CN104670354A - 一种齿轮车驱动的球形机器人 - Google Patents

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Abstract

为解决一般球形机器人重力摆驱动的力矩过大问题，也为解决一般球形机器人小车驱动容易在球体内壁打滑问题，本发明提出了一种齿轮车驱动的球形机器人，由球体、直线驱动齿轮车组件、转向驱动丝杠组件、中空主轴组件四部分组成；其中，中空主轴组件通过两个滚动轴承与球体连接，直线驱动齿轮车组件中的配重平台固连在中空主轴组件上，直线驱动齿轮车组件中的齿轮驱动部件安装于配重平台的下面，直线驱动齿轮与内齿圈啮合，内齿圈与球体固连，转向驱动丝杠组件与中空主轴组件固连。

Description

一种齿轮车驱动的球形机器人
技术领域
本发明涉及一种齿轮车驱动的球形机器人，属于特种机器人的研究领域。
背景技术
球形机器人是将搭载设备和驱动装置密封在具有一定刚度的球体内，利用内部驱动装置和球体外部摩擦力而运动的特种机器人。由于驱动装置和设备密封在球体内，使球形机器人能够在恶劣环境和特殊工况下正常工作。已有采用驱动小车，通过与球体内壁接触产生的摩擦力驱动球形机器人运动的球形机器人，但这种驱动形式的缺陷是驱动小车容易在球体内壁打滑，无法实现准确驱动。另外，已有采用重力摆驱动的球形机器人，驱动力矩大，传动效率低。
目前国内外对于球形机器人展开了一系列研究，但具有实用工程化的产品还比较少，问题在于密封球体内的空间有限、形状特殊、密封和滚动的球体中不容易搭载外部设备等。
发明内容
为解决一般球形机器人重力摆驱动的力矩过大问题，也为解决一般球形机器人小车驱动容易在球体内壁打滑问题，本发明提出了一种齿轮车驱动的球形机器人。
本发明通过以下技术方案实现：
一种齿轮车驱动的球形机器人，由球体、直线驱动齿轮车组件、转向驱动丝杠组件、中空主轴组件四部分组成；其中，中空主轴组件通过两个滚动轴承与球体连接，直线驱动齿轮车组件中的配重平台固连在中空主轴组件上，直线驱动齿轮车组件中的齿轮驱动部件安装于配重平台的下面，直线驱动齿轮与内齿圈啮合，内齿圈与球体固连，转向驱动丝杠组件与中空主轴组件固连。
其中所述的球体由上下两个半球组成，两个半球通过凸台和凹槽配合并通过螺钉固连在一起，形成一个密闭的球体，在球体上具有安装滚动轴承的卡槽，用于安装中空主轴组件所需的两个滚动轴承。
其中所述的直线驱动齿轮车组件由直流伺服电机A、驱动齿轮、配重平台、车架、驱动轴、滚动轴承A、轴承端盖A、密封圈A、电机安装法兰A、内齿圈组成；所述的直流伺服电机A通过电机安装法兰A固定在车架的侧面，直流伺服电机A通过输出轴带动驱动轴旋转，驱动轴安装有驱动齿轮并通过两个滚动轴承A与车架连接，驱动轴旋转并带动驱动齿轮旋转且与内齿圈啮合，从而实现齿轮车在球体内壁运动。
其中所述的转向驱动丝杠组件由直流伺服电机B、丝杠、转向驱动块、转向架、滚动轴承B、轴承端盖B、密封圈B、电机安装法兰B组成；所述的直流伺服电机B通过电机安装法兰B固定在转向架的侧面，直流伺服电机B通过输出轴带动丝杠旋转，丝杠上安装有转向驱动块并通过滚动轴承B与转向架连接，丝杠旋转并与驱动块啮合，从而实现驱动块在球体内运动。
其中所述的中空主轴组件由中空主轴、滚动轴承C、轴承端盖C、密封圈C组成。
本发明直线驱动齿轮车组件中的配重平台上，装有控制模块、电池模块、无线信号接收模块、电机驱动模块、平衡配重模块。
本发明齿轮车驱动的球形机器人，具有以下优点：
1、采用齿轮车驱动，并与前后直线运动轨道的内齿圈准确啮合，避免了一般驱动小车与球内壁之间的打滑。
2、前后运动齿轮车驱动和转向运动丝杠驱动，具有准确的传动比，速度控制准确。
3、采用中空主轴，方便为搭载机械臂和外接设备提供机械接口。
4、采用前后驱动和转向驱动两套驱动组件，这两种驱动结构形式减小了驱动力矩，解决了一般重力摆驱动的球形机器人驱动力矩过大问题。
5、直线运动组件和转向运动组件与中空主轴固连，在重力作用下使机器人在稳定时球体保持固定的姿态，为机器人搭载机械臂和外部设备提供便利。
附图说明
图1本发明的球形机器人的整体结构图；
图2本发明中球体图；
图3本发明中直线驱动齿轮车组件；
图4本发明中转向驱动丝杠组件；
图5本发明中中空主轴组件。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
请参见图1所示，本发明是一种齿轮车驱动的球形机器人，由球体1、中空主轴组件2、转向驱动丝杠组件3、直线驱动齿轮车组件4等四部分组成。
请参见图2所示，本发明球体1由上半球5和下半球6两个半球组成，两个半球通过凸台与凹槽配合并通过螺钉固连在一起，形成一个密闭的球体。在球体上具有两个安装主轴所需轴承的卡槽，用于安装两个滚动轴承。
请参见图3所示，本发明直线驱动齿轮车组件4，由配重平台7、电机安装法兰A8、直流伺服电机A 9、密封圈A 10、轴承端盖A 11、驱动轴12、驱动齿轮13、内齿圈14、车架盖15、滚动轴承A 16、车架座17、配重与电气元件18等组成。直流伺服电机A 9通过电机安装法兰A 8固定在车架15、17的侧面，电机A 9通过输出轴带动驱动轴12旋转，驱动轴12安装有驱动齿轮13并通过滚动轴承A 16与车架15、17连接，驱动轴12旋转并带动驱动齿轮13旋转且与内齿圈14啮合，从而带动齿轮车在球体内壁运动，实现机器人前后直线运动。
请参见图4所示，本发明转向驱动丝杠组件3，由直流伺服电机B 19、电机安装法兰B 20、密封圈B 21、转向架座22、丝杠23、转向驱动块24、轴承端盖B 25、转向架盖26、滚动轴承B 27等组成；所述的直流伺服电机B 19通过电机安装法兰B 20固定在转向架22、26的侧面，电机B 19通过输出轴带动丝杠23旋转，丝杠23上安装有转向驱动块24并通过滚动轴承B 27与转向架22、26连接，丝杠23旋转并与转向驱动块24啮合，从而带动转向驱动块24在球体内运动，实现球形机器人的转向运动。
请参见图5所示，本发明中空主轴组件2，由滚动轴承C 28、密封圈C 29、中空主轴30、轴承端盖C 31组成。中空主轴30为搭载机械臂和外接设备可提供预留机械接口。中空主轴30通过滚动轴承C 28连接于球体1上，转向驱动丝杠组件3与中空主轴30固连，直线驱动齿轮车组件4通过配重平台与中空主轴30连接。
本发明配重与电气元件18，包含有球形机器人的控制模块、电池模块、无线信号接收模块、电机驱动模块、平衡配重模块等。
本发明齿轮车驱动的球形机器人的运动过程为：直流伺服电机A 9带动驱动齿轮13旋转，驱动齿轮13与内齿圈14啮合并带动配重平台7运动，从而使球体1进行直线运动。直流伺服电机B 19带动丝杠23旋转，丝杠23与转向驱动块24啮合使驱动块24产生平动，从而使球体1进行转向运动。当球体1停止运动时，在机器人重力作用下，使球体保持稳定的停止运动状态。
本发明避免了一般驱动小车与球内壁之间的打滑，速度控制准确。中空主轴可为搭载机械臂和外接设备提供预留机械接口。采用前后驱动和转向驱动两个驱动机构，这种齿轮车驱动的驱动形式使驱动力矩小。机器人在稳定时使球体保持固定的姿态，为机器人搭载机械臂和外部设备提供便利。

Claims (6)

1.一种齿轮车驱动的球形机器人，其特征在于：由球体、直线驱动齿轮车组件、转向驱动丝杠组件、中空主轴组件四部分组成；其中，中空主轴组件通过两个滚动轴承与球体连接，直线驱动齿轮车组件中的配重平台固连在中空主轴组件上，直线驱动齿轮车组件中的齿轮驱动部件安装于配重平台的下面，直线驱动齿轮与内齿圈啮合，内齿圈与球体固连，转向驱动丝杠组件与中空主轴组件固连。
2.如权利要求1所述的一种齿轮车驱动的球形机器人，其特征在于：其中所述的球体由上下两个半球组成，两个半球通过凸台和凹槽配合并通过螺钉固连在一起，形成一个密闭的球体，在球体上具有安装滚动轴承的卡槽，用于安装中空主轴组件所需的两个滚动轴承。
3.如权利要求1或2所述的一种齿轮车驱动的球形机器人，其特征在于：其中所述的直线驱动齿轮车组件由直流伺服电机A、驱动齿轮、配重平台、车架、驱动轴、滚动轴承A、轴承端盖A、密封圈A、电机安装法兰A、内齿圈组成；所述的直流伺服电机A通过电机安装法兰A固定在车架的侧面，直流伺服电机A通过输出轴带动驱动轴旋转，驱动轴安装有驱动齿轮并通过两个滚动轴承A与车架连接，驱动轴旋转并带动驱动齿轮旋转且与内齿圈啮合，从而实现齿轮车在球体内壁运动。
4.如权利要求1或2所述的一种齿轮车驱动的球形机器人，其特征在于：其中所述的转向驱动丝杠组件由直流伺服电机B、丝杠、转向驱动块、转向架、滚动轴承B、轴承端盖B、密封圈B、电机安装法兰B组成；所述的直流伺服电机B通过电机安装法兰B固定在转向架的侧面，直流伺服电机B通过输出轴带动丝杠旋转，丝杠上安装有转向驱动块并通过滚动轴承B与转向架连接，丝杠旋转并与驱动块啮合，从而实现驱动块在球体内运动。
5.如权利要求1或2所述的一种齿轮车驱动的球形机器人，其特征在于：其中所述的中空主轴组件由中空主轴、滚动轴承C、轴承端盖C、密封圈C组成。
6.如权利要求1或2所述的一种齿轮车驱动的球形机器人，其特征在于：直线驱动齿轮车组件中的配重平台上，装有控制模块、电池模块、无线信号接收模块、电机驱动模块、平衡配重模块。
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