萬向移動機器人的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種萬向移動機器人。目前移動機器人對于復雜地形適應能力差，且多不具備獨立作業能力。本實用新型包括上車體、下車體、驅動系統和萬向輪；驅動系統包括蝸輪、蝸輪安裝軸、主動直齒輪、從動直齒輪、萬向輪安裝軸、主動錐齒輪、從動錐齒輪、從動錐齒輪安裝軸、差速器、主驅動電機、蝸桿、差速器驅動電機和主動錐齒輪安裝軸；每根蝸輪安裝軸的兩端均固定有一個主動直齒輪，每個主動直齒輪與一個從動直齒輪嚙合，每個從動直齒輪活套在一根萬向輪安裝軸上；每根萬向輪安裝軸的一端與一個萬向輪固定。本實用新型可實現在水平面內的平移運動及繞某點的圓周運動、垂直水平面的旋轉運動。
【專利說明】萬向移動機器人
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于機器人【技術領域】，涉及一種移動機器人，具體涉及一種具有三自由度完全解耦的萬向移動機器人。
【背景技術】
[0002]機器人技術的發展使得機器人應用的領域和范圍不斷擴展，不僅在軍事、工業、農業、醫療、服務、空間探測等行業中得到廣泛的應用，而且在航天、海洋探測、危險或條件惡劣的特殊環境中也獲得了大量應用。隨著機器人應用范圍的擴大，人們希望機器人能完成更加復雜的任務。移動機器人作為承載的工作平臺，其運動性能對任務的完成效果有直接影響。對于一些執行特殊任務的移動機器人，要求其不僅能在狹窄的地形環境下具有靈活運動的能力，還要求其具有跟蹤近距離任意的運動軌跡的能力。目前移動機器人對于多變的復雜地形適應能力相對較差，且多不具備獨立作業能力。結合移動機器人的任務需求，迫切需要設計一種具有三自由度(水平面內的兩個平移自由度，豎直面內的轉動自由度)完全解耦的機器人，使其自主適應復雜地形環境，并獨立完成探測任務和實現一定的作業功會泛。
【發明內容】
[0003]本實用新型的目的是針對現有技術的不足，提供一種萬向移動機器人，該移動機器人可以通過驅動系統實現在水平面內任意方向的平移運動、垂直于水平面的旋轉運動和水平面內繞某點的圓周運動。
[0004]本實用新型包括上車體、下車體、驅動系統和萬向輪。所述的上車體和下車體均為箱體，上車體設置在下車體上，且兩者可拆卸連接。驅動系統整體設置在上車體和下車體內部，萬向輪設置在上車體和下車體外部，驅動系統驅動萬向輪旋轉。
[0005]所述的驅動系統包括蝸輪、蝸輪安裝軸、主動直齒輪、從動直齒輪、萬向輪安裝軸、主動錐齒輪、從動錐齒輪、從動錐齒輪安裝軸、差速器、主驅動電機、蝸桿、差速器驅動電機和主動錐齒輪安裝軸；所述兩個主驅動電機的輸出軸均與一根蝸桿固定連接，每根蝸桿與一個蝸輪嚙合，每個蝸輪固定在一根蝸輪安裝軸中部；兩根蝸輪安裝軸水平垂直設置，每根蝸輪安裝軸的兩端均固定有一個主動直齒輪，每個主動直齒輪與一個從動直齒輪嚙合，每個從動直齒輪活套在一根萬向輪安裝軸上；相鄰兩根萬向輪安裝軸垂直設置，每根萬向輪安裝軸的一端與一個萬向輪的中心固定連接。所述差速器驅動電機的輸出軸與主動錐齒輪安裝軸固定連接，主動錐齒輪固定在主動錐齒輪安裝軸上，并同時與沿圓周均布的四個從動錐齒輪嚙合，每個從動錐齒輪固定在一根從動錐齒輪安裝軸的一端，每根從動錐齒輪安裝軸的另一端與對應的萬向輪安裝軸的另一端均通過一個差速器連接，每個差速器的差速器殼體與對應的從動直齒輪固定。所述的蝸桿、蝸輪安裝軸、萬向輪安裝軸、主動錐齒輪安裝軸和從動錐齒輪安裝軸均與下車體軸承連接。
[0006]所述的差速器包括差速器殼體、輸入軸、行星軸、輸入錐齒輪、行星錐齒輪和輸出錐齒輪；所述的輸入軸和行星軸均與差速器殼體軸承連接；所述的輸入錐齒輪固定在輸入軸上，兩個行星錐齒輪固定在行星軸的兩端；兩個行星錐齒輪的一側均與輸入錐齒輪嚙合，另一側均與輸出錐齒輪哺合。每個差速器的輸入軸伸出差速器殼體外，并通過離合器與一根從動錐齒輪安裝軸連接，每根萬向輪安裝軸伸入對應差速器的差速器殼體內，并與輸出錐齒輪固定。
[0007]所述的萬向輪包括兩個輪體、滾子和支架；每個輪體沿圓周均布設置有多個滾子，每個滾子通過一根滾子安裝軸與固定在輪體上的支架軸承連接。所述的兩個輪體固定連接，且一個輪體上的滾子與另一個輪體上的滾子沿圓周方向依次交替排布。
[0008]本實用新型的有益效果:
[0009]1、本實用新型可以通過驅動系統實現在水平面內任意方向的平移運動、垂直于水平面的旋轉運動和水平面內繞某點的圓周運動；
[0010]2、本實用新型中萬向輪的設計保證了車輪與地面的連續接觸，有效減少本實用新型的車體振動，增加輪地的附著系數，增強其越障性能；
[0011]3、本實用新型中驅動系統的傳動機構采用蝸輪蝸桿、直齒輪副和錐齒輪副，結構簡單、安裝方便、定位準確、精度高、動作快，具有較好的靈活性和適應性，工作效率高。
[0012]4、本實用新型采用三個動力源(電機)，分別對三個自由度進行控制操作，操作簡便，驅動效率高，車體空間利用率高；
[0013]5、本實用新型應用廣泛，除可在軍事、工業、農業、醫療、服務、空間探測等行業中使用外，還可在航天、海洋探測、危險或條件惡劣的特殊環境中用作移動探測載體，還可作為教育領域的實驗平臺。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型的整體結構立體圖；
[0015]圖2為本實用新型去除上車體后的結構立體圖；
[0016]圖3為本實用新型的機構運動簡圖；
[0017]圖4為圖3的正視圖；
[0018]圖5為本實用新型中差速器的結構示意圖；
[0019]圖6為本實用新型中萬向輪的結構立體圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明。
[0021]如圖1和2所示，萬向移動機器人包括上車體1、下車體2、驅動系統和萬向輪3。上車體I和下車體2均為箱體，上車體I設置在下車體2上，且兩者可拆卸連接。驅動系統整體設置在上車體I和下車體2內部，萬向輪3設置在上車體I和下車體2外部，驅動系統驅動萬向輪3旋轉。
[0022]如圖2、3和4所示，驅動系統包括蝸輪4、蝸輪安裝軸5、主動直齒輪6、從動直齒輪
7、萬向輪安裝軸8、主動錐齒輪9、從動錐齒輪10、從動錐齒輪安裝軸11、差速器12、主驅動電機13、蝸桿14、差速器驅動電機15和主動錐齒輪安裝軸16 ;兩個主驅動電機13的輸出軸均與一根蝸桿14固定連接，每根蝸桿14與一"Iv蝸輪4哺合，每個蝸輪4固定在一根蝸輪安裝軸5中部；兩根蝸輪安裝軸5水平垂直設置，每根蝸輪安裝軸5的兩端均固定有一個主動直齒輪6，每個主動直齒輪6與一個從動直齒輪7嚙合，每個從動直齒輪7活套在一根萬向輪安裝軸8上；相鄰兩根萬向輪安裝軸8垂直設置，每根萬向輪安裝軸8的一端與一個萬向輪3的中心固定連接。差速器驅動電機15的輸出軸與主動錐齒輪安裝軸16固定連接，主動錐齒輪9固定在主動錐齒輪安裝軸16上，并同時與沿圓周均布的四個從動錐齒輪10嚙合，每個從動錐齒輪10固定在一根從動錐齒輪安裝軸11的一端，每根從動錐齒輪安裝軸11的另一端與對應的萬向輪安裝軸8的另一端均通過一個差速器12連接，每個差速器的差速器殼體12-1與對應的從動直齒輪7固定。蝸桿14、蝸輪安裝軸5、萬向輪安裝軸8、主動錐齒輪安裝軸16和從動錐齒輪安裝軸11均與下車體2軸承連接。
[0023]如圖2、3和5所示，差速器12包括差速器殼體12-1、輸入軸12_2、行星軸12_3、輸入錐齒輪12-4、行星錐齒輪12-5和輸出錐齒輪12-6 ;輸入軸12_2和行星軸12_3均與差速器殼體12-1軸承連接；輸入錐齒輪12-4固定在輸入軸12-2上，兩個行星錐齒輪12_5固定在行星軸12-3的兩端；兩個行星錐齒輪12-5的一側均與輸入錐齒輪12-4嚙合，另一側均與輸出錐齒輪12-6嚙合。每個差速器12的輸入軸12-2伸出差速器殼體12-1外，并通過離合器與一根從動錐齒輪安裝軸11連接，每根萬向輪安裝軸8伸入對應差速器12的差速器殼體12-1內，并與輸出錐齒輪12-4固定。
[0024]如圖6所示，萬向輪3包括兩個輪體3-1、滾子3-2和支架3-3 ;每個輪體3_1沿圓周均布設置有四個滾子3-2，每個滾子3-2通過一根滾子安裝軸3-4與固定在輪體上的支架
3-3軸承連接。兩個輪體3-1固定連接，且一個輪體3-1上的滾子3-2與另一個輪體3-1上的滾子3-2沿圓周方向依次交替排布。
[0025]該萬向移動機器人實現各個運動的原理如下:
[0026]在水平面內任意方向的平移運動:差速器驅動電機15不開啟，兩個主驅動電機13配合使用，分別將動力傳遞給對應的蝸桿14，蝸輪4與蝸桿14嚙合將動力傳遞至蝸輪安裝軸5，蝸輪安裝軸5帶動其兩端的主動直齒輪6旋轉，主動直齒輪6和從動直齒輪7嚙合并經差速器12將動力傳至萬向輪3，兩對萬向輪3由于不同的轉速可以合成任意方向、大小的速度，進而該萬向移動機器人實現沿任意設定好的方向做平移動作。此時所有的離合器處于分離狀態。
[0027]垂直于水平面的旋轉運動:兩個主驅動電機13均不開啟，差速器驅動電機15開啟，動力傳遞至主動錐齒輪安裝軸16，主動錐齒輪安裝軸16帶動主動錐齒輪9旋轉，主動錐齒輪9同時與四個從動錐齒輪10嚙合，進而將動力傳至四根從動錐齒輪安裝軸11，動力經離合器和差速器12傳遞給萬向輪3，四個萬向輪3的同向轉動轉換為該萬向移動機器人垂直于水平面的旋轉運動。此時所有的離合器處于聯動狀態。
[0028]水平面內繞某點的圓周運動:兩個主驅動電機13及差速器驅動電機15配合使用，機器人在水平面內平移時，差速器驅動電機15通過控制四個離合器的離合狀態對動力進行重新分配；一對萬向輪3所受到的載荷不同時，這兩個萬向輪3之間存在速度差，進而該萬向移動機器人做繞某點的圓周運動。
[0029]該萬向移動機器人的每個輪體3-1的滾子3-2沿圓周均布，且兩個輪體3-1上的滾子3-2沿圓周方向依次交替排布，使得萬向輪3與地面接觸的任何一點在繞萬向輪安裝軸8旋轉時到萬向輪安裝軸8的距離不變。[0030]該萬向移動機器人具有操作簡單、體積小、結構緊湊的特點，可以通過驅動系統實現在水平面內任意方向的平移運動、垂直于水平面的旋轉運動和水平面內繞某點的圓周運動，以滿足其在狹窄、擁擠的場合能靈活地自由運動的需要，且有能力跟蹤近距離任意的運動軌跡，具有獨立作業能力。
【權利要求】
1.萬向移動機器人，包括上車體、下車體、驅動系統和萬向輪，其特征在于: 所述的上車體和下車體均為箱體，上車體設置在下車體上，且兩者可拆卸連接；驅動系統整體設置在上車體和下車體內部，萬向輪設置在上車體和下車體外部，驅動系統驅動萬向輪旋轉； 所述的驅動系統包括蝸輪、蝸輪安裝軸、主動直齒輪、從動直齒輪、萬向輪安裝軸、主動錐齒輪、從動錐齒輪、從動錐齒輪安裝軸、差速器、主驅動電機、蝸桿、差速器驅動電機和主動錐齒輪安裝軸；所述兩個主驅動電機的輸出軸均與一根蝸桿固定連接，每根蝸桿與一個蝸輪嚙合，每個蝸輪固定在一根蝸輪安裝軸中部；兩根蝸輪安裝軸水平垂直設置，每根蝸輪安裝軸的兩端均固定有一個主動直齒輪，每個主動直齒輪與一個從動直齒輪嚙合，每個從動直齒輪活套在一根萬向輪安裝軸上；相鄰兩根萬向輪安裝軸垂直設置，每根萬向輪安裝軸的一端與一個萬向輪的中心固定連接；所述差速器驅動電機的輸出軸與主動錐齒輪安裝軸固定連接，主動錐齒輪固定在主動錐齒輪安裝軸上，并同時與沿圓周均布的四個從動錐齒輪嚙合，每個從動錐齒輪固定在一根從動錐齒輪安裝軸的一端，每根從動錐齒輪安裝軸的另一端與對應的萬向輪安裝軸的另一端均通過一個差速器連接，每個差速器的差速器殼體與對應的從動直齒輪固定；所述的蝸桿、蝸輪安裝軸、萬向輪安裝軸、主動錐齒輪安裝軸和從動錐齒輪安裝軸均與下車體軸承連接。
2.根據權利要求1所述的萬向移動機器人，其特征在于:所述的差速器包括差速器殼體、輸入軸、行星軸、輸入錐齒輪、行星錐齒輪和輸出錐齒輪；所述的輸入軸和行星軸均與差速器殼體軸承連接；所述的輸入錐齒輪固定在輸入軸上，兩個行星錐齒輪固定在行星軸的兩端；兩個行星錐齒輪的一側均與輸入錐齒輪嚙合，另一側均與輸出錐齒輪嚙合；每個差速器的輸入軸伸出差速器殼體外，并通過離合器與一根從動錐齒輪安裝軸連接，每根萬向輪安裝軸伸入對應差速器的差速器殼體內，并與輸出錐齒輪固定。
3.根據權利要求1所述的萬向移動機器人，其特征在于:所述的萬向輪包括兩個輪體、滾子和支架；每個輪體沿圓周均布設置有多個滾子，每個滾子通過一根滾子安裝軸與固定在輪體上的支架軸承連接；所述的兩個輪體固定連接，且一個輪體上的滾子與另一個輪體上的滾子沿圓周方向依次交替排布。
【文檔編號】B62D61/00GK203601427SQ201320735047
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月19日 優先權日:2013年11月19日
【發明者】胡明, 王黎喆, 周迅, 陳文華, 撖亞頔, 錢萍, 周健, 楊士彩, 章斌, 馮軍 申請人:浙江理工大學