一种球形机器人的制作方法

专利名称：一种球形机器人的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种球形机器人，具体地说，涉及一种利用重心偏移与角动量守 恒原理驱动球壳按预定轨迹运动的装置。
背景技术：
球形机器人是国际上研究热点之一，球形机器人能像轮式、行走式机器人一样行 走，兼具灵活的方向性、大承载能力、快捷的速度；除此以外，球形机器人还具有其他形式机 器人所不具有的不怕翻倒的特点，理论上可以实现水平面内的全方位运动，具有一定的翻 越障碍的能力，在对设计参数进行优化后应可实现极佳的驱动性能，具备一定的抗外界环 境干扰的能力，易于进行外延式开发设计，可以在已有的基础框架上搭载各种各样的功能 模块，实现不同的功能，灵活性较高。从上世纪90年代提出球形机器人概念以来，许多科学 家致力于该领域的研究，球形机器人有望在太空探索、民用运输、军事侦察、智能武器、管道 内行走、无损体内医疗器械等诸多领域进行应用。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种具备结构简单、机构可靠、运动灵活，可控性强， 轨迹规划与控制算法设计容易实现等优点的球形机器人结构。本实用新型的目的是通过以下方案实现的一种球形机器人，其特征在于，所述的机器人包括一个双轴电机1的两端伸出 轴，通过联轴器3分别与两根连接轴11相连，并且双轴电机的伸出轴和连接轴11同轴，球 壳15在水平轴直径方向上开有两个直径相等的螺纹孔，管接头10的外端螺纹穿过球壳的 螺纹孔与接头盖12相连接，并夹紧球壳15，将管接头10的内端螺纹通过铜螺母9与连接轴 11螺纹连；上层板4、中层板5和下层板6通过四根长螺栓8固定连接，双轴电机座13位于 中层板5上，双轴电机1的定子固定连接在双轴电机座13上，单轴电机2的伸出轴通过一 个联轴器17与旋转配重盘7相连。可利用该球形机器人利用双轴电机带动其下部的零件单轴电机、联轴器、配重盘 等一起转动，实现重心偏移以实现前进运动；利用单轴电机带动旋转配重盘旋转，利用角动 量守恒原理实现原地转向。该球形机器人利用两个联轴器将双轴电机的两端伸出轴与连接轴相固连，使它们 没有相对转动，又通过铜螺母、管接头、接头盖固连在球壳上面。通过上述一系列连接，最终 将前进电机的转子与球壳完全固连。如此实现动力的无变速直接输出，结构紧凑，无传动损
^^ ο该球形机器人使用四根长螺栓、双轴电机座及上、中、下三层板组成一个空间支撑结构，使双轴电机、单轴电机及其他相关零件具有相对固定的位置，使双轴电机下端的其他 零件在球形机器人做前进运动时都可作为配重使用，改变中心的效果较好。同时此空间支 撑结构可以改善球壳内部结构的受力情况，且装卸方便，结构简单可靠。[0009]该球形机器人的单轴电机的伸出轴通过一个联轴器与下方的旋转配重盘相连，使 下方旋转配重盘与单轴电机的转子同步转动。当旋转配重盘以一定角速度旋转时，根据角 动量守恒原理，球壳内的其他部件将随球壳一起向相反方向旋转，实现原地转向。有益效果本实用新型可利用重心偏移与角动量守恒原理驱动球壳按预定轨迹运动，其运动 灵活，装卸方便，结构简单可靠；并且能够实现动力的无变速直接输出，结构紧凑，无传动损耗

图1是本实用新型的主结构示意图。其中，1 双轴电机，2 单轴电机，3 联轴器，4 上层板，5 中层板，6 下层板，7 旋 转配重盘，8 长螺栓，9 铜螺母，10 管接头，11 连接轴，12 接头盖，13 双轴电机座，14: 铆钉，15 球壳，16 螺母，17 联轴器。图2是连接轴与球壳连接的局部剖视图。其中，9 铜螺母，10 管接头，11 连接轴，12 接头盖，15 球壳。图3是图1的A-A部分剖视图。其中，1 双轴电机，2 单轴电机，4 上层板，5 中层板，6 下层板，7 旋转配重盘， 17 联轴器。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施方式
对本实用新型作进一步的说明。如图1、2所示，双轴电机1为用于实现前进运动的双轴步进电机，两边的伸出轴分 别与联轴器3相连，而连接轴11和联轴器3的另一端相连，使得前进的电机双轴和连接轴 11不能发生相对转动。连接轴11通过铜螺母9、管接头10、接头盖子12固联在球壳15上 面。通过上述一系列连接，最终将双轴电机的定子与球壳15完全固联。如图4所示，当给 双轴电机1接通电源并输入控制脉冲，使得双轴电机1的定子相对于15球壳的水平直径方 向发生转动，而双轴电机1的定子和下面的其他零件通过4上层板5中层板和6下层板连 接在一起，故当定子发生转动的时候会带动其下方零件单轴电机、联轴器、配重盘等一起转 动，最终造成重心的偏移，使得球形机器人向前运动。如图1、3所示，单轴电机2为用于实现转向运动的单轴步进电机，电机的轴通过联 轴器17与旋转配重盘7固连。当给单轴电机2接通电源并输入控制脉冲，单轴电机2转子 会带动旋转配重盘7开始转动。根据角动量守恒原理，球壳内部的其他结构将与球壳15 — 起向相反的方向转动，即实现原地转向运动。
权利要求一种球形机器人，其特征在于，所述的机器人包括一个双轴电机(1)的两端伸出轴，通过联轴器(3)分别与两根连接轴(11)相连，并且双轴电机的伸出轴和连接轴(11)同轴，球壳(15)在水平轴直径方向上开有两个直径相等的螺纹孔，管接头(10)的外端螺纹穿过球壳的螺纹孔与接头盖(12)相连接，并夹紧球壳(15)，将管接头(10)的内端螺纹通过铜螺母(9)与连接轴(11)螺纹连；上层板(4)、中层板(5)和下层板(6)通过四根长螺栓(8)固定连接，双轴电机座(13)位于中层板(5)上，双轴电机(1)的定子固定连接在双轴电机座(13)上，单轴电机(2)的伸出轴通过一个联轴器(17)与旋转配重盘(7)相连。
专利摘要本实用新型涉及一种球形机器人，包括一个双轴电机的两端伸出轴通过联轴器分别与两根连接轴相连，使双轴电机的伸出轴和连接轴11同轴，连接轴通过铜螺母、管接头、接头盖子固连在球壳上；上层板、中层板和下层板通过四根长螺栓固定连接，双轴电机的定子固定连接在位于中层板上的双轴电机座上，单轴电机的伸出轴通过一个联轴器17与旋转配重盘7相连。当双轴电机接通电源并输入控制脉冲，其定子带动其下方零件相对于球壳的水平直径方向发生转动，造成重心的偏移，使球形机器人向前运动；单轴电机接通电源并输入控制脉冲，电机转子带动旋转配重盘开始转动，电机定子及球壳内部的其他结构与球壳一起向相反方向转动，实现原地转向运动。
文档编号B62D57/02GK201566718SQ200920213229
公开日2010年9月1日 申请日期2009年12月17日 优先权日2009年12月17日
发明者安琦, 杨玉磊, 桑胜举, 胡家扬, 鄢泽耀 申请人:华东理工大学