專利名稱：雙滾輪式機(jī)器人行走裝置的制作方法
所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種機(jī)器人的行走驅(qū)動裝置，確切地說，涉及一種雙滾輪式機(jī)器人行走裝置，屬于非電變量的控制或調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的陸地、水上的運(yùn)載工具(機(jī)器人)的二維行走的控制裝置技術(shù)領(lǐng)域。
最近國外出現(xiàn)了一種兩輪電動車，如

圖1所示，人站在該車上，可以前后開動，并可以靈活地轉(zhuǎn)向拐彎。這種車占地面積小，運(yùn)動靈活，有希望部分取代自行車，成為道路上或建筑物內(nèi)部的交通工具。但是這種車的重心位于輪子的上面一段距離，類似一個倒立擺，人與車之間構(gòu)成不穩(wěn)定的平衡結(jié)構(gòu)，因此控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，價格較高；且很難實(shí)現(xiàn)人力驅(qū)動。
參見圖2所示的申請人在2001年5月申請的發(fā)明專利《球形機(jī)器人的全方位行走機(jī)構(gòu)》(申請?zhí)?1118289.X)，該球形機(jī)器人的全方位行走機(jī)構(gòu)由球形殼體和位于該球形殼體內(nèi)的行走機(jī)構(gòu)所組成，該球形機(jī)器人的行走移動是依靠球內(nèi)的兩個兼作配重的電機(jī)，驅(qū)動球內(nèi)的齒輪傳動系轉(zhuǎn)動以及其他物體的運(yùn)動，改變球體的質(zhì)心位置，并通過質(zhì)心的位移變化產(chǎn)生前后、左右移動的驅(qū)動力矩，從而帶動球滾動。由于其質(zhì)心可以沿球體的經(jīng)度和緯度兩個方向調(diào)節(jié)，所以該球形機(jī)器人可以沿任意方向滾動。該發(fā)明是球形機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)中較有特色和較有前途的一種方案。但是，該球形機(jī)器人的封閉外殼，會妨礙球內(nèi)駕駛?cè)藛T的視線；而且，球體的制造對設(shè)備、技術(shù)和工藝的要求都比較高，使得其成本比較昂貴，限制了該發(fā)明專利申請的推廣應(yīng)用。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種雙滾輪式機(jī)器人行走裝置，包括有分別位于該機(jī)器人左右兩側(cè)的兩個滾輪，分別為兩個滾輪提供驅(qū)動力矩的兩個電機(jī)，以及傳動裝置；其特征在于該機(jī)器人的質(zhì)心位于該兩個滾輪的軸心連線的下方，使該機(jī)器人具有穩(wěn)定性。
所述的分別為兩個滾輪提供驅(qū)動力矩的兩個電機(jī)分別設(shè)置在機(jī)器人的廂體底部的左右兩側(cè)。
所述的兩個滾輪分別通過輻條與其軸承固聯(lián)成一體，該兩個軸承分別承載在各自的轉(zhuǎn)軸上，可以自由轉(zhuǎn)動；該兩個轉(zhuǎn)軸分別固裝在機(jī)器人的廂體的左右兩側(cè)，并與廂體固聯(lián)成一體。
所述的傳動裝置包括有兩個大齒輪分別與所述的兩個軸承同軸并固定聯(lián)接，從而分別與其滾輪固聯(lián)成一體；兩個小齒輪分別固裝在兩個電機(jī)的輸出軸上，兩個小齒輪各自分別與一個大齒輪相嚙合而構(gòu)成傳動鏈。
所述的相互嚙合的大小齒輪傳動鏈可用鏈輪傳動鏈或皮帶傳動鏈替代之。
所述的為兩個滾輪分別提供驅(qū)動力矩的兩個電機(jī)分別固定設(shè)置在機(jī)器人的廂體左右兩側(cè)的側(cè)壁上，該兩個電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)、或減速電機(jī)、或力矩電機(jī)；此時，需在機(jī)器人的廂體底座上設(shè)置配重。
所述的兩個滾輪分別通過輻條與其轉(zhuǎn)軸固聯(lián)成一體，該兩個轉(zhuǎn)軸分別藉助傳動機(jī)構(gòu)-聯(lián)軸節(jié)-與兩個電機(jī)的輸出軸聯(lián)成一體，與電機(jī)一起構(gòu)成驅(qū)動裝置。
所述的兩個電機(jī)也可分別設(shè)置在廂體中部的左右兩側(cè)，采用減速電機(jī)直接與滾輪軸固連，驅(qū)動滾輪轉(zhuǎn)動。
本發(fā)明是一種依靠兩個滾輪行走的機(jī)器人行走裝置，是將申請人的《球形機(jī)器人的全方位行走裝置》的行走機(jī)構(gòu)與圖1所示位于該機(jī)器人左右兩側(cè)的兩個滾輪相結(jié)合，且該兩個滾輪的直徑相對中間的機(jī)器人要大得多。該機(jī)器人的驅(qū)動使用電機(jī)作為動力源，通過減速裝置驅(qū)動兩個滾輪轉(zhuǎn)動，使該機(jī)器人前進(jìn)、后退或左右轉(zhuǎn)彎。其最大特點(diǎn)是該裝置的質(zhì)心位于兩個行走滾輪中心線的下面，可以使機(jī)器人在運(yùn)動或靜止時都處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)，使得運(yùn)動平穩(wěn)、越野性好。由于兩個行走滾輪的直徑較大，遇到路面起伏時，其顛簸情況要好；對于路面起伏較小時，其前進(jìn)速度基本不受影響。另外，依靠該兩個滾輪差動轉(zhuǎn)向，具有轉(zhuǎn)彎半徑小、轉(zhuǎn)向靈活的優(yōu)點(diǎn)，甚至可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎半徑為零的原地旋轉(zhuǎn)180°進(jìn)行掉頭。與球形機(jī)器人相比較，因?yàn)楸景l(fā)明沒有球形機(jī)器人的封閉外殼，不會妨礙人的視線；因此，人在其上操作時的視野要開闊得多，有助于安全駕駛。本發(fā)明可以應(yīng)用于游樂場所或特種機(jī)器人、水上機(jī)器人等許多場合。
目前本發(fā)明存在的主要問題是其制動性能欠佳，不能夠迅速制動，因此其運(yùn)動速度不宜設(shè)計得過高。但是因?yàn)樗脑揭靶阅芎茫\(yùn)動平穩(wěn)，轉(zhuǎn)向靈活，視野開闊，因此應(yīng)用于一些特殊場合，具有一定的優(yōu)勢。
圖2是發(fā)明專利申請《球形機(jī)器人的全方位行走機(jī)構(gòu)》的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明雙輪式機(jī)器人行走裝置的工作原理示意圖。
圖4是本發(fā)明雙輪式機(jī)器人行走裝置的一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本發(fā)明雙輪式機(jī)器人行走裝置的另一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是本發(fā)明雙輪式機(jī)器人行走裝置的性能樣機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
參見圖3所示的本發(fā)明的工作原理示意圖，本發(fā)明是一種雙滾輪式機(jī)器人行走裝置，包括有分別位于該機(jī)器人左右兩側(cè)的兩個滾輪1、2，分別為兩個滾輪提供驅(qū)動力矩的兩個電機(jī)(圖中未示)和傳動裝置(圖中未示)；其最大特征是該機(jī)器人的質(zhì)心位于該兩個滾輪1、2的軸心連線的下方，使該機(jī)器人具有穩(wěn)定性。
下面結(jié)合本發(fā)明的一個實(shí)施例具體說明其結(jié)構(gòu)，參見圖4，分別位于該機(jī)器人廂體15左右兩側(cè)的滾輪1、2分別通過輻條與其軸承3、4固聯(lián)成一體，該兩個軸承3、4分別承載在各自的轉(zhuǎn)軸5、6上，可以自由轉(zhuǎn)動。兩個轉(zhuǎn)軸5、6則分別固定設(shè)置在機(jī)器人廂體15左右兩側(cè)外壁上，并與廂體15固聯(lián)成一體。兩個大齒輪7、8分別與軸承3、4同軸并固定聯(lián)接，從而分別與其滾輪固連成一體。兩個大齒輪7、8各自分別與一個小齒輪9、10相嚙合。兩個小齒輪9、10分別固裝在兩個電機(jī)13、14的輸出軸11、12上，分別藉助各自的電機(jī)13、14的驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，使得兩個小齒輪9、10轉(zhuǎn)動，再分別帶動與其嚙合的大齒輪7、8和軸承3、4轉(zhuǎn)動，最后驅(qū)動兩個滾輪1、2轉(zhuǎn)動。
為兩個滾輪1、2分別提供驅(qū)動力矩的兩個電機(jī)13、14設(shè)置在廂體1 5底部的左右兩側(cè)，該兩個滾輪1、2的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速取決于各自的驅(qū)動電機(jī)13、14的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。廂體15底部還可以根據(jù)需要設(shè)置配重16，以便使得該行走裝置的綜合質(zhì)心位于滾輪1、2的軸心連線的下方，同時也使廂體15呈豎直下垂方向；除了在加速或減速運(yùn)動時，廂體15會發(fā)生前后擺動外，在勻速前進(jìn)或后退時，廂體15都能基本保持其豎直方向不變或僅有輕微的擺動。當(dāng)兩個電機(jī)13、14同速、同向轉(zhuǎn)動而分別帶動左右兩側(cè)的滾輪1、2轉(zhuǎn)動時，機(jī)器人沿直線前進(jìn)或后退。當(dāng)兩個電機(jī)13、14同速、反向轉(zhuǎn)動而分別帶動左右兩側(cè)的滾輪1、2轉(zhuǎn)動時，機(jī)器人就在原地旋轉(zhuǎn)，且旋轉(zhuǎn)的半徑為零。當(dāng)兩個滾輪1、2的轉(zhuǎn)速不同時，機(jī)器人將邊前進(jìn)邊轉(zhuǎn)彎，或者是邊后退邊轉(zhuǎn)彎。依據(jù)兩個電機(jī)13、14的轉(zhuǎn)速快慢差異不同，其轉(zhuǎn)彎半徑可以為任意值。上述的相互嚙合的大小齒輪傳動鏈也可用鏈輪傳動鏈或皮帶傳動鏈替代之。
參見圖5所示的本發(fā)明另一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其與圖4的主要區(qū)別在于為兩個滾輪1、2分別提供驅(qū)動力矩的兩個電機(jī)13、14分別通過其法蘭直接固定設(shè)置在機(jī)器人廂體15靠近中部的左右兩側(cè)的側(cè)壁上，該兩個電機(jī)13、14為步進(jìn)電機(jī)、或減速電機(jī)、或力矩電機(jī)；此時，需在機(jī)器人廂體15的底座上設(shè)置配重16，以便使它與廂體、電機(jī)等部件一起構(gòu)成的整個裝置的綜合質(zhì)心仍然位于滾輪1、2的軸心連線的下方。其與圖4的另一區(qū)別是兩個滾輪1、2分別通過輻條直接與其轉(zhuǎn)軸固聯(lián)成一體，不再設(shè)置軸承，且該兩個轉(zhuǎn)軸分別藉助傳動機(jī)構(gòu)-聯(lián)軸節(jié)-與兩個電機(jī)13、14的輸出軸聯(lián)成一體，與電機(jī)一起構(gòu)成驅(qū)動裝置。當(dāng)然，也可以將該兩個電機(jī)13、14的輸出軸直接作為滾輪1、2的轉(zhuǎn)軸，省略聯(lián)軸節(jié)。其直行前進(jìn)、后退與轉(zhuǎn)彎的原理都與圖4的裝置相同，不再贅述。
本發(fā)明已經(jīng)完成性能樣機(jī)的研制和試驗(yàn)，其運(yùn)動性能完全達(dá)到設(shè)計要求，實(shí)現(xiàn)了發(fā)明目的。該性能樣機(jī)如圖6所示，基本結(jié)構(gòu)與圖4相同。用于承載兩個滾輪1、2軸承的轉(zhuǎn)軸和廂體15、兩個驅(qū)動電機(jī)13、14等部件固聯(lián)在一起，使該裝置的質(zhì)心位于兩個滾輪的軸心連線的下方。兩個驅(qū)動電機(jī)13、14的輸出軸通過相互嚙合的齒輪9、7和10、8帶動兩個滾輪1、2轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動。目前其運(yùn)動控制是依靠無線遙控(圖中未示)實(shí)現(xiàn)的，以后可以由廂體15上的人工控制或事先編排好程序，控制其運(yùn)動。
權(quán)利要求
1.一種雙滾輪式機(jī)器人行走裝置，包括有分別位于該機(jī)器人左右兩側(cè)的兩個滾輪，分別為兩個滾輪提供驅(qū)動力矩的兩個電機(jī)，以及傳動裝置；其特征在于該機(jī)器人的質(zhì)心位于該兩個滾輪的軸心連線的下方，使該機(jī)器人具有穩(wěn)定性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙滾輪式機(jī)器人行走裝置，其特征在于所述的分別為兩個滾輪提供驅(qū)動力矩的兩個電機(jī)分別設(shè)置在機(jī)器人的廂體底部的左右兩側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙滾輪式機(jī)器人行走裝置，其特征在于所述的兩個滾輪分別通過輻條與其軸承固聯(lián)成一體，該兩個軸承分別承載在各自的轉(zhuǎn)軸上，可以自由轉(zhuǎn)動；該兩個轉(zhuǎn)軸分別固裝在機(jī)器人的廂體的左右兩側(cè)，并與廂體固聯(lián)成一體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙滾輪式機(jī)器人行走裝置，其特征在于所述的傳動裝置包括有兩個大齒輪分別與所述的兩個軸承同軸并固定聯(lián)接，從而分別與其滾輪固連成一體；兩個小齒輪分別固裝在兩個電機(jī)的輸出軸上，兩個小齒輪各自分別與一個大齒輪相嚙合而構(gòu)成傳動鏈。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙滾輪式機(jī)器人行走裝置，其特征在于所述的相互嚙合的大小齒輪傳動鏈可以用鏈輪傳動鏈或皮帶傳動鏈替代之。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙滾輪式機(jī)器人行走裝置，其特征在于所述的為兩個滾輪分別提供驅(qū)動力矩的兩個電機(jī)分別固定設(shè)置在機(jī)器人的廂體左右兩側(cè)的側(cè)壁上，該兩個電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)、或減速電機(jī)、或力矩電機(jī)；此時，需在機(jī)器人的廂體底座上設(shè)置配重。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的雙滾輪式機(jī)器人行走裝置，其特征在于所述的兩個滾輪分別通過輻條與其轉(zhuǎn)軸固聯(lián)成一體，該兩個轉(zhuǎn)軸分別藉助傳動機(jī)構(gòu)-聯(lián)軸節(jié)-與兩個電機(jī)的輸出軸聯(lián)成一體，與電機(jī)一起構(gòu)成驅(qū)動裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙滾輪式機(jī)器人行走裝置，其特征在于所述的兩個電機(jī)也可以采用減速電機(jī)，分別設(shè)置在廂體中部的左右兩側(cè)，直接與滾輪軸固連，驅(qū)動滾輪轉(zhuǎn)動。
全文摘要
一種雙滾輪式機(jī)器人行走裝置，包括有分別位于該機(jī)器人左右兩側(cè)的兩個滾輪，分別為兩個滾輪提供驅(qū)動力矩的兩個電機(jī)，以及傳動裝置；其特征在于該機(jī)器人的質(zhì)心位于該兩個滾輪的軸心連線的下方，使該機(jī)器人具有穩(wěn)定性。該機(jī)器人行走裝置使用電機(jī)驅(qū)動兩個滾輪轉(zhuǎn)動，使該機(jī)器人前進(jìn)、后退或左右轉(zhuǎn)彎，使機(jī)器人在運(yùn)動或靜止時都處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)，越野性好。由于兩個行走滾輪的直徑較大，遇到路面起伏時，顛簸較小；對于路面起伏較小時，其前進(jìn)速度基本不受影響。另外，依靠兩個滾輪差動轉(zhuǎn)向，具有轉(zhuǎn)彎半徑小、轉(zhuǎn)向靈活的優(yōu)點(diǎn)，甚至可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎半徑為零的原地旋轉(zhuǎn)180°進(jìn)行掉頭。
文檔編號B25J5/00GK1397408SQ0212893
公開日2003年2月19日 申請日期2002年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月22日
發(fā)明者廖啟征, 孫漢旭 申請人:北京郵電大學(xué)