CN2765804Y - 球型机器人 - Google Patents

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马锡琪
孙华雷
唐怀丹
张晓峰
焦荣
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本实用新型公开了一种球型机器人,包括,一透明的球体外壳;该球体外壳由球台和两端对称的球冠连接组成;在球台两端分别连接有密封轮辐,在球台内的密封轮辐的中心线位置上设置有方轴,方轴上设置有摇篮;摇篮的两端分别有伸缩架,摇篮上部设有驱动机器人运动的带有变速箱的电机,以及用于打开球冠和用于打开伸缩架的电机;摇篮底部中心部位还有一竖轴,竖轴上配置有配重盘,配重盘的上方有导电盘。本实用新型的球型机器人能实现在地面上前进后退及旋转、爬楼梯和游泳的动作。

Description

球型机器人
技术领域
本实用新型属于机器人制造与设计技术领域,涉及一种机器人,具体涉及一种具有前后运动、转弯、原地旋转、爬楼梯和游泳功能的球型机器人。
背景技术
目前,人们所发明的球型机器人大多都是由球体内两个或多个重块来回的变换位置来实现整个机器人的滚动,结构复杂、转动的灵活性不高、完成的动作单一,没有特殊的功能。例如;美国喷气推进实验室(JPL)的SukhanLee提出一种用内部四个活塞来驱动球体重心,实现重心的三维移动,从而使球型机器人行走。这种由多个重块的变换位置来改变重心实现整个机器人的滚动,为此要设多个驱动装置来驱动这些重块移动,这样球内机械结构更为复杂。
又如,中国专利02128933.6公开了一种改进的球形机器人全方位行走装置。该机器人包括球冠和位于球冠内的行走传动机构,该行走传动机构包括有:一个圆环,该圆环的直径方向设有向其外侧伸出的两根支撑短轴,该两根支撑短轴分别通过轴承承载在球冠内侧通过球冠球心轴线的两个支撑座上;在一支撑座上固装一个大齿轮;该圆环上安装有电机,其中一电机的电机轴上的小齿轮与支撑座上的大齿轮相啮合而带动其前后转动;在圆环内侧、与伸出两根支撑短轴相垂直的方向上设有两个相对安装的底座,一个内接长轴通过轴承承载在该两个底座上;该内接长轴的一端侧固装一个大齿轮;安装在圆环上或通过短轴铰链安装在内接长轴上的另一电机轴上的小齿轮与内接长轴上固装的大齿轮相啮合而带动其左右转动。虽然结构简单,但转动的灵活性不高。完成的动作只是在地面上的二维运动。
发明内容
为了克服以上现有技术存在的缺陷或不足,本实用新型的目的在于,提供一种全新的球型机器人,它的壳体是透明的,内部结构清晰可见,它灵活巧妙的运用了独特的运动原理来完成球型机器人的灵活运动、转向、制动、爬楼梯、游泳等功能。
为了实现上述目的,本发明采取的技术方案是:一种球型机器人,包括,一透明的球体外壳;其特征在于,该球体外壳由球台和两端对称的球冠连接组成;在球台两端分别连接有密封轮辐,在密封轮辐的中心线位置上设置有方轴,方轴上设置有摇篮;
摇篮与密封轮辐通过轴承连接在一起,在方轴上还设置有一对离合器,该对离合器各连接有一滑块;滑块之间装有反向螺纹的螺杆;
摇篮的两端分别有伸缩架,摇篮上部设有驱动机器人运动的带有变速箱的第二电机,以及用于打开球冠的第三电机和用于打开伸缩架的第四电机;
摇篮上的带有变速箱的第二电机通过一对齿轮和密封轮辐连接,驱动摇篮上的第三电机通过蜗轮、蜗杆传动,带动方轴转动;
摇篮上的第四电机通过蜗轮、蜗杆驱使螺杆转动;
摇篮底部中心部位还有一竖轴,竖轴上配置有配重盘,配重盘的上方有用于给带有变速箱的第二电机、第三电机、第四电机供电的导电盘,配重盘的底部有第一电机,第一电机通过一对齿轮与竖轴连接。
本发明的其它一些特点是,所述摇篮和密封轮辐通过轴承连接。
所述配重盘和竖轴通过轴承连接。
所述导电盘的上盘和竖轴固定连接,其下盘和配重盘固定连接。
所述伸缩架的两个支撑脚其中一个装有轴承。
本实用新型的球型机器人,采用全新的机械结构和独特的运动方式,具有爬楼梯和游泳的特殊功能,为日后的现代娱乐、机器人竞技、科学探索及检测开辟了新的途径。申请人已制造了一个直径250毫米的无线遥控的球型机器人,并通过了多次实验和改进使其通过了多种性能的检测,圆满的实现了前后运动、原地旋转、爬楼梯和游泳的功能。
附图说明
图1是本实用新型的结构原理示意图;
图2是多功能伸缩架的结构示意图。
以下是结合附图和球型机器人的功能及原理对本实用新型作进一步详细描述。
具体实施方式
参见图1,本实用新型的球型机器人,其结构包括,一透明的球体外壳;其特征在于,该球体外壳由球台12和两端对称的球冠6、21连接组成;在球台12两端分别连接有密封轮辐8和密封轮辐19,在密封轮辐8、19的中心线位置上设置有方轴14,方轴14上设置有摇篮5;
摇篮5与密封轮辐8、19通过轴承连接在一起,在方轴14上还设置有一对离合器11、17,离合器11、17各连接有一滑块10、18;滑块10、18之间装有反向螺纹的螺杆16;
摇篮5的两端分别有伸缩架7、20,摇篮5上部设有驱动机器人运动的带有变速箱的第二电机9,以及用于打开球冠6、21的第三电机13和用于打开伸缩架7、20的第四电机15;
摇篮5上的带有变速箱的第二电机9通过一对齿轮c、齿轮d和密封轮辐8连接,驱动摇篮5上的第三电机13通过蜗轮e、蜗杆f传动,带动方轴14转动;
摇篮5上的第四电机15通过蜗轮g、蜗杆h驱使螺杆16转动;
摇篮5底部中心部位还有一竖轴4,竖轴4上配置有配重盘2,配重盘2的上方有用于给带有变速箱的第二电机9、第三电机13、第四电机15供电的导电盘3,配重盘2的底部有第一电机1,第一电机1通过一对齿轮a、b与竖轴4连接。
本实用新型的球型机器人能实现在地面上前进后退及旋转、爬楼梯和游泳的动作,其工作原理是:
1.在球型机器人的底部安装的配重盘,其重量占整个球型机器人总重的很大部分,这样就使得球型机器人的重心靠近地面,从而保证了球型机器人在运动中的稳定。配重盘的重心移动使得整个球体滚动,配重盘的转动给整个球体的原地旋转提供了必要条件,根据所学的力学知识就可以得出配重盘转动的同时也给球体一个反向转动的动力,由于整个球体和地面的转动摩擦力很小,所以当驱使配重盘转动时,球体就会反向转动,而且球体相对地面转动的速度要比配重盘相对地面转动的速度要快。这样就确保了球型机器人灵活的运动、转向、原地旋转。
2、该球型机器人透明外壳被分成三个部分即中间的大壳体和两边对称的球冠,两边的球冠里面分别设置有多功能大行程剪式伸缩架,当需要爬楼梯时两边对称的两块球冠会自动打开,这样多功能伸缩架伸开时就会接触地面从而使整个球体脱离地面并上升,伸缩架的两个支撑脚一个装有轴承,保证了两脚的摩擦力一大一小,这样在伸缩架伸开的同时球体不但上升而且还伴有前移的动作,当上升到所需要的高度时驱动球体内的配重盘使其重心前倾,这样整个球体就会倾到楼梯的台阶上,然后使伸缩架收回调整一下球体的位置,这样重复以上动作就可以连续不断的爬楼梯了。
3、在球型机器人球体内有两个密封的轮辐,在水中能避免水进入球台内,由于整个球型机器人的质量不是太大,这样把机器人放入水里其球体的中线仍在水平面以上,在水中让两边的球冠打开这样多功能伸缩架就能露出,由于多功能伸缩架反向有自锁功能所以当反向转动伸缩架时,多功能伸缩架就不是伸开而会是象船浆一样拨水,从而实现在水里游泳的功能。
以下对各个实现的动作进一步的描述。
机器人的前进后退动作:
如图1所示整个透明球体分为中间大壳体12和两边球冠6、21三个部分。密封轮辐8、19和球台12是固定连接的,中间的摇篮5和密封轮辐8、19是轴承连接的。竖轴4和摇篮5是固定连接,配重盘2和竖轴4是轴承连接,9是电机和变速箱和摇篮是固定连接的。电极9通过变速箱带动齿轮c,齿轮c和齿轮d啮合,齿轮d和轮辐8是固定连接的。电源部分设置在配重盘2的上面,通过导电盘3给摇篮5上的带有变速箱的第二电机9、第三电机13、第四电机15供电,导电盘3的上盘和竖轴4固定连接下盘和配重盘固定连接。这样,当带有变速箱的第二电机9工作,就会使摇篮5和配重盘2摆动,由于整个机器人的重心集中在配重盘上面,当摇篮5带着配重盘2摆动时,就相当机器人的重心在移动,所以机器人也就会滚动,若第二电机和变速箱9中的电机连续工作,机器人就会连续运动,其电机反向工作时机器人就会反向运动。
机器人的转弯和原地旋转:
如图1所示电机1和配重盘是固定连接的,主电机1通过变速箱带动齿轮a,齿轮a和齿轮b啮合,齿轮b和竖轴4是固定连接的。当电机1工作时驱动齿轮a并带动齿轮b,配重盘2和竖轴4是轴承联接,所以配重盘就会绕竖轴4转动。当电机1驱动配重盘转动时,由于力的作用是相互的所以配重盘就会有驱使球体反向运动的趋势。由于配重盘2的质量占整个球体总质量的大部分,而球体外壳12和地面接触的面积很小,因而转动摩擦力很小。由力学知识可知当驱动配重盘转动时球体就会反向转动,而且球体相对地面转动的速度要比配重盘相对地面转动的速度要快,这样就能实现灵活转弯的动作。而当电机1连续工作时,球体就会连续转动从而实现原地旋转的动作。
爬楼梯动作:
如图1所示透明球体是分为球台12和两边球冠6、21三部分。当需要上楼梯台阶时,两边的球冠6、21能打开,球冠6、12的打开是由电机15来实现的,电机15工作时通过蜗轮蜗杆g、h驱使螺杆16转动,螺杆16两端各有一个由螺纹联接的滑块10、18,滑块又和离合器11、17连接,离合器11、17固定穿在伸缩轴上并和伸缩架7、20连接在一起,两边球体6、21又和伸缩轴连接在一起。螺杆16转动时两边的滑块10、18同时向两边移动,同时带动离合器11、17向两边移动,这样两边的球冠6、21就会打开,为多功能伸缩架7、20打开提供了空间。伸缩架伸开是由电机13通过通过蜗轮蜗杆e、f传动,来带动方轴14转动,方轴14转动缠绕绳子就会把伸缩架伸开。这样多功能伸缩架7、20伸开时就会接触地面从而使整个球体脱离地面并上升,伸缩架的两个支撑脚一个装有轴承,保证了两脚的摩擦力一大一小,这样在伸缩架伸开的同时球体不但上升而且还伴有前移的动作,当上升到所需要的高度时电机9工作驱使球体重心前倾,这样整个球体就会倾到楼梯的台阶上,然后使伸缩架收回调整一下球体的位置,这样重复以上动作就可以连续不断的爬楼梯了。
游泳动作:
如图所示密封轮辐8、19和球台12是固定连接的,密封轮辐能起到防止水进入球台的作用。由于整个机器人的质量不是太大,所以在水中时球体的中线仍在水平面以上。在水中先让电机15工作让两边的球冠6、21打开,这样多功能伸缩架7、20就能露出,由于多功能伸缩架反向有自锁功能所以当电机13反向转动伸缩架时,多功能伸缩架就不是伸开而会是象船浆一样拨水,从而实现在水里游泳的功能。
综上所述,本实用新型的球型机器人与已有技术相比,有以下几项功能:
1)球型机器人在地面运动时具有转动灵活运动平稳能实现原地旋转、前进、后退、具有全方位的功能,从而避免了在运动中有死角出现。
2)球型机器人能依靠球体内的巧妙传动机构使其脱离地面达到台阶上,实现了球型机器人爬楼梯的特殊功能。
3)球体内的密封轮辐和多功能伸缩架发挥的作用实现了球型机器人能在水里游泳的特殊功能。

Claims (5)

1.一种球型机器人,包括,一透明的球体外壳;其特征在于,该球体外壳由球台(12)和两端对称的球冠(6、21)连接组成;在球台(12)两端分别连接有密封轮辐(8、19),在球台(12)内的密封轮辐(8、19)的中心线位置上设置有方轴(14),方轴(14)上设置有摇篮(5);
摇篮(5)与密封轮辐(8、19)通过轴承连接在一起,在方轴(14)上还设置有一对离合器(11、17),离合器(11、17)各连接有一滑块(10、18);滑块(10、18)之间装有反向螺纹的螺杆(16);
摇篮(5)的两端分别有伸缩架(7)和伸缩架(20),摇篮(5)上部设有驱动机器人运动的带有变速箱的第二电机(9),以及用于打开球冠(6、21)的第三电机(13)和用于打开伸缩架(7、20)的第四电机(15);
摇篮(5)上的带有变速箱的第二电机(9)通过一对齿轮c、齿轮d和密封轮辐(8)连接,驱动摇篮(5)上的第三电机(13)通过蜗轮e、蜗杆f传动,带动方轴(14)转动;
摇篮(5)上的第四电机(15)通过蜗轮g、蜗杆h驱使螺杆(16)转动;
摇篮(5)底部中心部位还有一竖轴(4),竖轴(4)上配置有配重盘(2),配重盘(2)的上方有用于给带有变速箱的第二电机(9)、第三电机(13)、第四电机(15)供电的导电盘(3),配重盘(2)的底部有第一电机(1),第一电机(1)通过一对齿轮a、b与竖轴(4)连接。
2.如权利要求1所述的球型机器人,其特征在于,所述摇篮(5)和密封轮辐(8、19)通过轴承连接。
3.如权利要求1所述的球型机器人,其特征在于,所述配重盘(2)和竖轴(4)通过轴承连接。
4.如权利要求1所述的球型机器人,其特征在于,所述导电盘(3)的上盘和竖轴(4)固定连接,其下盘和配重盘(2)固定连接。
5.如权利要求1所述的球型机器人,其特征在于,所述伸缩架(7、20)的两个支撑脚其中一个装有轴承。
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