一种利用惯性轮驱动的载物机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种利用惯性轮驱动的载物机器人，包括载物平台、固定架、球体和支撑框架；载物平台固定设置在所述固定架的顶面上；固定架通过支撑框架设置在球体的表面上方；支撑框架内部空间构成一约束腔室，球体可转动的设置在约束腔室中，该球体下端部露出于所述约束腔室外；固定架上设有三个直流电机，三个直流电机沿固定架周向均匀设置，且三个直流电机的输出轴上分别固设有惯性轮。本发明专利技术中所设置的载物平台，其姿态具有多自由度调节的能力，且仅用一级活动机构即可实现多自由度运动，各自由度的运动无级联关系，不存在传统载物平台的误差逐级放大问题；同时各自由度运动的解算方法相同，动力学特性也相同，控制简单。

【技术实现步骤摘要】
一种利用惯性轮驱动的载物机器人
本专利技术涉及一种载物机器人，特别涉及一种利用惯性轮驱动的载物机器人。
技术介绍
为了满足工业自动化生产领域的需求，人们专利技术制造了各种具有载物平台的机器人。随着机械加工制造技术、电力电子技术与自动控制技术的发展，机器人的外形与结构也变得多样化，并且这些机器人都具有智能控制核心，能够精确、稳定、迅速地实现单点运动控制，多点运动控制或曲线运动控制等多种运动控制。通常，机器人上设置的载物平台通过多级单自由度活动机构的级联来实现多自由度的姿态调节，这种方案的结构比较复杂，对机械本体与伺服电机的精度要求较高；在控制量解算的过程中，需要进行多次坐标转换，运算复杂；前级机构的误差经过逐级放大后，会显著影响末级载物平台的姿态调节精度，导致运动控制的精度难以提高；各级机构的动力学特性不同，故机器人上设置的载物平台在各自由度上的特性也不相同。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种利用惯性轮驱动的载物机器人。该机器人中所设置的载物平台，其姿态具有多自由度调节的能力，且仅用一级活动机构即可实现多自由度运动，各自由度的运动无级联关系，不存在传统载物平台的误差逐级放大问题，使得载物平台对运动控制的精度有很大提升空间，同时各自由度运动的解算方法相同，动力学特性也相同，控制简单。为解决上述技术问题，本专利技术采用下述技术方案: 一种利用惯性轮驱动的载物机器人，所述载物机器人包括载物平台、固定架、球体和支撑框架；所述载物平台固定设置在所述固定架的顶面上； 所述固定架通过支撑框架设置在所述球体的表面上方； 所述支撑框架内部空间构成一约束腔室，所述球体可转动的设置在约束腔室中，该球体下端部露出于所述约束腔室外；球体底端与地面接触，球体被约束在约束腔室中，球体本身可向任意方向自由转动而不能平动。所述固定架上设有三个直流电机，三个直流电机沿固定架周向均匀设置，且三个直流电机的输出轴上分别固设有惯性轮，直流电机可驱动惯性轮旋转。进一步的，三个直流电机的输出轴轴线不在同一平面上；但三个直流电机的输出轴轴线相交于同一点P，该点P在所述载物机器人的中轴线上，且三个直流电机的输出轴轴线在水平面上的投影互成120°。三个直流电机输出轴轴线所对应的单位向量，可以线性合成一个与载物机器人中轴线重合的向量，当三个惯性轮相对其各自的旋转轴具有相同的加速度时，可以使载物机器人绕中轴线转动，而在其他方向上没有转动。如果三个直流电机的输出轴轴线在同一平面，则载物机器人不能实现绕中轴线转动。进一步的，直流电机的输出轴轴线与水平面的夹角a为5°?20°。这样设计的目的在于，如果夹角太小，则直流电机输出轴轴线所对应的单位向量在载物机器人中轴线上的投影太短，惯性轮在旋转时，对载物机器人绕中轴线转动的影响较小；夹角太大，惯性轮安装不便，故夹角a在5°?20°之间。进一步的，所述惯性轮设置在所述固定架架体外侧。这样设计的目的在于，给惯性轮旋转留出空间，惯性轮在旋转时不会与其他部件相接触。进一步的，所述支撑框架包括三个长支撑架和一个短支撑架；三个长支撑架沿固定架周向均匀设置，且三个长支撑架的上端分别与所述固定架固接，三个长支撑架的下端上分别设置有第一万向球，所述第一万向球的球面与所述球体下半部的球体表面触接； 所述短支撑架的上端与所述固定架固接，所述短支撑架的下端设置有第二万向球，该第二万向球的球面与所述球体的顶端球体表面触接。由于支撑框架由三个长支撑架和一个短支撑架组成，每个长支撑架能保证球体不向该长支撑架所在方位进行侧向平动；三个长支撑架联合作用，能保证球体不向下平动；同样一个短支撑架能保证球体不向上平动；球体被完全约束于由长支撑架和短支撑架所包围成的约束腔室内部，球体不能进行任何方向的平动。长支撑架通过第一万向球与球体下半部的球体表面触接，使球体表面具有法向压力，切向的摩擦力很小，这样球体能够自由转动。进一步的，所述支撑框架包括三个长支撑架；三个长支撑架沿固定架周向均匀设置，且三个长支撑架的上端分别与所述固定架固接，三个长支撑架的下端上分别设置有第一万向球，所述第一万向球的球面与所述球体下半部的球体表面触接； 所述固定架底面上设置有第二万向球，该第二万向球的球面与所述球体的顶端球体表面触接。由于支撑框架由三个长支撑架构成，每个长支撑架能保证球体不向该长支撑架所在方位进行侧向平动；三个长支撑架联合作用，能保证球体不向下平动；同样固定在固定架底面上的第二万向球能保证球体不向上平动；球体被完全约束于由长支撑架和第二万向球所包围成的约束腔室内部，球体不能进行任何方向的平动。长支撑架通过第一万向球与球体下半部的球体表面触接，使球体表面具有法向压力，切向的摩擦力很小，这样球体能够自由转动。进一步的，所述支撑框架包括三个长支撑架和三个短支撑架； 三个长支撑架沿固定架周向均匀设置，且三个长支撑架的上端分别与所述固定架固接，三个长支撑架的下端上分别设置有第一万向球，所述第一万向球的球面与所述球体下半部的球体表面触接； 三个短支撑架沿固定架周向均匀设置，且三个短支撑架的上端分别与所述固定架固接，三个短支撑架的下端上分别设置有第二万向球，所述第二万向球的球面与所述球体上半部的球体表面触接。由于支撑框架由三个长支撑架和三个短支撑架组成，每个长支撑架(或者短支撑架)能保证球体不向该长支撑架(或者短支撑架)所在方位进行侧向平动；三个长支撑架联合作用，能保证球体不向下平动；同样三个短支撑架能保证球体不向上平动；球体被完全约束于由长支撑架和短支撑架所包围成的约束腔室内部，球体不能进行任何方向的平动。长支撑架和短支撑架通过第一万向球、第二万向球与球体表面触接，使球体表面具有法向压力，切向的摩擦力很小，球体能够在支撑框架内自由转动而不发生平动。短支撑架设置成三个，可使每一个短支撑架上的第二万向球分担的压力变小。进一步的，所述支撑框架包括三个长支撑架；三个长支撑架沿固定架周向均匀设置，且三个长支撑架的上端分别与所述固定架固接，三个长支撑架上设置有第一万向球和第二万向球，所述第一万向球的球面与所述球体下半部的球体表面触接；所述第二万向球的球面与所述球体上半部的球体表面触接。由于支撑框架由三个长支撑架构成，每个长支撑架能保证球体不向该长支撑架所在方位进行侧向平动；三个长支撑架联合作用，能保证球体不向下平动；在长支撑架上设置的第二万向球能保证球体不向上平动；球体被完全约束于由长支撑架所包围成的约束腔室内部，球体不能进行任何方向的平动。长支撑架通过第一万向球、第二万向球与球体表面触接，使球体表面具有法向压力，切向的摩擦力很小，这样球体能够自由转动。进一步的，所述长支撑架的架体上设置有与所述球体表面弧度相匹配的第一弯折部，所述第一万向球设置在所述第一弯折部上。这样设计的目的在于，使得长支撑架上所设的第一万向球对球体表面的压力能够包含一个竖直向上的分力，使得球体不能向下平动。进一步的，所述长支撑架上第一万向球同球体接触的点与载物机器人的中轴线确定一个第一平面；所述直流电机的输出轴轴线与载物机器人的中轴线确定一个第二平面；第一平面与第二平面之间的夹角为0°或者60°。这样设计的目的在于:保持固定架、长支撑架和惯性轮旋转的轴线(即直流电机的输出轴轴线)相对于本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用惯性轮驱动的载物机器人，其特征在于：所述载物机器人包括载物平台、固定架、球体和支撑框架；所述载物平台固定设置在所述固定架的顶面上；所述固定架通过支撑框架设置在所述球体的表面上方；所述支撑框架内部空间构成一约束腔室，所述球体可转动的设置在约束腔室中，该球体下端部露出于所述约束腔室外；所述固定架上设有三个直流电机，三个直流电机沿固定架周向均匀设置，且三个直流电机的输出轴上分别固设有惯性轮。

【技术特征摘要】
1.一种利用惯性轮驱动的载物机器人，其特征在于:所述载物机器人包括载物平台、固定架、球体和支撑框架；所述载物平台固定设置在所述固定架的顶面上； 所述固定架通过支撑框架设置在所述球体的表面上方； 所述支撑框架内部空间构成一约束腔室，所述球体可转动的设置在约束腔室中，该球体下端部露出于所述约束腔室外； 所述固定架上设有三个直流电机，三个直流电机沿固定架周向均匀设置，且三个直流电机的输出轴上分别固设有惯性轮。2.根据权利要求1所述的一种利用惯性轮驱动的载物机器人，其特征在于:三个直流电机的输出轴轴线不在同一平面上；但三个直流电机的输出轴轴线相交于同一点P，该点P在所述载物机器人的中轴线上，且三个直流电机的输出轴轴线在水平面上的投影互成120。。3.根据权利要求2所述的一种利用惯性轮驱动的载物机器人，其特征在于:直流电机的输出轴轴线与水平面的夹角a为5°~20°。4.根据权利要求1所述的一种利用惯性轮驱动的载物机器人，其特征在于:所述惯性轮设置在所述固定架架体外侧。5.根据权利要求1所述的一种利用惯性轮驱动的载物机器人，其特征在于:所述支撑框架包括三个长支撑架和一个短支撑架；三个长支撑架沿固定架周向均匀设置，且三个长支撑架的上端分别与所述固定架固接，三个长支撑架的下端上分别设置有第一万向球，所述第一万向球的球面与所述球体下半部的球体表面触接； 所述短支撑架的上端与所述固定架固接，所述短支撑架的下端设置有第二万向球，该第二万向球的球面与所述球体的顶端球体表面触接。6.根据权利要求1所述的一种利用惯性轮驱动的载物机器人，其特征在于:所述支撑框架包括三个长支撑架；三个长支撑架沿固定架周向均匀设置，且三个长支撑架的上端分别与所述固定架固接，三个长支撑架的下端上分别设置有第一万向球，所述第一万向球的球面与所述球体下半部的球体表面触接； 所述固定架底面上设置有第二万向球，该第二万向球的球面与所述球体的顶端球体表面触接。7.根据权利要求1所述的一种利用惯性轮驱动的载物机器人，其特征在于:所述支撑框架包括三个长支撑架和三个短支撑架； 三个长支撑架沿固定架周向均匀设置，且三个长支撑架的上端分别与所述固定架固接，三个长支撑架的下端上分别设置有第一万向球，所述第一万向球的球面与所述球体下半部的球体表面触接； 三个短支撑架沿固定架周向均匀设置，且三个短支撑架的上端分别与所述固定架固接，三个短支撑架的下端上分别设置有第二万向球，所述第二万向球的球面与所述球体上半部的球体表面触接。8.根据权利要求1所述的一种利用惯性轮驱动的载物机器人，其特征在于:所述支撑框...

【专利技术属性】
技术研发人员：董春，马卓标，王志群，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：