專利名稱：一種球形滾動(dòng)機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種球形滾動(dòng)機(jī)器人，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體為機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
技術(shù)背景
現(xiàn)有球形機(jī)器人的第1種情況是驅(qū)動(dòng)滑塊數(shù)量較多，比如August有四個(gè)質(zhì)量滑塊，第2種情況是壓載物驅(qū)動(dòng)方向可調(diào)，即保持重心位于球心下方致使球殼前后運(yùn)動(dòng)，而通過(guò)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)致左右方向運(yùn)動(dòng)。第3種是球形外殼內(nèi)部小車前進(jìn)后退實(shí)現(xiàn)球殼的運(yùn)動(dòng)；第 4種是基于陀螺鎮(zhèn)定原理的驅(qū)動(dòng)方式，即利用內(nèi)部機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)所導(dǎo)致的克里奧氏力效應(yīng)所帶來(lái)的力矩導(dǎo)致球殼運(yùn)動(dòng)；第5種是半球輪方式，即內(nèi)部雙質(zhì)量塊采取相同運(yùn)動(dòng)方式或不同運(yùn)動(dòng)方式導(dǎo)致前進(jìn)力矩和偏轉(zhuǎn)力矩致使球殼運(yùn)動(dòng)；第6種是彈簧中心塊附屬的驅(qū)動(dòng)輪的前后及偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致球殼運(yùn)動(dòng)；第7種是壓載物偏轉(zhuǎn)導(dǎo)致的驅(qū)動(dòng)力矩致使球殼前后及轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。
核心參考文獻(xiàn)作者={R.H. Armour and J. F. V. Vincent}，論文題目={Rolling inNature and Robotics :A Review}，期干丨J名禾爾={Journal of Bionic Engineering}, ^ 份={2006}，卷=⑶，頁(yè)碼={195-208}，期={4}。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種球形滾動(dòng)機(jī)器人，不含轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，只通過(guò)協(xié)調(diào)三個(gè)移動(dòng)框架的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)向各個(gè)方向的移動(dòng)。
一種球形滾動(dòng)機(jī)器人，包括中間連接14面體、上半外殼、下半外殼、前后移動(dòng)連桿、左右移動(dòng)連桿、上下移動(dòng)連桿、前后配重塊、左右配重塊、上下配重塊、前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)、左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)、上下驅(qū)動(dòng)電機(jī)、前后絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌、左右絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌、上下絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌、前端頭連桿、后端頭連桿、左端頭連桿、右端頭連桿、上端頭連桿、下端頭連桿、前平行連桿、后平行連桿、左平行連桿、右平行連桿、上平行連桿、下平行連桿、前外殼連接支撐座、后外殼連接支撐座、左外殼連接支撐座、右外殼連接支撐座、上外殼連接支撐座、下外殼連接支撐座、前后絲杠、左右絲杠、上下絲杠、電池、姿態(tài)傳感器和運(yùn)動(dòng)控制器；
前后移動(dòng)連桿，左右移動(dòng)連桿，上下移動(dòng)連桿、前后絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌、左右絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌、上下絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌固定在中間連接14面體上，組成一個(gè)直角坐標(biāo)系，前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)、 左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)、上下驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別固定在前后絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌、左右絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌、上下絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的頂端，前后絲杠、左右絲杠、上下絲杠連接在前后絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌、左右絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌、上下絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌上，前后配重塊，左右配重塊，上下配重塊固定在前后移動(dòng)連桿，左右移動(dòng)連桿，上下移動(dòng)連桿的頂端；
坐標(biāo)系原點(diǎn)位于中心連接14面體中心，前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)所在位置為ζ軸正向，左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)所在位置為X軸正向，上下驅(qū)動(dòng)電機(jī)所在位置為1軸正向，構(gòu)成右手系；前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)、左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)、上下驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電機(jī)軸分別與z、x、y軸分別平行；
前端頭連桿、后端頭連桿、左端頭連桿、右端頭連桿、上端頭連桿、下端頭連桿的中2/5頁(yè)部分別連接在前后絲杠、前后移動(dòng)連桿、左右絲杠、左右移動(dòng)連桿、上下絲杠、上下移動(dòng)連桿上，其中前端頭連桿、左端頭連桿、上端頭連桿固定連接前后絲杠、左右絲杠、左下絲杠，后端頭連桿、右端頭連桿、下端頭連桿分別滑動(dòng)連接前后移動(dòng)連桿，左右移動(dòng)連桿，上下移動(dòng)連桿；上端頭連桿、下端頭連桿的兩端通過(guò)上平行連桿、下平行連桿連接，上平行連桿位于 χ軸正方向與y軸正方向之間，下平行連桿位于χ軸負(fù)方向與y軸負(fù)方向之間，前端頭連桿、 后端頭連桿的兩端與前平行連桿、后平行連桿連接，前平行連桿位于χ軸負(fù)方向與ζ軸負(fù)方向之間，在下平行連桿外側(cè)，后平行連桿位于χ軸正方向與ζ軸正方向之間，左端頭連桿、 右端頭連桿的兩端與左平行連桿、右平行連桿連接，左平行連桿位于ζ軸正方向與y軸正方向之間，右平行連桿位于y軸負(fù)方向與ζ軸負(fù)方向之間，上端頭連桿、下端頭連桿、上平行連桿、下平行連桿構(gòu)成移動(dòng)框架A，前端頭連桿、后端頭連桿、前平行連桿、后平行連桿構(gòu)成移動(dòng)框架B，左端頭連桿、右端頭連桿、左平行連桿、右平行連桿構(gòu)成移動(dòng)框架C，移動(dòng)框架A在移動(dòng)框架B內(nèi)可以沿y軸移動(dòng)，移動(dòng)框架B在移動(dòng)框架C內(nèi)可以沿ζ軸轉(zhuǎn)動(dòng)，移動(dòng)框架C可以沿χ軸移動(dòng)；移動(dòng)框架B、移動(dòng)框架C、移動(dòng)框架A的質(zhì)心分別位于ζ、χ和y軸上；
姿態(tài)傳感器和運(yùn)動(dòng)控制器中的姿態(tài)傳感器測(cè)量機(jī)器人的姿態(tài)，運(yùn)動(dòng)控制器控制前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)、左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)、上下驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，使機(jī)器人按照用戶設(shè)定工作；
電池固定在中間連接14面體上，為機(jī)器人提供電源；
前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)、前后配重塊、左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)、左右配重塊、上下驅(qū)動(dòng)電機(jī)、上下配重塊還分別連接前外殼連接支撐座、后外殼連接支撐座、左外殼連接支撐座、右外殼連接支撐座、上外殼連接支撐座、下外殼連接支撐座，前外殼連接支撐座、后外殼連接支撐座、左外殼連接支撐座、右外殼連接支撐座、上外殼連接支撐座、下外殼連接支撐座固定連接上半外殼和下半外殼，上半外殼和下半外殼一起構(gòu)成球形滾動(dòng)機(jī)器人的外殼。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
(1)移動(dòng)框架工作行程正交，位于直角坐標(biāo)系的三個(gè)坐標(biāo)軸；
(2)改變方向只需要協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)各質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)即可，無(wú)需單獨(dú)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)；
(3)通過(guò)空間機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，保證三個(gè)軸的移動(dòng)框架運(yùn)動(dòng)可以沿著三個(gè)互相垂直而又相交的軸運(yùn)動(dòng)，增大行程，否則移動(dòng)框架只能運(yùn)動(dòng)在X，1’ Z三個(gè)軸的每半個(gè)軸上。
(4)本發(fā)明使用3個(gè)移動(dòng)質(zhì)量塊，該數(shù)量為移動(dòng)質(zhì)量塊驅(qū)動(dòng)方式原理中最少。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖中
1:中間連接14面體 2-1 上半外殼后移動(dòng)連桿
3-2 左右移動(dòng)連桿配重塊
4-3:上下配重塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)
6-1 前后絲杠運(yùn)動(dòng)頭連桿3-3 上下移動(dòng)連桿5-1前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)6-2左右絲杠運(yùn)動(dòng)2-2 下半外殼4-1前后配重塊5-2左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)6-3上下絲杠運(yùn)動(dòng)3-1 前4-2左右5-3上下 7-1 前端6
導(dǎo)軌導(dǎo)軌導(dǎo)軌7-2 后端頭連桿7-3 左端頭連桿7_4 右端頭連桿7_5 上端頭連桿7-6 下端頭連桿8-1 前平行連桿8-2 后平行連桿8_3 左平行連桿8-4 右平行連桿8-5 上平行連桿8_6 下平行連桿9_1 前外殼連接 支撐座9-2 后外殼連接支撐座 9-3 左外殼連接支撐座 9_4 右外殼連接支撐座
9-5上外殼連接支撐座9-6 下外殼連接支撐座 10-1 前后絲杠 10-3 左右絲杠 10-3 上下 絲杠11:電池 12 姿態(tài)傳感器和運(yùn)動(dòng)控制器
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步的詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明是ー種球形滾動(dòng)機(jī)器人，如圖1所示，包括中間連接14面體1、上半外殼 2-1、下半外殼2-2、前后移動(dòng)連桿3-1，左右移動(dòng)連桿3-2，上下移動(dòng)連桿3-3、前后配重塊 4-1，左右配重塊4-2，上下配重塊4-3、前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)5-1、左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)5-2、上下驅(qū)動(dòng)電 機(jī)5-3、前后絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌6-1、左右絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌6-2、上下絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌6-3、前端頭連桿 7-1、后端頭連桿7-2、左端頭連桿7-3、右端頭連桿7-4、上端頭連桿7_5、下端頭連桿7_6、 前平行連桿8-1、后平行連桿8-2、左平行連桿8-3、右平行連桿8-4、上平行連桿8_5、下平 行連桿8-6、前外殼連接支撐座9-1、后外殼連接支撐座9-2、左外殼連接支撐座9-3、右外殼 連接支撐座9-4、上外殼連接支撐座9-5、下外殼連接支撐座9-6、前后絲杠10-1、左右絲杠
10-2、上下絲杠10-3、電池11、姿態(tài)傳感器和運(yùn)動(dòng)控制器12。前后移動(dòng)連桿3-1，左右移動(dòng)連桿3-2，上下移動(dòng)連桿3-3、前后絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌6_1、 左右絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌6-2、上下絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌6-3固定在中間連接14面體1上，組成ー個(gè)直角 坐標(biāo)系，前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)5-1、左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)5-2、上下驅(qū)動(dòng)電機(jī)5-3分別固定在前后絲杠運(yùn)動(dòng) 導(dǎo)軌6-1、左右絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌6-2、上下絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌6-3的頂端，前后絲杠10-1、左右絲杠 10-2、上下絲杠10-3連接在前后絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌6-1、左右絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌6-2、上下絲杠運(yùn)動(dòng) 導(dǎo)軌6-3上，前后配重塊4-1，左右配重塊4-2，上下配重塊4-3固定在前后移動(dòng)連桿3_1，左 右移動(dòng)連桿3-2，上下移動(dòng)連桿3-3的頂端。坐標(biāo)系原點(diǎn)位于中心連接14面體1中心，從該中心指向左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)5-2所在位 置為X軸正向，從該中心指向上下驅(qū)動(dòng)電機(jī)5-3所在位置為y軸正向，從該中心指向前后驅(qū) 動(dòng)電機(jī)5-1所在位置為z軸正向，構(gòu)成右手系；前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)5-1、左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)5-2、上下 驅(qū)動(dòng)電機(jī)5-3的電機(jī)軸分別與z、x、y軸分別重合。前端頭連桿7-1、后端頭連桿7-2、左端頭連桿7-3、右端頭連桿7_4、上端頭連桿 7-5、下端頭連桿7-6的中部分別連接在前后絲杠10-1、前后移動(dòng)連桿3-1、左右絲杠10-2、左右移動(dòng)連桿3-2、上下絲杠10-3、上下移動(dòng)連桿3-3上，其中前端頭連桿7-1、左端頭連桿 7-3、上端頭連桿7-5固定連接前后絲杠10-1、左右絲杠10-2、左下絲杠10_3，后端頭連桿 7-2、右端頭連桿7-4、下端頭連桿7-6分別滑動(dòng)連接前后移動(dòng)連桿3-1，左右移動(dòng)連桿3_2， 上下移動(dòng)連桿3-3 ；上端頭連桿7-5、下端頭連桿7-6的兩端通過(guò)上平行連桿8-5、下平行連桿8-6連接，上平行連桿8-5位于χ軸正方向與y軸正方向之間，下平行連桿8_6位于χ軸負(fù)方向與y軸負(fù)方向之間，前端頭連桿7-1、后端頭連桿7-2的兩端與前平行連桿8-1、后平行連桿8-2連接，前平行連桿8-1位于χ軸負(fù)方向與ζ軸負(fù)方向之間，在下平行連桿8-6外側(cè)，后平行連桿8-2位于χ軸正方向與ζ軸正方向之間，左端頭連桿7-3、右端頭連桿7-4的兩端與左平行連桿8-3、右平行連桿8-4連接，左平行連桿8-3位于ζ軸正方向與y軸正方向之間，右平行連桿8-4位于y軸負(fù)方向與ζ軸負(fù)方向之間，上端頭連桿7-5、下端頭連桿 7-6、上平行連桿8-5、下平行連桿8-6構(gòu)成移動(dòng)框架A，前端頭連桿7_1、后端頭連桿7_2、前平行連桿8-1、后平行連桿8-2構(gòu)成移動(dòng)框架B，左端頭連桿7-3、右端頭連桿7-4、左平行連桿8-3、右平行連桿8-4構(gòu)成移動(dòng)框架C，移動(dòng)框架A在移動(dòng)框架B內(nèi)可以沿y軸移動(dòng)，移動(dòng)框架B在移動(dòng)框架C內(nèi)可以沿ζ軸轉(zhuǎn)動(dòng)，移動(dòng)框架C可以沿χ軸移動(dòng)；移動(dòng)框架B、移動(dòng)框架C、移動(dòng)框架A的質(zhì)心分別位于ζ、χ和y軸上。
姿態(tài)傳感器和運(yùn)動(dòng)控制器12中的姿態(tài)傳感器測(cè)量機(jī)器人的姿態(tài)，運(yùn)動(dòng)控制器控制前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)5-1、左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)5-2、上下驅(qū)動(dòng)電機(jī)5-3的轉(zhuǎn)動(dòng)，使機(jī)器人按照用戶設(shè)定工作。
電池11固定在中間連接14面體1上，為機(jī)器人提供電源。
前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)5-1、前后配重塊4-1、左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)5-2、左右配重塊4-2、上下驅(qū)動(dòng)電機(jī)5-3、上下配重塊4-3還分別連接前外殼連接支撐座9-1、后外殼連接支撐座9-2、左外殼連接支撐座9-3、右外殼連接支撐座9-4、上外殼連接支撐座9-5、下外殼連接支撐座9-6， 前外殼連接支撐座9-1、后外殼連接支撐座9-2、左外殼連接支撐座9-3、右外殼連接支撐座9-4、上外殼連接支撐座9-5、下外殼連接支撐座9-6固定連接上半外殼2-1和下半外殼 2-2，上半外殼2-1和下半外殼2-2 —起構(gòu)成球形滾動(dòng)機(jī)器人的外殼。
前后絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌6-1、左右絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌6-2、上下絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌6-3起到支撐、 構(gòu)成各方向的移動(dòng)框架A、移動(dòng)框架B、移動(dòng)框架C移動(dòng)質(zhì)量的雙重作用，前后配重塊4-1、左右配重塊4-2、上下配重塊4-3平衡掉前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)5-1、左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)5-2、上下驅(qū)動(dòng)電機(jī) 5-3重量導(dǎo)致的偏心力矩，以保證在機(jī)器人的三個(gè)移動(dòng)框架回到各自中心位置后，機(jī)器人能在任何姿態(tài)都可以靜止。前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)5-1、左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)5-2、上下驅(qū)動(dòng)電機(jī)5-3的電機(jī)軸通過(guò)前后絲杠10-1、左右絲杠10-2、上下絲杠10-3和前后絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌6-1、左右絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌6-2、上下絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌6-3，分別驅(qū)動(dòng)移動(dòng)框架B、移動(dòng)框架C、移動(dòng)框架A沿著z、x 和y軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生需要的重力偏心力矩和科氏力矩(Coriolis Torque)；
移動(dòng)框架A、移動(dòng)框架B、移動(dòng)框架C保證結(jié)構(gòu)空間跨越而不至運(yùn)動(dòng)干涉，同時(shí)保證這三個(gè)移動(dòng)框架的質(zhì)心分別位于三個(gè)互相正交的軸上。
所述的中間連接14面體1的制作方法為制作一個(gè)正方體，然后去掉8個(gè)四面體， 其中每個(gè)四面體的四個(gè)頂點(diǎn)為任取正方體八個(gè)頂點(diǎn)之一，與該頂點(diǎn)所連三條邊的3個(gè)中心點(diǎn)。
所述的移動(dòng)框架A、移動(dòng)框架B、移動(dòng)框架C的結(jié)構(gòu)尺寸有差異，通過(guò)在三者的相應(yīng)位置鉆孔和增加配重來(lái)調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)框架A、移動(dòng)框架B、移動(dòng)框架C之間的質(zhì)量比和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比。
所述的前后移動(dòng)連桿3-1通過(guò)后端頭連桿7-2，左右移動(dòng)連桿3-2通過(guò)右端頭連桿 7-4，以及上下移動(dòng)連桿3-3通過(guò)下端頭連桿7-6的方法為將前后移動(dòng)連桿3-1、左右移動(dòng)連桿3-2和上下移動(dòng)連桿3-3加工成圓柱或者方柱或者帶螺紋的絲桿或螺桿，然后后端頭連桿7-2、右端頭連桿7-4和下端頭連桿7-6為圓孔或者方孔或帶螺紋的螺孔。
所述的移動(dòng)框架A、移動(dòng)框架B、移動(dòng)框架C之間的空間位置能夠改變，不發(fā)生干涉。
所述的電池11的數(shù)量為1塊或者2塊或者更多，電池11與姿態(tài)傳感器和運(yùn)動(dòng)控制器12的重量對(duì)稱布局在中間連接14面體上。
所述的前外殼連接支撐座9-1、后外殼連接支撐座9-2、左外殼連接支撐座9-3、右外殼連接支撐座9-4、上外殼連接支撐座9-5、下外殼連接支撐座9-6，采用膠水或者螺孔方式和外殼固連，或者采用依靠將外殼壓緊所導(dǎo)致的支撐座和外殼之間的壓力來(lái)保證球內(nèi)機(jī)構(gòu)和球殼保持相對(duì)固定。
所述的前端頭連桿7-1和后端頭連桿7-2、左端頭連桿7-3和右端頭連桿7_4、上端頭連桿7-5和下端頭連桿7-6、前平行連桿8-1和后平行連桿8-2、左平行連桿8_3和右平行連桿8-4、上平行連桿8-5和下平行連桿8-6分別對(duì)稱配對(duì)，配對(duì)的連桿采用直桿方式或者非直桿方式，非直桿方式包括曲桿。
所述的前后配重塊4-1、左右配重塊4-2和上下配重塊4-3的重量根據(jù)球形機(jī)器人的實(shí)際情況調(diào)整，當(dāng)外殼加工不均勻造成球體不平衡時(shí)，通過(guò)前后配重塊4-1、左右配重塊 4-2和上下配重塊4-3的重量進(jìn)行平衡。
所述的前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)5-1、左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)5-2和上下驅(qū)動(dòng)電機(jī)5-3采用直流永磁電機(jī)、直流無(wú)刷電機(jī)或者步進(jìn)電機(jī)。
工作過(guò)程
機(jī)器人上電工作，協(xié)調(diào)控制電機(jī)(前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)5-1、左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)5-2、上下驅(qū)動(dòng)電機(jī)5- 的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致絲杠(前后絲杠10-1、左右絲杠10-2、上下絲杠10- 運(yùn)動(dòng)，由于絲杠和其對(duì)應(yīng)的移動(dòng)框架組合(移動(dòng)框架B、移動(dòng)框架C、移動(dòng)框架A)通過(guò)螺栓固定，因而絲杠和其對(duì)應(yīng)的移動(dòng)框架組合保持相對(duì)位置，因而移動(dòng)框架也跟著移動(dòng)，這樣，三組協(xié)調(diào)控制電機(jī)帶動(dòng)三組移動(dòng)框架分別沿著o-xyz的三個(gè)軸X，y, ζ運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致整個(gè)機(jī)器人的重心產(chǎn)生變化，進(jìn)而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩，導(dǎo)致機(jī)器人整體的運(yùn)動(dòng)。通過(guò)用戶設(shè)計(jì)的控制算法，合理協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的電機(jī)運(yùn)動(dòng)，將會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人按照期望的方式運(yùn)動(dòng)。比如沿直線或圓軌跡運(yùn)動(dòng)等。
權(quán)利要求
1. 一種球形滾動(dòng)機(jī)器人，其特征在于，包括中間連接14面體(1)、上半外殼0-1)、下半外殼(2- 、前后移動(dòng)連桿(3-1)，左右移動(dòng)連桿(3-2)，上下移動(dòng)連桿(3- 、前后配重塊 G-1)，左右配重塊G-2)，上下配重塊(4- 、前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5-1)、左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5-2)、上下驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5-3)、前后絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌(6-1)、左右絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌(6-2)、上下絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌 (6-3)、前端頭連桿(7-1)、后端頭連桿(7- 、左端頭連桿(7- 、右端頭連桿(7-4)、上端頭連桿(7-5)、下端頭連桿(7-6)、前平行連桿(8-1)、后平行連桿(8-2)、左平行連桿(8_3)、 右平行連桿(8-4)、上平行連桿(8- 、下平行連桿(8-6)、前外殼連接支撐座(9-1)、后外殼連接支撐座(9-2)、左外殼連接支撐座(9-3)、右外殼連接支撐座(9-4)、上外殼連接支撐座 (9-5)、下外殼連接支撐座(9-6)、前后絲杠(10-1)、左右絲杠(10-2)、上下絲杠(10_3)、電池(11)、姿態(tài)傳感器和運(yùn)動(dòng)控制器(12)；前后移動(dòng)連桿(3-1)，左右移動(dòng)連桿(3-2)，上下移動(dòng)連桿(3-3)、前后絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌 (6-1)、左右絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌(6- 、上下絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌(6- 固定在中間連接14面體(1)上， 組成一個(gè)直角坐標(biāo)系，前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5-1)、左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5-2)、上下驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5- 分別固定在前后絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌(6-1)、左右絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌(6-2)、上下絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌(6-3)的頂端，前后絲杠(10-1)、左右絲杠(10-2)、上下絲杠(10- 連接在前后絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌(6-1)、 左右絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌(6-2)、上下絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌(6- 上，前后配重塊G-1)，左右配重塊 G-2)，上下配重塊G-3)固定在前后移動(dòng)連桿(3-1)，左右移動(dòng)連桿(3-2)，上下移動(dòng)連桿 (3-3)的頂端；坐標(biāo)系原點(diǎn)位于中心連接14面體(1)中心，從該中心指向左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5-2)所在位置為χ軸正向，從該中心指向上下驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5- 所在位置為y軸正向，從該中心指向前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5-1)所在位置為ζ軸正向，構(gòu)成右手系；前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5-1)、左右驅(qū)動(dòng)電機(jī) (5-2)、上下驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5-3)的電機(jī)軸分別與z、x、y軸分別重合；前端頭連桿(7-1)、后端頭連桿(7-2)、左端頭連桿(7-3)、右端頭連桿(7-4)、上端頭連桿(7-5)、下端頭連桿(7-6)的中部分別連接在前后絲杠(10-1)、前后移動(dòng)連桿(3-1)、 左右絲杠(10-2)、左右移動(dòng)連桿(3-2)、上下絲杠(10-3)、上下移動(dòng)連桿(3- 上，其中前端頭連桿(7-1)、左端頭連桿(7-3)、上端頭連桿(7-5)固定連接前后絲杠(10-1)、左右絲杠(10-2)、左下絲杠(10-3)，后端頭連桿(7-2)、右端頭連桿(7-4)、下端頭連桿(7-6)分別滑動(dòng)連接前后移動(dòng)連桿(3-1)，左右移動(dòng)連桿(3-2)，上下移動(dòng)連桿(3-3)；上端頭連桿 (7-5)、下端頭連桿(7-6)的兩端通過(guò)上平行連桿(8-5)、下平行連桿(8-6)連接，上平行連桿(8-5)位于χ軸正方向與y軸正方向之間，下平行連桿(8-6)位于χ軸負(fù)方向與y軸負(fù)方向之間，前端頭連桿(7-1)、后端頭連桿(7-2)的兩端與前平行連桿(8-1)、后平行連桿 (8-2)連接，前平行連桿(8-1)位于χ軸負(fù)方向與ζ軸負(fù)方向之間，在下平行連桿(8-6)外側(cè)，后平行連桿(8-2)位于χ軸正方向與ζ軸正方向之間，左端頭連桿(7-3)、右端頭連桿 (7-4)的兩端與左平行連桿(8-3)、右平行連桿(8-4)連接，左平行連桿(8- 位于ζ軸正方向與y軸正方向之間，右平行連桿(8-4)位于y軸負(fù)方向與ζ軸負(fù)方向之間，上端頭連桿 (7-5)、下端頭連桿(7-6)、上平行連桿(8-5)、下平行連桿(8-6)構(gòu)成移動(dòng)框架A，前端頭連桿(7-1)、后端頭連桿(7-2)、前平行連桿(8-1)、后平行連桿(8- 構(gòu)成移動(dòng)框架B，左端頭連桿(7-3)、右端頭連桿(7-4)、左平行連桿(8-3)、右平行連桿(8-4)構(gòu)成移動(dòng)框架C，移動(dòng)框架A在移動(dòng)框架B內(nèi)可以沿y軸移動(dòng)，移動(dòng)框架B在移動(dòng)框架C內(nèi)可以沿ζ軸轉(zhuǎn)動(dòng)，移動(dòng)框架C可以沿χ軸移動(dòng)；移動(dòng)框架B、移動(dòng)框架C、移動(dòng)框架A的質(zhì)心分別位于ζ、χ和y軸上；姿態(tài)傳感器和運(yùn)動(dòng)控制器(1 中的姿態(tài)傳感器測(cè)量機(jī)器人的姿態(tài)，運(yùn)動(dòng)控制器控制前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5-1)、左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5-2)、上下驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5- 的轉(zhuǎn)動(dòng)，使機(jī)器人按照用戶設(shè)定工作；電池(11)固定在中間連接14面體⑴上，為機(jī)器人提供電源；前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5-1)、前后配重塊(4-1)、左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5- 、左右配重塊(4- 、上下驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5-3)、上下配重塊(4- 還分別連接前外殼連接支撐座(9-1)、后外殼連接支撐座(9- 、左外殼連接支撐座(9- 、右外殼連接支撐座(9-4)、上外殼連接支撐座(9-5)、下外殼連接支撐座(9-6)，前外殼連接支撐座(9-1)、后外殼連接支撐座(9-2)、左外殼連接支撐座(9-3)、右外殼連接支撐座(9-4)、上外殼連接支撐座(9-5)、下外殼連接支撐座(9-6) 固定連接上半外殼(2-1)和下半外殼0-2)，上半外殼(2-1)和下半外殼(2- —起構(gòu)成球形滾動(dòng)機(jī)器人的外殼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球形滾動(dòng)機(jī)器人，其特征在于，所述的中間連接14面體 (1)的制作方法為制作一個(gè)正方體，然后去掉8個(gè)四面體，其中每個(gè)四面體的四個(gè)頂點(diǎn)為 任取正方體八個(gè)頂點(diǎn)之一，與該頂點(diǎn)所連三條邊的3個(gè)中心點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球形滾動(dòng)機(jī)器人，其特征在于，所述的移動(dòng)框架A、移動(dòng)框架B、移動(dòng)框架C的結(jié)構(gòu)尺寸有差異，通過(guò)在三者的相應(yīng)位置鉆孔和增加配重來(lái)調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)框架A、移動(dòng)框架B、移動(dòng)框架C之間的質(zhì)量比和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球形滾動(dòng)機(jī)器人，其特征在于，所述的前后移動(dòng)連桿 (3-1)通過(guò)后端頭連桿(7-2)，左右移動(dòng)連桿(3- 通過(guò)右端頭連桿(7-4)，以及上下移動(dòng)連桿(3- 通過(guò)下端頭連桿(7-6)的方法為將前后移動(dòng)連桿(3-1)、左右移動(dòng)連桿(3-2) 和上下移動(dòng)連桿(3- 加工成圓柱或者方柱或者帶螺紋的絲桿或螺桿，然后后端頭連桿 (7-2)、右端頭連桿(7-4)和下端頭連桿(7-6)為圓孔或者方孔或帶螺紋的螺孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球形滾動(dòng)機(jī)器人，其特征在于，所述的移動(dòng)框架A、移動(dòng)框架B、移動(dòng)框架C之間的空間位置能夠改變，不發(fā)生干涉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球形滾動(dòng)機(jī)器人，其特征在于，所述的電池(11)的數(shù)量為1塊或者2塊或者更多，電池(11)與姿態(tài)傳感器和運(yùn)動(dòng)控制器(1 的重量對(duì)稱布局在中間連接14面體上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球形滾動(dòng)機(jī)器人，其特征在于，所述的前外殼連接支撐座(9-1)、后外殼連接支撐座(9- 、左外殼連接支撐座(9- 、右外殼連接支撐座(9-4)、上外殼連接支撐座(9-5)、下外殼連接支撐座(9-6)，采用膠水或者螺孔方式和外殼固連，或者采用依靠將外殼壓緊所導(dǎo)致的支撐座和外殼之間的壓力來(lái)保證球內(nèi)機(jī)構(gòu)和球殼保持相對(duì)固定。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球形滾動(dòng)機(jī)器人，其特征在于，所述的前端頭連桿(7-1) 和后端頭連桿(7-2)、左端頭連桿(7- 和右端頭連桿(7-4)、上端頭連桿(7- 和下端頭連桿(7-6)、前平行連桿(8-1)和后平行連桿(8-2)、左平行連桿(8- 和右平行連桿 (8-4)、上平行連桿(8- 和下平行連桿(8-6)分別對(duì)稱配對(duì)，配對(duì)的連桿采用直桿方式或者非直桿方式，非直桿方式包括曲桿。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球形滾動(dòng)機(jī)器人，其特征在于，所述的前后配重塊 G-1)、左右配重塊(4- 和上下配重塊G-3)的重量根據(jù)球形機(jī)器人的實(shí)際情況調(diào)整，當(dāng)外殼加工不均勻造成球體不平衡時(shí)，通過(guò)前后配重塊G-1)、左右配重塊(4- 和上下配重塊G-3)的重量進(jìn)行平衡。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球形滾動(dòng)機(jī)器人，其特征在于，所述的前后驅(qū)動(dòng)電機(jī) (5-1)、左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5- 和上下驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5- 采用直流永磁電機(jī)、直流無(wú)刷電機(jī)或者步進(jìn)電機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種球形滾動(dòng)機(jī)器人，包括中間連接14面體、上半外殼、下半外殼、前后移動(dòng)連桿、左右移動(dòng)連桿、上下移動(dòng)連桿、前后配重塊、左右配重塊、上下配重塊、前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)、左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)、上下驅(qū)動(dòng)電機(jī)、前后絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌、左右絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌、上下絲杠運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌、前端頭連桿、后端頭連桿、左端頭連桿、右端頭連桿、上端頭連桿、下端頭連桿、前平行連桿、后平行連桿、左平行連桿、右平行連桿、上平行連桿、下平行連桿、前外殼連接支撐座、后外殼連接支撐座、左外殼連接支撐座、右外殼連接支撐座、上外殼連接支撐座、下外殼連接支撐座、前后絲杠、左右絲杠、上下絲杠、電池、姿態(tài)傳感器和運(yùn)動(dòng)控制器；本發(fā)明移動(dòng)框架工作行程正交，位于直角坐標(biāo)系三個(gè)軸線方向。
文檔編號(hào)B62D57/02GK102514645SQ201110423269
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者王田苗, 蘇柏泉 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)