摩擦式內驅動全方位球形機器人機構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及移動機器人技術，具體為一種摩擦式內驅動全方位球形機器人機構。
【背景技術】
[0002]移動機器人按移動方式可分為輪式、履帶式、腿式、蛇形式、跳躍式和復合式。其中，履帶式機器人在松軟的地面附著性能和通過性能好，適用于爬樓梯和越障;腿式機器人可以能適應復雜的地形;蛇形式和跳躍式機器人一般在復雜環境、特殊環境和機動性等方面具有其獨特的優越性。
[0003]所述機器人在各自的應用領域都有很大的優勢，其共同的不足之處在于無法進行靈活自由的轉向和全方位的移動，在與人協作時，不能快速跟隨人的動作對運行方向做出改變，從而限制了人機協作的應用場合。
[0004]在此基礎上，國、內外進一步研發出了球形機器人，所述球形機器人具有輪式機器人的機動性能和承載能力，并且綜合了腿式機器人適應不同的地形環境的優點，結構簡單、靈活輕快。
[0005]所述球形機器人所有零部件都封裝在一個球殼內，現有的驅動方式有單輪驅動，小車驅動，萬向輪驅動，電機定子反轉驅動和配重體驅動等;這些驅動方式各有特色，可以實現球體的原地回轉和全向滾動，但是這些方案中，球殼內的所有部件隨著球體一起滾動，無法為系統的功能設備儀器提供一個穩定搭載平臺。
【實用新型內容】
[0006]針對現有技術的不足，本實用新型所要解決的技術問題是提出了一種為系統提供一個穩定平臺以搭載儀器設備的摩擦式內驅動全方位球形機器人機構。
[0007]能夠解決上述技術問題的摩擦式內驅動全方位球形機器人機構，其技術方案包括同心設置的內、外球殼以及設于內、外球殼之間的支撐驅動組件，所述支撐驅動組件包括旋轉驅動輪和牛眼支撐輪，三個與外球殼接觸的旋轉驅動輪通過對應設置的旋轉驅動輪架安裝在內球殼的下半球殼體上，各旋轉驅動輪的中心位置分別對應于自內球殼球心引出的三條正交軸線上，各旋轉驅動輪的軸線匯交于內球殼球心的正下方，所述旋轉驅動輪架上設有驅動旋轉驅動輪轉動的步進電機和檢測旋轉驅動輪轉速的增量式編碼器;三個與外球殼接觸的牛眼支撐輪通過對應設置的牛眼支撐輪架安裝在內球殼的上半球殼體上，各牛眼支撐輪的軸線分別處于對應旋轉驅動輪所處正交軸線的延長線上。
[0008]上述結構中，通過旋轉驅動輪的輪面摩擦驅動外球殼實現全方位運動，三個旋轉驅動輪的安裝位置與球心的連線完全正交，而且各自的旋轉軸中心線匯交于一點，通過這種對稱的安裝布局，簡化了控制系統的數學模型，降低了控制上的難度。
[0009]各牛眼支撐輪架的一種結構包括支撐桿、支撐板和壓緊彈簧，所述支撐桿與對應牛眼支撐輪同軸安裝于內球殼上，所述牛眼支撐輪安裝于支撐板上，所述支撐板通過底部定位孔安裝在支撐桿上，所述彈簧壓緊安裝在支撐板與內球殼之間的支撐桿上。
[0010]為使機構結構緊湊，所述內球殼上對應開設有避讓各旋轉驅動輪的開口，可使旋轉驅動輪的部分輪體進入內球殼，在旋轉驅動輪大小不變的情況下，可以減小內、外球殼之間的距離。
[0011 ]本實用新型的有益效果:
[0012]1、本實用新型摩擦式內驅動全方位球形機器人機構的質心位于綜合體的下半部，這種質心偏置的設計可以使內球殼在重力作用下只產生角度很小的擺動，從而使得內球殼在外球殼滾動時保持基本不動。
[0013]2、本實用新型的三個的結構和尺寸完成一樣，且安裝位置均布對稱，大大降低了系統運動的控制難度。
[0014]3、本實用新型的三個旋轉驅動輪經電機的驅動能夠產生三個不同的速度矢量，這三個不同方向的速度矢量可以合成為空間中任意方向的速度矢量，從而實現外球殼全方位的運動。
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型一種實施方式的立體圖。
[0016]圖2為圖1實施方式的仰視圖。
[0017]圖3為圖1實施方式的俯視圖。
[0018]圖號標識:1、內球殼;2、外球殼;3、旋轉驅動輪;4、牛眼支撐輪;5、旋轉驅動輪架；
6、支撐板;7、步進電機;8、增量式編碼器;9、彈簧;10、開口。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖所示實施方式對本實用新型的技術方案作進一步說明。
[0020]本實用新型包括內球殼I和外球殼2，所述內球殼I通過支撐驅動組件同心安裝在外球殼2內，如圖1、圖2、圖3所示。
[0021 ]所述支撐驅動組件包括三個旋轉驅動輪3和三個牛眼支撐輪4。
[0022]三個與外球殼2接觸的旋轉驅動輪3圓周均布設于內球殼I的下半球殼與外球殼2的下半球殼之間，三個旋轉驅動輪3的位置中心與內球殼I球心的連線為三軸正交軸線，三個旋轉驅動輪3的回轉中心線向下匯交于一點，該匯交點處于內球殼I球心的正下方;各旋轉驅動輪3通過對應設置的旋轉驅動輪架5安裝于內球殼I上，對應于旋轉驅動輪3—端輪軸于旋轉驅動輪架5上安裝步進電機7，所述步進電機7的輸出軸連接該軸端，對應于旋轉驅動輪3另一端輪軸于旋轉驅動輪架5上安裝增量式編碼器8，所述增量式編碼器8的輸出軸連接所述軸端;對應于各旋轉驅動輪3于內球殼I上開設開口 10，使得各旋轉驅動輪3的一部分輪體進入內球殼I中，如圖1、圖2、圖3所示。
[0023]三個牛眼支撐輪4圓周均布于內球殼I的上半球殼，均與外球殼2的上半球殼接觸，三個牛眼支撐輪4的位置軸線分別處于三個旋轉驅動輪3的位置中心對應軸線的延長線上，所述牛眼支撐輪4通過牛眼支撐輪架安裝在內球殼I上，所述牛眼支撐輪架包括支撐桿、支撐板6和壓緊彈簧9，所述支撐桿與對應牛眼支撐輪4同軸安裝在內球殼I上，牛眼支撐輪4安裝在支撐板6上，所述支撐板6通過底部的定位孔安裝于支撐桿上，所述彈簧9壓緊安裝在內球殼I與支撐板6之間的支撐桿上，如圖1、圖2、圖3所示。
[0024]本實用新型的運行方式:
[0025]三個旋轉驅動輪3經過步進電機7的驅動產生三個不同方向的速度矢量，這三個不同方向的速度矢量可以合成為空間中任意方向的速度矢量，從而實現外球殼2的全方位運動行走，在此過程中，內球殼I在豎直方向僅有小幅度擺動，不會產生周轉。
【主權項】
1.摩擦式內驅動全方位球形機器人機構，其特征在于:包括同心設置的內、外球殼(1、2)以及設于內、外球殼(1、2)之間的支撐驅動組件，所述支撐驅動組件包括旋轉驅動輪(3)和牛眼支撐輪(4)，三個與外球殼(2)接觸的旋轉驅動輪(3)通過對應設置的旋轉驅動輪架(5)安裝在內球殼(I)的下半球殼體上，各旋轉驅動輪(3)的中心位置分別對應于自內球殼(I)球心引出的三條正交軸線上，各旋轉驅動輪(3)的軸線匯交于內球殼(I)球心的正下方，所述旋轉驅動輪架(5)上設有驅動旋轉驅動輪(3)轉動的步進電機(7)和檢測旋轉驅動輪(3)轉速的增量式編碼器(8);三個與外球殼(2)接觸的牛眼支撐輪(4)通過對應設置的牛眼支撐輪架安裝在內球殼(I)的上半球殼體上，各牛眼支撐輪(4)的軸線分別處于對應旋轉驅動輪(3)所處正交軸線的延長線上。2.根據權利要求1所述的摩擦式內驅動全方位球形機器人機構，其特征在于:各牛眼支撐輪架包括支撐桿、支撐板(6)和壓緊彈簧(9)，所述支撐桿與對應牛眼支撐輪(4)同軸安裝于內球殼(I)上，所述牛眼支撐輪(4)安裝于支撐板(6)上，所述支撐板(6)通過底部定位孔安裝在支撐桿上，所述彈簧(9)壓緊安裝在支撐板(6)與內球殼(I)之間的支撐桿上。3.根據權利要求1或2所述的摩擦式內驅動全方位球形機器人機構，其特征在于:所述內球殼(I)上對應開設有避讓各旋轉驅動輪(3)的開口( 1)。
【專利摘要】本實用新型公開了一種摩擦式內驅動全方位球形行走機構，包括同心的內、外球殼之間的支撐驅動組件，支撐驅動組件包括旋轉驅動輪和牛眼支撐輪，三個與外球殼接觸的旋轉驅動輪安裝在內球殼的下半球殼體上，各旋轉驅動輪的中心位置分別對應于自內球殼球心引出的三條正交軸線上，各旋轉驅動輪的軸線匯交于內球殼球心的正下方，設有驅動旋轉驅動輪的步進電機和檢測旋轉驅動輪的增量式編碼器；三個與外球殼接觸的牛眼支撐輪安裝在內球殼的上半球殼體上，各牛眼支撐輪的軸線分別處于于對應旋轉驅動輪所處正交軸線的延長線上。本實用新型通過三個不同方向的速度矢量可以合成為空間中任意方向的速度矢量，從而實現外球殼的全方位運動行走。
【IPC分類】B62D57/02
【公開號】CN205345105
【申請號】CN201620109635
【發明人】莊未, 朱贛閩, 江漢, 黃用華, 孫永厚, 黃美發, 劉夫云, 楊運澤, 鐘永全
【申請人】桂林電子科技大學
【公開日】2016年6月29日
【申請日】2016年2月3日