一種萬向移動(dòng)機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種萬向移動(dòng)機(jī)器人。目前移動(dòng)機(jī)器人對(duì)于復(fù)雜地形適應(yīng)能力差，且多不具備獨(dú)立作業(yè)能力。本發(fā)明包括上車體、下車體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和萬向輪；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括蝸輪、蝸輪安裝軸、主動(dòng)直齒輪、從動(dòng)直齒輪、萬向輪安裝軸、主動(dòng)錐齒輪、從動(dòng)錐齒輪、從動(dòng)錐齒輪安裝軸、差速器、主驅(qū)動(dòng)電機(jī)、蝸桿、差速器驅(qū)動(dòng)電機(jī)和主動(dòng)錐齒輪安裝軸；每根蝸輪安裝軸的兩端均固定有一個(gè)主動(dòng)直齒輪，每個(gè)主動(dòng)直齒輪與一個(gè)從動(dòng)直齒輪嚙合，每個(gè)從動(dòng)直齒輪活套在一根萬向輪安裝軸上；每根萬向輪安裝軸的一端與一個(gè)萬向輪固定。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)在水平面內(nèi)的平移運(yùn)動(dòng)及繞某點(diǎn)的圓周運(yùn)動(dòng)、垂直水平面的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
【專利說明】一種萬向移動(dòng)機(jī)器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)器人【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種移動(dòng)機(jī)器人，具體涉及一種具有三自由度 完全解耦的萬向移動(dòng)機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展使得機(jī)器人應(yīng)用的領(lǐng)域和范圍不斷擴(kuò)展，不僅在軍事、工業(yè)、農(nóng) 業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)、空間探測(cè)等行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，而且在航天、海洋探測(cè)、危險(xiǎn)或條件惡 劣的特殊環(huán)境中也獲得了大量應(yīng)用。隨著機(jī)器人應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，人們希望機(jī)器人能完成 更加復(fù)雜的任務(wù)。移動(dòng)機(jī)器人作為承載的工作平臺(tái)，其運(yùn)動(dòng)性能對(duì)任務(wù)的完成效果有直接 影響。對(duì)于一些執(zhí)行特殊任務(wù)的移動(dòng)機(jī)器人，要求其不僅能在狹窄的地形環(huán)境下具有靈活 運(yùn)動(dòng)的能力，還要求其具有跟蹤近距離任意的運(yùn)動(dòng)軌跡的能力。目前移動(dòng)機(jī)器人對(duì)于多變 的復(fù)雜地形適應(yīng)能力相對(duì)較差，且多不具備獨(dú)立作業(yè)能力。結(jié)合移動(dòng)機(jī)器人的任務(wù)需求，迫 切需要設(shè)計(jì)一種具有三自由度(水平面內(nèi)的兩個(gè)平移自由度，豎直面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度)完 全解耦的機(jī)器人，使其自主適應(yīng)復(fù)雜地形環(huán)境，并獨(dú)立完成探測(cè)任務(wù)和實(shí)現(xiàn)一定的作業(yè)功 倉泛。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種萬向移動(dòng)機(jī)器人，該移動(dòng)機(jī)器人 可以通過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在水平面內(nèi)任意方向的平移運(yùn)動(dòng)、垂直于水平面的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和水平 面內(nèi)繞某點(diǎn)的圓周運(yùn)動(dòng)。
[0004]本發(fā)明包括上車體、下車體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和萬向輪。所述的上車體和下車體均為箱 體，上車體設(shè)置在下車體上，且兩者可拆卸連接。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)整體設(shè)置在上車體和下車體內(nèi) 部，萬向輪設(shè)置在上車體和下車體外部，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)萬向輪旋轉(zhuǎn)。
[0005]所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括蝸輪、蝸輪安裝軸、主動(dòng)直齒輪、從動(dòng)直齒輪、萬向輪安裝軸、 主動(dòng)錐齒輪、從動(dòng)錐齒輪、從動(dòng)錐齒輪安裝軸、差速器、主驅(qū)動(dòng)電機(jī)、蝸桿、差速器驅(qū)動(dòng)電機(jī) 和主動(dòng)錐齒輪安裝軸；所述兩個(gè)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸均與一根蝸桿固定連接，每根蝸桿與 一個(gè)蝸輪嚙合，每個(gè)蝸輪固定在一根蝸輪安裝軸中部；兩根蝸輪安裝軸水平垂直設(shè)置，每根 蝸輪安裝軸的兩端均固定有一個(gè)主動(dòng)直齒輪，每個(gè)主動(dòng)直齒輪與一個(gè)從動(dòng)直齒輪嚙合，每 個(gè)從動(dòng)直齒輪活套在一根萬向輪安裝軸上；相鄰兩根萬向輪安裝軸垂直設(shè)置，每根萬向輪 安裝軸的一端與一個(gè)萬向輪的中心固定連接。所述差速器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸與主動(dòng)錐齒輪 安裝軸固定連接，主動(dòng)錐齒輪固定在主動(dòng)錐齒輪安裝軸上，并同時(shí)與沿圓周均布的四個(gè)從 動(dòng)錐齒輪嚙合，每個(gè)從動(dòng)錐齒輪固定在一根從動(dòng)錐齒輪安裝軸的一端，每根從動(dòng)錐齒輪安 裝軸的另一端與對(duì)應(yīng)的萬向輪安裝軸的另一端均通過一個(gè)差速器連接，每個(gè)差速器的差速 器殼體與對(duì)應(yīng)的從動(dòng)直齒輪固定。所述的蝸桿、蝸輪安裝軸、萬向輪安裝軸、主動(dòng)錐齒輪安 裝軸和從動(dòng)錐齒輪安裝軸均與下車體軸承連接。
[0006]所述的差速器包括差速器殼體、輸入軸、行星軸、輸入錐齒輪、行星錐齒輪和輸出錐齒輪；所述的輸入軸和行星軸均與差速器殼體軸承連接；所述的輸入錐齒輪固定在輸入 軸上，兩個(gè)行星錐齒輪固定在行星軸的兩端；兩個(gè)行星錐齒輪的一側(cè)均與輸入錐齒輪嚙合， 另一側(cè)均與輸出錐齒輪哨合。每個(gè)差速器的輸入軸伸出差速器殼體外，并通過離合器與一 根從動(dòng)錐齒輪安裝軸連接，每根萬向輪安裝軸伸入對(duì)應(yīng)差速器的差速器殼體內(nèi)，并與輸出 錐齒輪固定。
[0007]所述的萬向輪包括兩個(gè)輪體、滾子和支架；每個(gè)輪體沿圓周均布設(shè)置有多個(gè)滾子， 每個(gè)滾子通過一根滾子安裝軸與固定在輪體上的支架軸承連接。所述的兩個(gè)輪體固定連 接，且一個(gè)輪體上的滾子與另一個(gè)輪體上的滾子沿圓周方向依次交替排布。
[0008]本發(fā)明的有益效果:
1、本發(fā)明可以通過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在水平面內(nèi)任意方向的平移運(yùn)動(dòng)、垂直于水平面的旋 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和水平面內(nèi)繞某點(diǎn)的圓周運(yùn)動(dòng)；
2、本發(fā)明中萬向輪的設(shè)計(jì)保證了車輪與地面的連續(xù)接觸，有效減少本發(fā)明的車體振 動(dòng)，增加輪地的附著系數(shù)，增強(qiáng)其越障性能；
3、本發(fā)明中驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用蝸輪蝸桿、直齒輪副和錐齒輪副，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝 方便、定位準(zhǔn)確、精度高、動(dòng)作快，具有較好的靈活性和適應(yīng)性，工作效率高。
[0009]4、本發(fā)明采用三個(gè)動(dòng)力源(電機(jī))，分別對(duì)三個(gè)自由度進(jìn)行控制操作，操作簡(jiǎn)便，驅(qū) 動(dòng)效率高，車體空間利用率高；
5、本發(fā)明應(yīng)用廣泛，除可在軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)、空間探測(cè)等行業(yè)中使用外，還 可在航天、海洋探測(cè)、危險(xiǎn)或條件惡劣的特殊環(huán)境中用作移動(dòng)探測(cè)載體，還可作為教育領(lǐng)域 的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)立體圖；
圖2為本發(fā)明去除上車體后的結(jié)構(gòu)立體圖；
圖3為本發(fā)明的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖；
圖4為圖3的正視圖；
圖5為本發(fā)明中差速器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為本發(fā)明中萬向輪的結(jié)構(gòu)立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0012]如圖1和2所示，一種萬向移動(dòng)機(jī)器人包括上車體1、下車體2、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和萬向輪
3。上車體I和下車體2均為箱體，上車體I設(shè)置在下車體2上，且兩者可拆卸連接。驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)整體設(shè)置在上車體I和下車體2內(nèi)部，萬向輪3設(shè)置在上車體I和下車體2外部，驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)萬向輪3旋轉(zhuǎn)。
[0013]如圖2、3和4所示，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括蝸輪4、蝸輪安裝軸5、主動(dòng)直齒輪6、從動(dòng)直齒輪
7、萬向輪安裝軸8、主動(dòng)錐齒輪9、從動(dòng)錐齒輪10、從動(dòng)錐齒輪安裝軸11、差速器12、主驅(qū)動(dòng) 電機(jī)13、蝸桿14、差速器驅(qū)動(dòng)電機(jī)15和主動(dòng)錐齒輪安裝軸16 ;兩個(gè)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)13的輸出軸 均與一根蝸桿14固定連接，每根蝸桿14與一個(gè)蝸輪4嚙合，每個(gè)蝸輪4固定在一根蝸輪安裝軸5中部；兩根蝸輪安裝軸5水平垂直設(shè)置，每根蝸輪安裝軸5的兩端均固定有一個(gè)主動(dòng) 直齒輪6，每個(gè)主動(dòng)直齒輪6與一個(gè)從動(dòng)直齒輪7嚙合，每個(gè)從動(dòng)直齒輪7活套在一根萬向 輪安裝軸8上；相鄰兩根萬向輪安裝軸8垂直設(shè)置，每根萬向輪安裝軸8的一端與一個(gè)萬向 輪3的中心固定連接。差速器驅(qū)動(dòng)電機(jī)15的輸出軸與主動(dòng)錐齒輪安裝軸16固定連接，主 動(dòng)錐齒輪9固定在主動(dòng)錐齒輪安裝軸16上，并同時(shí)與沿圓周均布的四個(gè)從動(dòng)錐齒輪10嚙 合，每個(gè)從動(dòng)錐齒輪10固定在一根從動(dòng)錐齒輪安裝軸11的一端，每根從動(dòng)錐齒輪安裝軸11 的另一端與對(duì)應(yīng)的萬向輪安裝軸8的另一端均通過一個(gè)差速器12連接，每個(gè)差速器的差速 器殼體12-1與對(duì)應(yīng)的從動(dòng)直齒輪7固定。蝸桿14、蝸輪安裝軸5、萬向輪安裝軸8、主動(dòng)錐 齒輪安裝軸16和從動(dòng)錐齒輪安裝軸11均與下車體2軸承連接。
[0014]如圖2、3和5所示，差速器12包括差速器殼體12-1、輸入軸12_2、行星軸12_3、輸 入錐齒輪12-4、行星錐齒輪12-5和輸出錐齒輪12-6 ;輸入軸12-2和行星軸12_3均與差速 器殼體12-1軸承連接；輸入錐齒輪12-4固定在輸入軸12-2上，兩個(gè)行星錐齒輪12-5固定 在行星軸12-3的兩端；兩個(gè)行星錐齒輪12-5的一側(cè)均與輸入錐齒輪12-4嚙合，另一側(cè)均 與輸出錐齒輪12-6嚙合。每個(gè)差速器12的輸入軸12-2伸出差速器殼體12-1外，并通過 離合器與一根從動(dòng)錐齒輪安裝軸11連接，每根萬向輪安裝軸8伸入對(duì)應(yīng)差速器12的差速 器殼體12-1內(nèi)，并與輸出錐齒輪12-4固定。
[0015]如圖6所示，萬向輪3包括兩個(gè)輪體3-1、滾子3-2和支架3_3 ;每個(gè)輪體3_1沿圓 周均布設(shè)置有四個(gè)滾子3-2，每個(gè)滾子3-2通過一根滾子安裝軸3-4與固定在輪體上的支架 3-3軸承連接。兩個(gè)輪體3-1固定連接，且一個(gè)輪體3-1上的滾子3-2與另一個(gè)輪體3-1上 的滾子3-2沿圓周方向依次交替排布。
[0016]該萬向移動(dòng)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)各個(gè)運(yùn)動(dòng)的原理如下:
在水平面內(nèi)任意方向的平移運(yùn)動(dòng):差速器驅(qū)動(dòng)電機(jī)15不開啟，兩個(gè)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)13配合 使用，分別將動(dòng)力傳遞給對(duì)應(yīng)的蝸桿14，蝸輪4與蝸桿14嚙合將動(dòng)力傳遞至蝸輪安裝軸5， 蝸輪安裝軸5帶動(dòng)其兩端的主動(dòng)直齒輪6旋轉(zhuǎn)，主動(dòng)直齒輪6和從動(dòng)直齒輪7嚙合并經(jīng)差 速器12將動(dòng)力傳至萬向輪3，兩對(duì)萬向輪3由于不同的轉(zhuǎn)速可以合成任意方向、大小的速 度，進(jìn)而該萬向移動(dòng)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)沿任意設(shè)定好的方向做平移動(dòng)作。此時(shí)所有的離合器處于 分離狀態(tài)。
[0017]垂直于水平面的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng):兩個(gè)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)13均不開啟，差速器驅(qū)動(dòng)電機(jī)15開 啟，動(dòng)力傳遞至主動(dòng)錐齒輪安裝軸16，主動(dòng)錐齒輪安裝軸16帶動(dòng)主動(dòng)錐齒輪9旋轉(zhuǎn)，主動(dòng)錐 齒輪9同時(shí)與四個(gè)從動(dòng)錐齒輪10嚙合，進(jìn)而將動(dòng)力傳至四根從動(dòng)錐齒輪安裝軸11，動(dòng)力經(jīng) 離合器和差速器12傳遞給萬向輪3，四個(gè)萬向輪3的同向轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為該萬向移動(dòng)機(jī)器人垂 直于水平面的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。此時(shí)所有的離合器處于聯(lián)動(dòng)狀態(tài)。
[0018]水平面內(nèi)繞某點(diǎn)的圓周運(yùn)動(dòng):兩個(gè)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)13及差速器驅(qū)動(dòng)電機(jī)15配合使用， 機(jī)器人在水平面內(nèi)平移時(shí)，差速器驅(qū)動(dòng)電機(jī)15通過控制四個(gè)離合器的離合狀態(tài)對(duì)動(dòng)力進(jìn) 行重新分配；一對(duì)萬向輪3所受到的載荷不同時(shí)，這兩個(gè)萬向輪3之間存在速度差，進(jìn)而該 萬向移動(dòng)機(jī)器人做繞某點(diǎn)的圓周運(yùn)動(dòng)。
[0019]該萬向移動(dòng)機(jī)器人的每個(gè)輪體3-1的滾子3-2沿圓周均布，且兩個(gè)輪體3-1上的 滾子3-2沿圓周方向依次交替排布，使得萬向輪3與地面接觸的任何一點(diǎn)在繞萬向輪安裝 軸8旋轉(zhuǎn)時(shí)到萬向輪安裝軸8的距離不變。[0020]該萬向移動(dòng)機(jī)器人具有操作簡(jiǎn)單、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，可以通過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí) 現(xiàn)在水平面內(nèi)任意方向的平移運(yùn)動(dòng)、垂直于水平面的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和水平面內(nèi)繞某點(diǎn)的圓周運(yùn) 動(dòng)，以滿足其在狹窄、擁擠的場(chǎng)合能靈活地自由運(yùn)動(dòng)的需要，且有能力跟蹤近距離任意的運(yùn) 動(dòng)軌跡，具有獨(dú)立作業(yè)能力。
【權(quán)利要求】
1.一種萬向移動(dòng)機(jī)器人，包括上車體、下車體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和萬向輪，其特征在于:所述的上車體和下車體均為箱體，上車體設(shè)置在下車體上，且兩者可拆卸連接；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)整體設(shè)置在上車體和下車體內(nèi)部，萬向輪設(shè)置在上車體和下車體外部，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)萬向輪旋轉(zhuǎn)；所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括蝸輪、蝸輪安裝軸、主動(dòng)直齒輪、從動(dòng)直齒輪、萬向輪安裝軸、主動(dòng)錐齒輪、從動(dòng)錐齒輪、從動(dòng)錐齒輪安裝軸、差速器、主驅(qū)動(dòng)電機(jī)、蝸桿、差速器驅(qū)動(dòng)電機(jī)和主動(dòng)錐齒輪安裝軸；所述兩個(gè)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸均與一根蝸桿固定連接，每根蝸桿與一個(gè)蝸輪嚙合，每個(gè)蝸輪固定在一根蝸輪安裝軸中部；兩根蝸輪安裝軸水平垂直設(shè)置，每根蝸輪安裝軸的兩端均固定有一個(gè)主動(dòng)直齒輪，每個(gè)主動(dòng)直齒輪與一個(gè)從動(dòng)直齒輪嚙合，每個(gè)從動(dòng)直齒輪活套在一根萬向輪安裝軸上；相鄰兩根萬向輪安裝軸垂直設(shè)置，每根萬向輪安裝軸的一端與一個(gè)萬向輪的中心固定連接；所述差速器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸與主動(dòng)錐齒輪安裝軸固定連接，主動(dòng)錐齒輪固定在主動(dòng)錐齒輪安裝軸上，并同時(shí)與沿圓周均布的四個(gè)從動(dòng)錐齒輪嚙合，每個(gè)從動(dòng)錐齒輪固定在一根從動(dòng)錐齒輪安裝軸的一端，每根從動(dòng)錐齒輪安裝軸的另一端與對(duì)應(yīng)的萬向輪安裝軸的另一端均通過一個(gè)差速器連接，每個(gè)差速器的差速器殼體與對(duì)應(yīng)的從動(dòng)直齒輪固定；所述的蝸桿、蝸輪安裝軸、萬向輪安裝軸、主動(dòng)錐齒輪安裝軸和從動(dòng)錐齒輪安裝軸均與下車體軸承連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種萬向移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于:所述的差速器包括差速器殼體、輸入軸、行星軸、輸入錐齒輪、行星錐齒輪和輸出錐齒輪；所述的輸入軸和行星軸均與差速器殼體軸承連接；所述的輸入錐齒輪固定在輸入軸上，兩個(gè)行星錐齒輪固定在行星軸的兩端；兩個(gè)行星錐齒輪的一側(cè)均與輸入錐齒輪嚙合，另一側(cè)均與輸出錐齒輪嚙合；每個(gè)差速器的輸入軸伸出差速器殼體外，并通過離合器與一根從動(dòng)錐齒輪安裝軸連接，每根萬向輪安裝軸伸入對(duì)應(yīng)差速器的差速器殼體內(nèi)，并與輸出錐齒輪固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種萬向移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于:所述的萬向輪包括兩個(gè)輪體、滾子和支架；每個(gè)輪體沿圓周均布設(shè)置有多個(gè)滾子，每個(gè)滾子通過一根滾子安裝軸與固定在輪體上的支架軸承連接；所述的兩個(gè)輪體固定連接，且一個(gè)輪體上的滾子與另一個(gè)輪體上的滾子沿圓周方向依次交替排布。
【文檔編號(hào)】B62D61/00GK103600787SQ201310585129
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月19日
【發(fā)明者】胡明, 王黎喆, 周迅, 陳文華, 撖亞頔, 錢萍, 周健, 楊士彩, 章斌, 馮軍 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)