專利名稱：一種原地轉(zhuǎn)向的輪式機(jī)器人底座機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于機(jī)器人上應(yīng)用的底座，更特別地說，是指一種原地轉(zhuǎn)向的輪式機(jī)器人底座機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
常用的輪式機(jī)器人轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)主要有五種艾克曼轉(zhuǎn)向、差速轉(zhuǎn)向、軸-關(guān)節(jié)式轉(zhuǎn)向、全輪轉(zhuǎn)向及車體-關(guān)節(jié)式轉(zhuǎn)向。艾克曼轉(zhuǎn)向是最典型的方法，它通過后輪驅(qū)動(dòng)，前輪從動(dòng)并轉(zhuǎn)向，在兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪之間通過艾克曼聯(lián)接使前輪實(shí)現(xiàn)同步偏轉(zhuǎn)，與汽車等車輛轉(zhuǎn)向原理類似。差速轉(zhuǎn)向的兩側(cè)車輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，通過改變兩側(cè)車輪速度實(shí)現(xiàn)不同半徑的轉(zhuǎn)向。 軸-關(guān)節(jié)式轉(zhuǎn)向是通過連接兩側(cè)輪子的軸的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，與艾克曼轉(zhuǎn)向不同，輪子本身并不繞著縱向軸旋轉(zhuǎn)。全輪轉(zhuǎn)向方式中，每個(gè)輪子均由一個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)任意一個(gè)輪子的360度全方位轉(zhuǎn)向。車體-關(guān)節(jié)式轉(zhuǎn)向大多由兩段車體組成，兩段車體之間通過旋轉(zhuǎn)軸連接，每段車體兩側(cè)均有方向固定的輪子，借助于某段車體相對于另一段車體的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。上述五種轉(zhuǎn)向方式各其特點(diǎn)艾克曼轉(zhuǎn)向最為簡單，易于實(shí)現(xiàn)，但轉(zhuǎn)向半徑較大； 差速轉(zhuǎn)向可實(shí)現(xiàn)較小的轉(zhuǎn)向半徑，但任何時(shí)刻均有兩個(gè)電機(jī)在同時(shí)工作，功耗較大，且用其驅(qū)動(dòng)車體移動(dòng)時(shí)對兩個(gè)電機(jī)運(yùn)動(dòng)的同步性要求較高；軸-關(guān)節(jié)式轉(zhuǎn)向需要輪軸帶動(dòng)兩個(gè)輪子大范圍的運(yùn)動(dòng)，功耗較大，此外對車體外形也有一定限制，以避免輪子與車體發(fā)生干涉； 全輪轉(zhuǎn)向最為靈活，但每個(gè)輪子都需要一個(gè)轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向，成本和復(fù)雜性較其它方式都高；車體-關(guān)節(jié)式轉(zhuǎn)向特點(diǎn)與軸-關(guān)節(jié)式轉(zhuǎn)向相似，不同之處在于整段車體都需要轉(zhuǎn)動(dòng)， 一般用在有特殊要求的工作環(huán)境中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有輪式機(jī)器人平臺存在的問題，提供一種控制簡單、功耗和成本低、可實(shí)現(xiàn)零半徑原地360度轉(zhuǎn)向的輪式機(jī)器人底座機(jī)構(gòu)。該底座機(jī)構(gòu)通過分別單獨(dú)控制兩個(gè)電機(jī)正反轉(zhuǎn)，在同步帶、帶輪、轉(zhuǎn)接件之間的協(xié)作下，可實(shí)現(xiàn)輪式機(jī)器人的轉(zhuǎn)向和移動(dòng)。本發(fā)明的一種原地轉(zhuǎn)向的輪式機(jī)器人底座機(jī)構(gòu)，該底座機(jī)構(gòu)包括有機(jī)架組件(1)、 輪系組件、轉(zhuǎn)向和移動(dòng)組件C3)三個(gè)部分；機(jī)架組件(1)包括有A轉(zhuǎn)接件(11)、B轉(zhuǎn)接件(U)、C轉(zhuǎn)接件(n)、D轉(zhuǎn)接件(14)、 轉(zhuǎn)向軸(15)和四邊形機(jī)架(16)；四邊形機(jī)架(16)的中部設(shè)有中橫梁(165)，該中橫梁(165)上設(shè)有中心通孔 (165a)和電機(jī)軸過孔(165b)；所述中心通孔(165a)內(nèi)安裝有E角接觸軸承(152)，該E角接觸軸承(15 套接在轉(zhuǎn)向軸(1 上；所述電機(jī)軸過孔(165b)用于第一步進(jìn)電機(jī)(34)的電機(jī)軸穿過，而第一步進(jìn)電機(jī)(34)的機(jī)殼則固定安裝在中橫梁(16 上；四邊形機(jī)架(16)的四個(gè)角上設(shè)有A通孔(161)、B通孔(162)、C通孔(163)和D通孔(164)；其中所述A通孔(161)內(nèi)安裝有C轉(zhuǎn)接件(13)的C角接觸軸承(132)，該C角接觸軸承(132)套接在C轉(zhuǎn)軸(131)上；所述B通孔(162)內(nèi)安裝有A轉(zhuǎn)接件(11)的A角接觸軸承(112)，該A角接觸軸承(112)套接在A轉(zhuǎn)軸(111)上；所述C通孔(163)內(nèi)安裝有B轉(zhuǎn)接件(12)的B角接觸軸承(122)，該B角接觸軸承(122)套接在B轉(zhuǎn)軸(121)上；所述D通孔(164)內(nèi)安裝有D轉(zhuǎn)接件(14)的D角接觸軸承(142)，該D角接觸軸承(142)套接在D轉(zhuǎn)軸(141)上；A轉(zhuǎn)接件(11)由A轉(zhuǎn)軸(111)、A角接觸軸承(112)和A螺母(113)組成，A角接觸軸承(112)與A轉(zhuǎn)軸(111)的一端套接，A轉(zhuǎn)軸(111)的另一端通過A螺母(113)實(shí)現(xiàn)與A萬向輪Qla)的輪架的固定連接；B轉(zhuǎn)接件(12)由B轉(zhuǎn)軸(121)、B角接觸軸承(122)和B螺母(123)組成，B角接觸軸承(122)與B轉(zhuǎn)軸(121)的一端套接，B轉(zhuǎn)軸(121)的另一端通過B螺母(123)實(shí)現(xiàn)與B萬向輪0 )的輪架02)的固定連接；C轉(zhuǎn)接件(13)由C轉(zhuǎn)軸(131)、C角接觸軸承(132)和C螺母(133)組成，C角接觸軸承(132)與C轉(zhuǎn)軸(131)套接，C轉(zhuǎn)軸(131)的另一端通過C螺母(133)實(shí)現(xiàn)與A定向輪Ola)的輪架的固定連接，C轉(zhuǎn)軸(131)的一端上套接有轉(zhuǎn)向和移動(dòng)組件(3)中的G帶輪(47)；D轉(zhuǎn)接件(14)由D轉(zhuǎn)軸(141)、D角接觸軸承(142)和D螺母(143)組成，D角接觸軸承(142)與D轉(zhuǎn)軸(141)套接，D轉(zhuǎn)軸(141)的另一端通過D螺母(143)實(shí)現(xiàn)與B定向輪0 )的輪架04)的固定連接，D轉(zhuǎn)軸(141)的一端上套接有轉(zhuǎn)向和移動(dòng)組件(3)中的H帶輪(48)；輪系組件包括有A萬向輪(21a)、B萬向輪(2h)、A定向輪(23a)、B定向輪(24a) 和動(dòng)力定向輪(25) ；A萬向輪(21a)與A轉(zhuǎn)接件(11)連接，B萬向輪(22a)與B轉(zhuǎn)接件(12) 連接，A定向輪(23a)與C轉(zhuǎn)接件(13)連接，B定向輪(Ma)與D轉(zhuǎn)接件(14)連接；所述動(dòng)力定向輪05)由U形輪架051)、動(dòng)力轉(zhuǎn)軸052)、輪子Q53)、A滾珠軸承 (254)和B滾珠軸承(25 組成，輪子(25 安裝在動(dòng)力轉(zhuǎn)軸(25 上，動(dòng)力轉(zhuǎn)軸052)的一端套接有A滾珠軸承OM)，動(dòng)力轉(zhuǎn)軸052)的另一端套接有B滾珠軸承055)，該A滾珠軸承(254)安裝在U形輪架051)的一支臂的通孔內(nèi)，該B滾珠軸承(255)安裝在U形輪架051)的另一支臂的通孔內(nèi)；轉(zhuǎn)向和移動(dòng)組件C3)包括有安裝板(37)、電機(jī)支撐架(38)、第一步進(jìn)電機(jī)(34)、第二步進(jìn)電機(jī)(35)、A轉(zhuǎn)向同步帶(31)、B轉(zhuǎn)向同步帶(32)、C轉(zhuǎn)向同步帶(33)、移動(dòng)同步帶 (36)、A帶輪(41)、B帶輪(4幻、(帶輪(4!3)、D帶輪(44)、E帶輪(^)、F帶輪(46)、G帶輪 (47)和 H 帶輪(48)；安裝板(37)上設(shè)有平板(371)和套筒(372)，平板(371)用于安裝電機(jī)支撐架 (38)，套筒(372)內(nèi)套接有轉(zhuǎn)向軸(15)的上端；第一步進(jìn)電機(jī)(34)的輸出軸上連接有A帶輪；第二步進(jìn)電機(jī)(35)的輸出軸上連接有F帶輪06)；
A帶輪Gl)與B帶輪02)之間套接有A轉(zhuǎn)向同步帶(31)；C帶輪03)與F帶輪06)之間套接有移動(dòng)同步帶(36)；D帶輪04)與H帶輪08)之間套接有C轉(zhuǎn)向同步帶(33)；E帶輪05)與G帶輪07)之間套接有B轉(zhuǎn)向同步帶(32)；E帶輪05)、D帶輪04)和B帶輪02)從上至下安裝在轉(zhuǎn)向軸(15)上。本發(fā)明的原地轉(zhuǎn)向的輪式機(jī)器人底座機(jī)構(gòu)，其四邊形機(jī)架(16)底部設(shè)置的A定 向輪(23a)、B定向輪(Ma)、A萬向輪(21a)、B萬向輪(22a)，A定向輪(23a)與B定向輪 (24a)為對角布局，A萬向輪Qla)與B萬向輪為對角布局。本發(fā)明的原地轉(zhuǎn)向的輪式機(jī)器人底座機(jī)構(gòu)，其動(dòng)力定向輪0 設(shè)置在四邊形機(jī) 架(16)底部的橫向中心線和縱向中心線的交點(diǎn)處。本發(fā)明原地轉(zhuǎn)向的輪式機(jī)器人底座機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于①底座機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向由第一步進(jìn)電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)完成，底座機(jī)構(gòu)的移動(dòng)由第二步進(jìn)電 機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)完成，本底座機(jī)構(gòu)只用兩個(gè)電機(jī)既可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向和移動(dòng)功能，又可使兩種運(yùn)動(dòng)完 全解耦，控制非常簡單。②本發(fā)明設(shè)計(jì)的底座機(jī)構(gòu)完成一種動(dòng)作只需要一個(gè)電機(jī)工作，功耗低。③本發(fā)明設(shè)計(jì)的底座機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)原地零半徑360度轉(zhuǎn)向，運(yùn)動(dòng)軌跡可精確控制， 有效減少了工作空間的死角。④本發(fā)明設(shè)計(jì)的底座機(jī)構(gòu)中傳動(dòng)零部件為帶輪、同步帶，均為標(biāo)準(zhǔn)件，對運(yùn)動(dòng)同步 性和加工裝配精度無特殊要求，成本低。


圖1是本發(fā)明輪式機(jī)器人底座機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。圖IA是本發(fā)明輪式機(jī)器人底座機(jī)構(gòu)的另一視角結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明中機(jī)架組件的結(jié)構(gòu)圖。圖2A是本發(fā)明中機(jī)架組件的分解圖。圖3是本發(fā)明中轉(zhuǎn)向和移動(dòng)組件的結(jié)構(gòu)圖。圖3A是本發(fā)明中轉(zhuǎn)向和移動(dòng)組件與動(dòng)力定向輪的裝配圖。圖;3B是本發(fā)明電機(jī)支撐架的結(jié)構(gòu)圖。圖3C是本發(fā)明動(dòng)力定向輪的分解圖。圖4是本發(fā)明輪系組件在轉(zhuǎn)向和平移時(shí)的示意圖。圖中 1 機(jī)架組件 11.A轉(zhuǎn)接件111.A轉(zhuǎn)軸112.A角 接觸軸承113. A螺母 12. B轉(zhuǎn)接件 121. B轉(zhuǎn)軸122. B角接觸軸承123. B螺母 13. C轉(zhuǎn)接件 131. C轉(zhuǎn)軸132. C角接觸軸承133. C螺母 14. D轉(zhuǎn)接件 141. D轉(zhuǎn)軸142. D角接觸軸承143. D螺母15 轉(zhuǎn)向軸152. E角接觸軸承 16.四邊形機(jī)架161. A 通孔 162. B 通孔 163. C 通孔164. D 通孔165.
中橫梁
165a.中心通孔 165b.電機(jī)軸過孔21a.A萬向輪 21. A 萬向輪輪架22a. B萬向輪22. B萬向輪輪架^a. A定向輪 23. A定向輪輪架24a. B定向輪 24. B定向輪輪架25.動(dòng)カ定向輪 251. U形輪架252.動(dòng)カ轉(zhuǎn)軸 253.輪子 254. A滾珠軸承255. B滾珠軸承 3.轉(zhuǎn)向和移動(dòng)組件31. A轉(zhuǎn)向同步帶32. B轉(zhuǎn)向同步帶33. C轉(zhuǎn)向同步帶 34.第一步進(jìn)電機(jī)35.第二步進(jìn)電機(jī)36.移動(dòng)同步帶 37.安裝板 371.平板372.套筒38.電機(jī)支撐架41. A帶輪42. B帶輪 43. C帶輪44. D帶輪45. E帶輪46. F帶輪47. G帶輪 48. H帶輪
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)ー步的詳細(xì)說明。參見圖1、圖IA所示，本發(fā)明的一種原地轉(zhuǎn)向的輪式機(jī)器人底座機(jī)構(gòu)，該底座機(jī)構(gòu) 包括有機(jī)架組件1、輪系組件、轉(zhuǎn)向和移動(dòng)組件3三個(gè)部分，輪系組件安裝在機(jī)架組件1的下 方，機(jī)器人載體安裝在機(jī)架組件1的上方。轉(zhuǎn)向和移動(dòng)組件3置于機(jī)器人載體內(nèi)部。(一)機(jī)架組件1參見圖2、圖2A所示，機(jī)架組件1包括有A轉(zhuǎn)接件11、B轉(zhuǎn)接件12、C轉(zhuǎn)接件13、D 轉(zhuǎn)接件14、轉(zhuǎn)向軸15和四邊形機(jī)架16。四邊形機(jī)架16的中部設(shè)有中橫梁165，該中橫梁165上設(shè)有中心通孔16 和電機(jī) 軸過孔16 ；所述中心通孔16 內(nèi)安裝有E角接觸軸承152，該E角接觸軸承152套接在 轉(zhuǎn)向軸15上；所述電機(jī)軸過孔16 用于第一步進(jìn)電機(jī)34的電機(jī)軸穿過，而第一步進(jìn)電機(jī) 34的機(jī)殼則固定安裝在中橫梁165上；四邊形機(jī)架16的四個(gè)角上設(shè)有A通孔161、B通孔162、C通孔163和D通孔164 ；
其中所述A通孔161內(nèi)安裝有C轉(zhuǎn)接件13的C角接觸軸承132，該C角接觸軸承132 套接在C轉(zhuǎn)軸131上；所述B通孔162內(nèi)安裝有A轉(zhuǎn)接件11的A角接觸軸承112，該A角接觸軸承112 套接在A轉(zhuǎn)軸111上；所述C通孔163內(nèi)安裝有B轉(zhuǎn)接件12的B角接觸軸承122，該B角接觸軸承122 套接在B轉(zhuǎn)軸121上；所述D通孔164內(nèi)安裝有D轉(zhuǎn)接件14的D角接觸軸承142，該D角接觸軸承142 套接在D轉(zhuǎn)軸141上。
A轉(zhuǎn)接件11由A轉(zhuǎn)軸111、A角接觸軸承112和A螺母113組成，A角接觸軸承112 安裝在四邊形機(jī)架16的B通孔162內(nèi)，且A角接觸軸承112與A轉(zhuǎn)軸111的一端套接，A轉(zhuǎn)軸111的另一端通過A螺母113實(shí)現(xiàn)與A萬向輪21a的輪架21固定連接。B轉(zhuǎn)接件12由B轉(zhuǎn)軸121、B角接觸軸承122和B螺母123組成，B角接觸軸承122 安裝在四邊形機(jī)架16的C通孔163內(nèi)，且B角接觸軸承112與B轉(zhuǎn)軸121的一端套接，B轉(zhuǎn)軸121的另一端通過B螺母123實(shí)現(xiàn)與B萬向輪22a的輪架22固定連接。C轉(zhuǎn)接件13由C轉(zhuǎn)軸131、C角接觸軸承132和C螺母133組成，C角接觸軸承132 安裝在四邊形機(jī)架16的A通孔161內(nèi)，且C角接觸軸承132與C轉(zhuǎn)軸131套接，C轉(zhuǎn)軸131 的另一端通過C螺母133實(shí)現(xiàn)與A定向輪21a的輪架21固定連接，C轉(zhuǎn)軸131的一端上套接有轉(zhuǎn)向和移動(dòng)組件3中的G帶輪47。D轉(zhuǎn)接件14由D轉(zhuǎn)軸141、D角接觸軸承142和D螺母143組成，D角接觸軸承142 安裝在四邊形機(jī)架16的D通孔164內(nèi)，且D角接觸軸承142與D轉(zhuǎn)軸141套接，D轉(zhuǎn)軸141 的另一端通過D螺母143實(shí)現(xiàn)與B定向輪Ma的輪架M固定連接，D轉(zhuǎn)軸141的一端上套接有轉(zhuǎn)向和移動(dòng)組件3中的H帶輪48。在本發(fā)明中，轉(zhuǎn)向軸15的上端安裝在安裝板37的套筒372內(nèi)，轉(zhuǎn)向軸15的下端安裝在U形輪架251上，轉(zhuǎn)向軸15從上至下套接有E帶輪45、D帶輪44、E角接觸軸承152 和B帶輪42。轉(zhuǎn)向軸15上套接E角接觸軸承152，且E角接觸軸承152安裝在四邊形機(jī)架 16的中橫梁165上；在第一步進(jìn)電機(jī)34的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)下，轉(zhuǎn)向軸15在A轉(zhuǎn)向同步帶31的傳遞下而轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)向軸15轉(zhuǎn)動(dòng)的一方面使得B轉(zhuǎn)向同步帶32、C轉(zhuǎn)向同步帶33保持同步轉(zhuǎn)動(dòng)，帶輪與轉(zhuǎn)接件中的轉(zhuǎn)軸的固定連接，在轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的條件下，實(shí)現(xiàn)定向輪的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)；轉(zhuǎn)向軸15轉(zhuǎn)動(dòng)的另一方面使其與U形輪架251的固定連接，在帶動(dòng)U形輪架251轉(zhuǎn)過一個(gè)角度(即轉(zhuǎn)向角β)后，輪子253也跟隨轉(zhuǎn)過相同角度，從而實(shí)現(xiàn)了底座轉(zhuǎn)向。在本發(fā)明中，采用角接觸軸承與轉(zhuǎn)軸構(gòu)成的轉(zhuǎn)接件來實(shí)現(xiàn)機(jī)架不動(dòng)，而使安裝在機(jī)架上方的載體隨輪系組件而運(yùn)動(dòng)，保證了機(jī)器人載體在底座機(jī)構(gòu)上的平穩(wěn)性。( 二)輪系組件參見圖1、圖1Α、圖3C所示，輪系組件包括有A萬向輪21a、B萬向輪22a、A定向輪 23a、B定向輪2 和動(dòng)力定向輪25 ；參見圖3C所示，所述動(dòng)力定向輪25由U形輪架251、動(dòng)力轉(zhuǎn)軸252、輪子253、A滾珠軸承2M和B滾珠軸承255構(gòu)成，輪子253安裝在動(dòng)力轉(zhuǎn)軸252上，動(dòng)力轉(zhuǎn)軸252上還安裝有轉(zhuǎn)向和移動(dòng)組件3中的C帶輪43，動(dòng)力轉(zhuǎn)軸252的兩端分別套接有A滾珠軸承2M和 B滾珠軸承255，該A滾珠軸承2M安裝在U形輪架251的一支臂的通孔內(nèi)，該B滾珠軸承 255安裝在U形輪架251的另一支臂的通孔內(nèi)。A萬向輪21a通過其輪架21 (即A萬向輪輪架21)與A轉(zhuǎn)接件11中的A轉(zhuǎn)軸111 通過A螺母113固定安裝。換而言之，A萬向輪21a與A轉(zhuǎn)接件11連接。B萬向輪2 通過其輪架22 (即B萬向輪輪架22)與B轉(zhuǎn)接件12中的B轉(zhuǎn)軸121 通過B螺母123固定安裝。換而言之，B萬向輪22a與B轉(zhuǎn)接件12連接。A定向輪23a通過其輪架23 (即A定向輪輪架23)與C轉(zhuǎn)接件13中的C轉(zhuǎn)軸131 通過C螺母133固定安裝。換而言之，A定向輪23a與C轉(zhuǎn)接件13連接。B定向輪2 通過其輪架24(即B定向輪輪架24)與D轉(zhuǎn)接件14中的D轉(zhuǎn)軸141通過D螺母143固定安裝。換而言之，B定向輪2 與D轉(zhuǎn)接件14連接。參見圖4所示，底座機(jī)構(gòu)移動(dòng)時(shí)的軌跡如AC線和BD線，AC線上設(shè)置A萬向輪21a 和B定向輪Ma，BD線上設(shè)置A定向輪23a和B萬向輪22a。底座機(jī)構(gòu)橫向中心線和縱向中心線的交點(diǎn)(即轉(zhuǎn)向軸15的中心軸線過該交點(diǎn))處設(shè)置動(dòng)力定向輪25。本發(fā)明在四邊形機(jī)架16底部設(shè)置兩個(gè)定向輪(A定向輪23a、B定向輪Ma)和兩個(gè)萬向輪(A萬向輪21a、B萬向輪22a)，并且兩個(gè)定向輪和兩個(gè)萬向輪采用對角布局方式， 采用對角布局不同結(jié)構(gòu)的輪子有利于在第一步進(jìn)電機(jī)34的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)下，只需帶動(dòng)一個(gè)對角的輪子轉(zhuǎn)過一定角度，另一對角的輪子跟隨，便實(shí)現(xiàn)了底座的轉(zhuǎn)向。本發(fā)明在四邊形機(jī)架16底部中心(橫向中心線和縱向中心線的交點(diǎn))設(shè)置動(dòng)力定向輪25，并在動(dòng)力定向輪25的動(dòng)力轉(zhuǎn)軸252上套接C帶輪43，C帶輪43上套接有移動(dòng)同步帶36，在第二步進(jìn)電機(jī)35的驅(qū)動(dòng)下，移動(dòng)同步帶36傳遞這移動(dòng)驅(qū)動(dòng)力，從而使動(dòng)力定向輪25在完成轉(zhuǎn)向后再進(jìn)行移動(dòng)。在本發(fā)明中，A萬向輪21a、B萬向輪22a、A定向輪23a、B定向輪2 和C定向輪 2 為外部購入產(chǎn)品。定向輪和萬向輪可以選用廣東省佛山市誠博腳輪有限公司生產(chǎn)產(chǎn)品， 如2-4646-925型號的定向輪和萬向輪。(三)轉(zhuǎn)向和移動(dòng)組件3參見圖3、圖3A所示，轉(zhuǎn)向和移動(dòng)組件3包括有一個(gè)安裝板37、一個(gè)電機(jī)支撐架 38、兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)、四條同步帶和八個(gè)帶輪。參見圖;3B所示，安裝板37上設(shè)有平板371和套筒372，平板371用于安裝電機(jī)支撐架38，套筒372內(nèi)套接有轉(zhuǎn)向軸15的上端。兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)是指第一步進(jìn)電機(jī)34和第二步進(jìn)電機(jī)35 ；第一步進(jìn)電機(jī)34用于實(shí)現(xiàn)底座的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)，第二步進(jìn)電機(jī)35用于實(shí)現(xiàn)底座的移動(dòng)驅(qū)動(dòng)。第二步進(jìn)電機(jī)35的機(jī)殼固定在電機(jī)支撐架38上，電機(jī)支撐架38安裝在安裝板37上。四條同步帶是指A轉(zhuǎn)向同步帶31、B轉(zhuǎn)向同步帶32、C轉(zhuǎn)向同步帶33、移動(dòng)同步帶 36。八個(gè)帶輪是指A帶輪41、B帶輪42、C帶輪43、D帶輪44、E帶輪45、F帶輪46、G 帶輪47和H帶輪48。第一步進(jìn)電機(jī)34的輸出軸上連接有A帶輪41。第二步進(jìn)電機(jī)35的輸出軸上連接有F帶輪46。A帶輪41與B帶輪42之間套接有A轉(zhuǎn)向同步帶31。C帶輪43與F帶輪46之間套接有移動(dòng)同步帶36。D帶輪44與H帶輪48之間套接有C轉(zhuǎn)向同步帶33。E帶輪45與G帶輪47之間套接有B轉(zhuǎn)向同步帶32。E帶輪45、D帶輪44和B帶輪42從上至下安裝在轉(zhuǎn)向軸15上。在本發(fā)明中，第一步進(jìn)電機(jī)34和第二步進(jìn)電機(jī)35輸出功率相同。選用江蘇常州榮世電器有限公司生產(chǎn)的42BYGH4604兩相6線12V步進(jìn)電機(jī)。參見圖4所示，本發(fā)明的一種可原地轉(zhuǎn)向的輪式機(jī)器人底座機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系為(a)在第一步進(jìn)電機(jī)34的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)下，A帶輪41旋轉(zhuǎn)，致使通過A轉(zhuǎn)向同步帶31 帶動(dòng)B帶輪42旋轉(zhuǎn)；
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(b)B帶輪42、D帶輪44和E帶輪45固連在轉(zhuǎn)向軸15上，轉(zhuǎn)向軸15的上端與安裝板37固定連接，轉(zhuǎn)向軸15的下端與動(dòng)力輪支架251固定連接；因此，在A轉(zhuǎn)向同步帶31 帶動(dòng)下，安裝板37、動(dòng)力輪支架251、B帶輪42、D帶輪44和E帶輪45作同向運(yùn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)向角度相同；A轉(zhuǎn)向同步帶31帶動(dòng)轉(zhuǎn)向軸15轉(zhuǎn)過的角度記為轉(zhuǎn)向角β ；(c) D帶輪44旋轉(zhuǎn)，致使通過B轉(zhuǎn)向同步帶32帶動(dòng)G帶輪47旋轉(zhuǎn)；G帶輪47的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)A定向輪23a的輪架23產(chǎn)生轉(zhuǎn)向，其A定向輪23a轉(zhuǎn)過的角度等于β ；(d) E帶輪45旋轉(zhuǎn)，致使通過C轉(zhuǎn)向同步帶33帶動(dòng)H帶輪48旋轉(zhuǎn)；H帶輪48的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)B定向輪Ma的輪架M產(chǎn)生轉(zhuǎn)向，其B定向輪2 轉(zhuǎn)過的角度等于β ；(e)轉(zhuǎn)向軸15的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)動(dòng)力輪支架251和安裝板37產(chǎn)生轉(zhuǎn)向；(f)在步驟(C)、步驟(d)和步驟(e)的轉(zhuǎn)向達(dá)到所需角度后，啟動(dòng)第二步進(jìn)電機(jī) 35進(jìn)入移動(dòng)驅(qū)動(dòng)；(g)在第二步進(jìn)電機(jī)35的移動(dòng)驅(qū)動(dòng)下，F(xiàn)帶輪46旋轉(zhuǎn)，致使通過移動(dòng)同步帶36帶動(dòng)C帶輪43旋轉(zhuǎn)；C帶輪43的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)動(dòng)力定向輪25的動(dòng)力轉(zhuǎn)軸252轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)輪子253移動(dòng)。(h)在第二步進(jìn)電機(jī)35與移動(dòng)同步帶36的協(xié)作下，輪系組件中的A萬向輪21a、 B萬向輪2 隨A定向輪23a、B定向輪2 保持同向移動(dòng)。在本發(fā)明中，第一步進(jìn)電機(jī)34電機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞到轉(zhuǎn)向軸15之后，通過C轉(zhuǎn)向同步帶33和B轉(zhuǎn)向同步帶32分別傳遞到H帶輪48和G帶輪47上，帶動(dòng)B定向輪支架M 和A定向輪支架23轉(zhuǎn)過相同的角度，避免四邊形機(jī)架16因第一步進(jìn)電機(jī)34產(chǎn)生的相對扭矩發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。在第一步進(jìn)電機(jī)34、A轉(zhuǎn)向同步帶31、B轉(zhuǎn)向同步帶32、C轉(zhuǎn)向同步帶33的協(xié)同動(dòng)作下改變了四邊形機(jī)架16的運(yùn)動(dòng)方向。第二步進(jìn)電機(jī)35固定在電機(jī)支撐架38上，電機(jī)支撐架38與轉(zhuǎn)向軸15固連，第二步進(jìn)電機(jī)35輸出軸上固定有F帶輪46，轉(zhuǎn)向軸15為管狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)孔為通孔；移動(dòng)軸2M與輪子25a固連，移動(dòng)軸上固定有C帶輪43。穿過轉(zhuǎn)向軸 15內(nèi)孔的移動(dòng)同步帶36 —端連接在F帶輪46上，另一端連接在C帶輪43上，在第二步進(jìn)電機(jī)35的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)下將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)到動(dòng)力轉(zhuǎn)軸252上，動(dòng)力轉(zhuǎn)軸252的運(yùn)動(dòng)致使輪子 253前后移動(dòng)，從而使輪式機(jī)器人底座產(chǎn)生前后移動(dòng)，兩個(gè)定向輪和兩個(gè)萬向輪產(chǎn)生從動(dòng)， 保證了底座的平穩(wěn)移動(dòng)。雖然本發(fā)明已依據(jù)較佳實(shí)施例在上文加以說明，但并不代表本發(fā)明只局限于上述的結(jié)構(gòu)。例如，可采用鏈條、鋼絲繩等方式取代同步帶傳遞運(yùn)動(dòng)；可采用動(dòng)力輪保持不變，四周有一個(gè)定向輪和兩個(gè)萬向輪，均勻分布在以動(dòng)力輪位置為圓心的圓周上的結(jié)構(gòu)，只要保持機(jī)架移動(dòng)平穩(wěn)，并且轉(zhuǎn)向時(shí)機(jī)架不產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)即可。
權(quán)利要求
1. 一種原地轉(zhuǎn)向的輪式機(jī)器人底座機(jī)構(gòu)，其特征在于該底座機(jī)構(gòu)包括有機(jī)架組件 (1)、輪系組件、轉(zhuǎn)向和移動(dòng)組件C3)三個(gè)部分；機(jī)架組件⑴包括有A轉(zhuǎn)接件(11)、B轉(zhuǎn)接件(1 、C轉(zhuǎn)接件(1 、D轉(zhuǎn)接件(14)、轉(zhuǎn)向軸(15)和四邊形機(jī)架(16)；四邊形機(jī)架(16)的中部設(shè)有中橫梁(165)，該中橫梁(16 上設(shè)有中心通孔(165a)和電機(jī)軸過孔(165b)；所述中心通孔(165a)內(nèi)安裝有E角接觸軸承(152)，該E角接觸軸承 (152)套接在轉(zhuǎn)向軸(1 上；所述電機(jī)軸過孔(165b)用于第一步進(jìn)電機(jī)(34)的電機(jī)軸穿過，而第一步進(jìn)電機(jī)(34)的機(jī)殼則固定安裝在中橫梁(16 上；四邊形機(jī)架(16)的四個(gè)角上設(shè)有A通孔(161)、B通孔(162)、C通孔(163)和D通孔 (164)；其中所述A通孔(161)內(nèi)安裝有C轉(zhuǎn)接件(13)的C角接觸軸承(132)，該C角接觸軸承 (132)套接在C轉(zhuǎn)軸(131)上；所述B通孔(162)內(nèi)安裝有A轉(zhuǎn)接件(11)的A角接觸軸承(112)，該A角接觸軸承 (112)套接在A轉(zhuǎn)軸(111)上；所述C通孔(163)內(nèi)安裝有B轉(zhuǎn)接件(1 的B角接觸軸承(122)，該B角接觸軸承 (122)套接在B轉(zhuǎn)軸(121)上；所述D通孔(164)內(nèi)安裝有D轉(zhuǎn)接件(14)的D角接觸軸承(142)，該D角接觸軸承 (142)套接在D轉(zhuǎn)軸(141)上；A轉(zhuǎn)接件(11)由A轉(zhuǎn)軸(111)、A角接觸軸承(112)和A螺母(113)組成，A角接觸軸承(112)與A轉(zhuǎn)軸(111)的一端套接，A轉(zhuǎn)軸(111)的另一端通過A螺母(113)實(shí)現(xiàn)與A萬向輪(21a)的輪架的固定連接；B轉(zhuǎn)接件(12)由B轉(zhuǎn)軸(121)、B角接觸軸承(122)和B螺母(123)組成，B角接觸軸承(122)與B轉(zhuǎn)軸(121)的一端套接，B轉(zhuǎn)軸(121)的另一端通過B螺母(123)實(shí)現(xiàn)與B萬向輪0 )的輪架02)的固定連接；C轉(zhuǎn)接件(13)由C轉(zhuǎn)軸(131)、C角接觸軸承(132)和C螺母(133)組成，C角接觸軸承(132)與C轉(zhuǎn)軸(131)套接，C轉(zhuǎn)軸(131)的另一端通過C螺母(133)實(shí)現(xiàn)與A定向輪 (21a)的輪架的固定連接，C轉(zhuǎn)軸(131)的一端上套接有轉(zhuǎn)向和移動(dòng)組件(3)中的G 帶輪(47)；D轉(zhuǎn)接件(14)由D轉(zhuǎn)軸(141)、D角接觸軸承(142)和D螺母(143)組成，D角接觸軸承(142)與D轉(zhuǎn)軸(141)套接，D轉(zhuǎn)軸(141)的另一端通過D螺母(143)實(shí)現(xiàn)與B定向輪 (24a)的輪架04)的固定連接，D轉(zhuǎn)軸(141)的一端上套接有轉(zhuǎn)向和移動(dòng)組件(3)中的H 帶輪(48)；輪系組件包括有A萬向輪(21a)、B萬向輪(22a)、A定向輪(23a)、B定向輪(Ma)和動(dòng)力定向輪05) ；A萬向輪(21a)與A轉(zhuǎn)接件(11)連接，B萬向輪0 )與B轉(zhuǎn)接件(12) 連接，A定向輪(23a)與C轉(zhuǎn)接件(13)連接，B定向輪(Ma)與D轉(zhuǎn)接件(14)連接；所述動(dòng)力定向輪0 由U形輪架(251)、動(dòng)力轉(zhuǎn)軸(25 、輪子(25 4滾珠軸承(254) 和B滾珠軸承(25 組成，輪子(25 安裝在動(dòng)力轉(zhuǎn)軸(25 上，動(dòng)力轉(zhuǎn)軸052)的一端套接有A滾珠軸承0M)，動(dòng)力轉(zhuǎn)軸052)的另一端套接有B滾珠軸承055)，該A滾珠軸承(254)安裝在U形輪架051)的一支臂的通孔內(nèi)，該B滾珠軸承(255)安裝在U形輪架(251)的另一支臂的通孔內(nèi)；轉(zhuǎn)向和移動(dòng)組件C3)包括有安裝板(37)、電機(jī)支撐架(38)、第一步進(jìn)電機(jī)(34)、第二步進(jìn)電機(jī)(35)、A轉(zhuǎn)向同步帶(31)、B轉(zhuǎn)向同步帶(32)、C轉(zhuǎn)向同步帶(33)、移動(dòng)同步帶(36)、 A帶輪(41)、B帶輪(42)、C帶輪(43)、D帶輪(44)、E帶輪(45)、F帶輪(46)、G帶輪(47) 和H帶輪(48)；安裝板(37)上設(shè)有平板(371)和套筒(372)，平板(371)用于安裝電機(jī)支撐架(38)， 套筒(372)內(nèi)套接有轉(zhuǎn)向軸(1 的上端；第一步進(jìn)電機(jī)(34)的輸出軸上連接有A帶輪；第二步進(jìn)電機(jī)(3 的輸出軸上連接有F帶輪06)；A帶輪Gl)與B帶輪02)之間套接有A轉(zhuǎn)向同步帶(31)；C帶輪G3)與F帶輪06)之間套接有移動(dòng)同步帶(36)；D帶輪04)與H帶輪08)之間套接有C轉(zhuǎn)向同步帶(33)；E帶輪05)與G帶輪07)之間套接有B轉(zhuǎn)向同步帶(32)；E帶輪05)、D帶輪04)和B帶輪02)從上至下安裝在轉(zhuǎn)向軸(15)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原地轉(zhuǎn)向的輪式機(jī)器人底座機(jī)構(gòu)，其特征在于四邊形機(jī)架 (16)底部設(shè)置的A定向輪(23a)、B定向輪(Ma)、A萬向輪(21a)、B萬向輪(2 ), A定向輪與B定向輪為對角布局，A萬向輪Qla)與B萬向輪為對角布局。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原地轉(zhuǎn)向的輪式機(jī)器人底座機(jī)構(gòu)，其特征在于動(dòng)力定向輪 (25)設(shè)置在四邊形機(jī)架(16)底部的橫向中心線和縱向中心線的交點(diǎn)處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原地轉(zhuǎn)向的輪式機(jī)器人底座機(jī)構(gòu)，其特征在于該底座機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系為(a)在第一步進(jìn)電機(jī)(34)的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)下，A帶輪旋轉(zhuǎn)，致使通過A轉(zhuǎn)向同步帶(31) 帶動(dòng)B帶輪0 旋轉(zhuǎn)；(b)在A轉(zhuǎn)向同步帶(31)帶動(dòng)下，安裝板(37)、動(dòng)力輪支架Q51)、B帶輪02)、D帶輪 (44)和E帶輪(45)作同向運(yùn)動(dòng)；(C)D帶輪04)旋轉(zhuǎn)，致使通過B轉(zhuǎn)向同步帶(3 帶動(dòng)G帶輪07)旋轉(zhuǎn)； G帶輪G7)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)A定向輪(23a)產(chǎn)生轉(zhuǎn)向；(d)E帶輪0 旋轉(zhuǎn)，致使通過C轉(zhuǎn)向同步帶(3 帶動(dòng)H帶輪08)旋轉(zhuǎn)；H帶輪08) 的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)B定向輪(Ma)產(chǎn)生轉(zhuǎn)向；(e)轉(zhuǎn)向軸(1 的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)動(dòng)力輪支架051)和安裝板37產(chǎn)生轉(zhuǎn)向；(f)在步驟(C)、步驟⑷和步驟(e)的轉(zhuǎn)向完成后，啟動(dòng)第二步進(jìn)電機(jī)(35)；(g)在第二步進(jìn)電機(jī)(3 的移動(dòng)驅(qū)動(dòng)下，F(xiàn)帶輪06)旋轉(zhuǎn)，致使通過移動(dòng)同步帶(36) 帶動(dòng)C帶輪旋轉(zhuǎn)；C帶輪的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)動(dòng)力定向輪0 的動(dòng)力轉(zhuǎn)軸(25 轉(zhuǎn)動(dòng)， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)輪子(253)移動(dòng)；(h)在第二步進(jìn)電機(jī)(35)與移動(dòng)同步帶(36)的協(xié)作下，A萬向輪(21a)、B萬向輪(22a) 隨A定向輪03a)、B定向輪(Ma)保持同向移動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種原地轉(zhuǎn)向的輪式機(jī)器人底座機(jī)構(gòu)，該底座機(jī)構(gòu)包括有機(jī)架組件、輪系組件、轉(zhuǎn)向和移動(dòng)組件三個(gè)部分，輪系組件安裝在機(jī)架組件的下方，轉(zhuǎn)向和移動(dòng)組件用于驅(qū)動(dòng)輪系組件的轉(zhuǎn)向和平移。當(dāng)載體安裝在機(jī)架上時(shí)，輪系組件的運(yùn)動(dòng)由轉(zhuǎn)接件來傳遞，轉(zhuǎn)接件的驅(qū)動(dòng)力由轉(zhuǎn)向和移動(dòng)組件中的兩個(gè)電機(jī)、四個(gè)同步帶以及八個(gè)帶輪協(xié)作實(shí)現(xiàn)，因此保證了機(jī)架的平穩(wěn)轉(zhuǎn)向和移動(dòng)。本發(fā)明底座機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向由第一步進(jìn)電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)完成，底座機(jī)構(gòu)的移動(dòng)由第二步進(jìn)電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)完成，本底座機(jī)構(gòu)只用兩個(gè)電機(jī)既可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向和移動(dòng)功能，又可使兩種運(yùn)動(dòng)完全解耦，控制簡單。
文檔編號G05D1/02GK102346482SQ20111013920
公開日2012年2月8日 申請日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者劉軍傳 申請人:北京英傳奇科技有限公司