一种自平衡轮式机器人制造技术

本实用新型专利技术公开一种自平衡轮式机器人，该自平衡轮式机器人包括机器人主体、承载部以及行走机构，其中，行走机构包括承载部的两侧分别安装一个驱动轮；承载部的内部设置有第一丝杆传动机构、第二丝杆传动机构和配重，机器人主体被限定在第一丝杆传动机构和第二丝杆传动机构之间，第一丝杆传动机构和第二丝杆传动机构安装在配重的两侧，其中，配重可转动地设置在承载部的底部；第一丝杆传动机构用于在被配重触碰时维持机器人主体处于竖直设置；或者，第二丝杆传动机构用于在被配重触碰时维持机器人主体处于竖直设置。机器人主体处于竖直设置。机器人主体处于竖直设置。

【技术实现步骤摘要】
一种自平衡轮式机器人


[0001]本技术涉及自主移动的智能机器人的
，特别是一种自平衡轮式机器人。

技术介绍

[0002]不倒翁是一个重心很低、底部是圆弧形的结构。当不倒翁静止时，重力作用线刚好与支承点重合。而当不倒翁倒向一侧时，随着支承点(理解为不倒翁与地表面的着地点)的变化，重心偏向另一侧，从而产生向另一侧的力矩，促使不倒翁向另一侧摆动，所以不倒翁无论如何摇摆，总是不倒的。
[0003]目前自主移动式智能机器人大多数采用轮式结构，这类机器人都是平面式底盘设计，当受到外力被推倒、或被障碍物绊倒、或在爬坡时容易倾倒后，不能够自主站起，需要人扶起。这使得这类移动机器人的应用受到限制。

技术实现思路

[0004]针对上述技术问题，本技术提供了一种自平衡轮式机器人，是一种两轮的自平衡机器人，也属于一种球形行走机器人，利用自身的传动机械结构便能做到机体主要部分保持平衡，具体应用到机器人的机身被外力推倒、或被障碍物绊倒、或在爬坡时倾倒的移动场景中能够自主恢复机体为直立稳定状态。具体的技术方案如下：
[0005]一种自平衡轮式机器人，该自平衡轮式机器人包括机器人主体、承载部以及行走机构，其中，行走机构包括承载部的两侧分别安装一个驱动轮；承载部的内部设置有第一丝杆传动机构、第二丝杆传动机构和配重，机器人主体被限定在第一丝杆传动机构和第二丝杆传动机构之间，第一丝杆传动机构和第二丝杆传动机构安装在配重的两侧，其中，配重可转动地设置在承载部的底部；第一丝杆传动机构用于在被配重触碰时维持机器人主体处于竖直设置；或者，第二丝杆传动机构用于在被配重触碰时维持机器人主体处于竖直设置。
[0006]进一步地，所述第一丝杆传动机构和所述第二丝杆传动机构沿着所述自平衡轮式机器人的前进方向安装在所述配重的两侧；其中，在所述机器人主体处于竖直设置时，所述配重没有与所述第一丝杆传动机构相触碰，所述配重没有与所述第二丝杆传动机构相触碰。
[0007]进一步地，所述配重与所述承载部的接触点的外切面在所述自平衡轮式机器人处于竖直设置时，保持与所述自平衡轮式机器人所处的行进平面平行；其中，所述配重是半球体，所述承载部是椭圆体壳体，所述配重可转动地安装在所述承载部的底壁上设置的滑动槽内；其中，所述第一丝杆传动机构设置在所述承载部内设的第一固定安装槽位中，所述第二丝杆传动机构设置在所述承载部内设的第二固定安装槽位中，所述滑动槽设置于第一固定安装槽位和第二固定安装槽位之间。
[0008]进一步地，所述第一丝杆传动机构包括第一感触元件、第一步进电机、第一丝杆、第一联轴器、第一丝杆螺母和第一承接板；第一感触元件设置在所述承载部的底壁上并位
于所述配重的一侧面，第一感触元件通过电线与第一步进电机连接；第一步进电机的输出轴通过第一联轴器与第一丝杆的一端连接，第一丝杆的另一端连接到第一承接板但不贯穿第一承接板，第一步进电机存在一端与所述第一固定安装槽位固定连接，第一丝杆间隙配合第一丝杆螺母，第一丝杆螺母螺栓连接第一承接板；第一承接板用于抵顶或放置机器人主体；其中，所述承载部的上方开设第一通孔，用于容纳第一丝杆和第一丝杆螺母移动。
[0009]进一步地，所述第二丝杆传动机构包括第二感触元件、第二步进电机、第二丝杆、第二联轴器、第二丝杆螺母和第二承接板；第二感触元件设置在所述承载部的底壁上，第二感触元件通过电线与第二步进电机连接，其中，第一感触元件设置在所述配重的一侧面，第二感触元件设置在所述配重的另一侧面；第二步进电机的输出轴通过第二联轴器与第二丝杆的一端连接，第二丝杆的另一端连接到第二承接板但不贯穿第二承接板，第二步进电机存在一端与所述第二固定安装槽位固定连接，第二丝杆间隙配合第二丝杆螺母，第二丝杆螺母螺栓连接第二承接板；第二承接板用于配合第一承接板来放置机器人主体，起到限定机器人主体在所述承载部的上方的位置的作用；其中，所述承载部的上方开设第二通孔，用于容纳第二丝杆和第二丝杆螺母移动。
[0010]进一步地，所述第一感触元件和所述第二感触元件都是压力传感器或接触开关；其中，所述承载部顺时针倾斜时，所述第一感触元件接受到配重的碰触作用，第一步进电机启动以通过第一丝杆带动第一丝杆螺母下降，直至机器人主体由朝一侧倾斜恢复为竖直设置；其中，所述承载部逆时针倾斜时，所述第二感触元件接受到配重的碰触作用，第二步进电机启动以通过第二丝杆带动第二丝杆螺母下降，直至机器人主体由朝一侧倾斜恢复为竖直设置。
[0011]进一步地，所述自平衡轮式机器人处于静止平衡状态或行走平衡状态时，所述配重在所述承载部的底壁的支撑点位于机器人主体的重力作用线上，所述自平衡轮式机器人的重心位于所述承载部的底壁所在的曲面的几何中心的正下方，所述配重的重量与所述机器人主体的重量相匹配，以使得所述承载部被抬高时，所述配重将所述承载部拉回原来的位置，其中，所述机器人主体在这一过程中保持竖直设置。
[0012]进一步地，所述机器人主体与所述承载部之间还铰接有支撑杆，支撑杆的一端铰接于所述机器人主体的底部，支撑杆的另一端铰接于所述承载部的顶部，以使得所述机器人主体与所述承载部可转动地连接；支撑杆，用于在第一丝杆带动第一丝杆螺母上下移动的过程中或在第二丝杆带动第二丝杆螺母上下移动的过程中，被限定为与机器人主体的重力作用线保持重合，并允许所述承载部和所述机器人主体出现摇晃。
[0013]进一步地，所述两个驱动轮的转轴中心到所述承载部的底壁的距离小于所述两个驱动轮的直径，使得所述机器人主体不接触地面且支持所述承载部绕所述两个驱动轮的转轴自由转动；其中，所述两个驱动轮中的其中一个驱动轮的直径与另一个驱动轮的直径相等。
[0014]进一步地，所述机器人主体中可拆卸地安装有显示屏，在所述承载部出现倾斜、或第一丝杆螺母作直线移动、或第二丝杆螺母作直线移动时，所述机器人主体保持竖直设置，所述显示屏对外显示的视角维持不变；其中，所述机器人主体是可拆卸地安装在所述自平衡轮式机器人中。
[0015]进一步地，所述机器人主体可拆卸地安装有视觉传感器，在所述承载部出现倾斜、
或第一丝杆螺母作直线移动、或第二丝杆螺母作直线移动时，所述机器人主体保持竖直设置，且所述视觉传感器的探测方向维持不变；其中，所述机器人主体是可拆卸地安装在所述自平衡轮式机器人中。
[0016]与现有技术相比，本技术将前述第一丝杆传动机构、第二丝杆传动机构及配重组成自平衡结构，在自平衡轮式机器人底部的配重发生倾倒并偏向其中一侧时，利用两个丝杆传动结构去调节机器人主体维持竖直设置，让自平衡轮式机器人在受到外力作用、因行进地表面的变化而受阻或被抬升时保持机体竖直稳定的状态，依靠所述配重的碰触作用及该配重的两侧的丝杆传动结构的机械协同调节作用来维持整个机器人的重心稳定，以保证自平衡轮式机器人在任何倾斜状态下都可以自动恢复到静置时直立状态，能产生自平衡的技术效果；当机器人的机体上安装显示屏或传感器时，前述机械结构能避免机器人移动时显示屏或传感器出现较大幅度的晃动，保证传本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自平衡轮式机器人，其特征在于，该自平衡轮式机器人包括机器人主体、承载部以及行走机构，其中，行走机构包括承载部的两侧分别安装一个驱动轮；承载部的内部设置有第一丝杆传动机构、第二丝杆传动机构和配重，机器人主体被限定在第一丝杆传动机构和第二丝杆传动机构之间，第一丝杆传动机构和第二丝杆传动机构安装在配重的两侧，其中，配重可转动地设置在承载部的底部；第一丝杆传动机构用于在被配重触碰时维持机器人主体处于竖直设置；或者，第二丝杆传动机构用于在被配重触碰时维持机器人主体处于竖直设置。2.根据权利要求1所述自平衡轮式机器人，其特征在于，所述第一丝杆传动机构和所述第二丝杆传动机构沿着所述自平衡轮式机器人的前进方向安装在所述配重的两侧；其中，在所述机器人主体保持竖直设置时，所述配重没有与所述第一丝杆传动机构相触碰，所述配重没有与所述第二丝杆传动机构相触碰。3.根据权利要求1或2所述自平衡轮式机器人，其特征在于，所述配重与所述承载部的接触点的外切面在所述自平衡轮式机器人处于竖直设置下，保持与所述自平衡轮式机器人所处的行进平面平行；其中，所述配重是半球体，所述承载部是椭圆体壳体，所述配重可转动地安装在所述承载部的底壁上设置的滑动槽内；其中，所述第一丝杆传动机构设置在所述承载部内设的第一固定安装槽位中，所述第二丝杆传动机构设置在所述承载部内设的第二固定安装槽位中，所述滑动槽设置于第一固定安装槽位和第二固定安装槽位之间。4.根据权利要求3所述自平衡轮式机器人，其特征在于，所述第一丝杆传动机构包括第一感触元件(21)、第一步进电机(23)、第一丝杆(25)、第一联轴器、第一丝杆螺母(27)和第一承接板(29)；第一感触元件(21)设置在所述承载部(2)的底壁上并位于所述配重(4)的一侧面，第一感触元件(21)通过电线与第一步进电机(23)连接；第一步进电机(23)的输出轴通过第一联轴器与第一丝杆(25)的一端连接，第一丝杆(25)的另一端连接到第一承接板(29)但不贯穿第一承接板(29)，第一步进电机(23)存在一端与所述第一固定安装槽位固定连接，第一丝杆(25)间隙配合第一丝杆螺母(27)，第一丝杆螺母(27)螺栓连接第一承接板(29)；第一承接板(29)用于抵顶或放置机器人主体(1)；其中，所述承载部(2)的上方开设第一通孔，用于容纳第一丝杆(25)和第一丝杆螺母(27)移动。5.根据权利要求4所述自平衡轮式机器人，其特征在于，所述第二丝杆传动机构包括第二感触元件(22)、第二步进电机(24)、第二丝杆(26)、第二联轴器、第二丝杆螺母(28)和第二承接板(30)；第二感触元件(22)设置在所述承载部(2)的底壁上，第二感触元件(22)通过电线与第二步进电机(24)连接，其中，第一感触元件(21)设置在所述配重(4)的一侧面，第二感触元件(22)设置在所述配重(4)的另一侧面；第二步进电机(24)的输出轴通过第二联轴器与第二丝杆(26)的一端连接，第二丝杆(26)的另一端连接到第二承接板(30)但不贯穿第二承接板(30)，第二步进电机(24)存在一
端与所述第二固定安装槽位固定连接，第二丝杆(26)间隙配合第二丝杆螺母(28)，第二丝...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓文拔，许登科，
申请(专利权)人：珠海一微半导体股份有限公司，
类型：新型
国别省市：