CN101279447B - 球形机器人稳定支撑机构 - Google Patents

Abstract

一种球形机器人稳定支撑机构，其位于球形机器人本体的正下方，包括：一可分拆的局部圆球壳，该局部圆球壳可与球形机器人的外球壳整合一圆球，其上开设供支撑机构的支脚落入的槽孔；一驱动单元，由直流无刷电机与齿轮组连接构成；一丝杠传动单元，由丝杠和与其可螺纹传动的丝杠螺母构成；一组支撑机构，各支撑机构由与丝杠螺母铰接的上连杆及与上连杆再铰接的三连杆机构构成，其中该三连杆机构的第三连杆为固定在局部圆球壳上并可滑动落入该球壳上的开设的槽孔内的支脚；所述驱动单元的齿轮组可驱动丝杠传动单元的丝杠运动；各支撑机构的上连杆可随丝杠传动单元的丝杠螺母的转动而动。这种方式能保证机械臂在360°圆周旋转时球形机器人本体的稳定。

Description

球形机器人稳定支撑机构

技术领域

本发明涉及一种机器人的稳定机构，特别是用于带臂球形机器人的稳定支撑机构。

背景技术

带臂球形机器人是对球形机器人技术的扩展，它是作为移动机器人的一种的球形机器人具有了操作能力，扩大了球形机器人的应用范围。但由于球形机器人的球形外观结构造成的其与地面的单点接触支撑，在操作臂进行操作实施的时候，单点支撑的方式导致了在任务过程中球体的不稳定，将严重影响操作臂任务的实施，因此，设计一款实现带臂球形机器人的支撑稳定机构对带臂球形机器人实现操作功能具有十分重要的意义。

目前国内在球形机器人支撑稳定机构的研究还尚属空白，美国密西根州立大学在这方面有过研究成果，该支撑机构采用从球心处辐射出的三角伸缩支架方式，实现机器人静态稳定。但是由于其支架一直延伸到其球心处，占用球形机器人球壳内空间过大，并且使球形机器人运动方式设计变得复杂和困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种球形机器人稳定支撑机构，其可保证球形机器人实施动作时候(特别是带臂球形机器人操作臂工作的时候)保持球形机器人的静态稳定。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

一种球形机器人稳定支撑机构，该稳定支撑机构位于球形机器人本体的正下方，其包括：一可分拆的局部圆球壳，该局部圆球壳可与球形机器人的外球壳整合一圆球，其上开设供支撑机构的支脚落入的槽孔，中心部固定一可供与上方球形机器人连接的中心轴；

一驱动单元，由直流无刷电机与齿轮组连接构成，齿轮组的从动轮套于中心轴上；

一丝杠传动单元，由丝杠和与其可螺纹传动的丝杠螺母构成，丝杠螺母套于中心轴上。

一组支撑机构，各支撑机构由与丝杠螺母铰接的上连杆及与上连杆再铰接的三连杆机构构成，其中该三连杆机构的第三连杆为固定在局部圆球壳上并可滑动落入该球壳上开设的槽孔内的支脚。

所述驱动单元的齿轮组可驱动丝杠传动单元的丝杠运动；各支撑机构的上连杆可随丝杠传动单元的丝杠螺母的转动而动。

所述的支脚外形与可分拆的局部圆球壳完全吻合，闭合状态时与球壳呈完整状态。

所述的一组支撑机构应均匀对称分布。

本发明球形机器人稳定支撑机构主要是针对带臂的球形机器人而设计。

本发明的优点是：

1、本发明球形机器人稳定支撑机构可以使球形机器人动作时保持平衡状态，而保持在执行任务过程中球体的稳定，从而动作质量可以有所保证。

2、由于支脚外形与球壳完全吻合，闭合状态能保证球壳形态完整性，对球形机器人的运动性能及其他性能不产生影响。

3、传动机构采用丝杠传动带动连杆机构，该传动结构传动效率高。

4、整个支撑稳定机构采用间距120°的三脚对称布局，能够保证球形机器人静态的各向稳定。

5、填补了国内在球形机器人支撑稳定机构的研究空白。

附图说明

图1是本发明球形机器人稳定支撑机构的结构示意图(主视图)

图2是本发明球形机器人稳定支撑机构的结构示意图(仰视图)

具体实施方式

本发明球形机器人稳定支撑机构位于球形机器人本体的正下方，可以通过其中心轴与球形机器人联为一体。

参见图1、图2所示，本发明球形机器人稳定支撑机构包括有：

一可分拆的局部圆球壳16，该局部圆球壳可与球形机器人的外球壳整合为一圆球，其上开设供支撑机构的支脚落入的槽孔，中心部固定一可供与上方球形机器人连接的中心轴，该中心轴与球壳16间垫有垫片11，该垫片11可以是特殊加工件，上平面为平台式以供与中心轴的配合连接，下部为与球壳16相吻合的圆弧状。本实施例中，本发明球形机器人稳定支撑机构是通过中心轴上的轴承套4与对接的下盖支撑18实现与上部球形机器人本体的连接。

一驱动单元，由直流无刷电机14与齿轮组(8，20)连接构成，齿轮组的从动轮(即支脚齿轮)8套合在中心轴上，直流无刷电机14由电机架21固定。

一丝杠传动单元，由丝杠12(既中心轴的下部分)和与其可螺纹传动的丝杠螺母6构成；在丝杠螺母的行程方向设限位开关，该限位开关由限位开关架13、限位开关托片15组成，以用来防止丝杠螺母超过丝杠行程范围；且设置一导杆24，用于限制丝杠螺母6只沿丝杠12轴向运动。

一组支撑机构，各支撑机构包括有：与丝杠螺母6铰接的上连杆5，与上连杆5再铰接的三连杆机构，该三连杆机构是由连杆3、支脚1、连杆2通过铰链连接形成的，支脚1通过下盖固定支脚22、23与10与球壳16以铰链形式相连，其中该三连杆机构的第三连杆即为可落入局部圆球壳16的支脚1，并与连杆5相连一起构成支撑机构。

钢套7用于减小销轴连接处的摩擦已经增强耐磨度。轴承套9用于定位放置丝杠轴与下盖垫片之间的轴承。

参见图1，图2，部件1，2，3，5是通过销轴25、26、27完成支撑连杆机构。通过下盖下盖固定支脚与下盖垫片与球壳固定连接。

所述驱动单元的齿轮组可驱动丝杠传动单元的丝杠运动；各支撑机构的上连杆5可随丝杠传动单元的丝杠螺母的转动而动。

所述的支脚外形与可分拆的局部圆球壳可完全吻合，闭合状态能保证球壳形态完整性，使用丝杠驱动连杆机构的传动方式会使得传动更为可靠。

所述的一组支撑机构应均匀对称分布；采用间距120°对称三脚的支撑结构布局为佳，当该组支脚撑开的时候，这种方式能保证机械臂在360°圆周旋转的时候的球形机器人本体的稳定。

由于支脚外形与球壳完全吻合，闭合状态能保证球壳形态完整性，对球形机器人的运动性能及其他性能不产生影响；传动机构采用丝杠传动带动连杆机构，丝杠由电机带动，驱动丝杠螺母沿丝杠轴向运动，从而驱动连杆机构，完成支脚的撑开与收拢，该结构传动效率高；整个支撑稳定机构采用间距120°的三脚对称布局，能够保证球形机器人静态的各向稳定。

本发明的传动过程为：直流无刷电机14带动齿轮组(8，20)驱动丝杠12转动，进而带动丝杠螺母6沿丝杠12轴向运动，丝杠螺母6的移动引起上连杆5的运动，驱动支撑连杆机构运动，完成支脚1的撑开和闭合。

所述的连杆2、连杆3和上连杆5均采用铝合金材料，上述构件采用此材料制成在保证其具有一定的刚度和强度的同时，还可以减轻整体质量。

支脚1可采用不锈钢，保证强度和硬度，并且防止长期与外界环境接触产生的腐蚀。

齿轮组(8，20)可采用45号钢，保证强度和硬度，防止长时间的磨损。

上述各实施例可在不脱离本发明的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本发明的申请专利范围。

Claims (8)

1.一种球形机器人稳定支撑机构，其特征在于：该稳定支撑机构位于球形机器人本体的正下方，其包括

一可分拆的局部圆球壳，该局部圆球壳可与球形机器人的外球壳整合一圆球，其上开设供支撑机构的支脚落入的槽孔，中心部固定一可供与上方球形机器人连接的中心轴；

一驱动单元，由直流无刷电机与齿轮组连接构成，齿轮组的从动轮套于中心轴上；

一丝杠传动单元，由丝杠和与其可螺纹传动的丝杠螺母构成，丝杠螺母套于中心轴上；

一组支撑机构，各支撑机构由与丝杠螺母铰接的上连杆及与上连杆再铰接的三连杆机构构成，其中该三连杆机构的第三连杆为固定在局部圆球壳上并可滑动落入该球壳上的开设的槽孔内的支脚。

2.根据权利要求1所述的球形机器人稳定支撑机构，其特征在于：所述的支脚外形与可分拆的局部圆球壳完全吻合，闭合状态时与球壳呈完整状态。

3.根据权利要求1所述的球形机器人稳定支撑机构，其特征在于：所述的一组支撑机构均匀对称分布。

4.根据权利要求3所述的球形机器人稳定支撑机构，其特征在于：所述的一组支撑机构为3个。

5.根据权利要求1所述的球形机器人稳定支撑机构，其特征在于：在丝杠螺母的行程方向设限位开关。

6.根据权利要求1所述的球形机器人稳定支撑机构，其特征在于：所述的上连杆及三连杆机构的连杆均采用铝合金材料。

7.根据权利要求1所述的球形机器人稳定支撑机构，其特征在于：所述的支脚采用不锈钢。

8.根据权利要求1所述的球形机器人稳定支撑机构，其特征在于：所述的齿轮组采用45号钢。

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