專(zhuān)利名稱(chēng)：球形機(jī)器人穩(wěn)定支撐機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)器人的穩(wěn)定機(jī)構(gòu)，特別是用于帶臂球形機(jī)器人的穩(wěn)定支 撐機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
帶臂球形機(jī)器人是對(duì)球形機(jī)器人技術(shù)的擴(kuò)展，它是作為移動(dòng)機(jī)器人的一種 的球形機(jī)器人具有了操作能力，擴(kuò)大了球形機(jī)器人的應(yīng)用范圍。但由于球形機(jī) 器人的球形外觀結(jié)構(gòu)造成的其與地面的單點(diǎn)接觸支撐，在操作臂進(jìn)行操作實(shí)施 的時(shí)候，單點(diǎn)支撐的方式導(dǎo)致了在任務(wù)過(guò)程中球體的不穩(wěn)定，將嚴(yán)重影響操作 臂任務(wù)的實(shí)施，因此，設(shè)計(jì)一款實(shí)現(xiàn)帶臂球形機(jī)器人的支撐穩(wěn)定機(jī)構(gòu)對(duì)帶臂球 形機(jī)器人實(shí)現(xiàn)操作功能具有十分重要的意義。目前國(guó)內(nèi)在球形機(jī)器人支撐穩(wěn)定機(jī)構(gòu)的研究還尚屬空白，美國(guó)密西根州立 大學(xué)在這方面有過(guò)研究成果，該支撐機(jī)構(gòu)采用從球心處輻射出的三角伸縮支架 方式，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人靜態(tài)穩(wěn)定。但是由于其支架一直延伸到其球心處，占用球形 機(jī)器人球殼內(nèi)空間過(guò)大，并且使球形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方式設(shè)計(jì)變得復(fù)雜和困難。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種球形機(jī)器人穩(wěn)定支撐機(jī)構(gòu)，其可保證球形機(jī)器人 實(shí)施動(dòng)作時(shí)候(特別是帶臂球形機(jī)器人操作臂工作的時(shí)候)保持球形機(jī)器人的 靜態(tài)穩(wěn)定。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設(shè)計(jì)方案一種球形機(jī)器人穩(wěn)定支撐機(jī)構(gòu)，該穩(wěn)定支撐機(jī)構(gòu)位于球形機(jī)器人本體的正 下方，其包括 一可分拆的局部圓球殼，該局部圓球殼可與球形機(jī)器人的外球 殼整合一圓球，其上開(kāi)設(shè)供支撐機(jī)構(gòu)的支腳落入的槽孔，中心部固定一可供與 上方球形機(jī)器人連接的中心軸；一驅(qū)動(dòng)單元，由直流無(wú)刷電機(jī)與齒輪組連接構(gòu)成，齒輪組的從動(dòng)輪套于中 心軸上；一絲杠傳動(dòng)單元，由絲杠和與其可螺紋傳動(dòng)的絲杠螺母構(gòu)成，絲杠螺母套于中心軸上。一組支撐機(jī)構(gòu)，各支撐機(jī)構(gòu)由與絲杠螺母鉸接的上連桿及與上連桿再鉸接 的三連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成，其中該三連桿機(jī)構(gòu)的第三連桿為固定在局部圓球殼上并可 滑動(dòng)落入該球殼上開(kāi)設(shè)的槽孔內(nèi)的支腳。所述驅(qū)動(dòng)單元的齒輪組可驅(qū)動(dòng)絲杠傳動(dòng)單元的絲杠運(yùn)動(dòng)；各支撐機(jī)構(gòu)的上 連桿可隨絲杠傳動(dòng)單元的絲杠螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)而動(dòng)。所述的支腳外形與可分拆的局部圓球殼完全吻合，閉合狀態(tài)時(shí)與球殼呈完 整狀態(tài)。所述的一組支撐機(jī)構(gòu)應(yīng)均勻?qū)ΨQ(chēng)分布。本發(fā)明球形機(jī)器人穩(wěn)定支撐機(jī)構(gòu)主要是針對(duì)帶臂的球形機(jī)器人而設(shè)計(jì)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、 本發(fā)明球形機(jī)器人穩(wěn)定支撐機(jī)構(gòu)可以使球形機(jī)器人動(dòng)作時(shí)保持平衡狀 態(tài)，而保持在執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中球體的穩(wěn)定，從而動(dòng)作質(zhì)量可以有所保證。2、 由于支腳外形與球殼完全吻合，閉合狀態(tài)能保證球殼形態(tài)完整性，對(duì) 球形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能及其他性能不產(chǎn)生影響。3、 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用絲杠傳動(dòng)帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)，該傳動(dòng)結(jié)構(gòu)傳動(dòng)效率高。4、 整個(gè)支撐穩(wěn)定機(jī)構(gòu)采用間距120°的三腳對(duì)稱(chēng)布局，能夠保證球形機(jī)器 人靜態(tài)的各向穩(wěn)定。5、 填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在球形機(jī)器人支撐穩(wěn)定機(jī)構(gòu)的研究空白。


圖l是本發(fā)明球形機(jī)器人穩(wěn)定支撐機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖(主視圖) 圖2是本發(fā)明球形機(jī)器人穩(wěn)定支撐機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖(仰視圖)具體實(shí)施方式
本發(fā)明球形機(jī)器人穩(wěn)定支撐機(jī)構(gòu)位于球形機(jī)器人本體的正下方，可以通過(guò)其中心軸與球形機(jī)器人聯(lián)為一體。參見(jiàn)圖1、圖2所示，本發(fā)明球形機(jī)器人穩(wěn)定支撐機(jī)構(gòu)包括有 一可分拆的局部圓球殼16，該局部圓球殼可與球形機(jī)器人的外球殼整合為一圓球，其上開(kāi)設(shè)供支撐機(jī)構(gòu)的支腳落入的槽孔，中心部固定一可供與上方球形機(jī)器人連接的中心軸，該中心軸與球殼16間墊有墊片11，該墊片11可以是 特殊加工件，上平面為平臺(tái)式以供與中心軸的配合連接，下部為與球殼16相 吻合的圓弧狀。本實(shí)施例中，本發(fā)明球形機(jī)器人穩(wěn)定支撐機(jī)構(gòu)是通過(guò)中心軸上 的軸承套4與對(duì)接的下蓋支撐18實(shí)現(xiàn)與上部球形機(jī)器人本體的連接。一驅(qū)動(dòng)單元，由直流無(wú)刷電機(jī)14與齒輪組(8， 20)連接構(gòu)成，齒輪組的 從動(dòng)輪(即支腳齒輪)8套合在中心軸上，直流無(wú)刷電機(jī)14由電機(jī)架21固定。一絲杠傳動(dòng)單元，由絲杠12和與其可螺紋傳動(dòng)的絲杠螺母6構(gòu)成；在絲 杠螺母的行程方向設(shè)限位開(kāi)關(guān)，該限位開(kāi)關(guān)由限位開(kāi)關(guān)架13、限位開(kāi)關(guān)托片 15組成，以用來(lái)防止絲杠螺母超過(guò)絲杠行程范圍；且設(shè)置一導(dǎo)桿24，用于限 制絲杠螺母6只沿絲杠12軸向運(yùn)動(dòng)。一組支撐機(jī)構(gòu)，各支撐機(jī)構(gòu)包括有與絲杠螺母6鉸接的上連桿5，與上 連桿5再鉸接的三連桿機(jī)構(gòu)，該三連桿機(jī)構(gòu)是由連桿3、支腳l、連桿2通過(guò) 鉸鏈連接形成的，支腳1通過(guò)下蓋固定支腳22、 23與10與球殼16以鉸鏈形 式相連，其中該三連桿機(jī)構(gòu)的第三連桿即為可落入局部圓球殼16的支腳1，并 與連桿5相連一起構(gòu)成支撐機(jī)構(gòu)。鋼套7用于減小銷(xiāo)軸連接處的摩擦已經(jīng)增強(qiáng)耐磨度。軸承套9用于定位放 置絲杠軸與下蓋墊片之間的軸承。參見(jiàn)圖1，圖2，部件l， 2， 3， 5是通過(guò)銷(xiāo)軸25、 26、 27完成支撐連桿 機(jī)構(gòu)。通過(guò)下蓋下蓋固定支腳與下蓋墊片與球殼固定連接。所述驅(qū)動(dòng)單元的齒輪組可驅(qū)動(dòng)絲杠傳動(dòng)單元的絲杠運(yùn)動(dòng)；各支撐機(jī)構(gòu)的上連桿5可隨絲杠傳動(dòng)單元的絲杠螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)而動(dòng)。所述的支腳外形與可分拆的局部圓球殼可完全吻合，閉合狀態(tài)能保證球殼 形態(tài)完整性，使用絲杠驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方式會(huì)使得傳動(dòng)更為可靠。所述的一組支撐機(jī)構(gòu)應(yīng)均勻?qū)ΨQ(chēng)分布；采用間距120。對(duì)稱(chēng)三腳的支撐結(jié) 構(gòu)布局為佳，當(dāng)該組支腳撐開(kāi)的時(shí)候，這種方式能保證機(jī)械臂在360°圓周旋 轉(zhuǎn)的時(shí)候的球形機(jī)器人本體的穩(wěn)定。由于支腳外形與球殼完全吻合，閉合狀態(tài)能保證球殼形態(tài)完整性，對(duì)球形 機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能及其他性能不產(chǎn)生影響；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用絲杠傳動(dòng)帶動(dòng)連桿機(jī) 構(gòu)，絲杠由電機(jī)帶動(dòng)，驅(qū)動(dòng)絲杠螺母沿絲杠軸向運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)，完 成支腳的撐開(kāi)與收攏，該結(jié)構(gòu)傳動(dòng)效率高；整個(gè)支撐穩(wěn)定機(jī)構(gòu)采用間距120° 的三腳對(duì)稱(chēng)布局，能夠保證球形機(jī)器人靜態(tài)的各向穩(wěn)定。本發(fā)明的傳動(dòng)過(guò)程為直流無(wú)刷電機(jī)14帶動(dòng)齒輪組(8， 20)驅(qū)動(dòng)絲杠12 轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)絲杠螺母6沿絲杠12軸向運(yùn)動(dòng)，絲杠螺母6的移動(dòng)引起上連 桿5的運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)支撐連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，完成支腳l的撐開(kāi)和閉合。所述的連桿2、連桿3和上連桿5均采用鋁合金材料，上述構(gòu)件采用此材 料制成在保證其具有一定的剛度和強(qiáng)度的同時(shí)，還可以減輕整體質(zhì)量。支腳l可采用不銹鋼，保證強(qiáng)度和硬度，并且防止長(zhǎng)期與外界環(huán)境接觸產(chǎn) 生的腐蝕。齒輪組(8， 20)可采用45號(hào)鋼，保證強(qiáng)度和硬度，防止長(zhǎng)時(shí)間的磨損。 上述各實(shí)施例可在不脫離本發(fā)明的范圍下加以若干變化，故以上的說(shuō)明所 包含及附圖中所示的結(jié)構(gòu)應(yīng)視為例示性，而非用以限制本發(fā)明的申請(qǐng)專(zhuān)利范圍。
權(quán)利要求
1. 一種球形機(jī)器人穩(wěn)定支撐機(jī)構(gòu)，其特征在于該穩(wěn)定支撐機(jī)構(gòu)位于球形機(jī)器人本體的正下方，其包括一可分拆的局部圓球殼，該局部圓球殼可與球形機(jī)器人的外球殼整合一圓球，其上開(kāi)設(shè)供支撐機(jī)構(gòu)的支腳落入的槽孔，中心部固定一可供與上方球形機(jī)器人連接的中心軸；一驅(qū)動(dòng)單元，由直流無(wú)刷電機(jī)與齒輪組連接構(gòu)成，齒輪組的從動(dòng)輪套于中心軸上；一絲杠傳動(dòng)單元，由絲杠和與其可螺紋傳動(dòng)的絲杠螺母構(gòu)成，絲杠螺母套于中心軸上；一組支撐機(jī)構(gòu)，各支撐機(jī)構(gòu)由與絲杠螺母鉸接的上連桿及與上連桿再鉸接的三連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成，其中該三連桿機(jī)構(gòu)的第三連桿為固定在局部圓球殼上并可滑動(dòng)落入該球殼上的開(kāi)設(shè)的槽孔內(nèi)的支腳。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形機(jī)器人穩(wěn)定支撐機(jī)構(gòu)，其特征在于所述 的支腳外形與可分拆的局部圓球殼完全吻合，閉合狀態(tài)時(shí)與球殼呈完整狀態(tài)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形機(jī)器人穩(wěn)定支撐機(jī)構(gòu)，其特征在于所述 的一組支撐機(jī)構(gòu)均勻?qū)ΨQ(chēng)分布。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的球形機(jī)器人穩(wěn)定支撐機(jī)構(gòu)，其特征在于所述 的一組支撐機(jī)構(gòu)為3個(gè)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形機(jī)器人穩(wěn)定支撐機(jī)構(gòu)，其特征在于在絲 杠螺母的行程方向設(shè)限位開(kāi)關(guān)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形機(jī)器人穩(wěn)定支撐機(jī)構(gòu)，其特征在于所述 的上連桿及三連桿機(jī)構(gòu)的連桿均采用鋁合金材料。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形機(jī)器人穩(wěn)定支撐機(jī)構(gòu)，其特征在于所述 的支腳采用不銹鋼。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形機(jī)器人穩(wěn)定支撐機(jī)構(gòu)，其特征在于所述 的齒輪組采用45號(hào)鋼。
全文摘要
一種球形機(jī)器人穩(wěn)定支撐機(jī)構(gòu)，其位于球形機(jī)器人本體的正下方，包括一可分拆的局部圓球殼，該局部圓球殼可與球形機(jī)器人的外球殼整合一圓球，其上開(kāi)設(shè)供支撐機(jī)構(gòu)的支腳落入的槽孔；一驅(qū)動(dòng)單元，由直流無(wú)刷電機(jī)與齒輪組連接構(gòu)成；一絲杠傳動(dòng)單元，由絲杠和與其可螺紋傳動(dòng)的絲杠螺母構(gòu)成；一組支撐機(jī)構(gòu)，各支撐機(jī)構(gòu)由與絲杠螺母鉸接的上連桿及與上連桿再鉸接的三連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成，其中該三連桿機(jī)構(gòu)的第三連桿為固定在局部圓球殼上并可滑動(dòng)落入該球殼上的開(kāi)設(shè)的槽孔內(nèi)的支腳；所述驅(qū)動(dòng)單元的齒輪組可驅(qū)動(dòng)絲杠傳動(dòng)單元的絲杠運(yùn)動(dòng)；各支撐機(jī)構(gòu)的上連桿可隨絲杠傳動(dòng)單元的絲杠螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)而動(dòng)。這種方式能保證機(jī)械臂在360°圓周旋轉(zhuǎn)時(shí)球形機(jī)器人本體的穩(wěn)定。
文檔編號(hào)B25J19/00GK101279447SQ200810106350
公開(kāi)日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2008年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月12日
發(fā)明者孫漢旭, 張延恒, 曹驍偉, 賈慶軒, 趙凱亮, 鄭一力 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)