一種球形自平衡機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機(jī)器人，屬于獨(dú)輪機(jī)器人領(lǐng)域，尤其涉及一種球形自平衡機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)獨(dú)輪機(jī)器人進(jìn)行了大量的研宄，與一般的靜平衡機(jī)器人不同，獨(dú)輪自平衡機(jī)器人由于其只有一個(gè)輪子與地面接觸，可在狹窄的空間運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)更加靈活；獨(dú)輪機(jī)器人具有明顯的動(dòng)態(tài)平衡的特點(diǎn)，是一個(gè)多變量、強(qiáng)耦合、非線性的、欠驅(qū)動(dòng)的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，可作為控制方法研宄的理想實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。然而現(xiàn)有的獨(dú)輪機(jī)器人多采用輪式的行走球，存在著轉(zhuǎn)向不靈活的問(wèn)題。球形獨(dú)輪機(jī)器人作為獨(dú)輪機(jī)器人中的一種特殊類(lèi)型，具有靈活轉(zhuǎn)向的特性，但現(xiàn)有的球形獨(dú)輪機(jī)器人多采用配重?cái)[的驅(qū)動(dòng)方式，增重了機(jī)器人本體的重量，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為克服球形獨(dú)輪機(jī)器人的上述不足，本發(fā)明提供了一種球形自平衡機(jī)器人，具體技術(shù)方案如下:
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種球形自平衡機(jī)器人，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)向靈活的特性。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種球形自平衡機(jī)器人，包括支架、行走球、支撐輪組件、驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件、控制器和蓄電池，其特征在于:所述的支架上布置有上下兩層支撐輪組件，每層沿圓周方向相隔90°均布有四組支撐輪組件；所述的支撐輪組件包括支撐輪和支撐軸，支撐軸安裝在支架上，可繞其軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，支撐輪與支撐軸相固定；所述的行走球安裝在支架內(nèi)部，行走球外表面與支撐輪外緣相貼合，通過(guò)支撐輪對(duì)行走球進(jìn)行限位，保持支架可以繞行走球表面滑動(dòng)；所述的支架上分別在縱向、橫向和軸向布置有三組驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件；所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件包括電機(jī)、兩個(gè)帶輪和同步帶，電機(jī)固定在支架上，分別在電機(jī)輸出軸和支撐軸上安裝有帶輪，通過(guò)同步帶連接；所述的軸向布置的驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件中還配置有一個(gè)支撐輪組件，支撐輪外緣與行走球外表面貼合；所述的控制器中包含有姿態(tài)檢測(cè)器件和運(yùn)算處理器件，通過(guò)檢測(cè)支架的姿態(tài)后，發(fā)送控制指令到電機(jī)，進(jìn)而控制機(jī)器人的平衡；所述的蓄電池用于為機(jī)器人提供電源。
[0006]控制器接收控制指令后采集姿態(tài)檢測(cè)器件的數(shù)據(jù)，運(yùn)算后驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，依次通過(guò)電機(jī)、帶輪、同步帶、帶輪、支撐軸和支撐輪驅(qū)動(dòng)行走球回轉(zhuǎn)，通過(guò)縱向布置的電機(jī)驅(qū)動(dòng)組件驅(qū)動(dòng)行走球縱向運(yùn)動(dòng)，通過(guò)橫向布置的驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件驅(qū)動(dòng)行走球橫向運(yùn)動(dòng)，通過(guò)軸向布置的驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件驅(qū)動(dòng)支架沿行走球表面繞豎直軸線回轉(zhuǎn)。
[0007]有益效果
[0008]1.通過(guò)分別在縱向、橫向和軸向布置的驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件驅(qū)動(dòng)行走球在三個(gè)自由度的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使可以機(jī)器人實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、轉(zhuǎn)向靈活。
[0009]2.在機(jī)器人轉(zhuǎn)向控制結(jié)構(gòu)中無(wú)配重零部件，具有重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特性。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2為本發(fā)明剖視圖；
[0012]圖3為本發(fā)明另一剖視圖。
[0013]圖中:1、支架，2、行走球，3、支撐輪組件，31、支撐輪，32、支撐軸，4、第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件，5、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件，6、第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件，41、電機(jī)，42、帶輪，43、同步帶，7、控制器，8、蓄電池。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0015]如圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本發(fā)明的剖視圖，圖3為本發(fā)明的另一剖視圖，該球形自平衡機(jī)器人包括支架1、行走球2、支撐輪組件3、驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件、控制器7和蓄電池8，驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件包括第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件4、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件5、第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件6 ;所述支架I上布置有上下兩層支撐輪組件3，每層沿圓周方向相隔90°均布有四組支撐輪組件3 ;所述支撐輪組件3包括支撐輪31、支撐軸32，支撐軸32安裝在支架I上，支撐軸32可繞其軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，支撐輪31與支撐軸32相固定；所述行走球2安裝在支架I內(nèi)部，行走球2外表面與支撐輪31外緣相貼合，通過(guò)支撐輪31對(duì)行走球2進(jìn)行限位，保持支架I繞行走球2表面滑動(dòng)；所述支架I上分別在縱向、橫向和軸向布置有第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件4、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件5、第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件6 ;第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件4包括電機(jī)41、兩個(gè)帶輪42和同步帶43，電機(jī)41固定在支架I上，分別在電機(jī)41輸出軸和支撐軸32上安裝有帶輪42，通過(guò)同步帶43連接；第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件5、第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件6與第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件4的結(jié)構(gòu)相同；所述軸向布置的第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件6中還配置有一個(gè)支撐輪組件3，該支撐輪組件3的支撐輪31外緣與行走球2外表面貼合；控制器7、蓄電池8均固定在支架I上，控制器7中包含有姿態(tài)檢測(cè)器件和運(yùn)算處理器件，通過(guò)檢測(cè)支架I的姿態(tài)后，發(fā)送控制指令到各驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件的電機(jī)，進(jìn)而控制機(jī)器人的平衡姿態(tài)；蓄電池8與控制器7、驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件連接，用于為機(jī)器人提供電源。
[0016]控制器7接收控制指令后采集姿態(tài)檢測(cè)器件的數(shù)據(jù)，運(yùn)算后驅(qū)動(dòng)電機(jī)41轉(zhuǎn)動(dòng)，依次通過(guò)各驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件、支撐軸32和支撐輪31驅(qū)動(dòng)行走球2回轉(zhuǎn)，通過(guò)縱向布置的第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)組件4驅(qū)動(dòng)行走球2縱向運(yùn)動(dòng)，通過(guò)橫向布置的第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件5驅(qū)動(dòng)行走球2橫向運(yùn)動(dòng)，通過(guò)軸向布置的第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件6驅(qū)動(dòng)支架沿行走球2表面繞豎直軸線回轉(zhuǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種球形自平衡機(jī)器人，其特征在于:該球形自平衡機(jī)器人包括支架(I)、行走球(2)、支撐輪組件(3)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件、控制器(7)和蓄電池(8)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件包括第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件(4)、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件(5)、第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件￠);所述支架(I)上布置有上下兩層支撐輪組件(3)，每層沿圓周方向相隔90°均布有四組支撐輪組件(3);所述支撐輪組件(3)包括支撐輪(31)、支撐軸(32)，支撐軸(32)安裝在支架(I)上，支撐軸(32)可繞其軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，支撐輪(31)與支撐軸(32)相固定；所述行走球(2)安裝在支架(I)內(nèi)部，行走球(2)外表面與支撐輪(31)外緣相貼合，通過(guò)支撐輪(31)對(duì)行走球(2)進(jìn)行限位，保持支架(I)繞行走球(2)表面滑動(dòng)；所述支架(I)上分別在縱向、橫向和軸向布置有第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件(4)、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件(5)、第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件￠);第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件(4)包括電機(jī)(41)、兩個(gè)帶輪(42)和同步帶(43)，電機(jī)(41)固定在支架(I)上，分別在電機(jī)(41)輸出軸和支撐軸(32)上安裝有帶輪(42)，通過(guò)同步帶(43)連接；第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件(5)、第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件(6)與第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件⑷的結(jié)構(gòu)相同；所述軸向布置的第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件￠)中還配置有一個(gè)支撐輪組件(3)，該支撐輪組件(3)的支撐輪(31)外緣與行走球(2)外表面貼合；控制器(7)、蓄電池(8)均固定在支架(I)上，控制器(7)中包含有姿態(tài)檢測(cè)器件和運(yùn)算處理器件，通過(guò)檢測(cè)支架(I)的姿態(tài)后，發(fā)送控制指令到各驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件的電機(jī)，進(jìn)而控制機(jī)器人的平衡姿態(tài)；蓄電池(8)與控制器(7)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件連接，用于為機(jī)器人提供電源。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球形自平衡機(jī)器人，其特征在于:控制器(7)接收控制指令后采集姿態(tài)檢測(cè)器件的數(shù)據(jù)，運(yùn)算后驅(qū)動(dòng)電機(jī)(41)轉(zhuǎn)動(dòng)，依次通過(guò)各驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件、支撐軸(32)和支撐輪(31)驅(qū)動(dòng)行走球(2)回轉(zhuǎn)，通過(guò)縱向布置的第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)組件(4)驅(qū)動(dòng)行走球(2)縱向運(yùn)動(dòng)，通過(guò)橫向布置的第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件(5)驅(qū)動(dòng)行走球(2)橫向運(yùn)動(dòng)，通過(guò)軸向布置的第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件(6)驅(qū)動(dòng)支架沿行走球(2)表面繞豎直軸線回轉(zhuǎn)。
【專(zhuān)利摘要】一種球形自平衡機(jī)器人，該機(jī)器人包括支架、行走球、支撐輪組件、驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件、控制器和蓄電池；所述的支架上布置有上下兩層支撐輪組件，每層沿圓周方向相隔90°均布有四組支撐輪組件；通過(guò)支撐輪組件對(duì)行走球進(jìn)行限位，保持支架可以繞行走球表面滑動(dòng)；所述的支架上分別在縱向、橫向和軸向布置有三組驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件，控制器接收控制指令后采集姿態(tài)檢測(cè)器件的數(shù)據(jù)，運(yùn)算后驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)行走球產(chǎn)生縱向、橫向和回轉(zhuǎn)方向的三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人具有運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、轉(zhuǎn)向靈活、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特性。
【IPC分類(lèi)】B25J5/00, B25J9/08
【公開(kāi)號(hào)】CN104985584
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510429025
【發(fā)明人】阮曉鋼, 陳志剛, 解瑋, 張曉銳, 王丹陽(yáng), 朱曉慶
【申請(qǐng)人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年10月21日
【申請(qǐng)日】2015年7月20日