一种全步姿行走球形机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机电一体化领域，尤其是一种球形机器人。
【背景技术】
[0002]球形机器人是球状的移动机器人，能在泥、沙、雪甚至水中行动，也可在有毒气体泄露、辐射、生物危害环境下活动，适合危险环境探测、太空开发、消防救灾、军事活动、科学考察、家庭服务和娱乐等领域。
[0003]已知，由于球形机器人具有的外壳和运动形式的特殊性，使其与我们熟知的轮式或轨道式以及类人机器人相比较，具有能在失稳后获得最大的稳定性，可以实现全向滚动，能够更加灵活转弯等诸多优点。该平台根据驱动属性可将该平台分为两类:内驱动和外部风力驱动。虽然很多知名的科学家们普遍认为其广阔的应用前景，但是目前在该机器人的驱动原理、内部结构、尺寸大小、球壳制作等一系列方面仍然处于探索阶段，进入实用化阶段的该平台还十分有限，技术不够成熟，我国目前球形平台的研宄还处于实验研宄阶段，虽然出现了各种各样的具有不同驱动机构的球形平台，但是很少有人对其进行深入的动力学分析和研宄，制约了球形平台的运动性能分析和控制技术的发展。
[0004]目前，球形机器人普遍存在以下问题，一是部分球形机器人采用二驱动和三驱动实现的三自由度球形机器人存在运动死区，不具备避障功能；二是采用四驱动形式实现的三自由度球形机器人存在成本高，控制复杂、运动不灵活等缺点。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于提供一种控制准确、运动灵活、成本低、结构合理的全步姿行走球形机器人。
[0006]为实现上述目的，采用了以下技术方案:本发明主要包括球壳、步进电机、传动轴、球形万向轮以及全向轮组，在球壳中设有一个平台，所述平台为板体结构，在平台顶面中心垂直安装平台座，在平台底面中心垂直安装杆体结构的连接座，平台座和连接座通过六角螺栓B和六角螺母B垂直固接在平台中心的两端；在平台座上通过圆柱螺旋压缩弹簧连接一根导杆，在导杆顶端通过六角螺栓A和六角螺母A连接球形万向轮，球形万向轮与球壳内壁接触；导杆和平台座处于同一直线且与平台垂直；在连接座底端套接一个圆盘状的质量盘，在质量盘上安装有质量盘托架，质量盘与质量盘托架通过六角螺栓C和六角螺母C固接在一起后再用开槽紧定螺钉紧固在连接座上；在平台的边缘对称开设4个豁口，在平台底面对应每个豁口两侧安装两个对称的轴承座，在轴承座之间安装传动轴，在传动轴上安装全向轮组，平台上的全向轮组与球壳内壁接触，所述每根传动轴与一组传动机构相连。
[0007]所述每组传动机构包括步进电机、步进电机架、同步带轮、同步齿形带、传动轴以及全向轮组，步进电机架安装在平台底面，在电机架上固定步进电机，步进电机输出轴上直接安装电机同步带轮，电机同步带轮用紧定螺钉紧定在电机的输出轴上，在传动轴上安装传动轴同步带轮，电机同步带轮与传动轴同步带轮通过同步齿形带连接；所述四组传动机构呈四角对称安装在平台底面，相互对称的两个步进电机保持同步且同轴向，4个步进电机均与单片机连接，单片机安装在平台上，单片机信号输入端与遥控器无线连接。
[0008]在所述导杆上安装红外线感应器，该红外线感应器与单片机输入端口连接。
[0009]所述平台为正八边形或圆形板体结构，其表面4个豁口四等分对称。
[0010]在每根传动轴上安装I组全向轮组，每组全向轮组由2个全向轮组成。
[0011]工作过程如下:
[0012]通过单片机的程序对4个步进电机进行控制，可遥控控制电机转速的输出，通过步进电机带动同步带传动，使传动轴上的全向轮组转动，完成对全向轮组的控制，使全向轮组具有指定速度，利用全向轮组与球壳的摩擦力作用，推动机器人行走，使机器人在X、y方向具有不同速度，利用速度合成，实现任意轨迹的运动，即全步姿的行走方式。在行走过程中，通过红外线感应器感测前方路况，通过红外线感应信号，驱动单片机使电机产生相应的速度信号，速度合成后使球形机器人绕过障碍物，实现对障碍的躲避。该机器人的内部采用质量盘来保持重心的稳定，上方采用球形万向轮和弹簧顶柱的结构，使全向轮与球壳能保持时刻紧压状态，也有保持运动平衡的作用。
[0013]与现有技术相比，本发明具有如下优点:该机器人运转灵活无死点、可远程控制，具备自动避障功能，可广泛应用于地质勘测、家庭服务、医疗卫生等诸多领域。
【附图说明】
[0014]图1为本发明的主视图。
[0015]图2为图1中A-A剖视图。
[0016]图3为图2中B-B剖视图。
[0017]附图标号:1 一球形万向轮、2—六角螺检A、3—六角螺母A、4一导杆、5—圆柱螺旋压缩弹費、6—红外线感应器、7—平台座、8—六角螺检B、9一六角螺母B、10一平台、11一全向轮组A、12一质量盘、13—轴承座A、14一步进电机A、15一六角螺检C、16一六角螺母C、17—开槽锥端紧定螺钉、18—质量盘托架、19 一连接座、20—电机端同步带轮、21—传动轴上同步带轮、22—传动轴、23—轴承座B、24—全向轮组B、25—单片机、26—球壳、27—全向轮组C、28—全向轮组D、29—同步齿形带、30—过渡节、31—深沟球轴承A、32—紧定螺钉A、33 —内八角螺检、34—紧定螺钉B、35—株沟球轴承B、36—步进电机C、37—步进电机B、38一步进电机D。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明做进一步说明:
[0019]如图1、2所示，本发明主要包括球壳、步进电机、传动轴、球形万向轮以及全向轮组，在球壳26中设有一个平台10，所述平台为板体结构，在平台顶面中心垂直安装平台座7，在平台底面中心垂直安装杆体结构的连接座19，平台座和连接座通过六角螺栓B8和六角螺母B9垂直固接在平台中心的两端；在平台座上通过圆柱螺旋压缩弹簧5连接一根导杆4，在导杆顶端通过六角螺栓A2和六角螺母A3连接球形万向轮I，球形万向轮与球壳内壁接触；导杆和平台座处于同一直线且与平台垂直；在连接座底端套接一个圆盘状的质量盘12，在质量盘上安装有质量盘托架18，质量盘与质量盘托架通过六角螺栓C15和六角螺母C16固接在一起后再用开槽紧定螺钉17紧