自动滑冰车的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种自动滑冰车，包括座椅、控制器、承载平台、第一运动关节、第二运动关节、第三运动关节，座椅安装在承载平台上方，控制器安装在承载平台上，第一运动关节包括：移动关节和旋转关节，旋转关节安装在移动关节的下方，控制器连接与控制第一至第三运动关节的第一步进电机和第二步进电机。第一运动关节、第二运动关节、第三运动关节安装在承载平台的下方。本发明通过控制机械运动能够实现自动滑冰车的直线运动和旋转运动。
【专利说明】自动滑冰车
【技术领域】
[0001]本发明属于运动机械领域，特别涉及一种采用控制机械运动的方式实现的自动滑冰车。
【背景技术】
[0002]冰车历史悠久，早期的冰车是从雪上爬犁演变过来的，它可以适用于封冻的江面及河面拖拉物品，速度较雪上更快，随后就逐步演变成一种可供人们休闲娱乐的玩具。
[0003]东北地区入冬以后滑冰是一项比较盛行的运动项目，但因现在的滑冰器械灵活性不好，而且还存在一定的危险因素，滑起来“平衡”特别难掌握。目前国内的冰车都是以游玩者自主滑动为主，滑起来也是比较费劲的，容易使人产生疲倦感，达不到休闲娱乐的效果，目前的冰车没有采用机械的方式实现冰车的自主滑动。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种具有自动控制功能的自动滑冰车。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0006]自动滑冰车，包括座椅4、控制器33、承载平台34、第一运动关节1、第二运动关节
2、第三运动关节3，座椅4安装在承载平台34上方，控制器33安装在承载平台34上，
[0007]第一运动关节I包括:移动关节和旋转关节，移动关节包括:安装座11、光轴滑块110、光轴滑块1115、移动螺母14、光轴121、光轴1116、丝杆20、步进电机座17、第二步进电机18、第一支撑座12、第二支撑座28、第三支撑座29、第四支撑座30、第五支撑座31、第六支撑座32，步进电机座17安装在承载平台34的下面，第二步进电机18安装在步进电机座17上，移动螺母14安装在安装座11上，光轴滑块IlO和光轴滑块1115分别位于移动螺母14的两侧并固定在安装座11上，光轴121穿过光轴滑块110、两端分别安装在第一支撑座12和第四支撑座30上，光轴1116穿过光轴滑块1115、两端分别安装在第三支撑座29和第六支撑座32上，丝杆20穿过移动螺母14、第一端安装在第二支撑座28上，丝杆20第二端安装在第五支撑座31上并与第二步进电机18的输出轴连接，第一支撑座12、第二支撑座28、第三支撑座29、第四支撑座30、第五支撑座31、第六支撑座32安装在承载平台34的下面；
[0008]旋转关节包括:固定板8、第一步进电机7、滑冰板5、滑冰板支撑杆6、同步带轮123、同步带轮1125、同步带24、旋转轴26，固定板8两端分别安装一个支撑柱9，滑冰板支撑杆6第一端与滑冰板5连接，滑冰板支撑杆6第二端与旋转轴26的第一端连接，旋转轴26的第二端穿过固定板8安装有同步带轮1125，第一步进电机7安装在固定板8上，同步带轮123安装在第一步进电机7的输出轴上，同步带24套在同步带轮123和同步带轮1125上，固定板8通过两个支撑柱9安装在移动关节的安装座11下方；
[0009]第二运动关节2与第一运动关节I结构相同，第三运动关节3与第一运动关节I结构相同，第一运动关节1、第二运动关节2、第三运动关节3安装在承载平台34的下方；[0010]控制器33连接与控制第一至第三运动关节的第一步进电机和第二步进电机。
[0011]本发明还可以包括:
[0012]座椅4位于承载平台34的正中央，第一运动关节1、第二运动关节2、第三运动关节3以承载平台34的中心成120°分布在承载平台34的下方。
[0013]本发明的有益效果:
[0014](I)采用机械运动的方式，突破了传统冰车需要人工滑动才能实现运动的不足，实现了自动控制；
[0015](2)自动滑冰车作为一种冰面运动机器人，也可搭载其它实验平台，运用于极地勘探、冰面搜救、雪地探测、景区监控等诸多领域，具有广阔的应用前景；
[0016](3)特有的运动模式实现了在光滑表面移动时滑移很小，具有良好的运动稳定性和可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明的三维结构示意图；
[0018]图2是本发明的运动关节不意图；
[0019]图3是本发明的旋转关节的结构示意图；
[0020]图4是本发明的移动关节结构不意图；
[0021]图5是本发明的运动关节在移动平台上的分布示意图；
[0022]图6是本发明的直线运动原理图；
[0023]图7是本发明的绕几何中心旋转的原理图；
[0024]图8是本发明的绕某个滑冰板旋转的运动原理图。
【具体实施方式】
[0025]下面根据附图1?附图8对本发明进行详细说明。
[0026]自动滑冰车主要由移动平台、座椅、控制系统组成，移动平台主要由三个相同的运动关节组成。座椅通过螺栓连接安装在移动平台正中央，三个运动关节成120°，加上垫片通过螺栓安装在移动平台径向位置上，安装的时候与移动平台边沿齐平。
[0027]自动滑冰车的运动关节，其特征在于:该关节由滑冰板、滑冰板支撑杆、旋转轴、轴套、步进电机、固定板、同步带轮、同步带、支撑柱、丝杠、光轴、移动螺母、光轴滑块、安装座、支撑座、联轴器组成。滑冰板通过螺栓与滑冰板支撑杆连接，连接点在滑冰板的中心上，滑冰板支撑杆的另一端与旋转轴一端通过螺栓连到一起，旋转轴加上轴承套在轴套里，轴承与轴套为过盈配合，轴承与轴为间隙配合，轴套通过螺栓安装在固定板几何中心位置上，步进电机通过螺栓安装在固定板纵向四分之一位置上，一个同步带轮通过过盈配合安装在旋转轴的另一端，另一个同步带轮通过过盈配合安装在步进电机的输出轴上，同步带装在两个同步带轮上，两个支撑柱通过螺栓安装在固定板横向的边沿处，旋转关节通过支撑柱加上螺栓安装在安装座的正下方，移动螺母通过螺栓安装在安装座侧壁的几何中心处，光轴滑块左右对称的分布在移动螺母的两侧，光轴滑块通过螺母固定在安装座上，丝杠、光轴安装在支撑座上，通过内六角螺钉固定在支撑座上，移动螺母安装在丝杠上，光轴滑块与光轴通过间隙配合安装在一起，步进电机座通过螺栓安装在承载平台上，移动关节的步进电机通过螺栓安装在电机座上，移动关节的步进电机的输出轴与丝杠的一端通过联轴器连在一起。
[0028]如图一所示:自动滑冰车由第一运动关节1、第二运动关节2、第三运动关节3、座椅4、控制器33组成。座椅4安装在承载平台34的正中央，第一运动关节1、第二运动关节
2、第三运动关节3通过螺栓成120°固定在承载平台34相应的位置上，控制器33固定在承载平台34相应的位置上。
[0029]如图二所示:运动关节由旋转关节和移动关节组成。旋转关节如图三所示，由固定板8、第一步进电机7、轴套22组成、同步带轮23、同步带24、同步带轮25、旋转轴26组成，步进电机I和轴套22通过螺栓固定在固定板8相应位置上，同步带轮23通过过盈配合安装在第一步进电机7的输出轴上，同步带轮25通过过盈配合装在旋转轴的一端，同步带24安装在两个同步带轮上，滑冰板支撑杆6 —端固定在旋转轴的另一端，滑冰板支撑杆6的另一端与滑冰板5固连在一起，连接点在滑冰板正中心。第一步进电机7的运动通过同步带带动旋转轴26作旋转运动，旋转轴26最终带动滑冰板5旋转，这就能实现滑冰板5在冰面上的旋转运动。移动关节如图四所示，由光轴滑块110、光轴滑块1115、安装座11、移动螺母14、光轴1116、步进电机座17、第二步进电机18、联轴器19、光轴121、丝杠20组成，步进电机座17固定在承载平台34上，第二步进电机18安装在电机座17上，第二步进电机18的输出轴通过联轴器19与丝杠20的一端连接，移动螺母14套在丝杠20上，光轴滑块套在光轴上，丝杠20、光轴121、光轴1116安装在支撑座上，支撑座1、2、3、4、5、6通过螺栓加上垫片13安装在承载平台34上，移动螺母14、光轴滑块110、光轴滑块1115通过螺栓固定在安装座11上，旋转关节通过支撑柱19和支撑柱1127用螺栓连接到安装座11上。第二步进电机18旋转的时候带动丝杠20作旋转运动，丝杠20将旋转运动转化为直线运动，这就实现了滑冰板5的直线移动。
[0030]控制器33连接与控制第一至第三运动关节的第一步进电机和第二步进电机。
[0031]该发明实施例有两个运动相:直线运动相和旋转运动相，旋转运动分为绕冰车几何中心的旋转和绕某一个滑冰板旋转。
[0032]具体工作过程如下:直线运动原理如图6所示，直线运动模式包括四个阶段的运动:步骤一，是前面的两个滑冰板，图6中滑冰板2和3旋转Λ Θ 2和Λ Θ 3。步骤二，移动平台的步进电机18驱动移动螺母14机构，以提供所需的速度。步骤三，该机构移动Ad2和Ad3，使图a中滑冰板2和3纵向运动八巧和Ap3，移动平台中心就沿直线运动一段距离Adb。步骤四，一旦移动螺母14达到其最大行程时，图6中滑冰板2、3反向旋转使其纵轴与其中心的径向方向一致，最后三个滑冰板返回到它们的初始位置，这就实现了自动滑冰车的直线运动。
[0033]绕几何中心旋转的原理图如图7所示:步骤一，三个滑冰板在同一方向同时旋转一定角度；步骤二，所有的步进电机18带动三个滑冰板同时移动相同的距离。这种直线运动产生切向力，移动平台就围绕其中心旋转一个角度。步骤三，步进电机18—旦达到其限制，三个滑冰板就反向旋转使其纵轴与滑冰车径向方向一致；步骤四，所有的步进电机18运行使三个滑冰板返回到它们的初始位置，这就实现了自动滑冰车绕几何中心作旋转运动。
[0034]绕某一个滑冰板旋转的运动原理如图8所示:在步骤一所示装置中，图8中的滑冰板1、2各旋转一个角度。下一步，图8中移动平台I的步进电机18带动相应的滑冰板通过移动一段距离就能使平台产生旋转。第三步，图8中移动平台1、2的滑冰板旋转到径向位置，第四步移动平台的所有的步进电机18运动使滑冰板返回到初始位置，这就实现了自动滑冰车绕某一个滑冰板作旋转运动。
[0035]通过改变移动平台内部三个运动关节径向的相对运动，该滑冰车还可以在路径的任何位置停止，所有滑冰板沿移动平台中心的径向。当对上述直线运动模式和转动模式进行组合使用时，就可以实现移动平台的运动路径的规划，进而完成任意轨迹的运动。
【权利要求】
1.自动滑冰车，其特征在于:包括座椅(4)、控制器(33)、承载平台(34)、第一运动关节(I)、第二运动关节(2)、第三运动关节(3)，座椅(4)安装在承载平台(34)上方，控制器(33)安装在承载平台(34)上， 第一运动关节(I)包括:移动关节和旋转关节，移动关节包括:安装座(11)、光轴滑块I(10)、光轴滑块II (15)、移动螺母(14)、光轴I (21)、光轴II (16)、丝杆(20)、步进电机座(17)、第二步进电机(18)、第一支撑座(12)、第二支撑座(28)、第三支撑座(29)、第四支撑座(30)、第五支撑座(31)、第六支撑座(32)，步进电机座(17)安装在承载平台(34)的下面，第二步进电机(18)安装在步进电机座(17)上，移动螺母(14)安装在安装座(11)上，光轴滑块I (10)和光轴滑块II (15)分别位于移动螺母(14)的两侧并固定在安装座(11)上，光轴I (21)穿过光轴滑块I (10)、两端分别安装在第一支撑座(12)和第四支撑座(30)上，光轴II (16)穿过光轴滑块II (15)、两端分别安装在第三支撑座(29)和第六支撑座(32)上，丝杆(20)穿过移动螺母(14)、第一端安装在第二支撑座(28)上，丝杆(20)第二端安装在第五支撑座(31)上并与第二步进电机(18)的输出轴连接，第一支撑座(12)、第二支撑座(28)、第三支撑座(29)、第四支撑座(30)、第五支撑座(31)、第六支撑座(32)安装在承载平台(34)的下面； 旋转关节包括:固定板(8)、第一步进电机(7)、滑冰板(5)、滑冰板支撑杆(6)、同步带轮I (23)、同步带轮II (25)、同步带(24)、旋转轴(26)，固定板(8)两端分别安装一个支撑柱(9)，滑冰板支撑杆(6)第一端与滑冰板(5)连接，滑冰板支撑杆(6)第二端与旋转轴(26)的第一端连接，旋转轴(26)的第二端穿过固定板(8)安装有同步带轮II (25)，第一步进电机(7)安装在固定板(8)上，同步带轮I (23)安装在第一步进电机(7)的输出轴上，同步带(24)套在同步带轮I (23)和同步带轮II (25)上，固定板(8)通过两个支撑柱(9)安装在移动关节的安装座(11)下方； 第二运动关节(2)与第一运动关节(I)结构相同，第三运动关节(3)与第一运动关节(I)结构相同，第一运动关节(I)、第二运动关节(2)、第三运动关节(3)安装在承载平台(34)的下方； 控制器(33)连接与控制第一至第三运动关节的第一步进电机和第二步进电机。
2.根据权利要求1所述的自动滑冰车，其特征在于:所述的座椅(4)位于承载平台(34)的正中央，第一运动关节(I)、第二运动关节(2)、第三运动关节(3)以承载平台(34)的中心成120°分布在承载平台(34)的下方。
【文档编号】A63C5/06GK103933723SQ201410143284
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月10日 优先权日:2014年4月10日
【发明者】方策, 王洪, 乔春光, 侯佳瑜, 肖俊, 宋铁强, 张星星, 宁献良 申请人:哈尔滨工程大学