CN100534565C - 足球机器人驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种足球机器人驱动装置，采用模块化双重嵌入式直接驱动结构，电机嵌入电机安装套中，电机安装套通过推力球轴承、止推环和挡圈嵌入橡胶车轮中，同时起到车轮轴的作用，轴承止推法兰盘与电机安装套连接起轴承限位功能，电机驱动法兰盘通过安装螺孔连接在橡胶车轮上，其中心有一键槽孔以连接电机轴。当电机转动时，电机轴带动电机驱动法兰盘同步转动，继而驱动车轮，从而实现电机对车轮的同步直接驱动。整套驱动装置通过电机安装套底部的外伸法兰盘接口与机器人车体连接。本发明结构紧凑，具有定位准确、磨损小、抗冲击性好、移植性很强的特点，不仅适用于全自主足球机器人竞赛项目，还可推广应用于其它各种机器人项目。

Description

足球机器人驱动装置

技术领域

本发明涉及一种足球机器人驱动装置，适用于全自主足球机器人参加世界杯足球比赛，也可用于轮式驱动的其他机器人项目，属于足球机器人技术领域。

背景技术

随着足球机器人比赛的推广和足球机器人技术的发展，足球机器人的性能日趋完善。在全自主足球机器人竞赛中，比赛规则对机器人的大小有严格的规定、比赛中允许机器人之间频繁的冲撞，要求机器人具有很高的灵活性和很强的抗冲击性，因此在比赛中，足球机器人移动是否准确、对抗时能否承受高强度冲击，这些问题显得非常重要。现有全自主足球机器人普遍采用双轮差动的形式进行运动，由于目前全自主足球机器人的移动速度较慢，专业的驱动装置问题显得不太突出。如今随着机器人移动速度的提升，甚至今后将以高速、高定位精度同人类同场竞技，迫切需要精确、牢固、稳定的驱动装置来保障运动过程。根据对现有技术的进一步检索，哈尔滨工业大学洪炳镕等人申请的中国发明专利“全自主型足球机器人及其智能控制系统”[申请号02132744.0]中涉及一种足球机器人行走装置，此装置特点自述为：由带动左右驱动轮转动的左驱动电机和右驱动电机、皮带传动装置、左右驱动轮、导轮组成，左右驱动电机分别经一组皮带传动装置连接左右驱动轮，导轮设置在机器人本体底部的前侧中间处，该装置加在机器人车体上实现机器人的驱动功能。在上述专利人申请的中国实用新型专利“全自主型足球机器人”[申请号02274643.9]中仍沿用该驱动装置。该专利驱动技术的不足之处在于：

1)、电机与车轮之间的多级皮带传动环节可能打滑，带来误差，造成定位不准确，驱动不可靠。

2)、传动环节与驱动轮与从动轮间的相对运动带来严重磨损和功率损失。

3)、中间传动环节体积大，如果选择功率大的电机造成机器人体积过于庞大；如果为了缩小体积只能选用小电机，造成功率不够，不能达到高速运动，且力量不够、对抗性差，不适用于中型组足球机器人比赛。

4)、电机通过轮轴、皮带轮等与车轮连接，轮轴等部件外伸距离大，刚度小，带来附加弯矩。在机器人激烈的对抗、冲击中很容易造成轮轴弯曲变形，并且冲击力通过轮轴传到电机轴上，使电机直接承受冲击力造成损伤；该结构为避免电机冲击的话只能选择连轴器，这样同样会增大机构体积，轴的外伸距离更长，力矩更大。

5)、以上不足造成这种驱动装置寿命短，需经常维修更换。

6)、各部件相对零散，安装复杂，可移植性不高。

除以上专用于足球机器人的带传动驱动方案外，还有多种用于机器人驱动的齿轮传动方案，这种方案由于中间采用齿轮啮合传动环节，具有啮合带来的回转累计误差、体积大、受力不合理等不足。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，为当今足球机器人世界杯赛提供一种足球机器人驱动装置，结构紧凑，调速灵活，使机器人具有快速移动、定位精确、抗冲击、对抗性强的功能，不仅适用于全自主足球机器人竞赛项目，还可推广应用于定位精度要求高、结构紧凑、承受冲击的其他机器人项目。

本发明是通过以下技术方案实现的：本发明的驱动装置采用模块化双重嵌入式结构，整套装置由直流电机、橡胶车轮、电机驱动法兰盘、一对防尘推力球轴承、止推环、挡圈、轴承止推法兰盘、电机安装套构成。其中电机以螺钉连接，嵌入安装到电机安装套中，构成第一重嵌入式结构；电机安装套通过推力球轴承、止推环和挡圈嵌入安装到橡胶车轮中，同时起到车轮轴的作用；橡胶车轮中有配合面安装两只轴承，轴承与止推环和挡圈紧贴，止推环安装到车轮的凹槽内，轴承分别由止推环、挡圈、橡胶车轮上的凸台、轴承止推法兰盘和电机安装套上的凸台限定位置，轴承止推法兰盘通过螺钉与电机安装套连接，电机驱动法兰盘用螺钉连接在橡胶车轮上，其中心有一键槽孔，电机轴从电机安装套顶部孔中伸出，与电机驱动法兰盘的中心键槽孔配合连接，以上机构相互连接，共同嵌入安装到橡胶车轮中构成第二重嵌入式结构。整套驱动装置成独立模块，通过电机安装套底部的法兰盘接口与机器人车体直接连接。

本发明选用带调速功能的直流电机作为动力，电机转动时电机轴直接带动，电机驱动法兰盘与车轮紧固连接，继而驱动车轮，实现直接驱动，车轮与电机之间同步旋转，无任何变速环节和啮合环节，避免了累计回转误差和可能的打滑。机器人车体上安装左右两个驱动装置，通过对电机转速的调节来控制车轮转速和回转方向的变化，使机器人实现双轮差动运动，走直线、圆弧甚至更复杂的运动。橡胶车轮与电机安装套间采用一对推力球轴承作为回转副，轴承与电机安装套、外圈与橡胶车轮均为紧配合，两轴承间以止推环和挡圈保持间距，轴承与电机安装套间通过轴承止推法兰盘和电机安装套的凸台限位，保证整体机构的稳定和配合的紧密。整套装置中，电机安装套、电机驱动法兰盘、轴承止推法兰盘以及相应连接件推力球轴承、止推环、挡圈全部嵌入橡胶车轮中，配合紧密，同时起到车轮轴的作用，由于该结构短而粗，所以刚度强度相当大，能够承受很强的冲击。并且选用的驱动电机嵌入电机安装套，机器人对抗时车轮承受的冲击由与车轮紧密配合的电机安装套等部件直接承受，避免了电机直接承受冲击，起到缓冲作用。以上共同构成双重嵌入式结构，结构精简、体积小，稳定性高和紧密度。

本发明相对机器人传统驱动方案而言具有显著进步，包括：

1)、电机直接驱动，同步输出，无中间减速传动环节或啮合环节，避免了皮带传动的打滑误差或者传统齿轮传动中的累计转角误差，定位准确。

2)、无相对摩擦，减少不必要的磨损和功率损失。

3)、嵌入式结构使电机和连接结构嵌入车轮，体积缩小、同样的体积上可以选择功率更大的电机，使用此装置的机器人速度快、力量大、对抗性强。

4)、以上布局中，嵌入轮内的短柱状结构代替传统的细长轮轴，无需连轴器，同时保护了电机，抗冲击性好。

5)、轮轴缩短，刚度提高，无相对摩擦，延长了轮轴寿命。

6)、本发明的驱动装置采取模块化设计，各元件连接好后成独立模块，接上机器人车体即实现驱动功能，移植性很强。

本发明不仅适用于全自主足球机器人竞赛项目，还可推广应用于定位精度要求高、结构精简的各种机器人项目及类似要求的各种驱动方案。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图1中：橡胶车轮1、电机驱动法兰盘2、一对推力球轴承3和4、止推环5、挡圈6、电机7、轴承止推法兰盘8、电机安装套9。

图2为本发明安装在机器人车体上的位置示意图。

图2中：本发明的驱动装置10、机器人车体11。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。

如图1所示，本发明为双重嵌入式结构，由橡胶车轮1、电机驱动法兰盘2、一对防尘推力球轴承3、4、止推环5、挡圈6、电机7、轴承止推法兰盘8、电机安装套9构成。电机7通过连接螺孔嵌入安装到电机安装套9中构成第一重嵌入式结构。电机安装套9与橡胶车轮1之间采用一对防尘推力球轴承3、4作为回转副，止推环5嵌入橡胶车轮1的安装槽中，轴承3外圈的一端紧贴橡胶车轮1内的凸台，并由此凸台限位，轴承3外圈的另一端紧贴止推环5，由止推环5限位，轴承3的内圈由轴承止推法兰盘8的外圈凸台限位，挡圈6紧贴止推环5，轴承4的内圈由挡圈6限位，轴承4的外圈紧贴电机安装套9中下部的凸台，并由此凸台限位。轴承止推法兰盘8通过螺钉连接到电机安装套9上，电机驱动法兰盘2通过安装螺孔用螺钉连接在橡胶车轮1上，电机轴从电机安装套9顶部孔中伸出，与电机驱动法兰盘2的中心键槽孔配合连接。起轮轴作用的电机安装套9以及与之相连的各部件共同嵌入安装到橡胶车轮1中，构成第二重嵌入式结构。整套驱动装置构成独立模块，通过电机安装套9底部的外伸法兰盘接口与机器人车体连接。

装置选用直流电机直接驱动。当电机7转动时，与电机驱动法兰盘2中心键槽孔配合连接的电机轴带动电机驱动法兰盘2转动，继而带动与电机驱动法兰盘2连接的橡胶车轮1同步转动，橡胶车轮1通过轴承3、4以电机安装套9为回转轴回转，这样就实现电机7对橡胶车轮1的直接驱动。由于电机7直接同步驱动橡胶车轮1，中间不经过变速装置或啮合装置，橡胶车轮1与电机轴间无转角误差，整套装置全部嵌入橡胶车轮1中，节省空间，具有高强度、刚度。

Claims (1)

1、一种足球机器人驱动装置，其特征在于采用双重嵌入式直接驱动结构，由橡胶车轮(1)、电机驱动法兰盘(2)、一对防尘推力球轴承(3、4)、止推环(5)、挡圈(6)、电机(7)、轴承止推法兰盘(8)、电机安装套(9)构成，电机(7)嵌入电机安装套(9)中构成第一重嵌入式结构；电机安装套(9)与橡胶车轮(1)之间采用一对防尘推力球轴承(3、4)作为回转副，止推环(5)嵌入橡胶车轮(1)的安装槽中，挡圈(6)紧贴止推环(5)，第一个防尘推力球轴承(3)外圈的一端由橡胶车轮(1)内的凸台限位，另一端由止推环(5)限位，第一个防尘推力球轴承(3)的内圈由轴承止推法兰盘(8)的外圈凸台限位，第二个防尘推力球轴承(4)的内圈由挡圈(6)限位，外圈由电机安装套(9)中下部的凸台限位，轴承止推法兰盘(8)通过螺钉连接到电机安装套(9)上，电机驱动法兰盘(2)通过安装螺孔用螺钉连接在橡胶车轮(1)上，电机轴从电机安装套(9)顶部孔中伸出，与电机驱动法兰盘(2)的中心键槽孔配合连接，起轮轴作用的电机安装套(9)以及与之相连的各部件共同嵌入安装到橡胶车轮(1)中，构成第二重嵌入式结构，电机安装套(9)底部有外伸法兰盘接口与机器人车体连接。

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