專利名稱：球型機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于機器人制造與設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種機器人，具體涉及一種具有前后運動、轉(zhuǎn)彎、原地旋轉(zhuǎn)、爬樓梯和游泳功能的球型機器人。
背景技術(shù)：
目前，人們所發(fā)明的球型機器人大多都是由球體內(nèi)兩個或多個重塊來回的變換位置來實現(xiàn)整個機器人的滾動，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、轉(zhuǎn)動的靈活性不高、完成的動作單一，沒有特殊的功能。例如；美國噴氣推進(jìn)實驗室(JPL)的SukhanLee提出一種用內(nèi)部四個活塞來驅(qū)動球體重心，實現(xiàn)重心的三維移動，從而使球型機器人行走。這種由多個重塊的變換位置來改變重心實現(xiàn)整個機器人的滾動，為此要設(shè)多個驅(qū)動裝置來驅(qū)動這些重塊移動，這樣球內(nèi)機械結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。
又如，中國專利02128933.6公開了一種改進(jìn)的球形機器人全方位行走裝置。該機器人包括球冠和位于球冠內(nèi)的行走傳動機構(gòu)，該行走傳動機構(gòu)包括有一個圓環(huán)，該圓環(huán)的直徑方向設(shè)有向其外側(cè)伸出的兩根支撐短軸，該兩根支撐短軸分別通過軸承承載在球冠內(nèi)側(cè)通過球冠球心軸線的兩個支撐座上；在一支撐座上固裝一個大齒輪；該圓環(huán)上安裝有電機，其中一電機的電機軸上的小齒輪與支撐座上的大齒輪相嚙合而帶動其前后轉(zhuǎn)動；在圓環(huán)內(nèi)側(cè)、與伸出兩根支撐短軸相垂直的方向上設(shè)有兩個相對安裝的底座，一個內(nèi)接長軸通過軸承承載在該兩個底座上；該內(nèi)接長軸的一端側(cè)固裝一個大齒輪；安裝在圓環(huán)上或通過短軸鉸鏈安裝在內(nèi)接長軸上的另一電機軸上的小齒輪與內(nèi)接長軸上固裝的大齒輪相嚙合而帶動其左右轉(zhuǎn)動。雖然結(jié)構(gòu)簡單，但轉(zhuǎn)動的靈活性不高。完成的動作只是在地面上的二維運動。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服以上現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本實用新型的目的在于，提供一種全新的球型機器人，它的殼體是透明的，內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰可見，它靈活巧妙的運用了獨特的運動原理來完成球型機器人的靈活運動、轉(zhuǎn)向、制動、爬樓梯、游泳等功能。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是一種球型機器人，包括，一透明的球體外殼；其特征在于，該球體外殼由球臺和兩端對稱的球冠連接組成；在球臺兩端分別連接有密封輪輻，在密封輪輻的中心線位置上設(shè)置有方軸，方軸上設(shè)置有搖籃；搖籃與密封輪輻通過軸承連接在一起，在方軸上還設(shè)置有一對離合器，該對離合器各連接有一滑塊；滑塊之間裝有反向螺紋的螺桿；搖籃的兩端分別有伸縮架，搖籃上部設(shè)有驅(qū)動機器人運動的帶有變速箱的第二電機，以及用于打開球冠的第三電機和用于打開伸縮架的第四電機；搖籃上的帶有變速箱的第二電機通過一對齒輪和密封輪輻連接，驅(qū)動搖籃上的第三電機通過蝸輪、蝸桿傳動，帶動方軸轉(zhuǎn)動；搖籃上的第四電機通過蝸輪、蝸桿驅(qū)使螺桿轉(zhuǎn)動；搖籃底部中心部位還有一豎軸，豎軸上配置有配重盤，配重盤的上方有用于給帶有變速箱的第二電機、第三電機、第四電機供電的導(dǎo)電盤，配重盤的底部有第一電機，第一電機通過一對齒輪與豎軸連接。
本發(fā)明的其它一些特點是，所述搖籃和密封輪輻通過軸承連接。
所述配重盤和豎軸通過軸承連接。
所述導(dǎo)電盤的上盤和豎軸固定連接，其下盤和配重盤固定連接。
所述伸縮架的兩個支撐腳其中一個裝有軸承。
本實用新型的球型機器人，采用全新的機械結(jié)構(gòu)和獨特的運動方式，具有爬樓梯和游泳的特殊功能，為日后的現(xiàn)代娛樂、機器人競技、科學(xué)探索及檢測開辟了新的途徑。申請人已制造了一個直徑250毫米的無線遙控的球型機器人，并通過了多次實驗和改進(jìn)使其通過了多種性能的檢測，圓滿的實現(xiàn)了前后運動、原地旋轉(zhuǎn)、爬樓梯和游泳的功能。


圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2是多功能伸縮架的結(jié)構(gòu)示意圖。
以下是結(jié)合附圖和球型機器人的功能及原理對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型的球型機器人，其結(jié)構(gòu)包括，一透明的球體外殼；其特征在于，該球體外殼由球臺12和兩端對稱的球冠6、21連接組成；在球臺12兩端分別連接有密封輪輻8和密封輪輻19，在密封輪輻8、19的中心線位置上設(shè)置有方軸14，方軸14上設(shè)置有搖籃5；搖籃5與密封輪輻8、19通過軸承連接在一起，在方軸14上還設(shè)置有一對離合器11、17，離合器11、17各連接有一滑塊10、18；滑塊10、18之間裝有反向螺紋的螺桿16；搖籃5的兩端分別有伸縮架7、20，搖籃5上部設(shè)有驅(qū)動機器人運動的帶有變速箱的第二電機9，以及用于打開球冠6、21的第三電機13和用于打開伸縮架7、20的第四電機15；搖籃5上的帶有變速箱的第二電機9通過一對齒輪c、齒輪d和密封輪輻8連接，驅(qū)動搖籃5上的第三電機13通過蝸輪e、蝸桿f傳動，帶動方軸14轉(zhuǎn)動；搖籃5上的第四電機15通過蝸輪g、蝸桿h驅(qū)使螺桿16轉(zhuǎn)動；搖籃5底部中心部位還有一豎軸4，豎軸4上配置有配重盤2，配重盤2的上方有用于給帶有變速箱的第二電機9、第三電機13、第四電機15供電的導(dǎo)電盤3，配重盤2的底部有第一電機1，第一電機1通過一對齒輪a、b與豎軸4連接。
本實用新型的球型機器人能實現(xiàn)在地面上前進(jìn)后退及旋轉(zhuǎn)、爬樓梯和游泳的動作，其工作原理是1.在球型機器人的底部安裝的配重盤，其重量占整個球型機器人總重的很大部分，這樣就使得球型機器人的重心靠近地面，從而保證了球型機器人在運動中的穩(wěn)定。配重盤的重心移動使得整個球體滾動，配重盤的轉(zhuǎn)動給整個球體的原地旋轉(zhuǎn)提供了必要條件，根據(jù)所學(xué)的力學(xué)知識就可以得出配重盤轉(zhuǎn)動的同時也給球體一個反向轉(zhuǎn)動的動力，由于整個球體和地面的轉(zhuǎn)動摩擦力很小，所以當(dāng)驅(qū)使配重盤轉(zhuǎn)動時，球體就會反向轉(zhuǎn)動，而且球體相對地面轉(zhuǎn)動的速度要比配重盤相對地面轉(zhuǎn)動的速度要快。這樣就確保了球型機器人靈活的運動、轉(zhuǎn)向、原地旋轉(zhuǎn)。
2、該球型機器人透明外殼被分成三個部分即中間的大殼體和兩邊對稱的球冠，兩邊的球冠里面分別設(shè)置有多功能大行程剪式伸縮架，當(dāng)需要爬樓梯時兩邊對稱的兩塊球冠會自動打開，這樣多功能伸縮架伸開時就會接觸地面從而使整個球體脫離地面并上升，伸縮架的兩個支撐腳一個裝有軸承，保證了兩腳的摩擦力一大一小，這樣在伸縮架伸開的同時球體不但上升而且還伴有前移的動作，當(dāng)上升到所需要的高度時驅(qū)動球體內(nèi)的配重盤使其重心前傾，這樣整個球體就會傾到樓梯的臺階上，然后使伸縮架收回調(diào)整一下球體的位置，這樣重復(fù)以上動作就可以連續(xù)不斷的爬樓梯了。
3、在球型機器人球體內(nèi)有兩個密封的輪輻，在水中能避免水進(jìn)入球臺內(nèi)，由于整個球型機器人的質(zhì)量不是太大，這樣把機器人放入水里其球體的中線仍在水平面以上，在水中讓兩邊的球冠打開這樣多功能伸縮架就能露出，由于多功能伸縮架反向有自鎖功能所以當(dāng)反向轉(zhuǎn)動伸縮架時，多功能伸縮架就不是伸開而會是象船漿一樣撥水，從而實現(xiàn)在水里游泳的功能。
以下對各個實現(xiàn)的動作進(jìn)一步的描述。
機器人的前進(jìn)后退動作如圖1所示整個透明球體分為中間大殼體12和兩邊球冠6、21三個部分。密封輪輻8、19和球臺12是固定連接的，中間的搖籃5和密封輪輻8、19是軸承連接的。豎軸4和搖籃5是固定連接，配重盤2和豎軸4是軸承連接，9是電機和變速箱和搖籃是固定連接的。電極9通過變速箱帶動齒輪c，齒輪c和齒輪d嚙合，齒輪d和輪輻8是固定連接的。電源部分設(shè)置在配重盤2的上面，通過導(dǎo)電盤3給搖籃5上的帶有變速箱的第二電機9、第三電機13、第四電機15供電，導(dǎo)電盤3的上盤和豎軸4固定連接下盤和配重盤固定連接。這樣，當(dāng)帶有變速箱的第二電機9工作，就會使搖籃5和配重盤2擺動，由于整個機器人的重心集中在配重盤上面，當(dāng)搖籃5帶著配重盤2擺動時，就相當(dāng)機器人的重心在移動，所以機器人也就會滾動，若第二電機和變速箱9中的電機連續(xù)工作，機器人就會連續(xù)運動，其電機反向工作時機器人就會反向運動。
機器人的轉(zhuǎn)彎和原地旋轉(zhuǎn)如圖1所示電機1和配重盤是固定連接的，主電機1通過變速箱帶動齒輪a，齒輪a和齒輪b嚙合，齒輪b和豎軸4是固定連接的。當(dāng)電機1工作時驅(qū)動齒輪a并帶動齒輪b，配重盤2和豎軸4是軸承聯(lián)接，所以配重盤就會繞豎軸4轉(zhuǎn)動。當(dāng)電機1驅(qū)動配重盤轉(zhuǎn)動時，由于力的作用是相互的所以配重盤就會有驅(qū)使球體反向運動的趨勢。由于配重盤2的質(zhì)量占整個球體總質(zhì)量的大部分，而球體外殼12和地面接觸的面積很小，因而轉(zhuǎn)動摩擦力很小。由力學(xué)知識可知當(dāng)驅(qū)動配重盤轉(zhuǎn)動時球體就會反向轉(zhuǎn)動，而且球體相對地面轉(zhuǎn)動的速度要比配重盤相對地面轉(zhuǎn)動的速度要快，這樣就能實現(xiàn)靈活轉(zhuǎn)彎的動作。而當(dāng)電機1連續(xù)工作時，球體就會連續(xù)轉(zhuǎn)動從而實現(xiàn)原地旋轉(zhuǎn)的動作。
爬樓梯動作如圖1所示透明球體是分為球臺12和兩邊球冠6、21三部分。當(dāng)需要上樓梯臺階時，兩邊的球冠6、21能打開，球冠6、12的打開是由電機15來實現(xiàn)的，電機15工作時通過蝸輪蝸桿g、h驅(qū)使螺桿16轉(zhuǎn)動，螺桿16兩端各有一個由螺紋聯(lián)接的滑塊10、18，滑塊又和離合器11、17連接，離合器11、17固定穿在伸縮軸上并和伸縮架7、20連接在一起，兩邊球體6、21又和伸縮軸連接在一起。螺桿16轉(zhuǎn)動時兩邊的滑塊10、18同時向兩邊移動，同時帶動離合器11、17向兩邊移動，這樣兩邊的球冠6、21就會打開，為多功能伸縮架7、20打開提供了空間。伸縮架伸開是由電機13通過通過蝸輪蝸桿e、f傳動，來帶動方軸14轉(zhuǎn)動，方軸14轉(zhuǎn)動纏繞繩子就會把伸縮架伸開。這樣多功能伸縮架7、20伸開時就會接觸地面從而使整個球體脫離地面并上升，伸縮架的兩個支撐腳一個裝有軸承，保證了兩腳的摩擦力一大一小，這樣在伸縮架伸開的同時球體不但上升而且還伴有前移的動作，當(dāng)上升到所需要的高度時電機9工作驅(qū)使球體重心前傾，這樣整個球體就會傾到樓梯的臺階上，然后使伸縮架收回調(diào)整一下球體的位置，這樣重復(fù)以上動作就可以連續(xù)不斷的爬樓梯了。
游泳動作如圖所示密封輪輻8、19和球臺12是固定連接的，密封輪輻能起到防止水進(jìn)入球臺的作用。由于整個機器人的質(zhì)量不是太大，所以在水中時球體的中線仍在水平面以上。在水中先讓電機15工作讓兩邊的球冠6、21打開，這樣多功能伸縮架7、20就能露出，由于多功能伸縮架反向有自鎖功能所以當(dāng)電機13反向轉(zhuǎn)動伸縮架時，多功能伸縮架就不是伸開而會是象船漿一樣撥水，從而實現(xiàn)在水里游泳的功能。
綜上所述，本實用新型的球型機器人與已有技術(shù)相比，有以下幾項功能1)球型機器人在地面運動時具有轉(zhuǎn)動靈活運動平穩(wěn)能實現(xiàn)原地旋轉(zhuǎn)、前進(jìn)、后退、具有全方位的功能，從而避免了在運動中有死角出現(xiàn)。
2)球型機器人能依靠球體內(nèi)的巧妙傳動機構(gòu)使其脫離地面達(dá)到臺階上，實現(xiàn)了球型機器人爬樓梯的特殊功能。
3)球體內(nèi)的密封輪輻和多功能伸縮架發(fā)揮的作用實現(xiàn)了球型機器人能在水里游泳的特殊功能。
權(quán)利要求1.一種球型機器人，包括，一透明的球體外殼；其特征在于，該球體外殼由球臺(12)和兩端對稱的球冠(6、21)連接組成；在球臺(12)兩端分別連接有密封輪輻(8、19)，在球臺(12)內(nèi)的密封輪輻(8、19)的中心線位置上設(shè)置有方軸(14)，方軸(14)上設(shè)置有搖籃(5)；搖籃(5)與密封輪輻(8、19)通過軸承連接在一起，在方軸(14)上還設(shè)置有一對離合器(11、17)，離合器(11、17)各連接有一滑塊(10、18)；滑塊(10、18)之間裝有反向螺紋的螺桿(16)；搖籃(5)的兩端分別有伸縮架(7)和伸縮架(20)，搖籃(5)上部設(shè)有驅(qū)動機器人運動的帶有變速箱的第二電機(9)，以及用于打開球冠(6、21)的第三電機(13)和用于打開伸縮架(7、20)的第四電機(15)；搖籃(5)上的帶有變速箱的第二電機(9)通過一對齒輪c、齒輪d和密封輪輻(8)連接，驅(qū)動搖籃(5)上的第三電機(13)通過蝸輪e、蝸桿f傳動，帶動方軸(14)轉(zhuǎn)動；搖籃(5)上的第四電機(15)通過蝸輪g、蝸桿h驅(qū)使螺桿(16)轉(zhuǎn)動；搖籃(5)底部中心部位還有一豎軸(4)，豎軸(4)上配置有配重盤(2)，配重盤(2)的上方有用于給帶有變速箱的第二電機(9)、第三電機(13)、第四電機(15)供電的導(dǎo)電盤(3)，配重盤(2)的底部有第一電機(1)，第一電機(1)通過一對齒輪a、b與豎軸(4)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的球型機器人，其特征在于，所述搖籃(5)和密封輪輻(8、19)通過軸承連接。
3.如權(quán)利要求1所述的球型機器人，其特征在于，所述配重盤(2)和豎軸(4)通過軸承連接。
4.如權(quán)利要求1所述的球型機器人，其特征在于，所述導(dǎo)電盤(3)的上盤和豎軸(4)固定連接，其下盤和配重盤(2)固定連接。
5.如權(quán)利要求1所述的球型機器人，其特征在于，所述伸縮架(7、20)的兩個支撐腳其中一個裝有軸承。
專利摘要本實用新型公開了一種球型機器人，包括，一透明的球體外殼；該球體外殼由球臺和兩端對稱的球冠連接組成；在球臺兩端分別連接有密封輪輻，在球臺內(nèi)的密封輪輻的中心線位置上設(shè)置有方軸，方軸上設(shè)置有搖籃；搖籃的兩端分別有伸縮架，搖籃上部設(shè)有驅(qū)動機器人運動的帶有變速箱的電機，以及用于打開球冠和用于打開伸縮架的電機；搖籃底部中心部位還有一豎軸，豎軸上配置有配重盤，配重盤的上方有導(dǎo)電盤。本實用新型的球型機器人能實現(xiàn)在地面上前進(jìn)后退及旋轉(zhuǎn)、爬樓梯和游泳的動作。
文檔編號B62D57/00GK2765804SQ200420086188
公開日2006年3月22日 申請日期2004年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月15日
發(fā)明者馬錫琪, 孫華雷, 唐懷丹, 張曉峰, 焦榮 申請人:西安思源職業(yè)學(xué)院