内摩擦式全向移动球形机器人的制作方法

本实用新型属于移动机器人领域，具体地说是一种内摩擦式全向移动球形机器人。

背景技术：

与传统轮式及履带式等移动机器人相比，球形机器人具有良好的密封性、平衡性、可全向移动性且便于携带，集成度高。而当前配重偏心式球形机器人由于质量增加造成越障能力弱、转弯不灵活等缺点；变结构式球形机器人机构设计复杂、球体密封性差；而内摩擦式球形机器人具有运动灵活、外形尺寸小、结构简单等优点。此外，为球形机器人搭载不同种类传感器可应用于不同领域完成不同探测任务。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种内摩擦式全向移动球形机器人。该内摩擦式全向移动球形机器人通过控制全向轮转动来实现机器人的全向移动，具有运动灵活、爬坡能力强、便于携带等优点。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型包括与地面直接接触的球壳及分别容置于该球壳内的内减振模块和驱动模块，其中球壳分为相互密封连接的两部分，所述内减振模块包括内减振支撑框、减振弹簧及支撑片，该内减振支撑框的一端通过螺柱与所述驱动模块连接，另一端安装有牛眼轮，所述螺柱上设有支撑片，该支撑片与内减振支撑框之间的螺柱上套设有减振弹簧，所述减振弹簧的两端分别与内减振支撑框和支撑片抵接，所述牛眼轮通过减振弹簧的弹力始终与所述球壳的内壁相对滚动地接触；所述驱动模块为球形机器人的动力源，包括底盘、电机、全向轮及联轴器，所述螺柱连接于底盘上，该底盘上安装有电机，所述电机的输出轴通过联轴器与全向轮相连，该全向轮通过所述减振弹簧的弹力始终与球壳的内壁抵接，所述电机驱动全向轮旋转，通过所述全向轮与球壳内壁之间的摩擦力带动球壳，进而实现所述球形机器人的全向移动。

其中：所述球壳均分为两个半球壳，两个半球壳之间密封螺纹连接；或者，每个半球壳上沿圆周方向均匀开设有多个螺纹孔a，两个半球壳上的螺纹孔a数量相同、且一一对应，每个螺纹孔a上均螺纹连接有螺栓，两个半球壳相对应的螺栓之间通过连接片相连。

所述连接片为方形，其上开设有胶囊孔。

所述内减振支撑框为方形框，所述牛眼轮固接在内减振支撑框的上连接板上，所述内减振支撑框的下连接板上开设有通孔，所述螺柱的上端由该通孔穿入内减振支撑框中，并通过螺母定位。

所述底盘包括上底盘及下底盘，该下底盘的外边缘设有电机支座，所述上底盘与电机支座固接。

所述上底盘及下底盘上对应电机的位置分别开设有胶囊孔，该胶囊孔沿径向呈放射状开设。

所述电机支座为四个，每个电机支座上均安装有电机；所述上底盘及下底盘均为不完整圆，即上底盘及下底盘外边缘对应电机支座的部分为直线段。

所述电机为四个，沿圆周方向均匀布置，每个所述电机的输出轴均通过联轴器连接一个全向轮，四个全向轮为两对正交布置。

所述联轴器包括连接轴及法兰盘，该连接轴及法兰盘上沿轴向开设有中心孔，所述连接轴上沿径向开设有与中心孔相连通的螺钉孔；所述法兰盘与全向轮固接，所述电机的输出轴由中心孔插入，并通过螺钉孔内安装的紧定螺钉固接。

所述法兰盘上沿圆周方向均布有多个与全向轮固接的螺纹孔b。

本实用新型的优点与积极效果为：

本实用新型结构简单、可靠，通过控制全向轮转动实现球形机器人的全向移动，具有体积小、质量轻、运动灵活、携带方便、爬坡能力强、便于携带等优点。

附图说明

图1为本实用新型安装完毕状态的立体结构示意图；

图2为本实用新型去掉球壳后的内部结构示意图之一；

图3为本实用新型去掉球壳后的内部结构示意图之二；

图4为本实用新型内减振模块的立体结构示意图；

图5为图4中内减振支撑框的立体结构示意图；

图6为本实用新型驱动模块中底盘的立体结构示意图；

图7为图6中上底盘的结构示意图；

图8为图6中下底盘的结构示意图；

图9为本实用新型驱动模块中电机及全向轮的分布结构示意图；

图10为本实用新型驱动模块中联轴器的结构示意图；

图11为本实用新型驱动模块中电机与全向轮安装后的结构示意图；

图12为本实用新型驱动模块中联轴器与全向轮安装后的结构示意图；

其中：1为球壳，2为连接片，3为内减振模块，301为内减振支撑框，3011为上连接板，3012为下连接板，302为减振弹簧，303为支撑片，4为驱动模块，401为底盘，4011为上底盘，4012为下底盘，4013为胶囊孔，4014为电机支座，402为电机，403为全向轮，404为联轴器，4041为连接轴，4042为法兰盘，4043为中心孔，4044为螺纹孔b，4045为螺钉孔，4046为紧定螺钉，5为螺柱，6为牛眼轮，7为螺栓。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。

如图1～3所示，本实用新型包括球壳1、内减振模块3及驱动模块4，其中球壳1为与地面直接接触部分，内减振模块3及驱动模块4分别容置于该球壳1内，球壳1分为相互密封连接的两部分；本实施例的球壳1均分为两个半球壳，两个半球壳之间密封螺纹连接；或者，如图1所示，每个半球壳上沿圆周方向均匀开设有多个(本实施例为四个)螺纹孔a，两个半球壳上的螺纹孔a数量相同、且一一对应，每个螺纹孔a上均螺纹连接有螺栓7，两个半球壳相对应的螺栓7之间通过连接片2相连。本实施例的连接片2为方形，其上开设有胶囊孔，提高实际装配时间隙冗余性。内减振模块3通过增加全向轮403与球壳1内壁之间的正压力来提高摩擦力以保证驱动力，在球形机器人运动过程中还可起到减振作用。驱动模块4为球形机器人的驱动力来源，通过螺柱5与内减振模块3固连。

如图3～5所示，内减振模块3包括内减振支撑框301、减振弹簧302及支撑片303，该内减振支撑框301的一端通过螺柱5与驱动模块4连接，另一端安装有牛眼轮6；螺柱5上设有支撑片303，该支撑片303由螺母定位；支撑片303与内减振支撑框301之间的螺柱5上套设有减振弹簧302，减振弹簧302的两端分别与内减振支撑框301和支撑片303抵接。通过螺母可调节支撑片303的位置，进而调节减振弹簧302的弹力，以增加内减振模块3与球壳1内壁之间的正压力来提高摩擦力。牛眼轮6通过减振弹簧302的弹力始终与球壳1的内壁相对滚动地接触。本实施例的内减振支撑框301为方形框，牛眼轮6固接在内减振支撑框301的上连接板3011上，实现在球壳1内壁滚动；内减振支撑框301的下连接板3012上开设有通孔3013，螺柱5的上端由该通孔3013穿入内减振支撑框301中，并通过螺母定位。当球形机器人运动受到颠簸时，驱动模块4带动螺柱5和支撑片303向上运动，减振弹簧302被压缩；当到达顶点时，减振弹簧302恢复长度，往复运动起到减振作用。

如图6～9所示，驱动模块4包括底盘401、电机402、全向轮403及联轴器404，螺柱5连接于底盘401上，该底盘401上安装有电机402，电机402的输出轴通过联轴器404与全向轮403相连，该全向轮403通过减振弹簧302的弹力始终与球壳1的内壁抵接，电机402驱动全向轮403旋转，通过全向轮403与球壳1内壁之间的摩擦力带动球壳1，进而实现球形机器人的全向移动。本实施例的底盘401包括上底盘4011及下底盘4012，螺柱5的另一端分别固接于上、下盘4011、4012的中心；下底盘4012的外边缘设有电机支座4014，上底盘4011与电机支座4014固接。本实施例的电机支座4014为四个，每个电机支座4014上均安装有电机402；上底盘4011及下底盘4012形状相同、均为不完整圆，即上底盘4011及下底盘4012外边缘对应电机支座4014的部分为直线段。本实施例的电机402为四个，沿圆周方向均匀布置，每个电机402的输出轴均通过联轴器404连接一个全向轮403，四个全向轮403为两对正交布置，呈90°均布。全向轮403具有正向主动滚动和横向被动移动的特点，通过控制全向轮403移动改变球形机器人重心从而使球形机器人移动。全向轮403的轮子选用软质橡胶材料，通过增大摩擦系数方式来增加全向轮403与球壳1内壁摩擦力，从而提高驱动力。本实施例的上底盘4011及下底盘4012上对应每个电机402的位置分别开设有胶囊孔4013，该胶囊孔4013沿径向呈放射状开设，可减轻球形机器人质量，用于固定控制板、驱动器及传感器等模块。

如图10～12所示，联轴器404包括连接轴4041及法兰盘4042，该连接轴4041及法兰盘4042上沿轴向开设有中心孔4043，连接轴4041上沿径向开设有与中心孔4043相连通的螺钉孔4045；法兰盘4042上沿圆周方向均布有多个(本实施例为四个)与全向轮403的轮毂固接的螺纹孔b4044，电机402的输出轴由中心孔4043插入，并通过螺钉孔4045内安装的紧定螺钉4046固接。

本实用新型的全向轮403及牛眼轮6均为现有技术，在此不再赘述。

本实用新型的安装如下：

首先，将电机402安装在下底盘4012的电机支座4014上，然后将联轴器404的法兰盘4042与全向轮403的轮毂连接，电机402的输出轴与联轴器404的连接轴4041连接。

然后，将牛眼轮6与内减振支撑框301的上连接板3011连接，将减振弹簧302与内减振支撑框的下连接板3012抵接，将支撑片303与减振弹簧302抵接，并通过螺柱5连接；再通过螺柱5将内减振模块3与驱动模块4连接。

再将上述连接后的内减振模块3和驱动模块4放入一个半球壳中，并将另一个半球壳与其贴合，注意均布的螺纹孔a要相对；最后，通过连接片2将两个半球壳连接在一起。