專利名稱：三驅(qū)動球形機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種球形機(jī)器人，尤其是一種結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)動靈活可靠的三驅(qū)動球形機(jī)器人。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中有一種三驅(qū)動球形機(jī)器人，其通過三驅(qū)動，可實(shí)現(xiàn)球形機(jī)器人的全向滾動。這種三驅(qū)動機(jī)器人在球殼內(nèi)設(shè)置框架結(jié)構(gòu)，通過電機(jī)驅(qū)動框架結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動，并結(jié)合其中設(shè)置的配重的轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的全向滾動。這種框架結(jié)構(gòu)的球形機(jī)器人，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，也不夠緊湊。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于與現(xiàn)有技術(shù)的同類球形機(jī)器人的傳動方式不同且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，運(yùn)動靈活、可靠的三驅(qū)動球形機(jī)器人。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
一種三驅(qū)動球形機(jī)器人，包括一球殼、一差速傳動機(jī)構(gòu)及其驅(qū)動電機(jī)和一配重裝置； 所述球殼，在其中一個通過球心的軸線上對稱地設(shè)置兩根傳動軸，每根傳動軸的一端與所述球殼的相應(yīng)處的內(nèi)壁固聯(lián)為一體；
所述差速傳動機(jī)構(gòu)，包括一框架和三個錐齒輪，兩根所述傳動軸相鄰的軸端部可轉(zhuǎn)動地固設(shè)在所述框架上，每根所述傳動軸上可轉(zhuǎn)動地固設(shè)一個所述錐齒輪，在所述框體上另設(shè)置一配重連接軸，其通過所述球心與兩根所述傳動軸垂直，在該配重連接軸上一體固設(shè)第三個所述錐齒輪，其置于另外兩個設(shè)置在兩根所述傳動軸上的兩個錐齒輪之間且與其嚙合；
所述差速傳動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動電機(jī)，包括兩部電機(jī)，其分別設(shè)置在各自的支承架上，各所述支承架分別一體固定在兩根所述傳動軸上，每部電機(jī)的輸出軸和該電機(jī)支承架一體連接的所述傳動軸上設(shè)置的所述錐齒輪之間設(shè)置一傳動機(jī)構(gòu)；
所述配重裝置包括兩根擺桿、兩個配重體和一配重電機(jī)，兩根所述擺桿的一端設(shè)置在所述配重連接軸上且位于所述框架的兩側(cè)，其中一根所述擺桿與所述配重連接軸一體連接，另一根所述擺桿可轉(zhuǎn)動地與所述配重連接軸連接，在兩根所述擺桿的另一端一體固聯(lián)一所述配重體，在可轉(zhuǎn)動地設(shè)置所述擺桿一側(cè)的所述配重連接軸上一體固聯(lián)一支承架，其上設(shè)所述配重電機(jī)，該配重電機(jī)的輸出軸和所述配重連接軸上可轉(zhuǎn)動地設(shè)置的所述擺桿之間通過一傳動機(jī)構(gòu)連接。所述球殼可以是由兩個等大的半球殼組成，兩根所述傳動軸的軸線與兩個半球殼的剖分線垂直。本發(fā)明提供的三驅(qū)動球形機(jī)器人的運(yùn)動原理為
當(dāng)所述驅(qū)動電機(jī)的兩部電機(jī)反向等速轉(zhuǎn)動時(shí)，即可使得所述配重連接軸向一個方向轉(zhuǎn)動，這時(shí)，將可以產(chǎn)生繞所述配重連接軸的軸線的轉(zhuǎn)矩，使得球形機(jī)器人繞配重連接軸滾動；
當(dāng)所述驅(qū)動電機(jī)的兩部電機(jī)同向等速轉(zhuǎn)動時(shí)，所述配重連接軸則不同，這時(shí)，將可以產(chǎn)生繞所述傳動軸的軸線的轉(zhuǎn)矩，使得球形機(jī)器人繞傳動軸滾動；
當(dāng)所述驅(qū)動電機(jī)的兩部電機(jī)反向等速轉(zhuǎn)動，且配重電機(jī)以比驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速大一倍的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動時(shí)，使得兩個配重繞配重連接軸反向轉(zhuǎn)動，將可以產(chǎn)生繞同時(shí)垂直于傳動軸和配重連接軸的豎直軸線的方向的轉(zhuǎn)矩，使得球形機(jī)器人繞該豎直軸線轉(zhuǎn)動。由此可知，通過調(diào)整組成驅(qū)動電機(jī)的兩部電機(jī)和配重電機(jī)的啟閉以及轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速，通過所述錐齒輪的差速傳動，就可以實(shí)現(xiàn)球形機(jī)器人的全向滾動。在所述差速傳動機(jī)構(gòu)中，所述電機(jī)的輸出軸和該電機(jī)支承架一體連接的所述傳動軸上設(shè)置的所述錐齒輪之間設(shè)置的所述傳動機(jī)構(gòu)可以是一對相互嚙合的齒輪組成的傳動機(jī)構(gòu)，其中一個齒輪一體固聯(lián)在所述電機(jī)的輸出軸上，另一齒輪與所述傳動軸上的所述錐齒輪一體固聯(lián)。在所述配重裝置中，所述配重電機(jī)的輸出軸和所述配重連接軸上可轉(zhuǎn)動地設(shè)置的所述擺桿之間的所述傳動機(jī)構(gòu)可以是一對相互嚙合的齒輪組成的傳動機(jī)構(gòu)，其中一個齒輪一體固聯(lián)在所述電機(jī)的輸出軸上，另一齒輪與所述擺桿一體固聯(lián)。安裝在兩根所述傳動軸上的兩個錐齒輪相對于所述球殼的球心對稱布置。兩個配重體相對于所述球殼的球心對稱布置，兩個該配重體重量是相同的；兩根擺桿長度相同。本發(fā)明提供的三驅(qū)動球形機(jī)器人，通過使用錐齒輪構(gòu)成的差速傳動機(jī)構(gòu)，大大簡化了三驅(qū)動球形機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，還使得傳動機(jī)構(gòu)更加緊湊，傳動也更加靈活、可靠。下面通過附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。


圖1為本發(fā)明提供的三驅(qū)動球形機(jī)器人的俯視剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明提供的三驅(qū)動球形機(jī)器人的主視剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為模擬本三驅(qū)動球形機(jī)器人繞自身縱向軸線轉(zhuǎn)動的模型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為圖3模型動作的示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供的三驅(qū)動球形機(jī)器人，包括一球殼1、一差速傳動機(jī)構(gòu)及其驅(qū)動電機(jī)2和一配重裝置3 ；
球殼1是由兩個等大的半球殼11和半球殼12固接組成的。在球殼1中，其中一個通過球心的軸線，在如圖1和圖2所示的例子中，即為在水平面上的X軸方向上對稱地設(shè)置傳動軸13和傳動軸14，傳動軸13的一端與半球殼11 一體固聯(lián)，傳動軸14與半球殼12 —體固聯(lián)，兩根所述傳動軸的軸線與兩個半球殼的剖分線垂直。差速傳動機(jī)構(gòu)中，包括一框架21和三個相同的錐齒輪錐齒輪22、錐齒輪23和錐齒輪對，兩根所述傳動軸相鄰的軸端部可轉(zhuǎn)動地固設(shè)在框架21上，傳動軸13上通過軸承可轉(zhuǎn)動地固設(shè)錐齒輪22，傳動軸14上通過軸承可轉(zhuǎn)動地固設(shè)錐齒輪23。在框體21上另設(shè)置一配重連接軸25，其通過球殼1的球心與兩根所述傳動軸垂直該軸線方向及其水平面上與X軸方向垂直的Y軸方向，在該配重連接軸25上一體固設(shè)第三個錐齒輪對，其置于另外兩個設(shè)置在兩根所述傳動軸上的兩個錐齒輪之間且同時(shí)與該兩個錐齒輪嚙合。所述差速傳動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動電機(jī)，包括兩部電機(jī)電機(jī)沈和電機(jī)27。在傳動軸13上一體固設(shè)一支承架上131，在支承架131上設(shè)置電機(jī)沈，在電機(jī)沈的輸出軸上固設(shè)一直齒輪261，在傳動軸13上套上一直齒輪132，其與該傳動軸13上設(shè)置的錐齒輪22 —體固聯(lián)。直齒輪261和直齒輪132的齒數(shù)相同。在傳動軸14上一體固設(shè)一支承架上141，在支承架141上設(shè)置電機(jī)27，在電機(jī)27 的輸出軸上固設(shè)一直齒輪271，在傳動軸14上套上一直齒輪142，其與該傳動軸14上設(shè)置的錐齒輪23 —體固聯(lián)。直齒輪271和直齒輪142的齒數(shù)相同。安裝在傳動軸13和傳動軸14上的兩個錐齒輪需要相對于球殼的球心對稱布置。所述配重裝置3包括兩根擺桿、兩個配重體和一配重電機(jī)，擺桿31和擺桿32的一端分別設(shè)置在配重連接軸25上且位于框架21的兩側(cè)，其中擺桿31與配重連接軸25 —體連接，擺桿32通過軸承321可轉(zhuǎn)動地與配重連接軸25連接，在擺桿31的另一端一體固聯(lián)一配重體33，在擺桿32的另一端一體固聯(lián)一配重體34，在擺桿32 —側(cè)的配重連接軸25上一體固聯(lián)一支承架251，其上設(shè)所述配重電機(jī)35，該配重電機(jī)35的輸出軸上一體固聯(lián)一直齒輪351，在配重連接軸25上套上一直齒輪252，其與直齒輪351嚙合，其與擺桿32 —體固聯(lián)。直齒輪351和直齒輪252的齒數(shù)相同。兩個配重體要對稱布置，其重量是相同的；擺桿長度相同，這樣便于控制。通過上述三驅(qū)動球形機(jī)器人中三個電機(jī)，可以使得該球形機(jī)器人做全向滾動 設(shè)定面向錐齒輪的大頭一個端面，電機(jī)26和電機(jī)27順時(shí)針的轉(zhuǎn)動方向稱為電機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)沈和電機(jī)27同時(shí)等速正轉(zhuǎn)，且配重電機(jī)35不啟動時(shí)，錐齒輪M逆時(shí)針即反向轉(zhuǎn)動，帶動配重連接軸25配重體33和配重體34將繞配重連接軸25的軸線即Y軸反向轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生繞Y軸的轉(zhuǎn)矩，本三驅(qū)動球形機(jī)器人可繞Y軸向一個方向滾動。當(dāng)然，如果電機(jī)沈和電機(jī)27同時(shí)等速反轉(zhuǎn)，配重電機(jī)35不動，則錐齒輪M正轉(zhuǎn)，使得球形機(jī)器人繞Y 軸向另一個方向滾動。當(dāng)電機(jī)沈正轉(zhuǎn)，電機(jī)27反轉(zhuǎn)，兩電機(jī)的轉(zhuǎn)度相等，且配重電機(jī)35不啟動時(shí)，配重體33和配重體34將繞X軸轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生繞X軸的轉(zhuǎn)矩，本三驅(qū)動球形機(jī)器人可繞X軸向一個方向滾動。當(dāng)然，當(dāng)電機(jī)26和電機(jī)27的轉(zhuǎn)向顛倒過來，則球形機(jī)器人則繞X軸向另一個方向滾動。如圖3、4所示，試驗(yàn)證明，支撐在平面基礎(chǔ)上的一圓盤01上固設(shè)一 T字形支撐桿 02，在該T字形支撐桿的垂直支桿與圓盤01平面垂直，該T字形支撐桿的水平支桿02上位于兩支桿固結(jié)點(diǎn)兩側(cè)分別懸垂固聯(lián)配重03和配重04，當(dāng)兩個配重以相反的方向Ml和M2繞水平支桿02轉(zhuǎn)動時(shí)，會產(chǎn)生使得圓盤01繞T字形支撐桿的垂直支桿軸線的轉(zhuǎn)矩Fl和F2， 圓盤會繞該軸線轉(zhuǎn)動。同理，當(dāng)電機(jī)沈和電機(jī)27等速正轉(zhuǎn)，且配重電機(jī)35以與錐齒輪M轉(zhuǎn)向相反且轉(zhuǎn)速為兩個電機(jī)的轉(zhuǎn)速的兩倍轉(zhuǎn)動，使得配重體33和配重體34繞配重連接軸25即Y軸反向等速轉(zhuǎn)動，則就可以產(chǎn)生使得本三驅(qū)動球形機(jī)器人繞垂直于X軸和Y軸其通過球殼的球心的Z軸的轉(zhuǎn)矩，而使得三驅(qū)動球形機(jī)器人繞Z軸轉(zhuǎn)動。
除了上述三種電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向匹配關(guān)系之外，還可以對于所述的三部電機(jī)做多種轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)速匹配，從而可以使得本三驅(qū)動球形機(jī)器人獲得全向滾動。
權(quán)利要求
1.一種三驅(qū)動球形機(jī)器人，其特征在于包括一球殼、一差速傳動機(jī)構(gòu)及其驅(qū)動電機(jī)和一配重裝置；所述球殼，在其中一個通過球心的軸線上對稱地設(shè)置兩根傳動軸，每根傳動軸的一端與所述球殼的相應(yīng)處的內(nèi)壁固聯(lián)為一體；所述差速傳動機(jī)構(gòu)，包括一框架和三個錐齒輪，兩根所述傳動軸相鄰的軸端部可轉(zhuǎn)動地固設(shè)在所述框架上，每根所述傳動軸上可轉(zhuǎn)動地固設(shè)一個所述錐齒輪，在所述框體上另設(shè)置一配重連接軸，其通過所述球心與兩根所述傳動軸垂直，在該配重連接軸上一體固設(shè)第三個所述錐齒輪，其置于另外兩個設(shè)置在兩根所述傳動軸上的兩個錐齒輪之間且與其嚙合；所述差速傳動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動電機(jī)，包括兩部電機(jī)，其分別設(shè)置在各自的支承架上，各所述支承架分別一體固定在兩根所述傳動軸上，每部電機(jī)的輸出軸和該電機(jī)支承架一體連接的所述傳動軸上設(shè)置的所述錐齒輪之間設(shè)置一傳動機(jī)構(gòu)；所述配重裝置包括兩根擺桿、兩個配重體和一配重電機(jī)，兩根所述擺桿的一端設(shè)置在所述配重連接軸上且位于所述框架的兩側(cè)，其中一根所述擺桿與所述配重連接軸一體連接，另一根所述擺桿可轉(zhuǎn)動地與所述配重連接軸連接，在兩根所述擺桿的另一端一體固聯(lián)一所述配重體，在可轉(zhuǎn)動地設(shè)置所述擺桿一側(cè)的所述配重連接軸上一體固聯(lián)一支承架，其上設(shè)所述配重電機(jī)，該配重電機(jī)的輸出軸和所述配重連接軸上可轉(zhuǎn)動地設(shè)置的所述擺桿之間通過一傳動機(jī)構(gòu)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三驅(qū)動球形機(jī)器人，其特征在于所述球殼是由兩個等大的半球殼組成，兩根所述傳動軸的軸線與兩個半球殼的剖分線垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三驅(qū)動球形機(jī)器人，其特征在于在所述差速傳動機(jī)構(gòu)中，所述電機(jī)的輸出軸和該電機(jī)支承架一體連接的所述傳動軸上設(shè)置的所述錐齒輪之間設(shè)置的所述傳動機(jī)構(gòu)是一對相互嚙合的齒輪組成的傳動機(jī)構(gòu)，其中一個齒輪一體固聯(lián)在所述電機(jī)的輸出軸上，另一齒輪與所述傳動軸上的所述錐齒輪一體固聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三驅(qū)動球形機(jī)器人，其特征在于在所述配重裝置中，所述配重電機(jī)的輸出軸和所述配重連接軸上可轉(zhuǎn)動地設(shè)置的所述擺桿之間的所述傳動機(jī)構(gòu)是一對相互嚙合的齒輪組成的傳動機(jī)構(gòu)，其中一個齒輪一體固聯(lián)在所述電機(jī)的輸出軸上，另一齒輪與所述擺桿一體固聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三驅(qū)動球形機(jī)器人，其特征在于所述傳動機(jī)構(gòu)為一對相互嚙合的直齒輪，其中一個直齒輪固定在所述電機(jī)的輸出軸上，另一個直齒輪套設(shè)在相應(yīng)的所述傳動軸上并與該傳動軸上設(shè)置的所述錐齒輪一體固聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三驅(qū)動球形機(jī)器人，其特征在于所述傳動機(jī)構(gòu)為一對相互嚙合的直齒輪，其中一個直齒輪固定在所述電機(jī)的輸出軸上，另一個直齒輪套設(shè)在相應(yīng)的所述配重連接軸上并與該配重連接軸上設(shè)置的所述擺桿一體固聯(lián)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三驅(qū)動球形機(jī)器人，其特征在于安裝在兩根所述傳動軸上的兩個錐齒輪相對于所述球殼的球心對稱布置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的三驅(qū)動球形機(jī)器人，其特征在于兩個配重體相對于所述球殼的球心對稱布置，兩個該配重體重量是相同的；兩根擺桿長度相同。
全文摘要
本發(fā)明提供一種三驅(qū)動球形機(jī)器人，其包括一球殼，其中通過球心對稱地設(shè)置兩根傳動軸，傳動軸的一端與球殼內(nèi)壁固聯(lián)；一差速傳動機(jī)構(gòu)中的一框架可轉(zhuǎn)動地固設(shè)在兩根傳動軸相鄰的軸端部上，兩個錐齒輪可轉(zhuǎn)動地分別固設(shè)在所述傳動軸上且通過傳動機(jī)構(gòu)分別與一電機(jī)連接；框體上設(shè)置一配重連接軸，其通過球心與兩根傳動軸垂直，在該配重連接軸上一體固設(shè)一錐齒輪，其置于前述兩個錐齒輪之間且與其嚙合；在所述配重連接軸上分別一體固聯(lián)和套設(shè)固定兩擺桿、擺桿上聯(lián)配重體，套設(shè)的擺桿通過傳動機(jī)構(gòu)連接一配重電機(jī)。本三驅(qū)動球形機(jī)器人，通過使用差速傳動機(jī)構(gòu)，大大簡化了三驅(qū)動球形機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，還使得傳動機(jī)構(gòu)更加緊湊，傳動也更加靈活、可靠。
文檔編號B62D57/02GK102161356SQ20111011801
公開日2011年8月24日 申請日期2011年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月9日
發(fā)明者葉平, 葉茁, 孫漢旭, 孫治偉, 宋荊州, 張延恒, 賈慶軒, 趙偉, 高欣 申請人:北京郵電大學(xué)