一種全步姿行走球形機器人的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及機電一體化領域，尤其是一種球形機器人。
【背景技術】
[0002]球形機器人是球狀的移動機器人，能在泥、沙、雪甚至水中行動，也可在有毒氣體泄露、輻射、生物危害環(huán)境下活動，適合危險環(huán)境探測、太空開發(fā)、消防救災、軍事活動、科學考察、家庭服務和娛樂等領域。
[0003]已知，由于球形機器人具有的外殼和運動形式的特殊性，使其與我們熟知的輪式或軌道式以及類人機器人相比較，具有能在失穩(wěn)后獲得最大的穩(wěn)定性，可以實現全向滾動，能夠更加靈活轉彎等諸多優(yōu)點。該平臺根據驅動屬性可將該平臺分為兩類:內驅動和外部風力驅動。雖然很多知名的科學家們普遍認為其廣闊的應用前景，但是目前在該機器人的驅動原理、內部結構、尺寸大小、球殼制作等一系列方面仍然處于探索階段，進入實用化階段的該平臺還十分有限，技術不夠成熟，我國目前球形平臺的研宄還處于實驗研宄階段，雖然出現了各種各樣的具有不同驅動機構的球形平臺，但是很少有人對其進行深入的動力學分析和研宄，制約了球形平臺的運動性能分析和控制技術的發(fā)展。
[0004]目前，球形機器人普遍存在以下問題，一是部分球形機器人采用二驅動和三驅動實現的三自由度球形機器人存在運動死區(qū)，不具備避障功能；二是采用四驅動形式實現的三自由度球形機器人存在成本高，控制復雜、運動不靈活等缺點。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種控制準確、運動靈活、成本低、結構合理的全步姿行走球形機器人。
[0006]為實現上述目的，采用了以下技術方案:本發(fā)明主要包括球殼、步進電機、傳動軸、球形萬向輪以及全向輪組，在球殼中設有一個平臺，所述平臺為板體結構，在平臺頂面中心垂直安裝平臺座，在平臺底面中心垂直安裝桿體結構的連接座，平臺座和連接座通過六角螺栓B和六角螺母B垂直固接在平臺中心的兩端；在平臺座上通過圓柱螺旋壓縮彈簧連接一根導桿，在導桿頂端通過六角螺栓A和六角螺母A連接球形萬向輪，球形萬向輪與球殼內壁接觸；導桿和平臺座處于同一直線且與平臺垂直；在連接座底端套接一個圓盤狀的質量盤，在質量盤上安裝有質量盤托架，質量盤與質量盤托架通過六角螺栓C和六角螺母C固接在一起后再用開槽緊定螺釘緊固在連接座上；在平臺的邊緣對稱開設4個豁口，在平臺底面對應每個豁口兩側安裝兩個對稱的軸承座，在軸承座之間安裝傳動軸，在傳動軸上安裝全向輪組，平臺上的全向輪組與球殼內壁接觸，所述每根傳動軸與一組傳動機構相連。
[0007]所述每組傳動機構包括步進電機、步進電機架、同步帶輪、同步齒形帶、傳動軸以及全向輪組，步進電機架安裝在平臺底面，在電機架上固定步進電機，步進電機輸出軸上直接安裝電機同步帶輪，電機同步帶輪用緊定螺釘緊定在電機的輸出軸上，在傳動軸上安裝傳動軸同步帶輪，電機同步帶輪與傳動軸同步帶輪通過同步齒形帶連接；所述四組傳動機構呈四角對稱安裝在平臺底面，相互對稱的兩個步進電機保持同步且同軸向，4個步進電機均與單片機連接，單片機安裝在平臺上，單片機信號輸入端與遙控器無線連接。
[0008]在所述導桿上安裝紅外線感應器，該紅外線感應器與單片機輸入端口連接。
[0009]所述平臺為正八邊形或圓形板體結構，其表面4個豁口四等分對稱。
[0010]在每根傳動軸上安裝I組全向輪組，每組全向輪組由2個全向輪組成。
[0011]工作過程如下:
[0012]通過單片機的程序對4個步進電機進行控制，可遙控控制電機轉速的輸出，通過步進電機帶動同步帶傳動，使傳動軸上的全向輪組轉動，完成對全向輪組的控制，使全向輪組具有指定速度，利用全向輪組與球殼的摩擦力作用，推動機器人行走，使機器人在X、y方向具有不同速度，利用速度合成，實現任意軌跡的運動，即全步姿的行走方式。在行走過程中，通過紅外線感應器感測前方路況，通過紅外線感應信號，驅動單片機使電機產生相應的速度信號，速度合成后使球形機器人繞過障礙物，實現對障礙的躲避。該機器人的內部采用質量盤來保持重心的穩(wěn)定，上方采用球形萬向輪和彈簧頂柱的結構，使全向輪與球殼能保持時刻緊壓狀態(tài)，也有保持運動平衡的作用。
[0013]與現有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:該機器人運轉靈活無死點、可遠程控制，具備自動避障功能，可廣泛應用于地質勘測、家庭服務、醫(yī)療衛(wèi)生等諸多領域。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的主視圖。
[0015]圖2為圖1中A-A剖視圖。
[0016]圖3為圖2中B-B剖視圖。
[0017]附圖標號:1 一球形萬向輪、2—六角螺檢A、3—六角螺母A、4一導桿、5—圓柱螺旋壓縮彈費、6—紅外線感應器、7—平臺座、8—六角螺檢B、9一六角螺母B、10一平臺、11一全向輪組A、12一質量盤、13—軸承座A、14一步進電機A、15一六角螺檢C、16一六角螺母C、17—開槽錐端緊定螺釘、18—質量盤托架、19 一連接座、20—電機端同步帶輪、21—傳動軸上同步帶輪、22—傳動軸、23—軸承座B、24—全向輪組B、25—單片機、26—球殼、27—全向輪組C、28—全向輪組D、29—同步齒形帶、30—過渡節(jié)、31—深溝球軸承A、32—緊定螺釘A、33 —內八角螺檢、34—緊定螺釘B、35—株溝球軸承B、36—步進電機C、37—步進電機B、38一步進電機D。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本發(fā)明做進一步說明:
[0019]如圖1、2所示，本發(fā)明主要包括球殼、步進電機、傳動軸、球形萬向輪以及全向輪組，在球殼26中設有一個平臺10，所述平臺為板體結構，在平臺頂面中心垂直安裝平臺座7，在平臺底面中心垂直安裝桿體結構的連接座19，平臺座和連接座通過六角螺栓B8和六角螺母B9垂直固接在平臺中心的兩端；在平臺座上通過圓柱螺旋壓縮彈簧5連接一根導桿4，在導桿頂端通過六角螺栓A2和六角螺母A3連接球形萬向輪I，球形萬向輪與球殼內壁接觸；導桿和平臺座處于同一直線且與平臺垂直；在連接座底端套接一個圓盤狀的質量盤12，在質量盤上安裝有質量盤托架18，質量盤與質量盤托架通過六角螺栓C15和六角螺母C16固接在一起后再用開槽緊定螺釘17緊