CN103231745B - 采用混合同步带五驱动球形机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用混合同步带五驱动球形机器人，包括球壳和轨道框，球壳固定在轨道框外表面上，轨道框内固定有由混合同步带组成圆环形的刚性带。中心轴两端分别通过联轴器中心轴电机和电磁离合制动器相连安装在内框架中。配重摆臂连接中心轴与配重盒。四对T型支撑臂连接中心外框架和压轮轴，压轮滑套在压轮轴上并压在轨道框的轨道上。T型支撑臂交叉处中间安装带轮轴，同步带轮安装在带轮轴上与混合同步带啮合。四个同步带轮在周向电机驱动下，带轮沿着固定的刚性的混合同步带运动使配重位置变化，及中心轴电机驱动，使球形机器人重心位置变化，驱动球壳沿着地面滚动。通过对着5个电机进行控制，从而实现球形机器人的运动控制。

Description

采用混合同步带五驱动球形机器人

技术领域

本发明涉及一种球形机器人，具体地说是一种采用混合同步带五驱动球形机器人。

背景技术

球形机器人是一种具有全封闭球形外壳的移动机器人。球形机器人球壳与地面接触，其接触方式为点接触，球的任何一点都可以与地面接触并相应运动，与传统机器人相比移动转向灵活，不存在翻倒问题，可以全方位运动。与传统的机器人相比，球形机器人在结构、性能及应用方面有许多优点，***结构方面,球形机器人机体结构非常简单，仅由球形外壳和内部驱动装置构成，基本没有复杂的运动或者运动节点。球形机器人的全部装置和运动构件均安装在球壳的内部，结构紧凑，占用空间小，并能很好的保护内部设备。在应用方面,球形机器人本身是球体，没有导线和其他物体暴露在外面，因此在穿越曲折的通道或者茂密的树丛时不会被阻挡。此外球形机器人可以在外部风力作用下运动，利用风能可以提高球形机器人的续航能力，提高球形机器人工作范围。球壳完全密封的球形机器人能在沙漠、沼泽、水面、湿地上使用，或水陆两用。

国内外对球形机器人做了大量的研究，提出了许多不同的球形机器人结构。其中轮式驱动球形机器人利用球壳内轮子滚动带动配重块位置，改变配重的重心位置，产生驱动力矩，从而驱动球形机器人向前滚动。半球驱动球形机器人，电机分别独立控制半个球壳运动来实现整个球形机器人的运动。配重块驱动式球形机器人，分别由两个电机驱动两个电机驱动配重绕两个相互垂直的轴向转动，改变配重质心的位置，从而实现球形机器人全方位运动。其中配重块球形机器人结构简单，被研究的最多，一般由两个电机来进行控制，分别实现球形机器人的驱动和转向两种运动方式，但球形机器人越障和爬坡时需要很大转矩，一个电机难以驱动，且结构复杂。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术的不足，提供一种混合同步带五驱动驱动的球形机器人，结构简单，安装方面，为了达到上述目的，本发明的构思是：在主运动方向上有四个电机驱动，驱动四个带轮在安装混合带的环形轨道上转动，为机器人提供大转矩。通过一个电机和电磁离合制动器来驱动和锁定控制球形机器人摆的位置，来控制转弯半径。将电池和配重物放入配重盒，将部分电池安装在四个电机对面电池盒中配重，电子设备安放在中心外框架的空间中，球壳安装在环形轨道上，从而使整个结构简洁，安装调试方便。

根据上述发明构思，本发明采用了下述技术方案：

一种采用混合同步带五驱动球形机器人，包括球壳和轨道框，球壳用螺纹固定在轨道框外表面上，轨道框内表面有两条轨道，两条轨道间固定有由混合同步带组成圆环形的刚性带。中心外框架内固定有中心内框架，中心内框架两侧安装有轴承座，两个轴承座之间配合有中心轴，中心轴轴向被固定。轴的两端一端通过联轴器与中心轴电机相连，另一端通过联轴器与电磁离合制动器相连，中心轴电机和电磁离合制动器通过法兰分别固定在中心外框架两端面上。配重摆臂一端为带键槽孔与中心轴配合，配重摆臂另一端通过螺纹孔与配重盒固定，将配重（电池）固定在配重盒中。中心外框架八个角上分别安装四对T型支撑臂用螺栓固定，T型支撑臂另一端用两根压轮轴固定，每个压轮轴上空套两个压轮，压轮压在轨道框的轨道上，T型支撑臂交叉处中间装有带轮轴，带轮轴上固定同步带轮，轴的一端与周向电机通过联轴器相连，轴向位置通过轴承固定，轴向电机带动同步带轮转动，带轮与固定在轨道框上的混合同步带配合，带动中心外框架沿轨道框中心转动。四个同步带轮在电机驱动下，带轮沿着固定的的刚性的混合同步带运动，通过T型支撑臂带动中心外框架从而带动配重摆臂和配重转动。

上述球壳有两个等大的半圆球壳组成。球壳边缘均布沉头孔，用于同过螺纹固定在轨道框边缘螺纹孔中。

上述轨道框为环形金属框。框的内表面上有两条梯形轨道，两条轨道中间的框上开有均布螺纹孔用于固定混合同步带，轨道框边缘开有均布螺纹孔用于固定球壳。

上述中心外框架为方形盒子。其中上表面挖空。盒子八个角上，每个角上开有三个圆孔用于固定T型支撑臂。盒子的两个方形正面上开有U形槽，用于配重摆臂运动。在U形槽周围开有四个圆孔用于将中心外框架和中心内框架固定到一起。其侧面开有圆孔，圆孔周围开有法兰孔，用于固定电机和电磁离合制动器。

上述中心内框架为长方形盒子。其中上下表面挖空。盒子的前后表面开有U形槽，用于配重摆臂运动。在U形槽周围开有四个圆孔用于和中心外框架固定。两个侧面开有圆孔，圆孔周围开有法兰孔，用于固定轴承座。

上述T形支撑臂为型似T型金属板。T型末端角上开有三个圆孔用于与中心外框架角上三个孔用螺栓固定。

上述混合同步带由金属层和防噪层组成刚性带，齿之间带开有孔用于将混合同步带固定在轨道框两条轨道中间螺纹孔上，组成一个圆环形同步带。

上述短摆摆臂一端为开有键槽孔的圆柱体，另一端为U形钢柱子，开有孔用于固定配重盒。

附图说明

图1是本发明实施例一采用混合同步带五驱动球形机器人等轴测视图。

图2是本发明实施例二采用混合同步带五驱动球形机器人前视图。

图3是图2沿其A-A剖切的剖面图。

图4是本发明实施例二沿其中心轴轴线剖切的局部剖面图。

图5是本发明实施例一的轨道压轮结构示意图。

图6是本发明实施例一的T形支撑臂结构示意图。

图7是本发明实施例一的轨道框结构示意图。

图8是本发明实施例一的混合同步带结构示意图。

图9是本发明实施例一的短摆摆臂和配重盒结构示意图。

图10是本发明实施例一的中心内框架结构示意图。

图11是本发明实施例一的中心外框架结构示意图。

具体实施方式

结合附图，对本发明的优选实施例详述如下：

实施例一：

参见图1~图11，一种采用混合同步带五驱动球形机器人，包括球壳8和轨道框6，球壳用螺纹固定在轨道框外表面螺纹孔602上，轨道框6内表面有两条轨道603，两条轨道间固定有由混合同步带9组成圆环形的刚性带，孔601和901固定连接。中心外框架21内通过孔2105和中心内框架17的孔1702通过螺栓固定连接。中心内框架17两侧安装有一对轴承座18通过孔1701固定，两个轴承座之间配合有中心轴20，中心轴20轴向被固定。轴的两端一端通过联轴器19与中心轴电机7相连，另一端通过一个联轴器与电磁离合制动器12相连，中心轴电机7和电磁离合制动器12通过法兰分别固定在中心外框架21两端面上法兰2101上。配重摆臂13一端为带键槽孔与中心轴20配合，配重摆臂另一端通过孔1302与配重盒15孔1501通过螺纹固定连接，将配重14（电池）固定在配重盒15中。中心外框架21四角上孔2103上安装四对T型支撑臂5用螺栓固定连接，T型支撑臂5另一端用两根压轮轴2固定，固定在孔503上，每个压轮轴2上空套两个压轮1，压轮1压在轨道框6的轨道上，T型支撑臂5交叉处孔502中间装有带轮轴，带轮轴上固定同步带轮4，轴的一端与周向电机3通过联轴器相连，轴向位置通过轴承固定，轴向电机带动同步带轮4转动，带轮4与固定在轨道框上的混合同步带9配合，带动中心外框架21沿轨道框6中心转动。四个同步带轮4在周向电机3驱动下，带轮沿着固定的的刚性的混合同步带9运动，通过T型支撑臂5带动中心外框架21从而带动配重摆臂13和配重盒15及配重14转动。从而是整个球形机器人的重心偏移使球形机器人运动。在本实施例中，参见图1~图3，所述周向电机3为4个，分别驱动4个同步带轮4在混合同步带9上运动，通过所述8个T型支撑臂组成4对臂带动中心外框架21转动，从而使配重转动，使整个球形机器人重心变化驱动球形机器人运动。中心轴电机7驱动配重块偏离轨道框使球壳8与地面接触点变化从而控制球形机器人转弯半径大小，实现球形机器人转弯运动。一共有5个电机控制球形机器人的运动。

实施例二：

本实施例与实施例一的技术方案基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，参加图1，图6和图9，混合同步带9由金属带层902和防噪层903组成，金属带层具有高强度和高柔性，防噪层为镀在金属表面有防噪声和抗摩擦的塑料，减少运动时振动。混合同步带通过孔901固定在轨道框6的螺纹孔601上，形成一个圆环形同步带，同步带轮4在混合同步带9上运动。

实施例三：

本实施例与实施例一的技术方案基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，参见图1和图6，T型支撑臂5为金属薄板，结构示意图如图6所示，孔501与中心外框架21的孔2103用螺栓固定，另一端两个孔503上安装固定有压轮轴2，压轮轴2上安装有轨道压轮1，法兰505用于固定轴承座。周向电机3固定在法兰504上，周向电机3轴通过联轴器连接同步带轮轴，从而驱动同步带轮转动。一对T型支撑臂另一个支撑臂上法兰504上固定电池盒11，电池盒子安装电池可以电机提供动力，并可以平衡电机重量。

Claims (3)

1.一种采用混合同步带五驱动球形机器人，包括球壳（8）和轨道框（6），其特征在于：所述球壳（8）用螺纹固定在轨道框（6）外表面，轨道框（6）内表面有两条轨道（603），两条轨道间固定有由混合同步带（9）组成圆环形的刚性带；有一个中心外框架（21）和一个中心内框架（17）用螺栓固定连接；所述中心内框架(17)两侧固定安装有一对轴承座(18)，两个轴承座之间配合有一根中心轴（20），并中心轴（20）轴向被固定；所述的中心轴的一端通过一个联轴器（19）与一个中心轴电机（7）相连，而另一端通过另一个联轴器与电磁离合制动器（12）相连，所述中心轴电机（7）和电磁离合制动器（12）通过法兰分别固定在中心外框架（21）两端面上；一个配重摆臂（13）的一端为带键槽孔与中心轴（20）配合，而另一端与配重盒（15）固定连接，将配重（14）固定在配重盒（15）中；所述中心外框架（21）四角上固定连接四对T型支撑臂（5）的一端，而T型支撑臂（5）的另一端固定安装两根压轮轴（2），每个压轮轴（2）上滑套两个压轮（1），压轮（1）压在轨道框（6）的轨道上，T型支撑臂（5）交叉处装有一根带轮轴，该带轮轴上固定一个同步带轮（4），带轮轴的一端与一个周向电机（3）通过一个联轴器相连，轴向位置通过轴承固定，周向电机（3）带动同步带轮（4）转动，带轮（4）与固定在轨道框上的混合同步带（9）啮合，带动中心外框架（21）沿轨道框（6）中心转动；四个同步带轮（4）在四个周向电机（3）驱动下，同步带轮（4）沿着固定的刚性的混合同步带（9）运动，通过T型支撑臂（5）带动中心外框架（21）从而带动配重摆臂（13）和配重盒（15）及配重（14）转动；所述周向电机（3）为四个，分别驱动4个同步带轮（4）在混合同步带（9）上运动，通过8个所述T型支撑臂组成4对臂带动中心外框架（21）转动，从而使配重转动，使整个球形机器人重心变化驱动球形机器人运动；中心轴电机（7）驱动配重块偏离轨道框使球壳（8）与地面接触点变化从而控制球形机器人转弯半径大小，实现球形机器人转弯运动；一共有5个电机控制球形机器人的运动。

2.根据权利要求1所述的采用混合同步带五驱动球形机器人，其特征在于：所述混合同步带（9）由金属带层（902）和防噪层（903）组成，金属带层（902）具有高强度和高柔性，防噪层（903）为涂覆金属带层（902）表面有防噪声和抗摩擦的塑料，减少运动时振动；混合同步带通过孔（901）固定在轨道框（6）的螺纹孔（601）上，形成一个圆环形同步带，同步带轮（4）在混合同步带（9）上运动。

3.根据权利要求1所述的采用混合同步带五驱动球形机器人，其特征在于：所述T型支撑臂（5）为金属薄板，其一端上的孔（501）与中心外框架（21）的孔（2103）用螺栓使两者固定，而另一端的两个孔（503）上固定安装所述压轮轴（2），压轮轴（2）上安装有压轮（1）；周向电机（3）固定在一对T型支撑臂的一个支撑臂法兰（504）上，一对T型支撑臂的另一个支撑臂法兰（504）上固定电池盒（11），电池盒（11）内安装电池，该电池对周向电机提供动力，并可平衡电机重量。