CN206719347U - 行走驱动组件及球形机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了一种行走驱动组件，位于球形机器人的球壳内，所述行走驱动组件包括底盘、麦克纳姆轮、驱动电机、传动机构及电源，所述底盘包括相对设置的第一侧和第二侧，所述电源固定于所述第一侧，并电连接所述驱动电机，所述驱动电机固定安装于所述第一侧，所述麦克纳姆轮安装于所述第二侧，并通过所述传动机构连接所述驱动电机，所述麦克纳姆轮接触所述球壳内壁并驱动所述球壳转动。本实用新型还公布了一种球形机器人。依靠各麦克纳姆轮的之间的差速可以实现球形机器人的转弯等动作，提高了球形机器人的智能化，应用场景更丰富。

Description

行走驱动组件及球形机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其是涉及一种行走驱动组件及球形机器人。

背景技术

球形机器人是指利用球体的滚动实现运动的机器人，可以实现全方位运动，与地面是单点接触，摩擦阻力小，能量利用效率高，并且具有不倒翁特性，可以避免常规的机器人容易出现的倾倒失稳现象。机器人的重要部件均包容在球体内部，受到球体外壳良好的保护，不容易因破坏而失效。采取合适的密封措施，可以使球形机器人的外壳具备防水能力，进而在较为恶劣的天气条件下使用，具有全天候的适应能力。

现有技术中，球形机器人依靠内部质心偏移的方式驱动球体滚动，驱动效率低，且球形机器人在行走过程中转弯不灵活，球形机器人的智能化低。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种行走驱动组件及球形机器人，用以解决现有技术中球形机器人的驱动效率低，且球形机器人在行走过程中转弯不灵活，球形机器人的智能化低的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种行走驱动组件，所述行走驱动组件包括底盘、麦克纳姆轮、驱动电机、传动机构及电源，所述底盘包括相对设置的第一侧和第二侧，所述电源固定于所述第一侧，并电连接所述驱动电机，所述驱动电机固定安装于所述第一侧，所述麦克纳姆轮安装于所述第二侧，并通过所述传动机构连接所述驱动电机，所述麦克纳姆轮接触所述球壳内壁并驱动所述球壳转动。

进一步，所述行走驱动组件还包括弹性件，所述弹性件连接于所述底盘与所述麦克纳姆轮之间。

进一步，所述行走驱动组件还包括滚轮支架，所述滚轮支架包括相互滑动连接的导轨件与滑块件，所述导轨件固定于所述底盘，所述滑块件连接所述麦克纳姆轮及所述弹性件。

进一步，所述滚轮支架还包括一对对称的转轴支撑架，所述转轴支撑架包括固定端与由所述固定端向背离所述底盘的中心方向弯折延伸的转轴连接端，所述固定端固定连接所述滑块件及所述弹性件，所述转轴连接端连接所述麦克纳姆轮的转轴。

进一步，所述驱动电机与所述麦克纳姆轮通过所述传动机构连接形成驱动单元，所述驱动单元的数量为偶数个，并且所述驱动单元对称分布于所述底盘的边缘。

进一步，一对对称分布的所述驱动单元的所述麦克纳姆轮的转轴排列方向相同。

进一步，所述传动机构为皮带传动机构。

进一步，所述传动机构还包括张紧轮。

本实用新型还提供一种球形机器人，所述球形机器人包括球壳及以上任意一项所述行走驱动组件，所述行走驱动组件驱动所述球壳转动。

进一步，所述球形机器人还包括头部，所述头部磁性连接于所述球壳的外壁。

本实用新型的有益效果如下：驱动电机通过传动机构驱动麦克纳姆轮滚动，麦克纳姆轮接触球形机器人的球壳内壁，并通过摩擦力带动球壳滚动，球壳外壁接触地面并通过摩擦力驱动球壳相对地面转动，从而实现球形机器人的行走功能，驱动效率高，麦克纳姆轮与电源位于底盘的相对的两侧，易于装配或拆卸，进一步的，依靠各麦克纳姆轮的之间的差速可以实现球形机器人的转弯等动作，提高了球形机器人的智能化及灵活性，应用场景更丰富。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的明显变形方式。

图1和图2为本实用新型实施例提供的行走驱动组件整体结构示意图。

图3为本实用新型实施例提供的行走驱动组件的结构放大示意图。

图4为本实用新型实施例提供的行走驱动组件的部分结构示意图。

图5为本实用新型实施例提供的行走驱动组件的行走方向示意图。

图6为本实用新型实施例提供的球形机器人示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅1和图2，本实用新型实施例提供的行走驱动组件12应用于球形机器人，具体的，行走驱动组件12位于球形机器人的球壳10内，并通过滚动摩擦的方式驱动球壳10转动。行走驱动组件12包括底盘142、麦克纳姆轮120、驱动电机122、传动机构124及电源126。一种较佳的实施方式中，底盘142使用碳素纤维材料制成，碳素纤维材料强度大，不易折断，同时具有重量小的特点，有利于减小行走驱动组件12乃至球形机器人的重量。本实施例中，底盘142为中心对称结构，一种实施方式中，底盘142为圆盘状。

本实施例中，底盘142包括相对设置的第一侧142a和第二侧142b，电源126固定于第一侧142a，并电连接驱动电机122，具体的，电源126安装于第一侧142a的中心位置，以使行走驱动组件12的重心集中于行走驱动组件12的中心，避免重心不均导致球形机器人运动不稳定。驱动电机122固定安装于第一侧142a，麦克纳姆轮120安装于第二侧142b，并通过传动机构124连接驱动电机122，麦克纳姆轮120接触球壳10内壁102并驱动球壳10转动。驱动电机122与电源126安装于底盘142的同一侧，即第一侧142a，第一侧142a为球形机器人靠近地面的一侧，有利于降低球形机器人的重心并稳定其重心。麦克纳姆轮120位于底盘142的第二侧142b，即背离电源126一侧，使麦克纳姆轮120有更大的空间利于拆装，有利于行走驱动组件12的装配与后期维护。

麦克纳姆轮120抵触球壳10，驱动电机122通过传动机构124驱动麦克纳姆轮120滚动，麦克纳姆轮120接触球形机器人的球壳10内壁102，并通过摩擦力带动球壳10滚动，球壳10外壁104接触地面并通过摩擦力驱动球壳10相对地面转动，从而实现球形机器人的行走功能，驱动效率高，麦克纳姆轮120与电源126位于底盘142的相对的两侧，易于装配或拆卸，进一步的，依靠各麦克纳姆轮120的之间的差速可以实现球形机器人的转弯等动作，提高了球形机器人的智能化及灵活性，应用场景更丰富。

结合图3和图4，本实施例中，行走驱动组件12还包括弹性件128，弹性件128连接于底盘142与麦克纳姆轮120之间，一种较佳的实施方式中，弹性件128为弹簧。进一步的，行走驱动组件12还包括滚轮支架322，滚轮支架322包括相互滑动连接的导轨件322a与滑块件322b，导轨件322a固定于底盘142，滑块件322b连接麦克纳姆轮120及弹性件128。一种较佳的实施方式中，导轨件322a的导轨截面为燕尾形。具体的，弹性件128一端通过紧固件固定于底盘142上，另一端固定于滑块件322b上，滑块件322b滑动连接导轨件322a，并连接麦克纳姆轮120，导轨件322a通过紧固件固定于底盘142上。麦克纳姆轮120通过滑块件322b、导轨件322a及弹性件128连接于底盘142上，并可以在底盘142上相对滑动，一种较佳的实施方式中，弹性件128的弹性伸缩方向为底盘142的径向方向，从而使麦克纳姆轮120可以在底盘142的径向方向上移动，当球形机器人依靠行走驱动组件12行走颠簸时，麦克纳姆轮120可以在底盘142的径向方向移动，具有一定的减震功能，同时，也可以为麦克纳姆轮120提供径向补偿，使麦克纳姆轮120始终紧密接触球壳10的内壁102，提高麦克纳姆轮120对球壳10内壁102施加的正压力，从而提高麦克纳姆轮120与球壳10之间的摩擦力，提高行走驱动的效率。

进一步的，滚轮支架322还包括一对对称的转轴支撑架322c，转轴支撑架322c包括固定端与由固定端向背离底盘142的中心方向弯折延伸的转轴连接端，固定端固定连接滑块件322b及弹性件128，转轴连接端连接麦克纳姆轮120的转轴。具体的，转轴支撑架322c为弯曲的弧形，转轴连接端相对固定端更远离底盘142的中心，麦克纳姆轮120伸出底盘142，增加麦克纳姆轮120与球壳10内壁102的接触，通过增大麦克纳姆轮120之间的距离增大麦克纳姆轮120对球壳10内壁102的正压力，从而提高麦克纳姆轮120与球壳10之间的摩擦力，提高行走驱动的效率。

本实施例中，驱动电机122与麦克纳姆轮120通过传动机构124连接形成驱动单元，驱动单元的数量为偶数个，并且驱动单元对称分布于底盘142的边缘。驱动单元位于底盘142的边缘有利于麦克纳姆轮120接触球壳10内壁102而不被底盘142或安装于底盘142上的其他器件干涉，例如电源126等。进一步的，一对对称分布的驱动单元的麦克纳姆轮120的转轴排列方向相同。具体的，一对对称分布的驱动单元控制球壳10向一个方向旋转，即球形机器人向一个方向行走，至少两对对称分布的驱动单元可以球形机器人任意方向行走。结合图5，一种较佳的实施方式中，驱动单元的数量为四个，即两对对称分布的驱动单元，并且一对对称的驱动单元的连线与另一对对称的驱动单元的连线垂直。第一驱动单元320a和第二驱动单元320b控制球形机器人左右方向移动，第三驱动单元320c和第四驱动单元320d控制球形机器人前后方向移动，控制各驱动单元的麦克纳姆轮120的差速控制球形机器人的行走方向，例如控制第一驱动单元320a的麦克纳姆轮120的转速大于第二驱动单元320b的麦克纳姆轮120的转速，控制第三驱动单元320c的麦克纳姆轮120的转速大于第四驱动单元320d的麦克纳姆轮120的转速，球形机器人向左前方行走。

本实施例中，传动机构124为皮带传动机构124，皮带传动机构124的皮带主动轮连接驱动电机122，皮带从动轮连接麦克纳姆轮120的转轴，将驱动电机122的旋转传递到麦克纳姆轮120的转轴，从而驱动麦克纳姆轮120转动。进一步的，传动机构124还包括张紧轮1240，张紧轮1240设于皮带主动轮与皮带从动轮之间，用于张紧皮带，增大皮带与皮带主动轮和皮带从动轮之间的摩擦力，防止打滑，增大传动效率。本实施例中，底盘142设有通孔，用于穿过皮带。

驱动电机122通过传动机构124驱动麦克纳姆轮120滚动，麦克纳姆轮120接触球形机器人的球壳10内壁102，并通过摩擦力带动球壳10滚动，球壳10外壁104接触地面并通过摩擦力驱动球壳10相对地面转动，从而实现球形机器人的行走功能，驱动效率高，麦克纳姆轮120与电源126位于底盘142的相对的两侧，易于装配或拆卸，进一步的，依靠各麦克纳姆轮120的之间的差速可以实现球形机器人的转弯等动作，提高了球形机器人的智能化，应用场景更丰富。

请参阅图6，本实用新型实施例还提供一种球形机器人，包括球体1，球体1包括球壳10和以上所述的行走驱动组件12，行走驱动组件12通过滚动摩擦驱动球壳10转动，从而使球壳10相对地面滚动，实现球形机器人的行走行为。

进一步的，球形机器人还包括头部2，头部2磁性连接于球壳10的外壁104。具体的，头部2设置有激光雷达、摄像头、麦克风等功能器件，用于实现球形机器人与环境、球形机器人与人类的互动能力。

驱动电机122通过传动机构124驱动麦克纳姆轮120滚动，麦克纳姆轮120接触球形机器人的球壳10内壁102，并通过摩擦力带动球壳10滚动，球壳10外壁104接触地面并通过摩擦力驱动球壳10相对地面转动，从而实现球形机器人的行走功能，驱动效率高，麦克纳姆轮120与电源126位于底盘142的相对的两侧，易于装配或拆卸，进一步的，依靠各麦克纳姆轮120的之间的差速可以实现球形机器人的转弯等动作，提高了球形机器人的智能化，应用场景更丰富。

以上所揭露的仅为本实用新型几种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种行走驱动组件，位于球形机器人的球壳内，其特征在于，所述行走驱动组件包括底盘、麦克纳姆轮、驱动电机、传动机构及电源，所述底盘包括相对设置的第一侧和第二侧，所述电源固定于所述第一侧，并电连接所述驱动电机，所述驱动电机固定安装于所述第一侧，所述麦克纳姆轮安装于所述第二侧，并通过所述传动机构连接所述驱动电机，所述麦克纳姆轮接触所述球壳内壁并驱动所述球壳转动。

2.根据权利要求1所述的行走驱动组件，其特征在于，所述行走驱动组件还包括弹性件，所述弹性件连接于所述底盘与所述麦克纳姆轮之间。

3.根据权利要求2所述的行走驱动组件，其特征在于，所述行走驱动组件还包括滚轮支架，所述滚轮支架包括相互滑动连接的导轨件与滑块件，所述导轨件固定于所述底盘，所述滑块件连接所述麦克纳姆轮及所述弹性件。

4.根据权利要求3所述的行走驱动组件，其特征在于，所述滚轮支架还包括一对对称的转轴支撑架，所述转轴支撑架包括固定端与由所述固定端向背离所述底盘的中心方向弯折延伸的转轴连接端，所述固定端固定连接所述滑块件及所述弹性件，所述转轴连接端连接所述麦克纳姆轮的转轴。

5.根据权利要求1所述的行走驱动组件，其特征在于，所述驱动电机与所述麦克纳姆轮通过所述传动机构连接形成驱动单元，所述驱动单元的数量为偶数个，并且所述驱动单元对称分布于所述底盘的边缘。

6.根据权利要求5所述的行走驱动组件，其特征在于，一对对称分布的所述驱动单元的所述麦克纳姆轮的转轴排列方向相同。

7.根据权利要求1所述的行走驱动组件，其特征在于，所述传动机构为皮带传动机构。

8.根据权利要求7所述的行走驱动组件，其特征在于，所述传动机构还包括张紧轮。

9.一种球形机器人，其特征在于，所述球形机器人包括球壳及权利要求1至8任意一项所述行走驱动组件，所述行走驱动组件驱动所述球壳转动。

10.根据权利要求9所述的球形机器人，其特征在于，所述球形机器人还包括头部，所述头部磁性连接于所述球壳的外壁。