一种摆式球形机器人制造技术

本发明专利技术提出了一种摆式球形机器人，属于机器人领域。解决现有摆锤质心偏移型球形机器人无法定速运动且左右方向上摆锤位置变化速度慢，控制不准确的问题。它包括球壳、传动机构、行走驱动机构、连接座机构、电路盒、转速采集组件、丝杆螺母块、直滑推拉电位器、丝杆驱动机构、配重块和丝杆，球壳包括上球壳和下球壳，行走驱动机构内的摆锤齿轮与传动机构内的中轴传动齿轮相啮合，丝杆驱动机构与丝杆相连，丝杆螺母块与丝杆螺纹连接，丝杆螺母块的下端面中间位置与滑推拉电位器的滑柄相连，滑推拉电位器设置在连接座机构的上端面后侧中间位置，行走驱动机构、转速采集组件和直滑推拉电位器均与电路盒电性连接。它主要用于移动探测。均与电路盒电性连接。它主要用于移动探测。均与电路盒电性连接。它主要用于移动探测。

【技术实现步骤摘要】
一种摆式球形机器人


[0001]本专利技术属于机器人领域，特别是涉及一种摆式球形机器人。

技术介绍

[0002]随着社会生产及科研探索进程的推进，适用于危险、复杂环境且具备“灵活机动、安全高效”性能的移动探索机器人被视为机器人
的研究热点。传统移动探测机器人主要有履式、轮式、足式等，由于此类机器人发展时间较早，随着理论和技术的更新及应用，目前技术较为成熟且应用领域广泛，但其抗侧翻能力弱、环境适应性差和功耗大等问题在资源勘探、深空探测等复杂、危险环境中愈加凸显。
[0003]球形机器人一般采用全封闭球形外壳，内置动力系统、控制系统及运动执行装置等，其良好的密封性既保证了机器人抵抗环境干扰能力，例如其能够抗尘、防水和防腐蚀等。球形外壳使其能够通过滚动方式对冲击力进行有效缓解，同时具备独特的抗侧翻能力。与传统移动探测机器人相比，球形机器人在环境适应性、隐蔽性、灵活稳定性、抗侧翻能力和低能耗等方面具备优越性能，拥有更广阔的运用场景和研究价值。
[0004]目前全封闭式球形机器人按内部驱动方式可主要分为摩擦力驱动型、动量守恒型及摆锤质心偏移型。摩檫力驱动型一般在球壳中放置可控轮，通过弹簧、重力等实现可控轮与球壳内壁紧贴，最终利用可控轮滚动而产生驱动力矩实现运动，由于该驱动系统通过摩檫力与球壳产生联系，两者之间存在非完整约束，使得系统动力学模型复杂，难以完成精确控制。动量守恒型内置多个飞轮机构，通过控制不同飞轮的转动实现球体运动，能量损耗大及机械强度要求高成为限制其发展的主要问题。摆锤质心偏移型通过改变摆锤在球体中的位置实现球体在各个方向上的运动，相比于前两者，其运动模型简单，能量损耗小，更符合复杂探索环境长续航、灵活机动的需求。
[0005]现有的摆锤质心偏移型球形机器人内部结构复杂，行进方向上无法实现定速运动，左右方向上由于摆锤位置变化速度慢，控制不准确，无法实现稳定运动。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种摆式球形机器人,以解决现有摆锤质心偏移型球形机器人无法定速运动且左右方向上摆锤位置变化速度慢，控制不准确的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种摆式球形机器人，包括球壳、传动机构、行走驱动机构、连接座机构、电路盒、转速采集组件、丝杆螺母块、直滑推拉电位器、丝杆驱动机构、配重块和丝杆，所述球壳包括上球壳和下球壳，所述上球壳和下球壳通过位于球壳内中间位置的传动机构相连，所述传动机构下端与连接座机构相连，所述连接座机构的上端面设有行走驱动机构和转速采集组件，所述行走驱动机构内的摆锤齿轮与传动机构内的中轴传动齿轮相啮合，所述行走驱动机构用于驱动球壳动作，所述转速采集组件内的编码器齿轮与摆锤齿轮相啮合，所述转速采集组件用于采集球壳的行进速度，所述丝杆驱动机构与连接座机构相连，所述丝杆驱动机构与丝杆相连，所述丝杆转动连接在连接座
机构上，所述丝杆螺母块与丝杆螺纹连接，所述丝杆螺母块的下端面中间位置与滑推拉电位器的滑柄相连，所述配重块与丝杆螺母块下端面相连，所述滑推拉电位器设置在连接座机构的上端面后侧中间位置，所述行走驱动机构、转速采集组件和直滑推拉电位器均与电路盒电性连接，所述电路盒固定在连接座机构的下端面中间位置。
[0008]更进一步的，所述传动机构还包括固定座、第一立式轴承座和中轴，所述固定座设有两个，两个所述固定座固定连接在中轴的两端，每个所述固定座的侧端面均与上球壳和下球壳内壁相连，所述中轴传动齿轮布置在中轴的中间位置，所述第一立式轴承座设置有两个，所述两个第一立式轴承座左右对称的设置在中轴传动齿轮两侧，全部第一立式轴承座均与中轴相连。
[0009]更进一步的，所述连接座机构包括摆锤座，所述摆锤座包括U形部和连接在每个U形部自由端的水平部，所述摆锤座的每个水平部与对应位置的第一立式轴承座下端面固定连接。
[0010]更进一步的，所述连接座机构还包括两个对称分布在摆锤座U形部两侧的第二立式轴承座，所述丝杆转动连接在第二立式轴承座上。
[0011]更进一步的，所述行走驱动机构还包括摆锤电机座和摆锤电机，所述摆锤电机座与摆锤电机相连，所述摆锤电机的转动端与摆锤齿轮相连，所述摆锤电机座与U形部的上端面相连。
[0012]更进一步的，所述转速采集组件还包括编码器座和编码器，所述编码器座与编码器相连，所述编码器的转动端与编码器齿轮相连，所述编码器座与U形部的上端面相连。
[0013]更进一步的，所述丝杆驱动机构包括带轮丝杆电机、丝杆带轮、皮带和电机带轮，所述带轮丝杆电机的转动端与电机带轮相连，所述丝杆带轮与丝杆相连，所述丝杆带轮和电机带轮通过皮带相连。
[0014]更进一步的，所述带轮丝杆电机通过带轮丝杆电机座与U形部上端面相连。
[0015]更进一步的，所述配重块呈C形且开口端朝上设置，所述配重块的一个自由端与丝杆螺母块下端面相连。
[0016]更进一步的，所述配重块材质为钨。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0018]1、本机器人通过摆锤齿轮和中轴传动齿轮的传递将动力传递给球壳，同时通过编码器齿轮与摆锤齿轮啮合的方式来采集摆锤齿轮的转速，由于都是齿轮传动的方式，具有固定的传动比，能够实际反映球壳的运动速度，由此实现对球壳转动速度的实时监测和闭环控制，完成行进方向上定速运动；
[0019]2、本机器人通过丝杆螺母块的中间位置与直滑推拉电位器滑柄相连的方式，且在丝杆螺母块下方设置配重块，这样能够通过读取直滑推拉电位器电压情况可实时获取丝杆螺母块的位置，从而能够对配重块的位置进行闭环控制，从而能够实现机器人左右姿态的闭环控制；
[0020]3、本机器人通过丝杆快速转动能够快速改变机器人的左右姿态；
[0021]4、本机器人的配重块采用钨材质，密度高，并且电路盒等质量较大的部件都位于重心较低的位置，能够使配重占球形机器人质量的主要部分，以此实现重心下移，提高机器人转向、越障等运动能力，同时配重块的形状确保了左右调姿响应速度和准确性，扩大了配
重运动范围，使运动控制更稳定、可控、灵活。
附图说明
[0022]构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0023]图1为本专利技术所述的一种摆式球形机器人去掉上球壳的结构示意图；
[0024]图2为本专利技术所述的传动机构与下球壳的连接关系示意图；
[0025]图3为本专利技术所述的行走驱动机构和连接座机构的连接关系示意图；
[0026]图4为本专利技术所述的丝杆驱动机构和丝杆的连接关系示意图。
[0027]球壳1；固定座2；第一立式轴承座3；中轴4；中轴传动齿轮5；第二立式轴承座6；摆锤电机座7；摆锤座8；摆锤电机9；摆锤齿轮10；电路盒11；带轮丝杆电机座12；编码器座13；编码器14；编码器齿轮15；丝杆螺母块16；直滑推拉电位器17；带轮丝杆电机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种摆式球形机器人，其特征在于：包括球壳(1)、传动机构、行走驱动机构、连接座机构、电路盒(11)、转速采集组件、丝杆螺母块(16)、直滑推拉电位器(17)、丝杆驱动机构、配重块(19)和丝杆(20)，所述球壳(1)包括上球壳和下球壳，所述上球壳和下球壳通过位于球壳(1)内中间位置的传动机构相连，所述传动机构下端与连接座机构相连，所述连接座机构的上端面设有行走驱动机构和转速采集组件，所述行走驱动机构内的摆锤齿轮(10)与传动机构内的中轴传动齿轮(5)相啮合，所述行走驱动机构用于驱动球壳(1)动作，所述转速采集组件内的编码器齿轮(15)与摆锤齿轮(10)相啮合，所述转速采集组件用于采集球壳(1)的行进速度，所述丝杆驱动机构与连接座机构相连，所述丝杆驱动机构与丝杆(20)相连，所述丝杆(20)转动连接在连接座机构上，所述丝杆螺母块(16)与丝杆(20)螺纹连接，所述丝杆螺母块(16)的下端面中间位置与滑推拉电位器(17)的滑柄相连，所述配重块(19)与丝杆螺母块(16)下端面相连，所述滑推拉电位器(17)设置在连接座机构的上端面后侧中间位置，所述行走驱动机构、转速采集组件和直滑推拉电位器(17)均与电路盒(11)电性连接，所述电路盒(11)固定在连接座机构的下端面中间位置。2.根据权利要求1所述的一种摆式球形机器人，其特征在于：所述传动机构还包括固定座(2)、第一立式轴承座(3)和中轴(4)，所述固定座(2)设有两个，两个所述固定座(2)固定连接在中轴(4)的两端，每个所述固定座(2)的侧端面均与上球壳和下球壳内壁相连，所述中轴传动齿轮(5)布置在中轴(4)的中间位置，所述第一立式轴承座(3)设置有两个，所述两个第一立式轴承座(3)左右对称的设置在中轴传动齿轮(5)两侧，全部第一立式轴承座(3)均与中轴(4)相连。3.根据权利要求2所述的一种摆式球形机器人，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：林泽峰，朱益民，董逸飞，王彦斌，蔡博，翁睿，张立宪，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学人工智能研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：