CN2810917Y - 基于直线电机的球形机器人装置 - Google Patents
基于直线电机的球形机器人装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN2810917Y CN2810917Y CN 200520078756 CN200520078756U CN2810917Y CN 2810917 Y CN2810917 Y CN 2810917Y CN 200520078756 CN200520078756 CN 200520078756 CN 200520078756 U CN200520078756 U CN 200520078756U CN 2810917 Y CN2810917 Y CN 2810917Y
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- spherical shell
- interior
- spherical
- terminal pad
- spokes
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Abstract
本实用新型公开了一种基于直线电机的球形机器人装置，它涉及一种非电变量的控制或调节系统仪器的技术领域，主要解决目前已有的球形机器人装置中存在的耗能较大，结构精度和安装精度要求较高等问题。本实用新型包括外球壳1、内球壳4、稳定平台5、滚珠6和专门设计的四根轮辐3。轮辐安装在内、外球壳之间组成该装置的行走传动机构。轮辐由直线步进电机、连接盘、丝杠、导杆和紧固螺钉组成。直线步进电机与丝杠相配合，电机通电运转后沿丝杠移动，构成行走传动机构的驱动装置。四根轮辐在三维空间对称布置，其一端与内球壳的外表面连接，延长线共点于球心，另一端连接到外球壳的内表面。本实用新型可广泛用于探测、运输、侦查、娱乐、军事等方面。
Description
技术领域
本实用新型属于机械技术领域，涉及非电变量的控制或调节系统中有关陆地、水上运载工具的二维行走的控制装置，具体地说是一种基于直线电机的球形机器人装置，可用于探测、运输、侦查、娱乐、军事等领域。
背景技术
球形机器人是一种新型的机器人，造型新颖别致，控制简单，行动灵活，几乎没有死角，可以轻易地实现零角度转弯，无论在工业上还是在民用和军事上都具有广泛的应用前景。因此，倍受世界各国科技人员的关注，是目前智能机器人研究领域的热点问题之一，不少国家都进行了大量的研究和实验。
在国外，2000年Bhattacharya等美国人设计了一种在球壳内部过球心的平面上，相互垂直的方向上安装两个电机，每个电机的定子和球壳固联，电机轴上分别安装一个圆盘，电机驱动圆盘转动，进而驱动球体在平面上全向滚动(参见《Design，Experiments and Motion Planning of a Spherical RollingRobot》，Proceedings of the 2000 IEEE International Conference on Robotics &Automation San Francisco，CA.April 2000)。
上述的球形机器人装置，实现了球体的全向滚动。但是，在装置中存在着在球体内部没有提供稳定平台的问题，致使球壳内的所有部件都时刻随着球体一起滚动，无法安装仪器或设备，用来进行不同的实验、测试和监测外部环境等。因此，这些球形机器人装置很难或无法应用到实际的工作和生活中，限制了它们的推广应用。
在国内，本实用新型的申请人在2005年4月申请的实用新型专利：《全向滚动球形机器人结构》，申请号为200520078572.8，在球形机器人装置的外球壳内安装了一个与外球壳同心的内球壳，在内、外球壳之间安装了行走传动机构和平台稳定机构，在内球壳中安装了稳定平台。行走传动机构实现球体的全向滚动。平台稳定机构使得球形机器人装置在做全向滚动的过程中，始终保持稳定平台平动运动，处于相对稳定的状态，实现了一种具有稳定平台的、可全向滚动的球形机器人装置。但是，这种基于角动量守恒原理的球形机器人装置，耗能较大，结构精度和安装精度要求较高，影响了广泛的推广使用。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决现有的球形机器人装置存在的问题，基于动量矩原理提供了一种既具有稳定平台，又具有耗能少、结构简单、安装容易等优点的全向滚动的球形机器人装置。
本实用新型的技术方案是这样实现的：在球形机器人装置的外球壳内安装了一个与外球壳同心的内球壳，在内、外球壳之间安装了行走传动机构，行走传动机构实现球体的全向滚动。在内球壳中安装了稳定平台，稳定平台的外球面通过滚珠与内球壳之间构成球面滚动接触，球体在滚动的过程中，稳定平台始终保持稳定平动运动的状态。具体地说，基于直线电机的球形机器人装置包括：外球壳、内球壳、稳定平台和四根轮幅。外球壳与内球壳同心安装，稳定平台安装在内球壳的内侧。四根轮幅安装在内、外球壳之间组成该装置的行走传动机构，四根轮幅在三维空间对称布置。轮幅的一端与内球壳的外表面连接，其延长线共点于球心，另一端固连到外球壳的内表面。
上述的轮幅由直线步进电机、连接盘、丝杠、导杆、紧固螺钉组成，直线步进电机与丝杠相配合，电机通电运转后沿丝杠移动，构成行走传动机构的驱动装置，丝杠和导杆的两端分别与两个连接盘联接固定，直线步进电机的外壳与导杆之间移动副连接。上述的两个连接盘，其中一个连接盘与外球壳联接固定，另一个连接盘与内球壳的外表面相连接。
与内球壳外表面相接触的连接盘的端面为内球面，与内球壳的外表面相配合形成球面副接触，或者通过紧固螺钉与内球壳固连。
本实用新型与现有技术相比具有如下的优点：
1.该装置基于动量矩原理在球形机器人内部提供了一个相对稳定的仪器或设备搭载平台，这个平台在球体做全向滚动的过程中始终作平动运动，处于相对稳定的状态。在这个稳定平台上，人们可以安装诸如摄像头、各种用途的传感器、执行器等，对外部环境进行监测，自主规划和控制球形机器人的运动。
2.本实用新型简化了球形机器人的驱动装置，采用了直线步进电机，使其既作为动力源又作为配重体，结构简单，定位性和复位性好。
3.通过控制四台直线步进电机的转速和转向，就可以实现该球形机器人的全向滚动，使机器人可到达任意位置。
4.根据不同的用途，可制作成不同尺寸大小的机器人，形成系列化；其制造和装配简单，成本低廉。
由于本实用新型具有上述的优点，因此具有广泛的推广应用价值。可面向家庭作为电子管家来对数字家电进行控制，也可以作为电子宠物供人们娱乐；在工业应用上，可作为探索的仪器搭载平台用来对管道、沟渠等特殊环境的探索；对企事业单位可用作下班后的保安和巡逻工作；在军事应用上，可用它搭载侦察装置进行侦查，若搭载武器，可完成特殊的战斗任务；在交通运输方面，可作为一种特殊的运载工具，能在柔软的土壤、沙地、雪地或冰面上运行。
附图说明
图1是本实用新型实施例1的结构组成示意图
图2是本实用新型实施例1行走传动机构轮辐的结构组成示意图
图3是本实用新型实施例2的结构组成示意图
图4是本实用新型实施例2行走传动机构轮辐的结构组成示意图
具体实施方式
参照图1，它是本实用新型实施例1的结构组成示意图，包括外球壳1、内球壳4、沉头紧固螺钉2、滚珠6、位于内球壳中的稳定平台5和位于外球壳和内球壳之间的由四根轮幅3组成的行走传动机构。外球壳1与内球壳4同心安装，稳定平台5安装在内球壳4中，稳定平台5的外球面通过滚珠6与内球壳4之间构成球面滚动接触，球体在滚动的过程中，稳定平台始终保持稳定平动运动的状态。稳定平台可制作成半球形或球台形，稳定平台的平面上可安装各种仪器或设备。
参照图2，它是本实用新型实施例1行走传动机构轮辐的结构组成示意图，每根轮幅3包括外连接盘7和内连接盘12、导杆紧固螺钉8、丝杆9、直线电机10、导杆11和紧定螺钉或销13。电机采用直线步进电机，与丝杠9相配合，电机加电后沿丝杠移动，它既是驱动装置，同时又作为配重体。直线步进电机的外壳与导杆11之间移动副连接。四根轮幅互相间隔109.47°，在三维空间对称布置。轮幅3的一端与内球壳4的外表面连接，其延长线共点于球心，另一端连接到外球壳1的内表面，是一种类似于甲烷的空间正四面体结构。丝杆9通过紧定螺钉或销13分别与外连接盘7和内连接盘12联接固定。外连接盘7通过如图1所示的沉头紧固螺钉2与外球壳1联接固定，通过导杆紧固螺钉8将外连接盘7和内连接盘12与两根导杆11固连。而内连接盘12的另一端为内球面，与内球壳4的外表面相配合，形成球面副接触。
本实用新型实施例1的具体实施过程为：当本实用新型整个装置的重心与球体的形心重合时，球形机器人静止不动。要使球形机器人运动起来，首先根据运动参数，启动该装置的四个电机，通过螺旋传动使直线步进电机在丝杠上移动，改变直线步进电机在丝杠上的径向位置，从而改变整个装置重心的位置，此时整个装置的重力和地面对球体的支持力形成一个力偶，该力偶将驱动球体在平面上滚动，内球壳4不滚动，它和稳定平台5随球形机器人沿其滚动方向平动，相对于球心保持静止状态，控制该力偶的大小和方向，就可以控制球体运动的速度和方向，故该球形机器人可实现全向滚动。
参照图3，它是本实用新型实施例2的结构组成示意图，包括外球壳1、内球壳4、沉头紧固螺钉2、滚珠6、紧固螺钉14、稳定平台5和位于外球壳1与内球壳4之间的由四根轮幅3组成的行走传动机构。外球壳1与内球壳4同心安装，稳定平台5安装在内球壳4中，稳定平台5的外球面通过滚珠6与内球壳4之间构成球面滚动接触，球体在滚动的过程中，稳定平台始终保持稳定平动运动的状态。稳定平台可制作成半球形或球台形，稳定平台的平面上可安装各种仪器或设备。
参照图4，它是本实用新型实施例2行走传动机构轮辐的结构组成示意图，每根轮幅3包括外连接盘7和内连接盘12、丝杆9、直线电机10、导杆11、导杆紧固螺钉8和紧定螺钉或销13。电机10采用直线步进电机，分别与丝杠9相配合，电机加电后沿丝杠移动，它既是驱动装置，同时又作为配重体。直线步进电机的外壳与导杆11之间移动副连接。四根轮幅互相间隔109.47°，在三维空间对称布置。轮幅3的一端与内球壳4的外表面连接，其延长线共点于球心，另一端分别连接到外球壳内表面，是一种类似于甲烷的空间正四面体结构。丝杆9通过紧定螺钉或销13分别与外连接盘7和内连接盘12联接固定。外连接盘7通过如图3所示的沉头紧固螺钉2与外球壳1联接固定，通过导杆紧固螺钉8将外连接盘7和内连接盘12与两根导杆11固连。而内连接盘12的另一端为内球面，与内球壳4的外表面相配合形成球面副接触，并通过如图3所示的紧固螺钉14与内球壳4固连。在内球壳4随外球壳1一起滚动的过程中，稳定平台5在重力的作用下相对于球心保持稳定状态，随球形机器人沿其滚动方向平动，稳定平台的平面上可安装各种仪器或设备。
本实用新型实施例2的具体实施过程为：当本实用新型整个装置的重心与球体的形心重合时，球形机器人静止不动。要使球形机器人运动起来，首先根据运动参数，启动该装置的四个电机，通过螺旋传动使直线步进电机在丝杠上移动，改变直线步进电机在螺杆上的径向位置，从而改变整个装置重心的位置。此时整个装置的重力和地面对球体的支持力形成一个力偶，该力偶将驱动球体在平面上滚动，内球壳4随外球壳一起滚动，稳定平台5在重力的作用下相对于球心可保持稳定状态，随球形机器人沿其滚动方向平动，控制该力偶的大小和方向，就可以控制球体运动的速度和方向，故该球形机器人可实现全向滚动。
本实用新型因为采用直线步进电机沿轮幅径向移动来改变球体重心从而实现球形机器人的运动，直线电机上集中了球体的绝大部分质量，故不需要另外增加配重体，直线电机既作为驱动源，又作为配重体。电机通电时将沿轮辐中的丝杠径向移动，产生球体重心偏移驱使球体运动，所以该球形机器人的定位性和复位性好，结构简单巧妙，重量轻，内部结构紧凑，为搭载其它仪器设备留有足够的空间。
Claims (3)
1、一种基于直线电机的球形机器人装置，包括外球壳(1)、内球壳(4)、稳定平台(5)、滚珠(6)、紧固螺钉(14)，外球壳与内球壳同心安装，稳定平台安装在内球壳的内侧，其特征在于还包括安装在内、外球壳之间的由四根轮幅(3)组成的行走传动机构，四根轮幅在三维空间对称布置，轮幅的一端与内球壳(4)的外表面连接，其延长线共点于球心，另一端分别连接到外球壳(1)的内表面。
2、根据权利要求1所述的基于直线电机的球形机器人装置，其特征在于所述的轮幅(3)由直线步进电机(10)、外连接盘(7)和内连接盘(12)、丝杠(9)、导杆(11)、紧固螺钉(8)和(13)组成，直线步进电机(10)与丝杠(9)相配合，电机通电运转后沿丝杠移动，构成行走传动机构的驱动装置，丝杠(9)和导杆(11)的两端分别与外连接盘(7)和内连接盘(12)联接固定，外连接盘(7)与外球壳(1)联接固定，内连接盘(12)的另一端与内球壳(4)的外表面相连接，直线步进电机(10)的外壳与导杆(11)之间移动副连接。
3、根据权利要求2所述的基于直线电机的球形机器人装置，其特征在于所述的内连接盘(12)的另一端与内球壳(4)的外表面相连接，该内连接盘(12)的端面为内球面，与内球壳(4)的外表面相配合形成球面副接触，或者通过紧固螺钉(14)与内球壳(4)固连。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200520078756 CN2810917Y (zh) | 2005-05-11 | 2005-05-11 | 基于直线电机的球形机器人装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200520078756 CN2810917Y (zh) | 2005-05-11 | 2005-05-11 | 基于直线电机的球形机器人装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN2810917Y true CN2810917Y (zh) | 2006-08-30 |
Family
ID=36937302
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 200520078756 Expired - Fee Related CN2810917Y (zh) | 2005-05-11 | 2005-05-11 | 基于直线电机的球形机器人装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN2810917Y (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103442206A (zh) * | 2013-08-16 | 2013-12-11 | 广州杰赛科技股份有限公司 | 环境侦测装置和环境侦测系统 |
| CN104128924A (zh) * | 2014-07-24 | 2014-11-05 | 清华大学 | 一种具有重心调整功能的模块化旋转驱动单元 |
| CN104802871A (zh) * | 2015-04-14 | 2015-07-29 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 球形结构探测机器人 |
| CN105905177A (zh) * | 2015-12-30 | 2016-08-31 | 东莞市凡豆信息科技有限公司 | 球形机器人驱动机构 |
| CN109094024A (zh) * | 2018-08-08 | 2018-12-28 | 浙江海洋大学 | 一种伤残肢体3d打印机喷头的移动装置 |
| CN112356011A (zh) * | 2020-10-29 | 2021-02-12 | 西北工业大学 | 一种利用飞轮稳定测量平台的球形机器人 |
| CN113997738A (zh) * | 2021-12-03 | 2022-02-01 | 江苏集萃智能制造技术研究所有限公司 | 一种球形两栖机器人平台 |
-
2005
- 2005-05-11 CN CN 200520078756 patent/CN2810917Y/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103442206A (zh) * | 2013-08-16 | 2013-12-11 | 广州杰赛科技股份有限公司 | 环境侦测装置和环境侦测系统 |
| CN104128924A (zh) * | 2014-07-24 | 2014-11-05 | 清华大学 | 一种具有重心调整功能的模块化旋转驱动单元 |
| CN104802871A (zh) * | 2015-04-14 | 2015-07-29 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 球形结构探测机器人 |
| CN105905177A (zh) * | 2015-12-30 | 2016-08-31 | 东莞市凡豆信息科技有限公司 | 球形机器人驱动机构 |
| CN105905177B (zh) * | 2015-12-30 | 2017-10-31 | 东莞市凡豆信息科技有限公司 | 球形机器人驱动机构 |
| CN109094024A (zh) * | 2018-08-08 | 2018-12-28 | 浙江海洋大学 | 一种伤残肢体3d打印机喷头的移动装置 |
| CN112356011A (zh) * | 2020-10-29 | 2021-02-12 | 西北工业大学 | 一种利用飞轮稳定测量平台的球形机器人 |
| CN113997738A (zh) * | 2021-12-03 | 2022-02-01 | 江苏集萃智能制造技术研究所有限公司 | 一种球形两栖机器人平台 |
| CN113997738B (zh) * | 2021-12-03 | 2023-09-22 | 江苏集萃智能制造技术研究所有限公司 | 一种球形两栖机器人平台 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN2810917Y (zh) | 基于直线电机的球形机器人装置 | |
| CN202712431U (zh) | 一种含有固定调整机构的天线副反射面系统 | |
| CN104218728A (zh) | 高度集成的机电作动器及其应用方法 | |
| CN101518898A (zh) | 具有两转一移三自由度的并联机构 | |
| WO2019126919A1 (zh) | 三自由度并联机构 | |
| CN105108772A (zh) | 全角度转动机械关节 | |
| CN201389855Y (zh) | 具有两转一移三自由度的并联机构 | |
| CN102009413B (zh) | 一种适用于球电机的具有姿态检测的三自由度被动球关节 | |
| CN100556621C (zh) | 具有稳定平台的全向滚动球形机器人装置 | |
| CN103639712A (zh) | 一种三转动球形并联机构 | |
| CN101116971A (zh) | 一种可用作机器人腕关节的运动解耦球面转动并联机构 | |
| CN203481990U (zh) | 高度集成的机电作动器 | |
| CN104483743B (zh) | 一种用于极地环境的直驱式精密微位移促动器 | |
| CN102126217A (zh) | 具有两转一移三自由度的非对称结构并联机构 | |
| CN201808064U (zh) | 单自由度旋转装置 | |
| CN203460179U (zh) | 机械手臂 | |
| WO2020249061A1 (zh) | 一种基于二自由度电磁驱动旋转机构的紧凑型仿生眼装置 | |
| CN110406607A (zh) | 一种球形机器人及其运动控制装置 | |
| CN110271033B (zh) | 一种无奇异位形的液压直驱三自由度球型手腕 | |
| CN101417423A (zh) | 3-2-1结构三维移动工业机器人 | |
| CN1799787A (zh) | 可伸缩的滚筒式机器人装置 | |
| CN101879721B (zh) | 一种四自由度一体化机器人关节机构 | |
| CN207826520U (zh) | 一种用于水下机器人的传动装置 | |
| CN109987256A (zh) | 一种二维转动机构 | |
| CN211590099U (zh) | 多自由度冗余串并联拟人机械臂 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |