CN109703654A - 一种具有自平衡能力的移动机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有自平衡能力的移动机器人，包括移动底盘，移动底盘上设有球面并联机构，球面并联机构包括底座，底座顶部设有环形导轨，环形导轨上滑动设置设置有多个导轨滑块；每个导轨滑块外侧连接有电机架，电机架底部安装有驱动电机，驱动电机的输出轴固定套装有周向齿轮，底座上还套装有一个中心齿轮，多个周向齿轮分别与中心齿轮相啮合；每个导轨滑块顶端连接有球面连杆，多个球面连杆顶端连接同一个工作平台，工作平台上设有陀螺仪，球面连杆上下两端分别与工作平台和导轨滑块转动连接，多个球面连杆位于同一个基准球体的球面上，且多个转动副的轴线相交于基准球体的球心处。本发明的优点：能自动保持工作平台的平衡。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及的是一种具有自平衡能力的移动机器人。
背景技术
近年来，随着科学技术的飞速发展和社会的需要，服务机器人技术也得到了不断的发展，服务机器人已经逐渐进入到家用，商用，导游，医疗，教育，安保等日常生活的各个领域。在物质生活不断丰富，生活压力增大的当今社会，人们需要服务机器人来提供更加优质的服务。大多数服务机器人做到了自主导航、路劲规划和避障，但是当服务机器人遇到上坡和凹凸不平路面时，如何保持服务机器人自动平衡，使得运输的物品不倾斜滑落，还没得到较好的解决。相应地，本领域存在着发展一种平衡性能较好的自平衡服务机器人的技术需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种具有自平衡能力的移动机器人，以期实现能自动保持工作平台的平衡。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种具有自平衡能力的移动机器人，包括移动底盘，所述移动底盘上设有球面并联机构，所述球面并联机构包括底座，所述底座顶部设有一个向上凸出的环形导轨，所述环形导轨上滑动设置设置有多个导轨滑块；
每个导轨滑块外侧连接有一个电机架，所述电机架底部安装有驱动电机，所述驱动电机的输出轴竖直向上延伸且固定套装有周向齿轮，所述底座上还套装有一个中心齿轮，多个周向齿轮位于所述中心齿轮周围，且多个周向齿轮分别与中心齿轮相啮合；每个导轨滑块顶端分别连接有一个球面连杆，多个球面连杆顶端连接同一个工作平台，所述工作平台上设有一个用于检测工作平台位置姿态的陀螺仪，所述球面连杆上下两端分别通过转动副与工作平台和导轨滑块转动连接，多个球面连杆位于同一个基准球体的球面上，且多个转动副的轴线相交于所述基准球体的球心处，当陀螺仪检测到工作平台与水平面有夹角时，通过所述驱动电机驱动对应的周向齿轮自转，同时在周向齿轮与中心齿轮的啮合作用下，周向齿轮绕着中心齿轮的轴心公转，从而带动导轨滑块在环形导轨上滑动，进而带动对应的球面连杆在基准球体的球面上运动，以使所述工作平台保持水平。
进一步的，所述移动底盘顶部设有一个激光雷达。
进一步的，所述球面并联机构通过一个支撑架安装在移动底盘上方，所述支撑架包括支撑板和设置在支撑板底部的多个支撑杆，所述支撑杆底部安装在移动底盘上，所述球面并联机构的底座安装在支撑板上，所述激光雷达位于支撑板和移动底盘之间。
进一步的，所述移动底盘包括底板、上板、行走轮，所述行走轮安装在底板上，所述行走轮包括位于前侧的一个万向轮和位于后侧的两个驱动轮，所述上板位于底板上方，所述上板通过四个支柱与底板固定连接，所述底板上设有控制器。
进一步的，所述环形导轨上的导轨滑块的数量为三个。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明提供的一种具有自平衡能力的移动机器人，其设置的球面并联机构，当陀螺仪检测到工作平台与水平面有夹角时，则驱动电机便会动作，从而带动相应的球面连杆在基准球体的球面上运动，以使工作平台保持水平，从而达到自平衡的作用。且本发明由于采用了多个球面连杆，使得机器人的平衡性能更加平缓，从而使工作平台能绕着基准球体的球心进行任意三维转动，可较好的保证机器人的自平衡性能，使得该机器人不仅能在上坡时实现工作平台重力方向下平衡，同时能在颠簸路面快速实现重力方向下平衡，具有一定减震作用。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图2为本发明移动底盘结构示意图。
图3为本发明移动底盘补充结构示意图。
图4为本发明支撑架结构示意图。
图5为本发明球面并联机构结构示意图。
图6为本发明上坡时工作平台平衡的状态示意图。
图中标号：移动底盘1、底板101、轮毂支架102、驱动轮103、支柱104、控制器105、上板106、激光雷达107、万向轮108、支撑架2、支撑杆201、支撑板102、球面并联机构3、底座301、周向齿轮302、驱动电机303、输出轴304、陀螺仪305、电机架306、导轨滑块307、环形导轨308、下转动副309、球面连杆310、上转动副311、工作平台312、中心齿轮313。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
参见图1至图6，本实施例公开了一种具有自平衡能力的移动机器人，包括移动底盘1，移动底盘1上设有球面并联机构3，球面并联机构3包括底座301，底座301顶部设有一个向上凸出的环形导轨308，环形导轨308上滑动设置设置有多个导轨滑块307，本实施例中优选为三个导轨滑块307。
每个导轨滑块307外侧连接有一个电机架306，电机架306底部安装有驱动电机303，驱动电机303的输出轴304竖直向上延伸且固定套装有周向齿轮302，底座301上还套装有一个中心齿轮313，三个周向齿轮302位于中心齿轮313周围，且三个周向齿轮302分别与中心齿轮313相啮合；每个导轨滑块307顶端分别连接有一个球面连杆310，三个球面连杆310顶端连接同一个工作平台312，工作平台312上设有一个用于检测工作平台312位置姿态的陀螺仪305，球面连杆310上下两端分别通过上转动副311和下转动副309与工作平台312和导轨滑块307转动连接，三个球面连杆310位于同一个基准球体的球面上，且三个转动副的轴线相交于基准球体的球心处，当陀螺仪305检测到工作平台312与水平面有夹角时，通过驱动电机303驱动对应的周向齿轮302自转，同时在周向齿轮302与中心齿轮313的啮合作用下，周向齿轮302绕着中心齿轮313的轴心公转，从而带动导轨滑块307在环形导轨308上滑动，进而带动对应的球面连杆310在基准球体的球面上运动，以使工作平台312保持水平。
其中，移动底盘1包括底板101、上板106、行走轮，行走轮安装在底板101上，行走轮包括位于前侧的一个万向轮108和位于后侧的两个驱动轮103，驱动轮103可采用轮毂电机，轮毂电机通过轮毂支架102安装在底板101上，上板106位于底板101上方，上板106通过四个支柱104与底板101固定连接，底板101上设有控制器105。
移动底盘1顶部的上板106上设有一个激光雷达107，用于构建地图和实时扫描障碍物，以实现避障的目的。球面并联机构3通过一个支撑架2安装在移动底盘1上方，支撑架2包括支撑板102和设置在支撑板102底部的三个支撑杆201，支撑杆201底部通过螺钉安装在移动底盘1的上板106上，球面并联机构3的底座301通过螺钉安装在支撑板102上，激光雷达107位于支撑板102和移动底盘1之间。设置该支撑架2，一方面是起到支撑球面并联机构3的作用，另一方面是起到防止遮挡激光雷达107扫描范围的作用。
当该其机器人行驶在上下坡路面时，由于斜坡的倾角，使机器人的工作平台312在重力方向下不平衡，此时工作平台312上安置的陀螺仪305检测到工作平台312位置角度变化并传输给控制器105，由控制器105控制相应的驱动电机303动作，驱动电机303接受到动作信号后，开始驱动相应的周向齿轮302转动，使得周向齿轮302自转并公转，从而带动导轨滑块307在环形导轨308上滑动，进而带动对应的球面连杆310在基准球体的球面上运动，以使工作平台312重力方向下自动保持平衡，使得运输的物品不倾斜滑落，效果如图6所示。且本发明的球面并联机构3不用考在工作平台312上放置的重物对重心的影响，只需陀螺仪305检测工作平台312的位置姿态即可通过球面并联机构3实现平衡控制。本发明自动化程度较高，三自由度球面并联机构3可放置重量较大的重物。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种具有自平衡能力的移动机器人，包括移动底盘(1)，其特征在于：所述移动底盘(1)上设有球面并联机构(3)，所述球面并联机构(3)包括底座(301)，所述底座(301)顶部设有一个向上凸出的环形导轨(308)，所述环形导轨(308)上滑动设置设置有多个导轨滑块(307)；
每个导轨滑块(307)外侧连接有一个电机架(306)，所述电机架(306)底部安装有驱动电机(303)，所述驱动电机(303)的输出轴(304)竖直向上延伸且固定套装有周向齿轮(302)，所述底座(301)上还套装有一个中心齿轮(313)，多个周向齿轮(302)位于所述中心齿轮(313)周围，且多个周向齿轮(302)分别与中心齿轮(313)相啮合；每个导轨滑块(307)顶端分别连接有一个球面连杆(310)，多个球面连杆(310)顶端连接同一个工作平台(312)，所述工作平台(312)上设有一个用于检测工作平台(312)位置姿态的陀螺仪(305)，所述球面连杆(310)上下两端分别通过转动副与工作平台(312)和导轨滑块(307)转动连接，多个球面连杆(310)位于同一个基准球体的球面上，且多个转动副的轴线相交于所述基准球体的球心处，当陀螺仪(305)检测到工作平台(312)与水平面有夹角时，通过所述驱动电机(303)驱动对应的周向齿轮(302)自转，同时在周向齿轮(302)与中心齿轮(313)的啮合作用下，周向齿轮(302)绕着中心齿轮(313)的轴心公转，从而带动导轨滑块(307)在环形导轨(308)上滑动，进而带动对应的球面连杆(310)在基准球体的球面上运动，以使所述工作平台(312)保持水平。
2.如权利要求1所述的一种具有自平衡能力的移动机器人，其特征在于：所述移动底盘(1)顶部设有一个激光雷达(107)。
3.如权利要求2所述的一种具有自平衡能力的移动机器人，其特征在于：所述球面并联机构(3)通过一个支撑架(2)安装在移动底盘(1)上方，所述支撑架(2)包括支撑板(102)和设置在支撑板(102)底部的多个支撑杆(201)，所述支撑杆(201)底部安装在移动底盘(1)上，所述球面并联机构(3)的底座(301)安装在支撑板(102)上，所述激光雷达(107)位于支撑板(102)和移动底盘(1)之间。
4.如权利要求1所述的一种具有自平衡能力的移动机器人，其特征在于：所述移动底盘(1)包括底板(101)、上板(106)、行走轮，所述行走轮安装在底板(101)上，所述行走轮包括位于前侧的一个万向轮(108)和位于后侧的两个驱动轮(103)，所述上板(106)位于底板(101)上方，所述上板(106)通过四个支柱(104)与底板(101)固定连接，所述底板(101)上设有控制器(105)。
5.如权利要求1所述的一种具有自平衡能力的移动机器人，其特征在于：所述环形导轨(308)上的导轨滑块(307)的数量为三个。
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