專利名稱：球型機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于機(jī)器人制造與設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種機(jī)器人，具體涉及一種具有前后運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)彎、原地旋轉(zhuǎn)、爬樓梯和游泳功能的球型機(jī)器人。
背景技術(shù)：
目前，人們所發(fā)明的球型機(jī)器人大多都是由球體內(nèi)兩個(gè)或多個(gè)重塊來(lái)回的變換位置來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)器人的滾動(dòng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、轉(zhuǎn)動(dòng)的靈活性不高、完成的動(dòng)作單一，沒有特殊的功能。例如；美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)的SukhanLee提出一種用內(nèi)部四個(gè)活塞來(lái)驅(qū)動(dòng)球體重心，實(shí)現(xiàn)重心的三維移動(dòng)，從而使球型機(jī)器人行走。這種由多個(gè)重塊的變換位置來(lái)改變重心實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)器人的滾動(dòng)，為此要設(shè)多個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)這些重塊移動(dòng)，這樣球內(nèi)機(jī)械結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。
又如，中國(guó)專利02128933.6公開了一種改進(jìn)的球形機(jī)器人全方位行走裝置。該機(jī)器人包括球冠和位于球冠內(nèi)的行走傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該行走傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括有一個(gè)圓環(huán)，該圓環(huán)的直徑方向設(shè)有向其外側(cè)伸出的兩根支撐短軸，該兩根支撐短軸分別通過(guò)軸承承載在球冠內(nèi)側(cè)通過(guò)球冠球心軸線的兩個(gè)支撐座上；在一支撐座上固裝一個(gè)大齒輪；該圓環(huán)上安裝有電機(jī)，其中一電機(jī)的電機(jī)軸上的小齒輪與支撐座上的大齒輪相嚙合而帶動(dòng)其前后轉(zhuǎn)動(dòng)；在圓環(huán)內(nèi)側(cè)、與伸出兩根支撐短軸相垂直的方向上設(shè)有兩個(gè)相對(duì)安裝的底座，一個(gè)內(nèi)接長(zhǎng)軸通過(guò)軸承承載在該兩個(gè)底座上；該內(nèi)接長(zhǎng)軸的一端側(cè)固裝一個(gè)大齒輪；安裝在圓環(huán)上或通過(guò)短軸鉸鏈安裝在內(nèi)接長(zhǎng)軸上的另一電機(jī)軸上的小齒輪與內(nèi)接長(zhǎng)軸上固裝的大齒輪相嚙合而帶動(dòng)其左右轉(zhuǎn)動(dòng)。雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但轉(zhuǎn)動(dòng)的靈活性不高。完成的動(dòng)作只是在地面上的二維運(yùn)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服以上現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本實(shí)用新型的目的在于，提供一種全新的球型機(jī)器人，它的殼體是透明的，內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰可見，它靈活巧妙的運(yùn)用了獨(dú)特的運(yùn)動(dòng)原理來(lái)完成球型機(jī)器人的靈活運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、爬樓梯、游泳等功能。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是一種球型機(jī)器人，包括，一透明的球體外殼；其特征在于，該球體外殼由球臺(tái)和兩端對(duì)稱的球冠連接組成；在球臺(tái)兩端分別連接有密封輪輻，在密封輪輻的中心線位置上設(shè)置有方軸，方軸上設(shè)置有搖籃；搖籃與密封輪輻通過(guò)軸承連接在一起，在方軸上還設(shè)置有一對(duì)離合器，該對(duì)離合器各連接有一滑塊；滑塊之間裝有反向螺紋的螺桿；搖籃的兩端分別有伸縮架，搖籃上部設(shè)有驅(qū)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的帶有變速箱的第二電機(jī)，以及用于打開球冠的第三電機(jī)和用于打開伸縮架的第四電機(jī)；搖籃上的帶有變速箱的第二電機(jī)通過(guò)一對(duì)齒輪和密封輪輻連接，驅(qū)動(dòng)搖籃上的第三電機(jī)通過(guò)蝸輪、蝸桿傳動(dòng)，帶動(dòng)方軸轉(zhuǎn)動(dòng)；搖籃上的第四電機(jī)通過(guò)蝸輪、蝸桿驅(qū)使螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)；搖籃底部中心部位還有一豎軸，豎軸上配置有配重盤，配重盤的上方有用于給帶有變速箱的第二電機(jī)、第三電機(jī)、第四電機(jī)供電的導(dǎo)電盤，配重盤的底部有第一電機(jī)，第一電機(jī)通過(guò)一對(duì)齒輪與豎軸連接。
本發(fā)明的其它一些特點(diǎn)是，所述搖籃和密封輪輻通過(guò)軸承連接。
所述配重盤和豎軸通過(guò)軸承連接。
所述導(dǎo)電盤的上盤和豎軸固定連接，其下盤和配重盤固定連接。
所述伸縮架的兩個(gè)支撐腳其中一個(gè)裝有軸承。
本實(shí)用新型的球型機(jī)器人，采用全新的機(jī)械結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的運(yùn)動(dòng)方式，具有爬樓梯和游泳的特殊功能，為日后的現(xiàn)代娛樂、機(jī)器人競(jìng)技、科學(xué)探索及檢測(cè)開辟了新的途徑。申請(qǐng)人已制造了一個(gè)直徑250毫米的無(wú)線遙控的球型機(jī)器人，并通過(guò)了多次實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)使其通過(guò)了多種性能的檢測(cè)，圓滿的實(shí)現(xiàn)了前后運(yùn)動(dòng)、原地旋轉(zhuǎn)、爬樓梯和游泳的功能。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2是多功能伸縮架的結(jié)構(gòu)示意圖。
以下是結(jié)合附圖和球型機(jī)器人的功能及原理對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
具體實(shí)施方式
參見圖1，本實(shí)用新型的球型機(jī)器人，其結(jié)構(gòu)包括，一透明的球體外殼；其特征在于，該球體外殼由球臺(tái)12和兩端對(duì)稱的球冠6、21連接組成；在球臺(tái)12兩端分別連接有密封輪輻8和密封輪輻19，在密封輪輻8、19的中心線位置上設(shè)置有方軸14，方軸14上設(shè)置有搖籃5；搖籃5與密封輪輻8、19通過(guò)軸承連接在一起，在方軸14上還設(shè)置有一對(duì)離合器11、17，離合器11、17各連接有一滑塊10、18；滑塊10、18之間裝有反向螺紋的螺桿16；搖籃5的兩端分別有伸縮架7、20，搖籃5上部設(shè)有驅(qū)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的帶有變速箱的第二電機(jī)9，以及用于打開球冠6、21的第三電機(jī)13和用于打開伸縮架7、20的第四電機(jī)15；搖籃5上的帶有變速箱的第二電機(jī)9通過(guò)一對(duì)齒輪c、齒輪d和密封輪輻8連接，驅(qū)動(dòng)搖籃5上的第三電機(jī)13通過(guò)蝸輪e、蝸桿f傳動(dòng)，帶動(dòng)方軸14轉(zhuǎn)動(dòng)；搖籃5上的第四電機(jī)15通過(guò)蝸輪g、蝸桿h驅(qū)使螺桿16轉(zhuǎn)動(dòng)；搖籃5底部中心部位還有一豎軸4，豎軸4上配置有配重盤2，配重盤2的上方有用于給帶有變速箱的第二電機(jī)9、第三電機(jī)13、第四電機(jī)15供電的導(dǎo)電盤3，配重盤2的底部有第一電機(jī)1，第一電機(jī)1通過(guò)一對(duì)齒輪a、b與豎軸4連接。
本實(shí)用新型的球型機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)在地面上前進(jìn)后退及旋轉(zhuǎn)、爬樓梯和游泳的動(dòng)作，其工作原理是1.在球型機(jī)器人的底部安裝的配重盤，其重量占整個(gè)球型機(jī)器人總重的很大部分，這樣就使得球型機(jī)器人的重心靠近地面，從而保證了球型機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)中的穩(wěn)定。配重盤的重心移動(dòng)使得整個(gè)球體滾動(dòng)，配重盤的轉(zhuǎn)動(dòng)給整個(gè)球體的原地旋轉(zhuǎn)提供了必要條件，根據(jù)所學(xué)的力學(xué)知識(shí)就可以得出配重盤轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)也給球體一個(gè)反向轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力，由于整個(gè)球體和地面的轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦力很小，所以當(dāng)驅(qū)使配重盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，球體就會(huì)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，而且球體相對(duì)地面轉(zhuǎn)動(dòng)的速度要比配重盤相對(duì)地面轉(zhuǎn)動(dòng)的速度要快。這樣就確保了球型機(jī)器人靈活的運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)向、原地旋轉(zhuǎn)。
2、該球型機(jī)器人透明外殼被分成三個(gè)部分即中間的大殼體和兩邊對(duì)稱的球冠，兩邊的球冠里面分別設(shè)置有多功能大行程剪式伸縮架，當(dāng)需要爬樓梯時(shí)兩邊對(duì)稱的兩塊球冠會(huì)自動(dòng)打開，這樣多功能伸縮架伸開時(shí)就會(huì)接觸地面從而使整個(gè)球體脫離地面并上升，伸縮架的兩個(gè)支撐腳一個(gè)裝有軸承，保證了兩腳的摩擦力一大一小，這樣在伸縮架伸開的同時(shí)球體不但上升而且還伴有前移的動(dòng)作，當(dāng)上升到所需要的高度時(shí)驅(qū)動(dòng)球體內(nèi)的配重盤使其重心前傾，這樣整個(gè)球體就會(huì)傾到樓梯的臺(tái)階上，然后使伸縮架收回調(diào)整一下球體的位置，這樣重復(fù)以上動(dòng)作就可以連續(xù)不斷的爬樓梯了。
3、在球型機(jī)器人球體內(nèi)有兩個(gè)密封的輪輻，在水中能避免水進(jìn)入球臺(tái)內(nèi)，由于整個(gè)球型機(jī)器人的質(zhì)量不是太大，這樣把機(jī)器人放入水里其球體的中線仍在水平面以上，在水中讓兩邊的球冠打開這樣多功能伸縮架就能露出，由于多功能伸縮架反向有自鎖功能所以當(dāng)反向轉(zhuǎn)動(dòng)伸縮架時(shí)，多功能伸縮架就不是伸開而會(huì)是象船漿一樣撥水，從而實(shí)現(xiàn)在水里游泳的功能。
以下對(duì)各個(gè)實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作進(jìn)一步的描述。
機(jī)器人的前進(jìn)后退動(dòng)作如圖1所示整個(gè)透明球體分為中間大殼體12和兩邊球冠6、21三個(gè)部分。密封輪輻8、19和球臺(tái)12是固定連接的，中間的搖籃5和密封輪輻8、19是軸承連接的。豎軸4和搖籃5是固定連接，配重盤2和豎軸4是軸承連接，9是電機(jī)和變速箱和搖籃是固定連接的。電極9通過(guò)變速箱帶動(dòng)齒輪c，齒輪c和齒輪d嚙合，齒輪d和輪輻8是固定連接的。電源部分設(shè)置在配重盤2的上面，通過(guò)導(dǎo)電盤3給搖籃5上的帶有變速箱的第二電機(jī)9、第三電機(jī)13、第四電機(jī)15供電，導(dǎo)電盤3的上盤和豎軸4固定連接下盤和配重盤固定連接。這樣，當(dāng)帶有變速箱的第二電機(jī)9工作，就會(huì)使搖籃5和配重盤2擺動(dòng)，由于整個(gè)機(jī)器人的重心集中在配重盤上面，當(dāng)搖籃5帶著配重盤2擺動(dòng)時(shí)，就相當(dāng)機(jī)器人的重心在移動(dòng)，所以機(jī)器人也就會(huì)滾動(dòng)，若第二電機(jī)和變速箱9中的電機(jī)連續(xù)工作，機(jī)器人就會(huì)連續(xù)運(yùn)動(dòng)，其電機(jī)反向工作時(shí)機(jī)器人就會(huì)反向運(yùn)動(dòng)。
機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎和原地旋轉(zhuǎn)如圖1所示電機(jī)1和配重盤是固定連接的，主電機(jī)1通過(guò)變速箱帶動(dòng)齒輪a，齒輪a和齒輪b嚙合，齒輪b和豎軸4是固定連接的。當(dāng)電機(jī)1工作時(shí)驅(qū)動(dòng)齒輪a并帶動(dòng)齒輪b，配重盤2和豎軸4是軸承聯(lián)接，所以配重盤就會(huì)繞豎軸4轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)電機(jī)1驅(qū)動(dòng)配重盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于力的作用是相互的所以配重盤就會(huì)有驅(qū)使球體反向運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。由于配重盤2的質(zhì)量占整個(gè)球體總質(zhì)量的大部分，而球體外殼12和地面接觸的面積很小，因而轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦力很小。由力學(xué)知識(shí)可知當(dāng)驅(qū)動(dòng)配重盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)球體就會(huì)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，而且球體相對(duì)地面轉(zhuǎn)動(dòng)的速度要比配重盤相對(duì)地面轉(zhuǎn)動(dòng)的速度要快，這樣就能實(shí)現(xiàn)靈活轉(zhuǎn)彎的動(dòng)作。而當(dāng)電機(jī)1連續(xù)工作時(shí)，球體就會(huì)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)原地旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作。
爬樓梯動(dòng)作如圖1所示透明球體是分為球臺(tái)12和兩邊球冠6、21三部分。當(dāng)需要上樓梯臺(tái)階時(shí)，兩邊的球冠6、21能打開，球冠6、12的打開是由電機(jī)15來(lái)實(shí)現(xiàn)的，電機(jī)15工作時(shí)通過(guò)蝸輪蝸桿g、h驅(qū)使螺桿16轉(zhuǎn)動(dòng)，螺桿16兩端各有一個(gè)由螺紋聯(lián)接的滑塊10、18，滑塊又和離合器11、17連接，離合器11、17固定穿在伸縮軸上并和伸縮架7、20連接在一起，兩邊球體6、21又和伸縮軸連接在一起。螺桿16轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)兩邊的滑塊10、18同時(shí)向兩邊移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)離合器11、17向兩邊移動(dòng)，這樣兩邊的球冠6、21就會(huì)打開，為多功能伸縮架7、20打開提供了空間。伸縮架伸開是由電機(jī)13通過(guò)通過(guò)蝸輪蝸桿e、f傳動(dòng)，來(lái)帶動(dòng)方軸14轉(zhuǎn)動(dòng)，方軸14轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞繩子就會(huì)把伸縮架伸開。這樣多功能伸縮架7、20伸開時(shí)就會(huì)接觸地面從而使整個(gè)球體脫離地面并上升，伸縮架的兩個(gè)支撐腳一個(gè)裝有軸承，保證了兩腳的摩擦力一大一小，這樣在伸縮架伸開的同時(shí)球體不但上升而且還伴有前移的動(dòng)作，當(dāng)上升到所需要的高度時(shí)電機(jī)9工作驅(qū)使球體重心前傾，這樣整個(gè)球體就會(huì)傾到樓梯的臺(tái)階上，然后使伸縮架收回調(diào)整一下球體的位置，這樣重復(fù)以上動(dòng)作就可以連續(xù)不斷的爬樓梯了。
游泳動(dòng)作如圖所示密封輪輻8、19和球臺(tái)12是固定連接的，密封輪輻能起到防止水進(jìn)入球臺(tái)的作用。由于整個(gè)機(jī)器人的質(zhì)量不是太大，所以在水中時(shí)球體的中線仍在水平面以上。在水中先讓電機(jī)15工作讓兩邊的球冠6、21打開，這樣多功能伸縮架7、20就能露出，由于多功能伸縮架反向有自鎖功能所以當(dāng)電機(jī)13反向轉(zhuǎn)動(dòng)伸縮架時(shí)，多功能伸縮架就不是伸開而會(huì)是象船漿一樣撥水，從而實(shí)現(xiàn)在水里游泳的功能。
綜上所述，本實(shí)用新型的球型機(jī)器人與已有技術(shù)相比，有以下幾項(xiàng)功能1)球型機(jī)器人在地面運(yùn)動(dòng)時(shí)具有轉(zhuǎn)動(dòng)靈活運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)能實(shí)現(xiàn)原地旋轉(zhuǎn)、前進(jìn)、后退、具有全方位的功能，從而避免了在運(yùn)動(dòng)中有死角出現(xiàn)。
2)球型機(jī)器人能依靠球體內(nèi)的巧妙傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使其脫離地面達(dá)到臺(tái)階上，實(shí)現(xiàn)了球型機(jī)器人爬樓梯的特殊功能。
3)球體內(nèi)的密封輪輻和多功能伸縮架發(fā)揮的作用實(shí)現(xiàn)了球型機(jī)器人能在水里游泳的特殊功能。
權(quán)利要求1.一種球型機(jī)器人，包括，一透明的球體外殼；其特征在于，該球體外殼由球臺(tái)(12)和兩端對(duì)稱的球冠(6、21)連接組成；在球臺(tái)(12)兩端分別連接有密封輪輻(8、19)，在球臺(tái)(12)內(nèi)的密封輪輻(8、19)的中心線位置上設(shè)置有方軸(14)，方軸(14)上設(shè)置有搖籃(5)；搖籃(5)與密封輪輻(8、19)通過(guò)軸承連接在一起，在方軸(14)上還設(shè)置有一對(duì)離合器(11、17)，離合器(11、17)各連接有一滑塊(10、18)；滑塊(10、18)之間裝有反向螺紋的螺桿(16)；搖籃(5)的兩端分別有伸縮架(7)和伸縮架(20)，搖籃(5)上部設(shè)有驅(qū)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的帶有變速箱的第二電機(jī)(9)，以及用于打開球冠(6、21)的第三電機(jī)(13)和用于打開伸縮架(7、20)的第四電機(jī)(15)；搖籃(5)上的帶有變速箱的第二電機(jī)(9)通過(guò)一對(duì)齒輪c、齒輪d和密封輪輻(8)連接，驅(qū)動(dòng)搖籃(5)上的第三電機(jī)(13)通過(guò)蝸輪e、蝸桿f傳動(dòng)，帶動(dòng)方軸(14)轉(zhuǎn)動(dòng)；搖籃(5)上的第四電機(jī)(15)通過(guò)蝸輪g、蝸桿h驅(qū)使螺桿(16)轉(zhuǎn)動(dòng)；搖籃(5)底部中心部位還有一豎軸(4)，豎軸(4)上配置有配重盤(2)，配重盤(2)的上方有用于給帶有變速箱的第二電機(jī)(9)、第三電機(jī)(13)、第四電機(jī)(15)供電的導(dǎo)電盤(3)，配重盤(2)的底部有第一電機(jī)(1)，第一電機(jī)(1)通過(guò)一對(duì)齒輪a、b與豎軸(4)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的球型機(jī)器人，其特征在于，所述搖籃(5)和密封輪輻(8、19)通過(guò)軸承連接。
3.如權(quán)利要求1所述的球型機(jī)器人，其特征在于，所述配重盤(2)和豎軸(4)通過(guò)軸承連接。
4.如權(quán)利要求1所述的球型機(jī)器人，其特征在于，所述導(dǎo)電盤(3)的上盤和豎軸(4)固定連接，其下盤和配重盤(2)固定連接。
5.如權(quán)利要求1所述的球型機(jī)器人，其特征在于，所述伸縮架(7、20)的兩個(gè)支撐腳其中一個(gè)裝有軸承。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種球型機(jī)器人，包括，一透明的球體外殼；該球體外殼由球臺(tái)和兩端對(duì)稱的球冠連接組成；在球臺(tái)兩端分別連接有密封輪輻，在球臺(tái)內(nèi)的密封輪輻的中心線位置上設(shè)置有方軸，方軸上設(shè)置有搖籃；搖籃的兩端分別有伸縮架，搖籃上部設(shè)有驅(qū)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的帶有變速箱的電機(jī)，以及用于打開球冠和用于打開伸縮架的電機(jī)；搖籃底部中心部位還有一豎軸，豎軸上配置有配重盤，配重盤的上方有導(dǎo)電盤。本實(shí)用新型的球型機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)在地面上前進(jìn)后退及旋轉(zhuǎn)、爬樓梯和游泳的動(dòng)作。
文檔編號(hào)B62D57/00GK2765804SQ200420086188
公開日2006年3月22日 申請(qǐng)日期2004年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月15日
發(fā)明者馬錫琪, 孫華雷, 唐懷丹, 張曉峰, 焦榮 申請(qǐng)人:西安思源職業(yè)學(xué)院