CN208100398U - 一种球形机器人结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种球形机器人结构，包括外球壳、外球壳运转驱动机构，外球壳运转驱动机构固定安装在外球壳内部；外球壳运转驱动机构包括第一矩形架、第二矩形架，第二矩形架设在第一矩形架内侧且两矩形架中心重合的位置；第一矩形架上设置有第一驱动电机、第二驱动电机，第二矩形架上设置有第三驱动电机，第三驱动电机的动力输出端连接有配重盘；第一驱动电机设置在第一矩形架内侧且动力输出端通过第一驱动法兰与外球壳固定连接，第二驱动电机设置在第一矩形架外侧且动力输出端通过第二驱动法兰与第二矩形架固定连接。本实用新型结构简单，可实现沿任意曲率的曲线运动以及任意转向的控制，实现了控制简便，且定位性能和复位性能好。

Description

一种球形机器人结构

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，具体地是涉及一种球形机器人结构。

背景技术

球形机器人是近年来出现的一种新型机器人系统，是一种将所有零部件都内置到球壳内的封闭式系统；目前，球形机器人研究重点主要在驱动装置和控制算法两个方面。在驱动装置方面有单轮驱动、小车驱动、万向轮驱动、电机定子反转驱动和配重块驱动等，这些球形机器人采用了不同的驱动方式实现了球体的滚动。但这些设计方案中均未在球壳内部设计一个相对稳定的工作平台，此外，还存在结构复杂、控制麻烦、能耗较大、不适合在路况较差的路面行走等缺点。

发明内容

本实用新型就是针对上述的目前球形机器人存在的结构复杂、控制麻烦等问题，弥补现有技术的不足，提供一种球形机器人结构；本实用新型结构简单，可实现沿任意曲率的曲线运动以及任意转向的控制，实现了控制简便，且定位性能和复位性能好。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案。

本实用新型一种球形机器人结构，包括外球壳、外球壳运转驱动机构，外球壳运转驱动机构固定安装在外球壳内部；其特征在于：外球壳运转驱动机构包括第一矩形架、第二矩形架，第二矩形架设在第一矩形架内侧且两矩形架中心重合的位置，第二矩形架一侧通过轴铰接于第一矩形架上；第一矩形架上设置有第一驱动电机、第二驱动电机，第二矩形架上设置有第三驱动电机，第三驱动电机的动力输出端连接有配重盘；第一驱动电机设置在第一矩形架内侧且动力输出端通过第一驱动法兰与外球壳固定连接，第二驱动电机设置在第一矩形架外侧且动力输出端通过第二驱动法兰与第二矩形架固定连接，第一矩形架上与安装第一驱动电机相对的外侧铰接有法兰，法兰与外球壳固定连接。

作为本实用新型的一种优选方案，所述的外球壳由可对合封闭连接的第一半外球壳、第二半外球壳组成，所述的第一半外球壳、第二半外球壳上分别设置有与第一驱动法兰配合固定连接的第一半外球壳连接孔、与法兰配合固定连接的第二半外球壳连接孔；通过螺钉穿过第一半外球壳连接孔将第一半外球壳与第一驱动法兰固定，通过螺钉穿过第二半外球壳连接孔将第二半外球壳与法兰固定。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述的第一矩形架、第二矩形架均由四块钢板构成，相邻两块钢板之间通过固定角马连接。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述的第一矩形架上外侧安装有电机控制箱、电源箱。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述的第一驱动电机由第一机壳、第一无刷电动机、第一滑动轴承组成，第一无刷电动机设在第一机壳内，第一机壳固定在第一矩形架上，第一滑动轴承设在第一矩形架内，第一无刷电动机的动力输出端穿过第一滑动轴承与第一驱动法兰固定连接；所述的第二驱动电机由第二机壳、第二无刷电动机、第二滑动轴承组成，第二无刷电动机设在第二机壳内，第二机壳固定在第一矩形架上，第二滑动轴承设在第一矩形架内，第二无刷电动机的动力输出端穿过第二滑动轴承与第二驱动法兰固定连接。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述的第二矩形架上设置有用于固定第三驱动电机的固定架，第三驱动电机的动力输出端通过联轴器连接有回转轴组件，回转轴组件连接配重盘。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述的回转轴组件包括组件外壳、回转轴，回转轴设置在组件外壳内，组件外壳固定设置在第二矩形架上；回转轴的上端与联轴器相连，回转轴的下端与配重盘相连。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述的组件外壳内上部与回转轴上部连接处设置有上角接触球轴承，所述的组件外壳内下部与回转轴连接处设置有下角接触球轴承。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述的组件外壳上端、下端分别设置有用于压紧上角接触球轴承外圈的上透盖、用于压紧下角接触球轴承外圈的下透盖。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述下透盖的下方螺纹连接有用于顶住下角接触球轴承内圈的凸台螺母。

本实用新型的有益效果。

1、本实用新型所提供的一种球形机器人结构，其重心偏下可具有不倒翁的特点，在任何情况下都可以自动恢复到平衡状态，即使是与障碍物发生碰撞也会再经过短暂的不规则运动后恢复；由此，本实用新型的球形机器人结构适合于在不方便人为直接干预的环境中运行，如管道、危险环境等。

2、本实用新型结构简单，可实现沿任意曲率的曲线运动以及任意转向的控制，实现了控制简便，且定位性能和复位性能好。

附图说明

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1是本实用新型一种球形机器人结构的分解式结构示意图。

图2是图1的主视图。

图3是本实用新型一种球形机器人结构的外球壳内的外球壳运转驱动机构的整体放大图。

图4是本实用新型一种球形机器人结构的第一矩形架与第二矩形架连接部分的详细分解结构图。

图5是本实用新型一种球形机器人结构的第一矩形架与第一外壳连接部分的详细分解结构图。

图6是本实用新型一种球形机器人结构的第二矩形架与配重盘连接部分的结构图。

图7是本实用新型一种球形机器人结构的回转轴组件的单独放大图。

图8是图7的A-A剖视图。

图中标记：1为第一半外球壳连接孔、2为第一半外球壳、3为电机控制箱、4为第一驱动法兰、5为第一驱动电机、6为第一矩形架、7为第二矩形架、8为第二驱动电机、9为电源箱、10为法兰、11为第二半外球壳、12为第二半外球壳连接孔、13为轴、14为第三驱动电机、15为配重盘、16为第二驱动法兰、17为第二滑动轴承、18为第二无刷电动机、19为第二机壳、20为固定角马、22为第一滑动轴承、23为第一无刷电动机、24为第一机壳、25为固定架、27为联轴器、28为回转轴组件、29为固定连接孔、30为上透盖、31为回转轴、32为组件外壳、33为凸台螺母、34为下透盖、35为下角接触球轴承、36为上角接触球轴承。

具体实施方式

结合附图所示，本实用新型一种球形机器人结构，包括外球壳、外球壳运转驱动机构，外球壳运转驱动机构固定安装在外球壳内部；其特征在于：外球壳运转驱动机构包括第一矩形架6、第二矩形架7，第二矩形架7设在第一矩形架6内侧且两矩形架中心重合的位置，第二矩形7一侧通过轴13铰接于第一矩形架6上；第一矩形架6上设置有第一驱动电机5、第二驱动电机8，第二矩形架7上设置有第三驱动电机14，第三驱动电机14的动力输出端连接有配重盘15；第一驱动电机5设置在第一矩形架6内侧且动力输出端通过第一驱动法兰4与外球壳固定连接，第二驱动电机8设置在第一矩形架6外侧且动力输出端通过第二驱动法兰16与第二矩形架7固定连接，第一矩形架6上与安装第一驱动电机5相对的外侧铰接有法兰10，法兰10与外球壳固定连接。

如图1所示的球形机器人结构的分解式结构示意图，所述的外球壳由可对合封闭连接的第一半外球壳2、第二半外球壳11组成，所述的第一半外球壳2、第二半外球壳11上分别设置有与第一驱动法兰4配合固定连接的第一半外球壳连接孔1、与法兰10配合固定连接的第二半外球壳连接孔12；通过螺钉穿过第一半外球壳连接孔1将第一半外球壳2与第一驱动法兰4固定，通过螺钉穿过第二半外球壳连接孔12将第二半外球壳11与法兰10固定。

所述的第一矩形架6、第二矩形架7均由四块钢板构成，相邻两块钢板之间通过固定角马20连接。

所述的第一矩形架6上外侧安装有电机控制箱3、电源箱9；所述的电机控制箱3用于控制各驱动电机的正、反转，以实现回转。

结合附图3、4、5所示，所述的第一驱动电机5由第一机壳24、第一无刷电动机23、第一滑动轴承22组成，第一无刷电动机23设在第一机壳24内，第一机壳24固定在第一矩形架6上，第一滑动轴承22设在第一矩形架6内，第一无刷电动机23的动力输出端穿过第一滑动轴承22与第一驱动法兰4固定连接；所述的第二驱动电机8由第二机壳19、第二无刷电动机18、第二滑动轴承17组成，第二无刷电动机18设在第二机壳19内，第二机壳19固定在第一矩形架6上，第二滑动轴承17设在第一矩形架6内，第二无刷电动机18的动力输出端穿过第二滑动轴承17与第二驱动法兰16固定连接。

结合附图6、7、8所示，所述的第二矩形架7上设置有用于固定第三驱动电机14的固定架25，第三驱动电机14的动力输出端通过联轴器27连接有回转轴组件28，回转轴组件28连接配重盘15。

所述的回转轴组件28包括组件外壳32、回转轴31，回转轴31设置在组件外壳32内，组件外壳32固定设置在第二矩形架7上；回转轴31的上端与联轴器27相连，回转轴31的下端与配重盘15相连。

所述的组件外壳32内上部与回转轴31上部连接处设置有上角接触球轴承36，所述的组件外壳32内下部与回转轴31连接处设置有下角接触球轴承35。

所述的组件外壳32上端、下端分别设置有用于压紧上角接触球轴承36外圈的上透盖30、用于压紧下角接触球轴承35外圈的下透盖34。

所述下透盖34的下方螺纹连接有用于顶住下角接触球轴承35内圈的凸台螺母33。

本实用新型的球形机器人在运动初始姿态下时，第一矩形架6水平、第二矩形架7竖直向下，即第一矩形架6与第二矩形架7垂直铰接。

本实用新型通过第一驱动电机5和第二驱动电机8驱动外球壳回转和第二矩形架7摆动，实现球型机器人平面任意方向的滚动；通过与配重盘15相连的第三驱动电机14驱动配重盘15的回转，实现机器人自身的回转运动。

本实用新型的球形机器人结构在基于所设置配重盘15的重心偏摆与力矩复合驱动的原理上：通过控制第一驱动电机5，成功实现了球体的直线运动；通过控制第一驱动电机5和第二驱动电机8，成功实现了球体的转弯运动即平面任意方向的滚动；通过控制第三驱动电机14，成功实现球体原地360°旋转。该球形机器人的结构简单、设计合理，可以实现任意方向的运动和转向的控制。

可以理解的是，以上关于本实用新型的具体描述，仅用于说明本实用新型而并非受限于本实用新型实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种球形机器人结构，包括外球壳、外球壳运转驱动机构，外球壳运转驱动机构固定安装在外球壳内部；其特征在于：外球壳运转驱动机构包括第一矩形架（6）、第二矩形架（7），第二矩形架（7）设在第一矩形架（6）内侧且两矩形架中心重合的位置，第二矩形架（7）一侧通过轴（13）铰接于第一矩形架（6）上；第一矩形架（6）上设置有第一驱动电机（5）、第二驱动电机（8），第二矩形架（7）上设置有第三驱动电机（14），第三驱动电机（14）的动力输出端连接有配重盘（15）；第一驱动电机（5）设置在第一矩形架（6）内侧且动力输出端通过第一驱动法兰（4）与外球壳固定连接，第二驱动电机（8）设置在第一矩形架（6）外侧且动力输出端通过第二驱动法兰（16）与第二矩形架（7）固定连接，第一矩形架（6）上与安装第一驱动电机（5）相对的外侧铰接有法兰（10），法兰（10）与外球壳固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种球形机器人结构，其特征在于：所述的外球壳由可对合封闭连接的第一半外球壳（2）、第二半外球壳（11）组成，所述的第一半外球壳（2）、第二半外球壳（11）上分别设置有与第一驱动法兰（4）配合固定连接的第一半外球壳连接孔（1）、与法兰（10）配合固定连接的第二半外球壳连接孔（12）。

3.根据权利要求1所述的一种球形机器人结构，其特征在于：所述的第一矩形架（6）、第二矩形架（7）均由四块钢板构成，相邻两块钢板之间通过固定角马（20）连接。

4.根据权利要求1所述的一种球形机器人结构，其特征在于：所述的第一矩形架（6）上外侧安装有电机控制箱（3）、电源箱（9）。

5.根据权利要求1所述的一种球形机器人结构，其特征在于：所述的第一驱动电机（5）由第一机壳（24）、第一无刷电动机（23）、第一滑动轴承（22）组成，第一无刷电动机（23）设在第一机壳（24）内，第一机壳（24）固定在第一矩形架（6）上，第一滑动轴承（22）设在第一矩形架（6）内，第一无刷电动机（23）的动力输出端穿过第一滑动轴承（22）与第一驱动法兰（4）固定连接；所述的第二驱动电机（8）由第二机壳（19）、第二无刷电动机（18）、第二滑动轴承（17）组成，第二无刷电动机（18）设在第二机壳（19）内，第二机壳（19）固定在第一矩形架（6）上，第二滑动轴承（17）设在第一矩形架（6）内，第二无刷电动机（18）的动力输出端穿过第二滑动轴承（17）与第二驱动法兰（16）固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种球形机器人结构，其特征在于：所述的第二矩形架（7）上设置有用于固定第三驱动电机（14）的固定架（25），第三驱动电机（14）的动力输出端通过联轴器（27）连接有回转轴组件（28），回转轴组件（28）连接配重盘（15）。

7.根据权利要求6所述的一种球形机器人结构，其特征在于：所述的回转轴组件（28）包括组件外壳（32）、回转轴（31），回转轴（31）设置在组件外壳（32）内，组件外壳（32）固定设置在第二矩形架（7）上；回转轴（31）的上端与联轴器（27）相连，回转轴（31）的下端与配重盘（15）相连。

8.根据权利要求7所述的一种球形机器人结构，其特征在于：所述的组件外壳（32）内上部与回转轴（31）上部连接处设置有上角接触球轴承（36），所述的组件外壳（32）内下部与回转轴（31）连接处设置有下角接触球轴承（35）。

9.根据权利要求8所述的一种球形机器人结构，其特征在于：所述的组件外壳（32）上端、下端分别设置有用于压紧上角接触球轴承（36）外圈的上透盖（30）、用于压紧下角接触球轴承（35）外圈的下透盖（34）。

10.根据权利要求9所述的一种球形机器人结构，其特征在于：所述下透盖（34）的下方螺纹连接有用于顶住下角接触球轴承（35）内圈的凸台螺母（33）。