減少運(yùn)動(dòng)時(shí)振動(dòng);混合同步帶通過孔(901)固定在軌道框(6)的螺紋孔(601)上,形成一個(gè)圓環(huán)形同步帶,同步帶輪(4)在混合同步帶(9)上運(yùn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用混合同步帶五驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人,其特征在于:所述T型支撐臂(5)為金屬薄板,其一端上的孔(501)與中心外框架(21)的孔(2103)用螺栓使兩者固定,而另一端的兩個(gè)孔(503)上固定安裝所述壓輪軸(2),壓輪軸(2)上安裝有軌道壓輪(I);周向電機(jī)(3 )固定在一對T型支撐臂的一個(gè)支撐臂法蘭(504)上,一對T型支撐臂另一個(gè)支撐臂上法蘭(504)上固定電池盒(11),電池盒子(11)內(nèi)安裝電池,該電池對周向電機(jī)提供動(dòng)力,并可平衡電機(jī)重量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用混合同步帶五驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人,包括球殼和軌道框,球殼固定在軌道框外表面上,軌道框內(nèi)固定有由混合同步帶組成圓環(huán)形的剛性帶。中心軸兩端分別通過聯(lián)軸器中心軸電機(jī)和電磁離合制動(dòng)器相連安裝在內(nèi)框架中。配重?cái)[臂連接中心軸與配重盒。四對T型支撐臂連接中心外框架和壓輪軸,壓輪滑套在壓輪軸上并壓在軌道框的軌道上。T型支撐臂交叉處中間安裝帶輪軸,同步帶輪安裝在帶輪軸上與混合同步帶嚙合。四個(gè)同步帶輪在周向電機(jī)驅(qū)動(dòng)下,帶輪沿著固定的剛性的混合同步帶運(yùn)動(dòng)使配重位置變化,及中心軸電機(jī)驅(qū)動(dòng),使球形機(jī)器人重心位置變化,驅(qū)動(dòng)球殼沿著地面滾動(dòng)。通過對著5個(gè)電機(jī)進(jìn)行控制,從而實(shí)現(xiàn)球形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制。
文檔編號(hào)B62D57/00GK103231745SQ201310153740
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月28日
發(fā)明者翟宇毅, 張宇鋒, 羅均, 萬鐳, 姚駿峰, 鄒旭東, 祝川 申請人:上海大學(xué)
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