本發(fā)明涉及一種球形機(jī)器人，具體來說，涉及一種具有緊湊結(jié)構(gòu)的兩驅(qū)動的可移動的球形機(jī)器人。

背景技術(shù)：

球形機(jī)器人是一種通過滾動方式實(shí)現(xiàn)行走的移動機(jī)器人，其驅(qū)動原理主要是通過內(nèi)部驅(qū)動裝置的運(yùn)動改變機(jī)器人的重心位置，打破球體的靜態(tài)平衡，球體根據(jù)重心的具體位置進(jìn)行滾動并再次恢復(fù)靜態(tài)平衡，根據(jù)以上原理可以實(shí)現(xiàn)球形機(jī)器人的原地轉(zhuǎn)向和全方位行走。

查閱現(xiàn)有國內(nèi)外文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的球形機(jī)器人大多數(shù)采用偏心質(zhì)量塊驅(qū)動原理，通過偏心質(zhì)量塊擺動所產(chǎn)生的偏心力矩及慣性力矩驅(qū)動實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向和行走?，F(xiàn)有的球形機(jī)器人所采用的雙重?cái)[驅(qū)動方式兩個(gè)驅(qū)動電機(jī)非同軸布置，使得其驅(qū)動部分體積龐大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對已有技術(shù)存在的缺陷，提出了一種驅(qū)動電機(jī)同軸布置的新型球形機(jī)器人結(jié)構(gòu)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的設(shè)計(jì)構(gòu)思是：設(shè)計(jì)一個(gè)內(nèi)部裝有雙重?cái)[結(jié)構(gòu)的球形，球形外殼分為三部分，分別為左右兩個(gè)球冠和類球形圓柱體，各部分通過螺釘連接構(gòu)成球形外殼。雙重?cái)[軸線和橫梁支撐架的交點(diǎn)與球形外殼中心重合。球形外殼與雙重?cái)[通過橫梁連接，橫梁可通過電機(jī)的作用，實(shí)現(xiàn)相對于球體繞中心軸線Y轉(zhuǎn)動，雙重?cái)[還可繞垂直于Y的X軸線轉(zhuǎn)動。雙重?cái)[機(jī)構(gòu)不僅提供重心偏移驅(qū)動，還能提高力矩的對稱性，提高球形機(jī)器人運(yùn)行的穩(wěn)定性。為減少機(jī)器人的質(zhì)量，電源對稱的安裝在雙重?cái)[內(nèi)，提高了機(jī)構(gòu)的緊湊度和運(yùn)行的可靠性。

根據(jù)上述的設(shè)計(jì)構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種主動式雙擺球形機(jī)器人。它包括一個(gè)球形外殼和橫梁(6)，所述球形外殼由一個(gè)左球冠(4)、右球冠(1)和一個(gè)類球形圓柱體(2)以螺釘旋配構(gòu)成；所述的橫梁(6)為U形槽，U型槽長度方向旋轉(zhuǎn)軸為Y軸，寬度方向旋轉(zhuǎn)軸為X軸。U型槽內(nèi)沿Y軸方向同軸線安裝一個(gè)重?cái)[電機(jī)(9)和一個(gè)驅(qū)動電機(jī)(17)；驅(qū)動電機(jī)(17)安裝在橫梁(6)內(nèi)，其輸出軸安裝在與右球冠(1)固定的聯(lián)軸器(18)上，并直接驅(qū)動球形外殼繞Y軸轉(zhuǎn)動；重?cái)[電機(jī)(9)通過錐齒輪(12)與錐齒輪(13)的嚙合傳動驅(qū)動兩個(gè)重?cái)[(701、702)繞與軸線Y垂直的X軸轉(zhuǎn)動。

兩個(gè)重?cái)[(701、702)對稱安裝在重?cái)[軸(10)的兩端，重?cái)[軸(10)沿著X方向，重?cái)[軸(10)上安裝錐齒輪(13)。靠近重?cái)[軸(10)的重?cái)[電機(jī)(9)輸出軸上安裝有錐齒輪(12)，重?cái)[電機(jī)(9)通過錐齒輪(12)和錐齒輪(13)的嚙合傳動，驅(qū)動雙重?cái)[繞X軸轉(zhuǎn)動。

所述重?cái)[(701、702)通過螺釘安裝在重?cái)[軸兩端，重?cái)[中心為凹槽狀，所述電源(7012)通過擋板(7013)固定在重?cái)[(701、702)的凹槽內(nèi)。

所述橫梁(6)沿Y軸方向的兩端上有圓柱空心凸臺(601、602)，并與固定在球軸連接件(5、8)內(nèi)的軸承(1901、1902)配合安裝。球軸連接件(5、8)通過螺釘安裝在球殼上。

本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明主動式雙擺球形機(jī)器人兩個(gè)驅(qū)動電機(jī)同軸布置，減少了機(jī)器人的驅(qū)動空間。

2、本發(fā)明主動式雙擺球形機(jī)器人采用的兩個(gè)電源供安裝在重?cái)[內(nèi)，提高了機(jī)器人的空間和載荷利用效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明的橫梁結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明的重?cái)[軸結(jié)構(gòu)圖。

圖4為本發(fā)明的橫梁軸承安裝爆炸圖。

圖5為本發(fā)明的球殼外形圖。

圖6為重?cái)[和電池結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的技術(shù)方案、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做更進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

本發(fā)明包括一個(gè)球形外殼和橫梁(6)，所述橫梁(6)安裝在球形外殼內(nèi)。所述球形外殼由左球冠(4)、右球冠(1)和一個(gè)類球形圓柱體(2)以螺釘旋配構(gòu)成，球殼根據(jù)具體要求設(shè)計(jì)槽孔(202)。橫梁支撐架(6)通過球軸連接件(5)和(8)安裝在所述球形外殼內(nèi)腔中。

所述的橫梁(6)為對稱的U型槽，長度方向設(shè)置有圓柱空心凸臺(601、602)；電路板(15)、重?cái)[電機(jī)(9)和一個(gè)驅(qū)動電機(jī)(17)安裝在橫梁(6)內(nèi)，重?cái)[電機(jī)(9)和驅(qū)動電機(jī)(17)同軸安裝；所述驅(qū)動電機(jī)(17)通過驅(qū)動電機(jī)支架(16)與橫梁固定，其輸出軸固定在與右球冠(1)固定的聯(lián)軸器(18)上，從而直接驅(qū)動球形外殼繞與橫梁(6)長度方向一致的Y軸轉(zhuǎn)動；所述重?cái)[電機(jī)(9)通過重?cái)[電機(jī)支架(11)安裝在橫梁(6)內(nèi)，其輸出軸與錐齒輪(12)連接，并通過錐齒輪(12)與錐齒輪(13)的嚙合傳動驅(qū)動重?cái)[(701、702)繞與軸線Y垂直的X軸線轉(zhuǎn)動。

軸承(2001、2002)安裝在橫梁(6)中部兩邊的通孔中，并通過固定在橫梁(6)上的軸承端蓋(1401、1402)實(shí)現(xiàn)定位；所述重?cái)[軸(10)安裝在軸承(2001、2002)上，其兩端對稱安裝兩個(gè)重?cái)[(701、702)，重?cái)[軸(10)上安裝有錐齒輪(13)。重?cái)[電機(jī)(9)的輸出通過錐齒輪(12)和(13)的嚙合傳動帶動重?cái)[軸(10)轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)重?cái)[(701、701)繞X軸的轉(zhuǎn)動。

所述橫梁(6)長度方向的兩端上有圓柱空心凸臺(601、602)，圓柱空心凸臺(601、602)與軸承(1901、1902)配合安裝。所述軸承(1901、1902)分別固定在球軸連接件(5)和(8)內(nèi)，球軸連接件(5、8)通過螺釘固定在左右球冠(4、1)上。所述驅(qū)動電機(jī)(17) 通過電機(jī)支架(16)固定在橫梁(6)一端，輸出軸穿過所述橫梁(6)空心凸臺(601)后，與固定在左球冠(4)的聯(lián)軸器(18)固定安裝。

所述兩個(gè)重?cái)[(701、702)不是實(shí)體結(jié)構(gòu)，每個(gè)重?cái)[中都含有一個(gè)腔體，腔體的大小與電源(7012)外形相似。電源(7012)通過螺釘用擋板(7013)固定在重?cái)[(701、702)上，兩重?cái)[(701、702)通過螺釘緊固在重?cái)[軸(17)兩端。

球形機(jī)器人的具體運(yùn)動過程為，在電路板(15)的控制下，單獨(dú)控制驅(qū)動電機(jī)(17)轉(zhuǎn)動，則按如上描述傳動關(guān)系，驅(qū)動電機(jī)(17)輸出軸將通過聯(lián)軸器(18)帶動球形外殼相對于橫梁(6)轉(zhuǎn)動，而由于球形外殼與地面接觸，初始時(shí)在地面阻力矩的作用下球形外殼并不轉(zhuǎn)動，相應(yīng)的則橫梁(6)帶動重?cái)[(701、702)相對球形外殼轉(zhuǎn)動，從而產(chǎn)生偏心力矩，當(dāng)偏心力矩大于地面對球形外殼的阻力矩時(shí)，球形外殼則沿與驅(qū)動電機(jī)(17)轉(zhuǎn)軸垂直的方向沿地面滾動；相應(yīng)的在電路板(15)的控制下，單獨(dú)控制重?cái)[電機(jī)(9)轉(zhuǎn)動，則按如上描述傳動關(guān)系，重?cái)[電機(jī)(9)輸出軸將通過錐齒輪(12)和(13)的嚙合傳動，帶動重?cái)[(701、702)繞橫梁(6)轉(zhuǎn)動，從而產(chǎn)生偏心力矩，在偏心力矩的作用下球形機(jī)器人將沿與重?cái)[電機(jī)(9)輸出軸垂直的方向上沿地面滾動；類推的，在電路板(15)的控制下同時(shí)控制驅(qū)動電機(jī)(17)和重?cái)[電機(jī)(9)轉(zhuǎn)動，則可以實(shí)現(xiàn)球形機(jī)器人沿任意方向的滾動。