球形機器人穩定支撐機構的製作方法
2023-05-10 13:40:26
專利名稱：球形機器人穩定支撐機構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種機器人的穩定機構，特別是用於帶臂球形機器人的穩定支 撐機構。
背景技術：
帶臂球形機器人是對球形機器人技術的擴展，它是作為移動機器人的一種 的球形機器人具有了操作能力，擴大了球形機器人的應用範圍。但由於球形機 器人的球形外觀結構造成的其與地面的單點接觸支撐，在操作臂進行操作實施 的時候，單點支撐的方式導致了在任務過程中球體的不穩定，將嚴重影響操作 臂任務的實施，因此，設計一款實現帶臂球形機器人的支撐穩定機構對帶臂球 形機器人實現操作功能具有十分重要的意義。目前國內在球形機器人支撐穩定機構的研究還尚屬空白，美國密西根州立 大學在這方面有過研究成果，該支撐機構採用從球心處輻射出的三角伸縮支架 方式，實現機器人靜態穩定。但是由於其支架一直延伸到其球心處，佔用球形 機器人球殼內空間過大，並且使球形機器人運動方式設計變得複雜和困難。發明內容本發明的目的是提供一種球形機器人穩定支撐機構，其可保證球形機器人 實施動作時候(特別是帶臂球形機器人操作臂工作的時候)保持球形機器人的 靜態穩定。為實現上述目的，本發明採取以下設計方案一種球形機器人穩定支撐機構，該穩定支撐機構位於球形機器人本體的正 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器人的外球 殼整合一圓球，其上開設供支撐機構的支腳落入的槽孔，中心部固定一可供與 上方球形機器人連接的中心軸；一驅動單元，由直流無刷電機與齒輪組連接構成，齒輪組的從動輪套於中 心軸上；一絲槓傳動單元，由絲槓和與其可螺紋傳動的絲槓螺母構成，絲槓螺母套於中心軸上。一組支撐機構，各支撐機構由與絲槓螺母鉸接的上連杆及與上連杆再鉸接 的三連杆機構構成，其中該三連杆機構的第三連杆為固定在局部圓球殼上並可 滑動落入該球殼上開設的槽孔內的支腳。所述驅動單元的齒輪組可驅動絲槓傳動單元的絲槓運動；各支撐機構的上 連杆可隨絲槓傳動單元的絲槓螺母的轉動而動。所述的支腳外形與可分拆的局部圓球殼完全吻合，閉合狀態時與球殼呈完 整狀態。所述的一組支撐機構應均勻對稱分布。本發明球形機器人穩定支撐機構主要是針對帶臂的球形機器人而設計。本發明的優點是1、 本發明球形機器人穩定支撐機構可以使球形機器人動作時保持平衡狀 態，而保持在執行任務過程中球體的穩定，從而動作質量可以有所保證。2、 由於支腳外形與球殼完全吻合，閉合狀態能保證球殼形態完整性，對 球形機器人的運動性能及其他性能不產生影響。3、 傳動機構採用絲槓傳動帶動連杆機構，該傳動結構傳動效率高。4、 整個支撐穩定機構採用間距120°的三腳對稱布局，能夠保證球形機器 人靜態的各向穩定。5、 填補了國內在球形機器人支撐穩定機構的研究空白。
圖l是本發明球形機器人穩定支撐機構的結構示意圖(主視圖) 圖2是本發明球形機器人穩定支撐機構的結構示意圖(仰視圖)具體實施方式
本發明球形機器人穩定支撐機構位於球形機器人本體的正下方，可以通過其中心軸與球形機器人聯為一體。參見圖1、圖2所示，本發明球形機器人穩定支撐機構包括有 一可分拆的局部圓球殼16，該局部圓球殼可與球形機器人的外球殼整合為一圓球，其上開設供支撐機構的支腳落入的槽孔，中心部固定一可供與上方球形機器人連接的中心軸，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。本實施例中，本發明球形機器人穩定支撐機構是通過中心軸上 的軸承套4與對接的下蓋支撐18實現與上部球形機器人本體的連接。一驅動單元，由直流無刷電機14與齒輪組(8， 20)連接構成，齒輪組的 從動輪(即支腳齒輪)8套合在中心軸上，直流無刷電機14由電機架21固定。一絲槓傳動單元，由絲槓12和與其可螺紋傳動的絲槓螺母6構成；在絲 槓螺母的行程方向設限位開關，該限位開關由限位開關架13、限位開關託片 15組成，以用來防止絲槓螺母超過絲槓行程範圍；且設置一導杆24，用於限 制絲槓螺母6隻沿絲槓12軸向運動。一組支撐機構，各支撐機構包括有與絲槓螺母6鉸接的上連杆5，與上 連杆5再鉸接的三連杆機構，該三連杆機構是由連杆3、支腳l、連杆2通過 鉸鏈連接形成的，支腳1通過下蓋固定支腳22、 23與10與球殼16以鉸鏈形 式相連，其中該三連杆機構的第三連杆即為可落入局部圓球殼16的支腳1，並 與連杆5相連一起構成支撐機構。鋼套7用於減小銷軸連接處的摩擦已經增強耐磨度。軸承套9用於定位放 置絲槓軸與下蓋墊片之間的軸承。參見圖1，圖2，部件l， 2， 3， 5是通過銷軸25、 26、 27完成支撐連杆 機構。通過下蓋下蓋固定支腳與下蓋墊片與球殼固定連接。所述驅動單元的齒輪組可驅動絲槓傳動單元的絲槓運動；各支撐機構的上連杆5可隨絲槓傳動單元的絲槓螺母的轉動而動。所述的支腳外形與可分拆的局部圓球殼可完全吻合，閉合狀態能保證球殼 形態完整性，使用絲槓驅動連杆機構的傳動方式會使得傳動更為可靠。所述的一組支撐機構應均勻對稱分布；採用間距120。對稱三腳的支撐結 構布局為佳，當該組支腳撐開的時候，這種方式能保證機械臂在360°圓周旋 轉的時候的球形機器人本體的穩定。由於支腳外形與球殼完全吻合，閉合狀態能保證球殼形態完整性，對球形 機器人的運動性能及其他性能不產生影響；傳動機構採用絲槓傳動帶動連杆機 構，絲槓由電機帶動，驅動絲槓螺母沿絲槓軸向運動，從而驅動連杆機構，完 成支腳的撐開與收攏，該結構傳動效率高；整個支撐穩定機構採用間距120° 的三腳對稱布局，能夠保證球形機器人靜態的各向穩定。本發明的傳動過程為直流無刷電機14帶動齒輪組(8， 20)驅動絲槓12 轉動，進而帶動絲槓螺母6沿絲槓12軸向運動，絲槓螺母6的移動引起上連 杆5的運動，驅動支撐連杆機構運動，完成支腳l的撐開和閉合。所述的連杆2、連杆3和上連杆5均採用鋁合金材料，上述構件採用此材 料製成在保證其具有一定的剛度和強度的同時，還可以減輕整體質量。支腳l可採用不鏽鋼，保證強度和硬度，並且防止長期與外界環境接觸產 生的腐蝕。齒輪組(8， 20)可採用45號鋼，保證強度和硬度，防止長時間的磨損。 上述各實施例可在不脫離本發明的範圍下加以若干變化，故以上的說明所 包含及附圖中所示的結構應視為例示性，而非用以限制本發明的申請專利範圍。
權利要求
1. 一種球形機器人穩定支撐機構，其特徵在於該穩定支撐機構位於球形機器人本體的正下方，其包括一可分拆的局部圓球殼，該局部圓球殼可與球形機器人的外球殼整合一圓球，其上開設供支撐機構的支腳落入的槽孔，中心部固定一可供與上方球形機器人連接的中心軸；一驅動單元，由直流無刷電機與齒輪組連接構成，齒輪組的從動輪套於中心軸上；一絲槓傳動單元，由絲槓和與其可螺紋傳動的絲槓螺母構成，絲槓螺母套於中心軸上；一組支撐機構，各支撐機構由與絲槓螺母鉸接的上連杆及與上連杆再鉸接的三連杆機構構成，其中該三連杆機構的第三連杆為固定在局部圓球殼上並可滑動落入該球殼上的開設的槽孔內的支腳。
2、 根據權利要求1所述的球形機器人穩定支撐機構，其特徵在於所述 的支腳外形與可分拆的局部圓球殼完全吻合，閉合狀態時與球殼呈完整狀態。
3、 根據權利要求1所述的球形機器人穩定支撐機構，其特徵在於所述 的一組支撐機構均勻對稱分布。
4、 根據權利要求3所述的球形機器人穩定支撐機構，其特徵在於所述 的一組支撐機構為3個。
5、 根據權利要求1所述的球形機器人穩定支撐機構，其特徵在於在絲 槓螺母的行程方向設限位開關。
6、 根據權利要求1所述的球形機器人穩定支撐機構，其特徵在於所述 的上連杆及三連杆機構的連杆均採用鋁合金材料。
7、 根據權利要求1所述的球形機器人穩定支撐機構，其特徵在於所述 的支腳採用不鏽鋼。
8、 根據權利要求1所述的球形機器人穩定支撐機構，其特徵在於所述 的齒輪組採用45號鋼。
全文摘要
一種球形機器人穩定支撐機構，其位於球形機器人本體的正下方，包括一可分拆的局部圓球殼，該局部圓球殼可與球形機器人的外球殼整合一圓球，其上開設供支撐機構的支腳落入的槽孔；一驅動單元，由直流無刷電機與齒輪組連接構成；一絲槓傳動單元，由絲槓和與其可螺紋傳動的絲槓螺母構成；一組支撐機構，各支撐機構由與絲槓螺母鉸接的上連杆及與上連杆再鉸接的三連杆機構構成，其中該三連杆機構的第三連杆為固定在局部圓球殼上並可滑動落入該球殼上的開設的槽孔內的支腳；所述驅動單元的齒輪組可驅動絲槓傳動單元的絲槓運動；各支撐機構的上連杆可隨絲槓傳動單元的絲槓螺母的轉動而動。這種方式能保證機械臂在360°圓周旋轉時球形機器人本體的穩定。
文檔編號B25J19/00GK101279447SQ200810106350
公開日2008年10月8日 申請日期2008年5月12日 優先權日2008年5月12日
發明者孫漢旭, 張延恆, 曹驍偉, 賈慶軒, 趙凱亮, 鄭一力 申請人:北京郵電大學