CN106041878B - 一种全地形机器人万向行走机构 - Google Patents

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    • B25J5/00—Manipulators mounted on wheels or on carriages
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Abstract

本发明涉及一种全地形机器人万向行走机构，属于机器人领域。该行走机构主要包括球形轮、三脚式球型轮支撑架、减摩擦小轮U型支架、步进电机和万向轮。该行走机构可根据不同的地形要求，及时调整与球形轮接触的万向轮的转速及转向，从而达到调整球形轮走向的目的。采用本方案，可以快速便捷地控制机器人在不同表面上的运动，提高了转运的效率，同时本方案造价较低，能够节约成本。本发明造型独特，结构精巧，实用性强，能够满足机器人在复杂地形条件下行走、转向的要求，应用前景广阔。

Description

一种全地形机器人万向行走机构
技术领域
本发明涉及一种全地形机器人万向行走机构，属于机器人技术领域。
背景技术
现今机器人行走机构主要采用轮式行走机构、履带式行走机构和仿生腿行走机构，这些运动机构无法在复杂的地形条件下灵活的运动。随着机器人越来越贴近人们的生活，人们对机器人的要求也越来越高，除了传统的工业机器人、家用机器人、医用机器人外，能够在复杂条件下完成工作的机器人，成为科研人员关注的焦点。与此同时，复杂的地表结构和狭窄的行走空间对传统的行走机构的运作造成了一定的阻碍，而万向球形轮行走机构能够满足机器人复杂条件下的运动要求。该机构采用步进电动机配合轴向轮和径向轮控制球形轮的运动及转向，可控性较强，在特种机器人领域有较好的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种全地形机器人万向行走机构，以解决现有传统机器人行走机构在复杂地形条件下行走及转向困难的问题。
本发明按以下技术方案实现：一种全地形机器人万向行走机构，包括球形轮、三脚式球型轮支撑架、减摩擦小轮U型支架7、步进电机14和万向轮27，所述球形轮、减摩擦小轮U型支架7和步进电机14固定在三脚式球型轮支撑架上，步进电机14一端连有万向轮27；所述球形轮包括半球体Ⅰ4、半球体Ⅱ8、内部支撑架29，所述半球体Ⅰ4、半球体Ⅱ8相对组合固定在内部支撑架29上；所述三脚式球型轮支撑架包括连接架11和U型连接架3，所述U型连接架3固定在连接架11上；所述减摩擦小轮U型支架上设有若干减摩擦小轮Ⅰ5；所述步进电机14上连有转轴24并通过转轴24与万向轮27连接；所述万向轮27上设有若干减摩擦小轮Ⅱ25。
进一步的，所述球形轮的直径大于三脚式球型轮支撑架之间的距离，即三脚式球型轮支撑架固定在球形轮最大直径面处的侧边，便于固定球体和进行全方位转向；
进一步的，所述万向轮27与球形轮的表面相贴合，用于控制其运动。
进一步的，所述步进电机14包括内部线圈、磁铁、外壳盖板Ⅰ18、外壳20、外壳盖板Ⅱ21，所述外壳盖板Ⅰ18、外壳20、外壳盖板Ⅱ21分别通过螺母Ⅳ17、螺栓Ⅴ19、螺母Ⅴ22固定在步进电机14本体上。
进一步的，所述半球体Ⅰ4和半球体Ⅱ8通过螺钉9固定在内部支撑架29上。
进一步的，所述U型连接架3通过垫片1、螺母Ⅰ2和螺栓Ⅳ15固定在连接架11上。
进一步的，所述步进电机14通过螺栓Ⅲ13和螺母Ⅲ16安装在连接架11上，减摩擦小轮U型支架7通过螺栓Ⅱ12安装在连接架11上。
进一步的，所述减摩擦小轮Ⅰ5通过螺母Ⅱ6和螺栓Ⅰ10固定在减摩擦小轮U型支架上。
进一步的，所述转轴24通过螺栓Ⅵ23固定在步进电机14上，所述万向轮27通过螺栓Ⅶ28固定在转轴24上，减摩擦小轮Ⅱ25通过小轮转轴26固定在万向轮27上。
本发明的工作原理为：通过编程可以精确控制步进电机转速，每个步进电机都带有万向轮，每个万向轮都具有独立性和同步性。球形轮固定在三角式球形轮支撑架和减摩擦小轮U型支架之间，具有一定的可活动范围。球形轮在三角式球形轮支撑架压力和行走表面压力的作用下，和步进电机上的万向轮接触，万向轮直接受到电机驱动，安装在万向轮上的减摩擦小轮不受到电机的直接驱动。球型轮在几个步进电机的旋转运动摩擦的驱动下，把每个万向轮转动方向的速度进行矢量的加减改变矢量和的方向和大小，即通过几个万向轮转速差能够使球形轮360°全方位的旋转，实现全方向行走功能。
本发明具有以下有益效果：
1、结构设计精巧，可操控性较强；
2、通用性强，便于在各类机器人上安装；
3、适合复杂地形环境中运动，具有广泛的市场前景。
附图说明
图1为本发明的侧面结构示意图；
图2为本发明的步进电动机结构示意图；
图3为本发明的球形轮局部剖视图；
图中各标号为：1-垫片Ⅰ，2-螺母Ⅰ，3-U型连接架，4-半球体Ⅰ，5-减摩擦小轮Ⅰ，6-螺母Ⅱ，7-减摩擦小轮U型支架，8-半球体Ⅱ，9-螺钉，10-螺栓Ⅰ，11-连接架，12-螺栓Ⅱ，13-螺栓Ⅲ，14-步进电机，15-螺栓Ⅳ，16-螺母Ⅲ，17-螺母Ⅳ，18-外壳盖板Ⅰ，19-螺栓Ⅴ，20-外壳，21-外壳盖板Ⅱ，22-螺母Ⅴ，23-螺栓Ⅵ，24-转轴，25-减摩擦小轮Ⅱ，26-小轮转轴，27-万向轮，28-螺栓Ⅶ，29-内部支撑架。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明，但本发明的内容并不限于所述范围。
实施例1：如图1-3所示，一种全地形万向行走机构，包括球形轮、三脚式球型轮支撑架、减摩擦小轮U型支架7、步进电机14和万向轮组成。球形轮由半球体Ⅰ4、半球体Ⅱ8、螺钉9、内部支撑架29组成，半球体Ⅰ4和半球体Ⅱ8通过螺钉9连接在球内部的球型轮内部支撑架29上；三脚式球型轮支撑架由垫片Ⅰ1、螺母Ⅰ2、螺栓Ⅳ15、U型连接架3、连接架11组成，垫片Ⅰ1、螺母Ⅰ2和螺栓Ⅳ15把U型连接架3连接在连接架11上面；球形轮本体约束于三脚式球型轮支撑架3上，并且三角架架腿之间的间距小于球形轮的直径；三脚式球型轮支撑架上设有可与机器人本体相连接的带孔圆柱杆，同时三脚式球型轮支撑架上设有步进电机14和减摩擦小轮U型支架7的安装位，步进电机14通过螺栓Ⅲ13和螺母Ⅲ16安装在连接架11上，减摩擦小轮U型支架7通过螺栓Ⅱ12安装在连接架11上；所述的减摩擦小轮U型支架上设有8个减摩擦小轮Ⅰ5的安装位以及螺栓连接孔，减摩擦小轮Ⅰ5通过螺母Ⅱ6和螺栓Ⅰ10连接在安装位上；所述的步进电机由螺母Ⅳ17、外壳盖板Ⅰ18、螺栓Ⅴ19、外壳20、外壳盖板Ⅱ21、螺母Ⅴ22和步进电机内部线圈及磁铁连接而成，转轴24通过螺栓Ⅵ23与步进电机14本体连接；所述万向轮设有与步进电机的电机转轴相连接的螺栓孔，万向轮27通过螺栓Ⅶ28连接在转轴24上，万向轮27上设有5个小轮安装位，小轮转轴26将减摩擦小轮Ⅱ25连接在小轮安装位上。
实施例2：如图1～3所示，一种全地形机器人万向行走机构，球形轮采用最大切面半径约束安装在三脚式球型轮支撑架下部，3个步进电动机14安装在三脚式球型轮支撑架上，并使其上的万向轮27及减摩擦小轮Ⅱ25与球形轮的球面贴合。全地形机器人万向行走机构整体安装在机器人上需要一个合适的角度连接，即球体与行走表面接触的部分为球形轮轮体能外伸到三脚式球型轮支撑架的区域，以防止三脚式球型轮支撑架直接与表面接触损坏架结构。由于三脚式球型轮支撑架架腿之间非120°标准夹角，而是采用其中一个或者两个夹角大于其余夹角的设计，可以为接触表面提供更大的空间。通过连接控制器的步进电动机14带动其上的万向轮27差速运动，即三个万向轮27的速度矢量化加减合成球型轮的运动，从而达到控制球形轮行走转向的目的。球型轮固定在三脚式球型轮支撑架上面做360°运动，可以适应各种凹凸地形，达到适应环境的目的。

Claims (7)

1.一种全地形机器人万向行走机构，其特征在于：包括球形轮、三脚式球型轮支撑架、减摩擦小轮U型支架（7）、步进电机（14）和万向轮（27），所述球形轮、减摩擦小轮U型支架（7）和步进电机（14）固定在三脚式球型轮支撑架上，步进电机（14）一端连有万向轮（27）；所述球形轮的直径大于三脚式球型轮支撑架之间的距离，即三脚式球型轮支撑架固定在球形轮最大直径面处的侧边，便于固定球体和进行全方位转向；
所述球形轮包括半球体Ⅰ（4）、半球体Ⅱ（8）、内部支撑架（29），所述半球体Ⅰ（4）、半球体Ⅱ（8）相对组合固定在内部支撑架（29）上；
所述三脚式球型轮支撑架包括连接架（11）和U型连接架（3），所述U型连接架（3）固定在连接架（11）上；
所述减摩擦小轮U型支架上设有若干减摩擦小轮Ⅰ（5）；
所述步进电机（14）上连有转轴（24）并通过转轴（24）与万向轮（27）连接；所述转轴（24）通过螺栓Ⅵ（23）固定在步进电机（14）上，所述万向轮（27）通过螺栓Ⅶ（28）固定在转轴（24）上，减摩擦小轮Ⅱ（25）通过小轮转轴（26）固定在万向轮（27）上；
所述万向轮（27）上设有若干减摩擦小轮Ⅱ（25）。
2.根据权利要求1所述的全地形机器人万向行走机构，其特征在于：所述万向轮（27）与球形轮的表面相贴合。
3.根据权利要求1所述的全地形机器人万向行走机构，其特征在于：所述步进电机（14）包括内部线圈、磁铁、外壳盖板Ⅰ（18）、外壳（20）、外壳盖板Ⅱ（21），所述外壳盖板Ⅰ（18）、外壳（20）、外壳盖板Ⅱ（21）分别通过螺母Ⅳ（17）、螺栓Ⅴ（19）、螺母Ⅴ（22）固定在步进电机（14）本体上。
4.根据权利要求1所述的全地形机器人万向行走机构，其特征在于：所述半球体Ⅰ（4）和半球体Ⅱ（8）通过螺钉（9）固定在内部支撑架（29）上。
5.根据权利要求1所述的全地形机器人万向行走机构，其特征在于：所述U型连接架（3）通过垫片（1）、螺母Ⅰ（2）和螺栓Ⅳ（15）固定在连接架（11）上。
6.根据权利要求1所述的全地形机器人万向行走机构，其特征在于：所述步进电机（14）通过螺栓Ⅲ（13）和螺母Ⅲ（16）安装在连接架（11）上，减摩擦小轮U型支架（7）通过螺栓Ⅱ（12）安装在连接架（11）上。
7.根据权利要求1所述的全地形机器人万向行走机构，其特征在于：所述减摩擦小轮Ⅰ（5）通过螺母Ⅱ（6）和螺栓Ⅰ（10）固定在减摩擦小轮U型支架上。
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