专利名称：一种自动平衡装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种传动装置，具体是涉及一种根据工作环境传递的信号动作传 送运动从而使各部件运动相协调的一种自动平衡装置。
背景技术：
自主移动式自动平衡搬运机器人广泛应用于工作环境差、工作量大、工作时间较 长、劳动强度高且危险性高的工作；此外，由于某些工种的特殊性和危险性，使得这些工种 的工作环境相对比较复杂多变，如在仓储业的搬运、汽车装配、矿山作业、钢铁冶炼、医用护 理、星际探索等领域都需要用到自主移动式自动平衡搬运机器人代替人力，提高这些工种 的可操作性。近几年来，无论是自主移动式机器人还是搬运机器人都有成熟的产品；且随着科 技的发展和创新，自主移动式自动平衡搬运机器人开始出现并得到完善。例如中国专利 ZL200510029904.8公开的一种由各自的带减速器的电机驱动旋转的轮子，机身内部的由长 轴和以长轴中心为圆心的圆盘构成的飞轮，以及驱动飞轮旋转的不带减速器的飞轮电机； 轮子对称设置在飞轮下部两端；通过设定两个轮子和飞轮的运动方式和速度值，让飞轮产 生足够大的反作用力矩，可使双轮移动机器人机身逐渐从水平的位置直立起来，从而达到 实现自行直立的目的。此技术仅解决了双轮移动机器人受外力冲击翻倒后自行直立的问 题，不能保证双轮移动机器人行走时根据路况变化自动保持平衡。再如2009年11月25日公开的发明专利200810123354. χ提出了一种应用在摇杆 式机器人上，通过齿轮式差动平衡机构对机器人主车体起差动平衡的作用；但差动轮系结 构复杂，设置困难，且不能根据摇杆式机器人行走时遇到的路况灵活的调整，从而不能保证 摇杆式机器人的自平衡。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提出一种自动平衡装置，该装置与机器人结合 后，能满足机器人根据路况变化行走时自动保持平衡。为实现上述发明目的，本实用新型采用如下所述的技术方案—种自动平衡装置，包括触发系统、传动机构，其中触发系统包括设置在凹槽端部 的接触开关及在凹槽内滚动的滚子；传动机构包括电机、蜗杆涡轮机构，电机输出轴端固联 齿轮，所述齿轮与与蜗杆端齿轮相啮合；接触开关与电机线连接。进一步的，涡轮设置为不完整涡轮，如涡轮圆周角设置为160-180°。进一步的，凹槽设置为十字形凹槽。更进一步的，十字形凹槽底部设置为倾向于凹槽中心的斜坡。所述触发系统的滚子通过在凹槽内滚动从而启动和关闭接触开关，接触开关控制 其相应的电机运转，带动齿轮啮合及蜗杆涡轮的传动，通过涡轮的运动带动相关部件，从而 调节各部件的协调平衡。[0012]当该自动平衡装置与机器人结合时，该自动平衡装置设置在机器人机身与行走机 构之间，并根据需要设置一套或两套自动平衡装置；当设置两套自动平衡装置时，一套实现 机器人的前后平衡，一套实现机器人的左右平衡；这两套平衡装置即可以单独作用，也可同 时工作。该自动平衡装置与机器人结合具体结构设置为一套自动平衡装置的传动机构与 另一套自动平衡装置的传动机构用平衡板隔开，两套传动机构共用一个触发系统；其中一 套传动机构的蜗杆I置于平衡板支架内并固定，与蜗杆I啮合的涡轮I与平衡块轴I及机 身固联在一起；设置在平衡板支架内与蜗杆I平行的电机输出端固联齿轮，所述齿轮与设 置在蜗杆I同一端的齿轮相啮合；另一套传动机构的蜗杆II固定在机身内支架上，与蜗杆 II啮合的涡轮II与平衡块轴II及其以上机身固联在一起；设置在机身内与蜗杆II平行 的电机输出端固联齿轮，所述齿轮与设置在蜗杆II同一端的齿轮相啮合；其中，涡轮II轴 线与涡轮I轴线空间交错，轴交角为90° ；触发系统设置在机身内。由于采用如上所述的技术方案，本实用新型的有益效果是1、机器人正常前行时，触发系统的滚子处于十字形凹槽中部的弧形槽内；且凹槽 底部设置为倾向于凹槽中心的斜坡，便于滚子滚动。机器人机身的任意一个角度的偏移，滚 子脱离中部弧形槽沿凹槽滚动触发相应的接触开关，传动系统动作调节机身的平衡，该触 发系统就起到了万向调节的功能；从而实现机器人行走时的自动保持平衡。2、本实用新型自动平衡装置采用的齿轮及蜗杆涡轮是常用的机械传动零件，结构 简单，且通过两对空间交错的蜗轮蜗杆机构的配合协调实现了机器人领域中行走时的平衡 问题，避免了使用复杂的技术或繁琐的程序控制。
图1是配置自动平衡装置的自主移动式搬运机器人正常工作示意图；图2是图1的俯视图；图3是该自动平衡装置内部结构图；图4配置自动平衡装置的自主移动式搬运机器人遇障碍物前后平衡工作时机身 状态；图5是配置自动平衡装置的自主移动式搬运机器人遇障碍物左右平衡工作时机 身状态；图6是图3的左视图；图7是两套自动平衡装置在自主移动式搬运机器人内配置的结构示意图；图8是触发系统工作原理结构示意图；图9是凹槽结构示意图；图中1-头部；101-左平衡指示灯；102-电源指示灯；103-警示灯；104-后平衡指示灯； 105-前平衡指示灯；106-工控机指示灯；107-右平衡指示灯；2-机身；3-机械手臂；4-自动平衡系统；401-腰部转盘；402-轴承盖；403-蜗杆I ；404-蜗轮I ；405-平
4衡块轴I ；406-平衡板支架；407-平衡块轴II ；408-蜗轮II ；409-蜗杆II ；410-凹槽； 411-滚子；412-圆锥滚子轴承；413-齿轮A ;414_平衡板；415-电机；416-齿轮B ;417_接 触开关；418-上盖；5-行走机构；
具体实施方式
以下以本实用新型的自动平衡装置与自主移动式搬运机器人结合为优选实施例 更详尽的介绍，需说明的是，本实用新型并不局限于此实施例。图1中，一种自主移动式自动平衡搬运机器人包括机器人机身2，机身2上的头部 1，机身2两侧的机械手臂3，机身2下部的自动平衡装置4以及行走机构5 ；自动平衡装置 4与行走机构5通过腰部转盘401连接。各关节部件都有其相应的电机驱动。图2中，在机器人的头部1处，分别安装了左平衡指示灯101，右平衡指示灯107， 前平衡指示灯105，后平衡指示灯104，电源指示灯102，工控机工作指示灯106和警示灯 103，作为人机信息交流的面板，使机器人的工作状况一目了然的显现在操作者面前。图4、图5中，机器人行驶在爬坡道路或左右倾斜严重道路时，通过自动平衡装置 4的传动调节，带动机身2使机身2保持与地面的垂直，同时保证了机器人行走时的自动平 衡，不会因路况的变化面临随时的机身2倾覆，有利于实现机器人的正常工作。图1、图3、图6中，两套自动平衡装置的传动机构共用一套触发系统设置在机器人 机身2与行走机构5之间，一套自动平衡装置的传动机构与另一套自动平衡装置的传动机 构用平衡板414隔开；其中一套传动机构的蜗杆1403置于平衡板支架406内并固定，蜗杆 1403两端依次对称设有圆锥滚子轴承412、轴承盖402，蜗杆1403 —端固联齿轮B416 ；与蜗 杆I啮合的涡轮1404与平衡块轴1405及机身固联在一起；设置在平衡板支架406内与蜗 杆1403平行的电机415输出端固联齿轮A413，所述齿轮A413与设置在蜗杆1403同一端的 齿轮B416相啮合；另一套传动机构的蜗杆II409固定在机身2内支架上，与蜗杆II409啮 合的涡轮II408与平衡块轴II407及其以上机身固联在一起；设置在机身内与蜗杆II409 平行的电机输出端固联齿轮，所述齿轮与设置在蜗杆II同一端的齿轮相啮合；其中，涡轮 II408轴线与涡轮1404轴线空间交错，轴交角为90° ；触发系统设置在机身2内。图7中，触发系统包括设置在凹槽410端部的接触开关417及在凹槽内滚动的滚 子411，凹槽设置为十字形凹槽，且十字形凹槽底部设置为倾向于凹槽中心的斜坡结构；十 字形凹槽上设有上盖418。图8中，当机器人在相对比较平坦的道路上行驶时，即机身处在水平状态时，触发 系统的滚子411处在两凹槽相交处，接触开关417未被启动；当机器人在障碍物较多的道路 上行驶时，在行走机构5减震弹簧的作用下，机身2倾斜精度控制在-2° -2°之间，即机身 虽有稍微倾斜，但滚子411未脱离凹槽410，接触开关417未被启动；当机器人在工作环境 相对比较复杂多变，道路比较崎岖的环境下行驶时，当机身倾斜角度大于2。时，滚子411 脱离凹槽中部沿凹槽滚动，滚子411压迫接触开关417，接触开关给传动系统电机信号，电 机415启动开始运动传动，调节机身2平衡，直至机身与其它部件协调为之；此时滚子回到 原位。图4中，当机身2前后方向上倾斜角度比较大时，滚子411脱离十字形凹槽中部的弧形槽，沿凹槽运动触发接触开关417，接触开关给电机一个启动信号，电机转动，电机输出 轴端的齿轮B416带动齿轮A413转动，同时蜗杆1403转动带动涡轮1404转动，由于涡轮 1404与平衡块轴1405及车身2固联在一起，从而带动机器人整个机身2前移，使机器人机 身2保持竖直状态并与行走机构5在前后方向上达到平衡，此时滚子411回到原位。图5中，当机身2左右方向上倾斜角度比较大时，触发系统及传动系统工作原理及 过程等同于上述机身2前后倾时，需说明的是，蜗杆II409转动带动涡轮II408转动，由于 涡轮II408与平衡块轴II407及其以上机身2固联在一起，仅带动涡轮II408及其以上机 身2左移。本实用新型所述的自动平衡装置，可与不同类型的机器人结合，实现机器人运动 时的自平衡问题。
权利要求一种自动平衡装置，包括触发系统、传动机构，其特征是，所述触发系统包括设置在凹槽(410)端部的接触开关(417)及在凹槽(410)内滚动的滚子(411)；传动机构包括电机(415)、蜗杆蜗轮机构，电机(415)输出轴端固联齿轮A(413)，所述齿轮A(413)与蜗杆端齿轮B(416)相啮合；接触开关(417)与电机(415)线连接。
2.根据权利要求1所述的自动平衡装置，其特征是，所述蜗轮设置为不完整蜗轮，如蜗 轮圆周角设置为160-180°。
3.根据权利要求1所述的自动平衡装置，其特征是，所述凹槽(410)设置为十字形凹槽。
4.根据权利要求3所述的自动平衡装置，其特征是，所述十字形凹槽底部设置为倾向 于凹槽(410)中心的斜坡。
5.根据权利要求1所述的自动平衡装置，其特征是，所述自动平衡装置设置在机器人 机身(2)与行走机构(5)之间，一套自动平衡装置的传动机构与另一套自动平衡装置的传 动机构用平衡板(414)隔开，两套传动机构共用一个触发系统；其中一套传动机构的蜗杆 I (403)置于平衡板支架(406)内并固定，与蜗杆1(403)啮合的蜗轮I (404)与平衡块轴 I (405)及机身固联在一起；设置在平衡板支架(406)内与蜗杆1(403)平行的电机(415) 输出端固联齿轮A(413)，所述齿轮A(413)与设置在蜗杆I (403)同一端的齿轮B(416)相 啮合；另一套传动机构的蜗杆II (409)固定在机身内支架上，与蜗杆11(409)啮合的蜗轮 11(408)与平衡块轴11(407)及其以上机身固联在一起；设置在机身内与蜗杆11(409)平 行的电机(415)输出端固联齿轮A(413)，所述齿轮A(413)与设置在蜗杆II (409)同一端的 齿轮B(416)相啮合；其中，蜗轮II (408)轴线与蜗轮I (404)轴线空间交错，轴交角为90° ； 触发系统设置在机身内。
专利摘要本实用新型公开的一种自动平衡装置，包括触发系统、传动机构，其特征是，所述触发系统包括设置在凹槽(410)端部的接触开关(417)及在凹槽(410)内滚动的滚子(411)；传动机构包括电机(415)、蜗杆蜗轮机构，电机(415)输出轴端固联齿轮A(413)，所述齿轮A(413)与蜗杆端齿轮B(416)相啮合；接触开关(417)与电机(415)线连接；本实用新型所述的自动平衡装置，可与不同类型的机器人结合，当机器人倾斜时，触发系统的滚子动作触发接触开关，接触开关触发电机动作，电机带动齿轮啮合、蜗杆蜗轮机构动作，蜗轮带动相应部件协调运动，实现机器人运动时的自平衡问题。
文档编号B25J19/00GK201736232SQ20102024459
公开日2011年2月9日 申请日期2010年7月2日 优先权日2010年7月2日
发明者张永锋, 朱德荣, 邹毛博, 魏光阴 申请人:洛阳理工学院