專利名稱：毫米級(jí)全方位移動(dòng)微型機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種移動(dòng)機(jī)器人，特別是一種毫米級(jí)全方位移動(dòng)機(jī)器人，屬于微型機(jī)器人領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
一般輪式機(jī)器人實(shí)現(xiàn)全方位移動(dòng)主要有三種機(jī)構(gòu)一是利用萬(wàn)向輪，即驅(qū)動(dòng)輪本身具有兩個(gè)自由度；二是具有專門(mén)的轉(zhuǎn)向輪，類似于三輪車(chē)結(jié)構(gòu)；三是利用兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪、一個(gè)被動(dòng)輪結(jié)構(gòu)，被動(dòng)輪具有兩個(gè)自由度，但無(wú)驅(qū)動(dòng)源。萬(wàn)向輪結(jié)構(gòu)復(fù)雜，微小尺寸很難實(shí)現(xiàn)，適用于大型移動(dòng)機(jī)器人；第二種結(jié)構(gòu)具有一定的回轉(zhuǎn)半徑，決定其運(yùn)動(dòng)靈活性受到限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正的全方位移動(dòng)；第三種結(jié)構(gòu)所要求被動(dòng)輪的結(jié)構(gòu)同樣復(fù)雜，難以在微小尺寸中實(shí)現(xiàn)。
經(jīng)文獻(xiàn)檢索分析，發(fā)現(xiàn)中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?0206665.3，名稱為一種用于機(jī)器人上的全方位移動(dòng)機(jī)構(gòu)，該專利自述為以中心電機(jī)帶動(dòng)中心齒輪為整個(gè)機(jī)構(gòu)的中心，沿中心齒輪周?chē)?，傳?dòng)齒輪按十字架結(jié)構(gòu)形式布置，周邊四個(gè)齒輪各帶動(dòng)一個(gè)輪子，對(duì)角線上的輪子兩兩相同，分別為主動(dòng)輪和從動(dòng)輪，兩條對(duì)角線上的傳動(dòng)齒輪數(shù)量不同，分別為奇數(shù)和偶數(shù)，結(jié)構(gòu)合理，成本低，整體運(yùn)行效率高，易于對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角度、方向控制。該專利為了在轉(zhuǎn)向中機(jī)器人本體不因摩擦力產(chǎn)生移動(dòng)，其對(duì)角線上的齒輪數(shù)目不同，主動(dòng)、被動(dòng)輪的轉(zhuǎn)向不同，因而在轉(zhuǎn)向過(guò)程中產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦力方向相反，相互抵消。但采用這種結(jié)構(gòu)的同時(shí)，不能保證在360度內(nèi)的全方位移動(dòng)，仍不能滿足全方位移動(dòng)性能和運(yùn)動(dòng)精度的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服以上技術(shù)中的不足，提供一種毫米級(jí)全方位移動(dòng)微型機(jī)器人，使其實(shí)現(xiàn)微型輪式移動(dòng)機(jī)器人在運(yùn)行過(guò)程中，特別適合在微小尺寸限制的條件下實(shí)現(xiàn)無(wú)回轉(zhuǎn)半徑的高精度全方位移動(dòng)。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括復(fù)合驅(qū)動(dòng)輪、傳動(dòng)齒輪、中心齒輪、轉(zhuǎn)向微驅(qū)動(dòng)器，其連接方式為轉(zhuǎn)向微驅(qū)動(dòng)器位于中心，與中心齒輪軸相連；三個(gè)復(fù)合驅(qū)動(dòng)輪以轉(zhuǎn)向微驅(qū)動(dòng)器為中心，均勻分布在其周?chē)?，?fù)合驅(qū)動(dòng)輪固定于傳動(dòng)齒輪，通過(guò)傳動(dòng)齒輪、中心齒輪與轉(zhuǎn)向微驅(qū)動(dòng)器相連，轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)由轉(zhuǎn)向微驅(qū)動(dòng)器傳到復(fù)合驅(qū)動(dòng)輪。
復(fù)合驅(qū)動(dòng)輪包括主動(dòng)輪、被動(dòng)輪、傳動(dòng)齒輪軸、馬達(dá)輸出軸和直線移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器。主動(dòng)輪和被動(dòng)輪分別位于直線移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的兩側(cè)，以傳動(dòng)齒輪軸為中心對(duì)稱，主動(dòng)輪與馬達(dá)輸出軸剛性連接，被動(dòng)輪與馬達(dá)輸出軸柔性連接。被動(dòng)輪可以沿馬達(dá)輸出軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)。主動(dòng)輪與被動(dòng)輪在馬達(dá)輸出軸上無(wú)軸向自由度。直線移動(dòng)由三個(gè)復(fù)合驅(qū)動(dòng)輪共同完成，每個(gè)復(fù)合驅(qū)動(dòng)輪上的直線移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器通過(guò)馬達(dá)輸出軸帶動(dòng)主動(dòng)輪運(yùn)動(dòng)，被動(dòng)輪則處于順從狀態(tài)，被動(dòng)地直線移動(dòng)。轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)由轉(zhuǎn)向微驅(qū)動(dòng)器通過(guò)中心齒輪、傳動(dòng)齒輪、傳動(dòng)齒輪軸、直線移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器、馬達(dá)輸出軸傳遞到主動(dòng)輪和被動(dòng)輪。
微型機(jī)器人直線移動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器通以電流保持一定的力矩，保持微型機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向穩(wěn)定。三個(gè)復(fù)合驅(qū)動(dòng)輪作為同一微驅(qū)動(dòng)器控制，輸入同一驅(qū)動(dòng)信號(hào)以保證同步運(yùn)行，主動(dòng)輪帶動(dòng)被動(dòng)輪運(yùn)動(dòng)，調(diào)節(jié)控制信號(hào)可控制其運(yùn)動(dòng)方向(前進(jìn)、后退)及運(yùn)行速度。
傳動(dòng)齒輪、中心齒輪構(gòu)成本發(fā)明傳動(dòng)系統(tǒng)。本發(fā)明微型機(jī)器人轉(zhuǎn)向時(shí)，復(fù)合驅(qū)動(dòng)輪無(wú)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以輔助轉(zhuǎn)向微驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)高精度轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向微驅(qū)動(dòng)器通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)三個(gè)復(fù)合驅(qū)動(dòng)輪同時(shí)、同方向轉(zhuǎn)動(dòng)以保證復(fù)合驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)向角在任意狀態(tài)下均相同。復(fù)合驅(qū)動(dòng)輪因?yàn)闊o(wú)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其主動(dòng)輪和被動(dòng)輪均處于自由狀態(tài)。在轉(zhuǎn)向微驅(qū)動(dòng)器和傳動(dòng)齒輪的驅(qū)動(dòng)下，由于地面摩擦力，復(fù)合驅(qū)動(dòng)輪上的主動(dòng)輪與被動(dòng)輪沿著以傳動(dòng)齒輪的軸線為中心，以中心到主動(dòng)輪或被動(dòng)輪的距離為半徑的圓弧，以轉(zhuǎn)向微驅(qū)動(dòng)器輸出軸為旋轉(zhuǎn)軸被動(dòng)地轉(zhuǎn)動(dòng)。主動(dòng)輪、被動(dòng)輪與地面之間為純滾動(dòng)摩擦，大大降低了摩擦力對(duì)轉(zhuǎn)向精度的影響；同時(shí)每一復(fù)合驅(qū)動(dòng)輪主動(dòng)輪、被動(dòng)輪的摩擦力在任意時(shí)刻方向相反、相互抵消，對(duì)微機(jī)器人自身無(wú)影響，不會(huì)產(chǎn)生側(cè)向移動(dòng)，保證旋轉(zhuǎn)精度，而且可以實(shí)現(xiàn)一周內(nèi)任意轉(zhuǎn)動(dòng)。
本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，通過(guò)復(fù)合驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)，使得驅(qū)動(dòng)輪在轉(zhuǎn)向時(shí)與地面的摩擦為純滾動(dòng)摩擦；三個(gè)復(fù)合驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)向相同，傳動(dòng)比相同保證了任何時(shí)刻其朝向相同；主動(dòng)輪與被動(dòng)輪的設(shè)計(jì)使得復(fù)合驅(qū)動(dòng)輪自身產(chǎn)生的摩擦力之和為零，保證機(jī)器人本身無(wú)側(cè)向反作用力。因此本發(fā)明能在毫米級(jí)尺寸內(nèi)實(shí)現(xiàn)微型機(jī)器人的全方位高精度運(yùn)動(dòng)，也同樣適用于普通機(jī)器人。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易，特別適合在微小尺寸限制的條件下實(shí)現(xiàn)無(wú)回轉(zhuǎn)半徑的高精度全方位移動(dòng)。


圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意2本發(fā)明復(fù)合驅(qū)動(dòng)輪示意圖具體實(shí)施方式
如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括復(fù)合驅(qū)動(dòng)輪1、傳動(dòng)齒輪2、中心齒輪3和轉(zhuǎn)向微驅(qū)動(dòng)器4，其連接方式為三個(gè)復(fù)合驅(qū)動(dòng)輪1以轉(zhuǎn)向微驅(qū)動(dòng)器4為中心，均勻分布在其周?chē)瑥?fù)合驅(qū)動(dòng)輪1固定于傳動(dòng)齒輪2，通過(guò)傳動(dòng)齒輪2、中心齒輪3與轉(zhuǎn)向微驅(qū)動(dòng)器4相連，轉(zhuǎn)向微驅(qū)動(dòng)器4位于中心，與中心齒輪軸7相連。
復(fù)合驅(qū)動(dòng)輪1包括主動(dòng)輪5、被動(dòng)輪6、傳動(dòng)齒輪軸7、馬達(dá)輸出軸8和直線移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器9，其連接方式為主動(dòng)輪5和被動(dòng)輪6分別位于直線移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器9的兩側(cè)，以傳動(dòng)齒輪軸7為中心對(duì)稱，主動(dòng)輪5與馬達(dá)輸出軸8剛性連接，被動(dòng)輪6與馬達(dá)輸出軸8柔性連接。被動(dòng)輪6沿馬達(dá)輸出軸8自由轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)輪5與被動(dòng)輪6在馬達(dá)輸出軸8上無(wú)軸向自由度。
直線移動(dòng)由三個(gè)復(fù)合驅(qū)動(dòng)輪1共同完成，每個(gè)復(fù)合驅(qū)動(dòng)輪1上的直線移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器9通過(guò)馬達(dá)輸出軸8帶動(dòng)主動(dòng)輪5運(yùn)動(dòng)，被動(dòng)輪6則處于順從狀態(tài)，被動(dòng)地直線移動(dòng)。轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)由轉(zhuǎn)向微驅(qū)動(dòng)器4通過(guò)中心齒輪3、傳動(dòng)齒輪2、傳動(dòng)齒輪軸7、直線移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器9、馬達(dá)輸出軸8傳遞到主動(dòng)輪5和被動(dòng)輪6。
權(quán)利要求
1.一種毫米級(jí)全方位移動(dòng)微型機(jī)器人，包括復(fù)合驅(qū)動(dòng)輪(1)、傳動(dòng)齒輪(2)、中心齒輪(3)和轉(zhuǎn)向微驅(qū)動(dòng)器(4)，其特征在于，連接方式為三個(gè)復(fù)合驅(qū)動(dòng)輪(1)以轉(zhuǎn)向微驅(qū)動(dòng)器(4)為中心，均勻分布在其周?chē)?，?fù)合驅(qū)動(dòng)輪(1)固定于傳動(dòng)齒輪(2)，通過(guò)傳動(dòng)齒輪(2)、中心齒輪(3)與轉(zhuǎn)向微驅(qū)動(dòng)器(4)相連，轉(zhuǎn)向微驅(qū)動(dòng)器(4)位于中心，與中心齒輪軸(7)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米級(jí)全方位移動(dòng)微型機(jī)器人，其特征是，復(fù)合驅(qū)動(dòng)輪(1)包括主動(dòng)輪(5)、被動(dòng)輪(6)、傳動(dòng)齒輪軸(7)、馬達(dá)輸出軸(8)和直線移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器(9)，其連接方式為主動(dòng)輪(5)和被動(dòng)輪(6)分別位于直線移動(dòng)驅(qū)動(dòng)器(9)的兩側(cè)，以傳動(dòng)齒輪軸(7)為中心對(duì)稱，主動(dòng)輪(5)與馬達(dá)輸出軸(8)剛性連接，被動(dòng)輪(6)與馬達(dá)輸出軸(8)柔性連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米級(jí)全方位移動(dòng)微型機(jī)器人，其特征是，被動(dòng)輪(6)沿馬達(dá)輸出軸(8)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)輪(5)與被動(dòng)輪(6)在馬達(dá)輸出軸(8)上無(wú)軸向自由度。
全文摘要
一種毫米級(jí)全方位移動(dòng)機(jī)器人，屬于機(jī)械工程領(lǐng)域。本發(fā)明包括復(fù)合驅(qū)動(dòng)輪、傳動(dòng)齒輪、中心齒輪和轉(zhuǎn)向微驅(qū)動(dòng)器，三個(gè)復(fù)合驅(qū)動(dòng)輪以轉(zhuǎn)向微驅(qū)動(dòng)器為中心，均勻分布在其周?chē)?，?fù)合驅(qū)動(dòng)輪固定于傳動(dòng)齒輪，通過(guò)傳動(dòng)齒輪、中心齒輪與轉(zhuǎn)向微驅(qū)動(dòng)器相連，轉(zhuǎn)向微驅(qū)動(dòng)器位于中心，與中心齒輪軸相連。本發(fā)明能在毫米級(jí)尺寸內(nèi)實(shí)現(xiàn)微型機(jī)器人的全方位高精度運(yùn)動(dòng)，也同樣適用于普通機(jī)器人。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易，特別適合在微小尺寸限制的條件下實(shí)現(xiàn)無(wú)回轉(zhuǎn)半徑的高精度全方位移動(dòng)。
文檔編號(hào)B25J5/00GK1476962SQ03129280
公開(kāi)日2004年2月25日 申請(qǐng)日期2003年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月12日
發(fā)明者李振波, 陳佳品, 張琛 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)