一种机器人使用的内部驱动的球形轮的制作方法

所属技术领域

本发明属于机器人驱动技术领域，尤其涉及一种机器人使用的内部驱动的球形轮。

背景技术：

目前机器人驱动领域中，驱动技术主要有气动、热驱动、微电机驱动、智能材料驱动和能量场驱动等多种驱动技术，但是仍然存在许多问题，诸如，能耗大、转向系统不灵活，想要使转向更灵活，就需要更大的投入，那么在不提高成本的情况下，设计一种转向灵活的机器人使用的内部驱动机构是非常有必要的。

本发明设计一种驱动的球形轮解决如上问题。

技术实现要素：

为解决现有技术中的上述缺陷，本发明公开一种机器人使用的内部驱动的球形轮，它是采用以下技术方案来实现的。

一种机器人使用的内部驱动的球形轮，其特征在于：它包括球环支撑、球体支撑、球体固定板、动力单元、传动机构、驱动机构、球轮、驱动机构支撑、支撑滚珠，其中球体固定板通过三个周向均匀分布的球体支撑安装在球环支撑上，球环支撑内表面成球面，球轮安装在球环支撑内，且球轮外表面和球环支撑内表面配合；传动机构安装在驱动机构上，动力单元安装在驱动机构下端；驱动机构外侧周向均匀地安装有三个驱动机构支撑，每个驱动机构支撑均安装有支撑滚珠，支撑滚珠和球轮内表面配合。

上述驱动机构包括驱动转轮、驱动球壳、万向球、外框、内框、旋转活塞、转轮凸塞、第一外框进出口、第一内框进出口、第二外框进出口、第三外框进出口、第二内框进出口、第四外框进出口、第一内框腔、第一外框腔、第二内框腔、第二外框腔、第一球进出口、第二球进出口、复位弹簧、方塞、挡环、驱动转轴腔、驱动转轮腔，其中万向球内开有驱动转轴腔和驱动转轮腔，驱动转轴腔和驱动转轮腔相通，驱动转轮安装在驱动转轮腔中，驱动转轴安装在驱动转轴腔中，驱动转轴安装在驱动转轮上；旋转凸塞安装在驱动转轮外侧，驱动转轮腔上开有一个槽，两个复位弹簧安装在槽内，方塞安装在槽内，且位于槽内方塞的一端位于复位弹簧一端，方塞另一端与驱动转轮外圆面和旋转凸塞外缘面接触配合；万向球上开有第一球进出口和第二球进出口，第一球进出口和第二球进出口一端开在万向球外表面，另一端开在驱动转轮腔上；驱动球壳安装在万向球外侧，驱动球壳和万向球之间具有腔体，该腔体中具有滚珠，挡环安装在驱动球壳边缘端；驱动球壳内球面中间位置处安装有外框和内框，外框与内框与万向球表面接触，内框滑动安装在外框内部，内框其中一个框上开有第一内框进出口，另一框上开有第二内框进出口，外框、内框、万向球表面和驱动球壳内表面之间形成第一外框腔和第二外框腔；旋转活塞安装在万向球顶端，且位于内框内，旋转活塞、内框、万向球表面和驱动球壳内表面之间形成第一内框腔和第二内框腔；外框四个角上分别开有第一外框进出口、第二外框进出口、第三外框进出口和第四外框进出口，且第一内框进出口通过软管从第二外框腔内与第二外框进出口连接；第二内框进出口通过软管从第一外框腔内与第三外框进出口连接。

上述传动机构包括驱动转轴、锥齿面、锥齿、摩擦轮转轴、摩擦轮、摩擦宽轮、锥齿转轴、传动支撑，其中驱动转轴末端开有锥齿面，两个传动支撑对称的安装在万向球上，两个传动支撑上下依次安装有摩擦轮转轴和锥齿转轴，且摩擦轮转轴位于锥齿转轴上侧，锥齿转轴上安装有锥齿和摩擦宽轮，锥齿和锥齿面啮合，摩擦轮转轴上安装有摩擦轮，摩擦轮与摩擦宽轮和球轮内端面配合。

上述动力单元包括电机、液压泵、电池、电机支撑，其中电机通过周向均匀分布的三个电机支撑安装在驱动球壳下侧，环形的电池安装在电机上侧，液压泵安装在电池内环面内，液压泵外圆面和电池内环面配合。第一球进出口与第二球进出口组成一组，且通过液压软管与液压泵连接；第一外框进出口与第四外框进出口组成一组且通过液压软管与液压泵连接；第二外框进出口与第三外框进出口组成一组且通过液压软管与液压泵连接，液压泵通过控制调节每组的进出口的液体进出方向。

作为本技术的进一步改进，上述球环支撑内部具有滚珠，球轮通过滚珠与球环支撑配合。

作为本技术的进一步改进，上述球环支撑和球轮之间接触配合，并涂抹润滑油。

作为本技术的进一步改进，上述挡环与万向球之间的间距小于驱动球壳和万向球之间的滚珠直径。

作为本技术的进一步改进，上述电池通过无线充电设备进行充电。电池处于

球轮内部，球轮又在旋转，所以需要对电池充电，可以拆开球轮更换电池，或者通过无线充电设备对电池充电。

相对于传统的机器人驱动技术，本发明中球轮的驱动机构、传动机构和动力单元的重心在球轮的球心之下，依靠重力驱动机构、动力单元和传动机构处于直立状态。万向球内开有驱动转轴腔和驱动转轮腔，驱动转轴腔和驱动转轮腔相通，驱动转轮安装在驱动转轮腔中，驱动转轴安装在驱动转轴腔中；旋转凸塞安装在驱动转轮外侧，驱动转轮腔上开有一个槽，两个复位弹簧安装在槽内，方塞安装在复位弹簧和驱动转轮之间第一球进出口和第二球进出口通过液压软管与液压泵连接，这样设计的作用是，液压泵通过液压软管把高压液体经第一球进出口泵入驱动转轮腔，带动驱动转轮转动，当旋转凸塞碰到方塞时，方塞压迫复位弹簧，方塞进入槽中，使得旋转凸塞能够顺利在方塞处旋转过去。而后复位弹簧使方塞弹出，过程中旋转凸塞与方塞之间空间发生变化，挤压高压液体从第二球进出口流出，从而实现了驱动转轴的转动；驱动转轴末端开有锥齿面，两个传动支撑上安装有摩擦轮转轴和锥齿转轴，且摩擦轮转轴位于锥齿转轴上侧，锥齿转轴上安装有锥齿和摩擦宽轮，锥齿和锥齿面啮合，摩擦轮转轴上安装有摩擦轮，摩擦轮与摩擦宽轮和球轮内端面啮合，驱动转轴提供的动力经传动结构的传动后把动力传递到球轮上，使得球轮旋转，用于行走；驱动球壳下端安装有外框和内框，内框安装在外框内部，且位于外框中间部位，内框上开有第一内框进出口和第二内框进出口，外框和内框之间有两个腔，分别是第一外框腔和第二外框腔；旋转活塞安装在万向球下端，且位于内框内，并把内框分为第一内框腔和第二内框腔，这样设计的作用是：液压泵通过控制第一外框进出口和第二外框进出口内高压液体的进出，控制内框在外框内的移动；第一内框进出口通过软管从第二外框腔内与第二外框进出口连接，第二内框进出口通过软管从第一外框腔内与第三外框进出口连接，液压泵通过控制经第二外框进出口和第三外框进出口的高压液体的进出，来控制旋转活塞在内框内的移动，旋转活塞相对于内框直线运动，内框相对外框直线运动，这样就使得旋转活塞可以做任何方向的转动，也使与旋转活塞连接的万向球可以向任何角度转动，万向球在转动时带动万向球内的驱动转轴一起转动，驱动传动机构中的摩擦轮带动球轮转动；驱动机构支撑和支撑滚珠安装在一起，驱动机构支撑安装在驱动球壳上，支撑滚珠和球轮接触，驱动结构通过驱动机构支撑和支撑滚珠安装在球轮上，驱动机构支撑和支撑滚珠起支撑作用。

使用本发明所述设备时，动力单元中的电机开始工作，带动液压泵开始工作，液压泵将高压液体通过液压软管泵入第一球进出口，高压液体通过第一球进出口进入驱动转轮腔，带动驱动转轮转动，驱动转轮带动驱动转轴转动，又带动与驱动转轴锥齿面相啮合的锥齿转动，锥齿带动锥齿转轴转动，带动安装在锥齿转轴上的摩擦宽轮转动，摩擦宽轮带动摩擦轮转动，摩擦轮带动球轮开始运动；转轮凸塞安装在驱动转轮上，随着驱动转轮的转动，转轮凸塞和方塞接触，方塞压迫复位弹簧，方塞进入腔内，使得旋转凸塞能够顺利在方塞处旋转过去。转轮凸塞转过方塞后，方塞在复位弹簧的作用下弹出，过程中旋转凸塞与方塞之间空间发生变化，挤压高压液体从第二球进出口流出，经液压软管又流回液压泵。液压泵通过控制第一外框进出口和第四外框进出口内高压液体的流出控制内框在外框内的移动，液压泵通过控制与第一内框进出口和第二内框进出口连接的第二外框进出口和第三外框进出口内高压液体的进出来控制旋转活塞在内框内的移动，旋转活塞相对于内框直线运动，内框相对外框直线运动，这样就使得旋转活塞可以做任何方向的转动，也使与旋转活塞连接的万向球可以向任何角度转动，万向球在转动时带动万向球内的驱动转轴一起转动，驱动传动机构中的摩擦轮带动球轮转动。

附图说明

图1是整体部件分布透视图。

图2是整体部件分布剖视图。

图3是球环支撑结构示意图。

图4是内部结构示意图。

图5是内部结构透视图。

图6是驱动机构支撑结构示意图。

图7是驱动机构透视图。

图8是驱动机构剖视图图。

图9是驱动球壳框结构示意图。

图10是万向球框机构示意图。

图11是驱动转轮透视图。

图12是转轮凸塞结构示意图。

图13是万向球内部腔结构示意图。

图14是驱动转轴连接示意图。

图中标号名称：1、球环支撑，2、球体支撑，3、球体固定板，4、动力单元，5、传动机构，6、驱动机构，7、球轮，8、驱动机构支撑，9、支撑滚珠，10、驱动转轴，11、锥齿面，12、传动支撑，13、锥齿，14、摩擦轮转轴，15、摩擦轮，16、摩擦宽轮，17、锥齿转轴，18、挡环，19、电机，20、电机支撑，21、液压泵，22、电池，24、驱动转轮，25、驱动球壳，26、万向球，27、外框，28、内框，29、旋转活塞，30、转轮凸塞，31、第一外框进出口，32、第一内框进出口，33、第二外框进出口，34、第三外框进出口，35、第二内框进出口，36、第四外框进出口，37、复位弹簧，38、方塞，39、第一内框腔，40、第一外框腔，41、第二内框腔，42、第二外框腔，43、第一球进出口，44、第二球进出口，45、驱动转轴腔，46、驱动转轮腔。

具体实施方式

如图1、2所示，它包括球环支撑1、球体支撑2、球体固定板3、动力单元4、传动机构5、驱动机构6、球轮7、驱动机构支撑8、支撑滚珠9，其中如图3所示，球体固定板3通过三个周向均匀分布的球体支撑2安装在球环支撑1上，球环支撑1内表面成球面，球轮7安装在球环支撑1内，且球轮7外表面和球环支撑1内表面配合；传动机构5安装在驱动机构6上，动力单元4安装在驱动机构6下端；如图4所示，驱动机构6外侧周向均匀地安装有三个驱动机构支撑8，每个驱动机构支撑8均安装有支撑滚珠9，支撑滚珠9和球轮7内表面配合。

如图7、8所示，上述驱动机构6包括驱动转轮24、驱动球壳25、万向球26、外框27、内框26、旋转活塞29、转轮凸塞30、第一外框进出口31、第一内框进出口32、第二外框进出口33、第三外框进出口34、第二内框进出口35、第四外框进出口36、第一内框腔39、第一外框腔40、第二内框腔41、第二外框腔42、第一球进出口43、第二球进出口44、复位弹簧37、方塞38、挡环18、驱动转轴腔45、驱动转轮腔46，其中如图13所示，万向球26内开有驱动转轴腔45和驱动转轮腔46，驱动转轴腔45和驱动转轮腔46相通，如图11所示，驱动转轮24安装在驱动转轮腔46中，驱动转轴10安装在驱动转轴腔45中，如图14所示，驱动转轴10安装在驱动转轮24上；旋转凸塞安装在驱动转轮24外侧，如图7、8所示，驱动转轮腔46上开有一个槽，两个复位弹簧37安装在槽内，方塞38安装在槽内，且位于槽内方塞38的一端位于复位弹簧37一端，如图7所示，方塞38另一端与驱动转轮24外圆面和旋转凸塞外缘面接触配合；如图12所示，万向球26上开有第一球进出口43和第二球进出口44，第一球进出口43和第二球进出口44一端开在万向球26外表面，另一端开在驱动转轮腔46上；如图4、8所示，驱动球壳25安装在万向球26外侧，驱动球壳25和万向球26之间具有腔体，该腔体中具有滚珠，挡环18安装在驱动球壳25边缘端；如图9、10所示，驱动球壳25内球面中间位置处安装有外框27和内框26，外框27与内框26与万向球26表面接触，内框26滑动安装在外框27内部，如图7、10所示，内框26其中一个框上开有第一内框进出口32，另一框上开有第二内框进出口35，外框27、内框26、万向球26表面和驱动球壳25内表面之间形成第一外框腔40和第二外框腔42；旋转活塞29安装在万向球26顶端，且位于内框26内，旋转活塞29、内框26、万向球26表面和驱动球壳25内表面之间形成第一内框腔39和第二内框腔41；外框27四个角上分别开有第一外框进出口31、第二外框进出口33、第三外框进出口34和第四外框进出口36，且第一内框进出口32通过软管从第二外框腔42内与第二外框进出口33连接；第二内框进出口35通过软管从第一外框腔40内与第三外框进出口34连接。

如图4、5所示，上述传动机构5包括驱动转轴10、锥齿面11、锥齿13、摩擦轮转轴14、摩擦轮15、摩擦宽轮16、锥齿转轴17、传动支撑12，其中驱动转轴10末端开有锥齿面11，两个传动支撑12对称的安装在万向球26上，两个传动支撑12上下依次安装有摩擦轮转轴14和锥齿转轴17，且摩擦轮转轴14位于锥齿转轴17上侧，锥齿转轴17上安装有锥齿13和摩擦宽轮16，锥齿13和锥齿面11啮合，摩擦轮转轴14上安装有摩擦轮15，摩擦轮15与摩擦宽轮16和球轮7内端面配合。

如图4、6所示，上述动力单元4包括电机19、液压泵21、电池22、电机支撑20，其中电机19通过周向均匀分布的三个电机支撑20安装在驱动球壳25下侧，环形的电池22安装在电机19上侧，液压泵21安装在电池22内环面内，液压泵21外圆面和电池22内环面配合。第一球进出口43与第二球进出口44组成一组，且通过液压软管与液压泵21连接；第一外框进出口31与第四外框进出口36组成一组且通过液压软管与液压泵21连接；第二外框进出口33与第三外框进出口34组成一组且通过液压软管与液压泵21连接，液压泵21通过控制调节每组的进出口的液体进出方向。

上述球环支撑内部具有滚珠，球轮通过滚珠与球环支撑配合。

上述球环支撑和球轮之间接触配合，并涂抹润滑油。

上述挡环与万向球之间的间距小于驱动球壳和万向球之间的滚珠直径。

上述电池通过无线充电设备进行充电。电池处于球轮内部，球轮又在旋转，所以需要对电池充电，可以拆开球轮更换电池，或者通过无线充电设备对电池充电。

综上所述，本发明中万向球26内开有驱动转轴腔45和驱动转轮腔46，驱动转轴腔45和驱动转轮腔46相通，驱动转轮24安装在驱动转轮腔46中，驱动转轴10安装在驱动转轴腔45中；旋转凸塞安装在驱动转轮24外侧，驱动转轮腔46上开有一个槽，两个复位弹簧37安装在槽内，方塞38安装在复位弹簧37和驱动转轮24之间第一球进出口43和第二球进出口44通过液压软管与液压泵21连接，这样设计的作用是，液压泵21通过液压软管把高压液体经第一球进出口43泵入驱动转轮腔46，带动驱动转轮24转动，当旋转凸塞碰到方塞38时，方塞38压迫复位弹簧37，方塞38进入槽中，使得旋转凸塞能够顺利在方塞38处旋转过去。而后复位弹簧37使方塞38弹出，过程中旋转凸塞与方塞38之间空间发生变化，挤压高压液体从第二球进出口44流出，从而实现了驱动转轴10的转动；驱动转轴10末端开有锥齿面11，两个传动支撑12上安装有摩擦轮转轴14和锥齿转轴17，且摩擦轮转轴14位于锥齿转轴17上侧，锥齿转轴17上安装有锥齿13和摩擦宽轮16，锥齿13和锥齿面11啮合，摩擦轮转轴14上安装有摩擦轮15，摩擦轮15与摩擦宽轮16和球轮7内端面啮合，驱动转轴10提供的动力经传动结构的传动后把动力传递到球轮7上，使得球轮7旋转，用于行走；驱动球壳25下端安装有外框27和内框26，内框26安装在外框27内部，且位于外框27中间部位，内框26上开有第一内框进出口32和第二内框进出口35，外框27和内框26之间有两个腔，分别是第一外框腔40和第二外框腔42；旋转活塞29安装在万向球26下端，且位于内框26内，并把内框26分为第一内框腔39和第二内框腔41，这样设计的作用是：液压泵21通过控制第一外框进出口31和第二外框进出口33内高压液体的进出，控制内框26在外框27内的移动；第一内框进出口32通过软管从第二外框腔42内与第二外框进出口33连接，第二内框进出口35通过软管从第一外框腔40内与第三外框进出口34连接，液压泵21通过控制经第二外框进出口33和第三外框进出口34的高压液体的进出，来控制旋转活塞29在内框26内的移动，旋转活塞29相对于内框26直线运动，内框26相对外框27直线运动，这样就使得旋转活塞29可以做任何方向的转动，也使与旋转活塞29连接的万向球26可以向任何角度转动，万向球26在转动时带动万向球26内的驱动转轴10一起转动，驱动传动机构5中的摩擦轮15带动球轮7转动；驱动机构支撑8和支撑滚珠9安装在一起，驱动机构支撑8安装在驱动球壳25上，支撑滚珠9和球轮7接触，驱动结构通过驱动机构支撑8和支撑滚珠9安装在球轮7上，驱动机构支撑8和支撑滚珠9起支撑作用。

使用本发明所述设备时，动力单元4中的电机19开始工作，带动液压泵21开始工作，液压泵21将高压液体通过液压软管泵入第一球进出口43，高压液体通过第一球进出口43进入驱动转轮腔46，带动驱动转轮24转动，驱动转轮24带动驱动转轴10转动，又带动与驱动转轴10锥齿面11相啮合的锥齿13转动，锥齿13带动锥齿转轴17转动，带动安装在锥齿转轴17上的摩擦宽轮16转动，摩擦宽轮16带动摩擦轮15转动，摩擦轮15带动球轮7开始运动；转轮凸塞30安装在驱动转轮24上，随着驱动转轮24的转动，转轮凸塞30和方塞38接触，方塞38压迫复位弹簧37，方塞38进入腔内，使得旋转凸塞能够顺利在方塞38处旋转过去。转轮凸塞30转过方塞38后，方塞38在复位弹簧37的作用下弹出，过程中旋转凸塞与方塞38之间空间发生变化，挤压高压液体从第二球进出口44流出，经液压软管又流回液压泵21。液压泵21通过控制第一外框进出口31和第四外框进出口36内高压液体的流出控制内框26在外框27内的移动，液压泵21通过控制与第一内框进出口32和第二内框进出口35连接的第二外框进出口33和第三外框进出口34内高压液体的进出来控制旋转活塞29在内框26内的移动，旋转活塞29相对于内框26直线运动，内框26相对外框27直线运动，这样就使得旋转活塞29可以做任何方向的转动，也使与旋转活塞29连接的万向球26可以向任何角度转动，万向球26在转动时带动万向球26内的驱动转轴10一起转动，驱动传动机构5中的摩擦轮15带动球轮7转动。