所屬技術領域

本發(fā)明屬于機器人驅動技術領域，尤其涉及一種機器人使用的內部驅動的球形輪。

背景技術：

目前機器人驅動領域中，驅動技術主要有氣動、熱驅動、微電機驅動、智能材料驅動和能量場驅動等多種驅動技術，但是仍然存在許多問題，諸如，能耗大、轉向系統(tǒng)不靈活，想要使轉向更靈活，就需要更大的投入，那么在不提高成本的情況下，設計一種轉向靈活的機器人使用的內部驅動機構是非常有必要的。

本發(fā)明設計一種驅動的球形輪解決如上問題。

技術實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術中的上述缺陷，本發(fā)明公開一種機器人使用的內部驅動的球形輪，它是采用以下技術方案來實現(xiàn)的。

一種機器人使用的內部驅動的球形輪，其特征在于：它包括球環(huán)支撐、球體支撐、球體固定板、動力單元、傳動機構、驅動機構、球輪、驅動機構支撐、支撐滾珠，其中球體固定板通過三個周向均勻分布的球體支撐安裝在球環(huán)支撐上，球環(huán)支撐內表面成球面，球輪安裝在球環(huán)支撐內，且球輪外表面和球環(huán)支撐內表面配合；傳動機構安裝在驅動機構上，動力單元安裝在驅動機構下端；驅動機構外側周向均勻地安裝有三個驅動機構支撐，每個驅動機構支撐均安裝有支撐滾珠，支撐滾珠和球輪內表面配合。

上述驅動機構包括驅動轉輪、驅動球殼、萬向球、外框、內框、旋轉活塞、轉輪凸塞、第一外框進出口、第一內框進出口、第二外框進出口、第三外框進出口、第二內框進出口、第四外框進出口、第一內框腔、第一外框腔、第二內框腔、第二外框腔、第一球進出口、第二球進出口、復位彈簧、方塞、擋環(huán)、驅動轉軸腔、驅動轉輪腔，其中萬向球內開有驅動轉軸腔和驅動轉輪腔，驅動轉軸腔和驅動轉輪腔相通，驅動轉輪安裝在驅動轉輪腔中，驅動轉軸安裝在驅動轉軸腔中，驅動轉軸安裝在驅動轉輪上；旋轉凸塞安裝在驅動轉輪外側，驅動轉輪腔上開有一個槽，兩個復位彈簧安裝在槽內，方塞安裝在槽內，且位于槽內方塞的一端位于復位彈簧一端，方塞另一端與驅動轉輪外圓面和旋轉凸塞外緣面接觸配合；萬向球上開有第一球進出口和第二球進出口，第一球進出口和第二球進出口一端開在萬向球外表面，另一端開在驅動轉輪腔上；驅動球殼安裝在萬向球外側，驅動球殼和萬向球之間具有腔體，該腔體中具有滾珠，擋環(huán)安裝在驅動球殼邊緣端；驅動球殼內球面中間位置處安裝有外框和內框，外框與內框與萬向球表面接觸，內框滑動安裝在外框內部，內框其中一個框上開有第一內框進出口，另一框上開有第二內框進出口，外框、內框、萬向球表面和驅動球殼內表面之間形成第一外框腔和第二外框腔；旋轉活塞安裝在萬向球頂端，且位于內框內，旋轉活塞、內框、萬向球表面和驅動球殼內表面之間形成第一內框腔和第二內框腔；外框四個角上分別開有第一外框進出口、第二外框進出口、第三外框進出口和第四外框進出口，且第一內框進出口通過軟管從第二外框腔內與第二外框進出口連接；第二內框進出口通過軟管從第一外框腔內與第三外框進出口連接。

上述傳動機構包括驅動轉軸、錐齒面、錐齒、摩擦輪轉軸、摩擦輪、摩擦寬輪、錐齒轉軸、傳動支撐，其中驅動轉軸末端開有錐齒面，兩個傳動支撐對稱的安裝在萬向球上，兩個傳動支撐上下依次安裝有摩擦輪轉軸和錐齒轉軸，且摩擦輪轉軸位于錐齒轉軸上側，錐齒轉軸上安裝有錐齒和摩擦寬輪，錐齒和錐齒面嚙合，摩擦輪轉軸上安裝有摩擦輪，摩擦輪與摩擦寬輪和球輪內端面配合。

上述動力單元包括電機、液壓泵、電池、電機支撐，其中電機通過周向均勻分布的三個電機支撐安裝在驅動球殼下側，環(huán)形的電池安裝在電機上側，液壓泵安裝在電池內環(huán)面內，液壓泵外圓面和電池內環(huán)面配合。第一球進出口與第二球進出口組成一組，且通過液壓軟管與液壓泵連接；第一外框進出口與第四外框進出口組成一組且通過液壓軟管與液壓泵連接；第二外框進出口與第三外框進出口組成一組且通過液壓軟管與液壓泵連接，液壓泵通過控制調節(jié)每組的進出口的液體進出方向。

作為本技術的進一步改進，上述球環(huán)支撐內部具有滾珠，球輪通過滾珠與球環(huán)支撐配合。

作為本技術的進一步改進，上述球環(huán)支撐和球輪之間接觸配合，并涂抹潤滑油。

作為本技術的進一步改進，上述擋環(huán)與萬向球之間的間距小于驅動球殼和萬向球之間的滾珠直徑。

作為本技術的進一步改進，上述電池通過無線充電設備進行充電。電池處于

球輪內部，球輪又在旋轉，所以需要對電池充電，可以拆開球輪更換電池，或者通過無線充電設備對電池充電。

相對于傳統(tǒng)的機器人驅動技術，本發(fā)明中球輪的驅動機構、傳動機構和動力單元的重心在球輪的球心之下，依靠重力驅動機構、動力單元和傳動機構處于直立狀態(tài)。萬向球內開有驅動轉軸腔和驅動轉輪腔，驅動轉軸腔和驅動轉輪腔相通，驅動轉輪安裝在驅動轉輪腔中，驅動轉軸安裝在驅動轉軸腔中；旋轉凸塞安裝在驅動轉輪外側，驅動轉輪腔上開有一個槽，兩個復位彈簧安裝在槽內，方塞安裝在復位彈簧和驅動轉輪之間第一球進出口和第二球進出口通過液壓軟管與液壓泵連接，這樣設計的作用是，液壓泵通過液壓軟管把高壓液體經(jīng)第一球進出口泵入驅動轉輪腔，帶動驅動轉輪轉動，當旋轉凸塞碰到方塞時，方塞壓迫復位彈簧，方塞進入槽中，使得旋轉凸塞能夠順利在方塞處旋轉過去。而后復位彈簧使方塞彈出，過程中旋轉凸塞與方塞之間空間發(fā)生變化，擠壓高壓液體從第二球進出口流出，從而實現(xiàn)了驅動轉軸的轉動；驅動轉軸末端開有錐齒面，兩個傳動支撐上安裝有摩擦輪轉軸和錐齒轉軸，且摩擦輪轉軸位于錐齒轉軸上側，錐齒轉軸上安裝有錐齒和摩擦寬輪，錐齒和錐齒面嚙合，摩擦輪轉軸上安裝有摩擦輪，摩擦輪與摩擦寬輪和球輪內端面嚙合，驅動轉軸提供的動力經(jīng)傳動結構的傳動后把動力傳遞到球輪上，使得球輪旋轉，用于行走；驅動球殼下端安裝有外框和內框，內框安裝在外框內部，且位于外框中間部位，內框上開有第一內框進出口和第二內框進出口，外框和內框之間有兩個腔，分別是第一外框腔和第二外框腔；旋轉活塞安裝在萬向球下端，且位于內框內，并把內框分為第一內框腔和第二內框腔，這樣設計的作用是：液壓泵通過控制第一外框進出口和第二外框進出口內高壓液體的進出，控制內框在外框內的移動；第一內框進出口通過軟管從第二外框腔內與第二外框進出口連接，第二內框進出口通過軟管從第一外框腔內與第三外框進出口連接，液壓泵通過控制經(jīng)第二外框進出口和第三外框進出口的高壓液體的進出，來控制旋轉活塞在內框內的移動，旋轉活塞相對于內框直線運動，內框相對外框直線運動，這樣就使得旋轉活塞可以做任何方向的轉動，也使與旋轉活塞連接的萬向球可以向任何角度轉動，萬向球在轉動時帶動萬向球內的驅動轉軸一起轉動，驅動傳動機構中的摩擦輪帶動球輪轉動；驅動機構支撐和支撐滾珠安裝在一起，驅動機構支撐安裝在驅動球殼上，支撐滾珠和球輪接觸，驅動結構通過驅動機構支撐和支撐滾珠安裝在球輪上，驅動機構支撐和支撐滾珠起支撐作用。

使用本發(fā)明所述設備時，動力單元中的電機開始工作，帶動液壓泵開始工作，液壓泵將高壓液體通過液壓軟管泵入第一球進出口，高壓液體通過第一球進出口進入驅動轉輪腔，帶動驅動轉輪轉動，驅動轉輪帶動驅動轉軸轉動，又帶動與驅動轉軸錐齒面相嚙合的錐齒轉動，錐齒帶動錐齒轉軸轉動，帶動安裝在錐齒轉軸上的摩擦寬輪轉動，摩擦寬輪帶動摩擦輪轉動，摩擦輪帶動球輪開始運動；轉輪凸塞安裝在驅動轉輪上，隨著驅動轉輪的轉動，轉輪凸塞和方塞接觸，方塞壓迫復位彈簧，方塞進入腔內，使得旋轉凸塞能夠順利在方塞處旋轉過去。轉輪凸塞轉過方塞后，方塞在復位彈簧的作用下彈出，過程中旋轉凸塞與方塞之間空間發(fā)生變化，擠壓高壓液體從第二球進出口流出，經(jīng)液壓軟管又流回液壓泵。液壓泵通過控制第一外框進出口和第四外框進出口內高壓液體的流出控制內框在外框內的移動，液壓泵通過控制與第一內框進出口和第二內框進出口連接的第二外框進出口和第三外框進出口內高壓液體的進出來控制旋轉活塞在內框內的移動，旋轉活塞相對于內框直線運動，內框相對外框直線運動，這樣就使得旋轉活塞可以做任何方向的轉動，也使與旋轉活塞連接的萬向球可以向任何角度轉動，萬向球在轉動時帶動萬向球內的驅動轉軸一起轉動，驅動傳動機構中的摩擦輪帶動球輪轉動。

附圖說明

圖1是整體部件分布透視圖。

圖2是整體部件分布剖視圖。

圖3是球環(huán)支撐結構示意圖。

圖4是內部結構示意圖。

圖5是內部結構透視圖。

圖6是驅動機構支撐結構示意圖。

圖7是驅動機構透視圖。

圖8是驅動機構剖視圖圖。

圖9是驅動球殼框結構示意圖。

圖10是萬向球框機構示意圖。

圖11是驅動轉輪透視圖。

圖12是轉輪凸塞結構示意圖。

圖13是萬向球內部腔結構示意圖。

圖14是驅動轉軸連接示意圖。

圖中標號名稱：1、球環(huán)支撐，2、球體支撐，3、球體固定板，4、動力單元，5、傳動機構，6、驅動機構，7、球輪，8、驅動機構支撐，9、支撐滾珠，10、驅動轉軸，11、錐齒面，12、傳動支撐，13、錐齒，14、摩擦輪轉軸，15、摩擦輪，16、摩擦寬輪，17、錐齒轉軸，18、擋環(huán)，19、電機，20、電機支撐，21、液壓泵，22、電池，24、驅動轉輪，25、驅動球殼，26、萬向球，27、外框，28、內框，29、旋轉活塞，30、轉輪凸塞，31、第一外框進出口，32、第一內框進出口，33、第二外框進出口，34、第三外框進出口，35、第二內框進出口，36、第四外框進出口，37、復位彈簧，38、方塞，39、第一內框腔，40、第一外框腔，41、第二內框腔，42、第二外框腔，43、第一球進出口，44、第二球進出口，45、驅動轉軸腔，46、驅動轉輪腔。

具體實施方式

如圖1、2所示，它包括球環(huán)支撐1、球體支撐2、球體固定板3、動力單元4、傳動機構5、驅動機構6、球輪7、驅動機構支撐8、支撐滾珠9，其中如圖3所示，球體固定板3通過三個周向均勻分布的球體支撐2安裝在球環(huán)支撐1上，球環(huán)支撐1內表面成球面，球輪7安裝在球環(huán)支撐1內，且球輪7外表面和球環(huán)支撐1內表面配合；傳動機構5安裝在驅動機構6上，動力單元4安裝在驅動機構6下端；如圖4所示，驅動機構6外側周向均勻地安裝有三個驅動機構支撐8，每個驅動機構支撐8均安裝有支撐滾珠9，支撐滾珠9和球輪7內表面配合。

如圖7、8所示，上述驅動機構6包括驅動轉輪24、驅動球殼25、萬向球26、外框27、內框26、旋轉活塞29、轉輪凸塞30、第一外框進出口31、第一內框進出口32、第二外框進出口33、第三外框進出口34、第二內框進出口35、第四外框進出口36、第一內框腔39、第一外框腔40、第二內框腔41、第二外框腔42、第一球進出口43、第二球進出口44、復位彈簧37、方塞38、擋環(huán)18、驅動轉軸腔45、驅動轉輪腔46，其中如圖13所示，萬向球26內開有驅動轉軸腔45和驅動轉輪腔46，驅動轉軸腔45和驅動轉輪腔46相通，如圖11所示，驅動轉輪24安裝在驅動轉輪腔46中，驅動轉軸10安裝在驅動轉軸腔45中，如圖14所示，驅動轉軸10安裝在驅動轉輪24上；旋轉凸塞安裝在驅動轉輪24外側，如圖7、8所示，驅動轉輪腔46上開有一個槽，兩個復位彈簧37安裝在槽內，方塞38安裝在槽內，且位于槽內方塞38的一端位于復位彈簧37一端，如圖7所示，方塞38另一端與驅動轉輪24外圓面和旋轉凸塞外緣面接觸配合；如圖12所示，萬向球26上開有第一球進出口43和第二球進出口44，第一球進出口43和第二球進出口44一端開在萬向球26外表面，另一端開在驅動轉輪腔46上；如圖4、8所示，驅動球殼25安裝在萬向球26外側，驅動球殼25和萬向球26之間具有腔體，該腔體中具有滾珠，擋環(huán)18安裝在驅動球殼25邊緣端；如圖9、10所示，驅動球殼25內球面中間位置處安裝有外框27和內框26，外框27與內框26與萬向球26表面接觸，內框26滑動安裝在外框27內部，如圖7、10所示，內框26其中一個框上開有第一內框進出口32，另一框上開有第二內框進出口35，外框27、內框26、萬向球26表面和驅動球殼25內表面之間形成第一外框腔40和第二外框腔42；旋轉活塞29安裝在萬向球26頂端，且位于內框26內，旋轉活塞29、內框26、萬向球26表面和驅動球殼25內表面之間形成第一內框腔39和第二內框腔41；外框27四個角上分別開有第一外框進出口31、第二外框進出口33、第三外框進出口34和第四外框進出口36，且第一內框進出口32通過軟管從第二外框腔42內與第二外框進出口33連接；第二內框進出口35通過軟管從第一外框腔40內與第三外框進出口34連接。

如圖4、5所示，上述傳動機構5包括驅動轉軸10、錐齒面11、錐齒13、摩擦輪轉軸14、摩擦輪15、摩擦寬輪16、錐齒轉軸17、傳動支撐12，其中驅動轉軸10末端開有錐齒面11，兩個傳動支撐12對稱的安裝在萬向球26上，兩個傳動支撐12上下依次安裝有摩擦輪轉軸14和錐齒轉軸17，且摩擦輪轉軸14位于錐齒轉軸17上側，錐齒轉軸17上安裝有錐齒13和摩擦寬輪16，錐齒13和錐齒面11嚙合，摩擦輪轉軸14上安裝有摩擦輪15，摩擦輪15與摩擦寬輪16和球輪7內端面配合。

如圖4、6所示，上述動力單元4包括電機19、液壓泵21、電池22、電機支撐20，其中電機19通過周向均勻分布的三個電機支撐20安裝在驅動球殼25下側，環(huán)形的電池22安裝在電機19上側，液壓泵21安裝在電池22內環(huán)面內，液壓泵21外圓面和電池22內環(huán)面配合。第一球進出口43與第二球進出口44組成一組，且通過液壓軟管與液壓泵21連接；第一外框進出口31與第四外框進出口36組成一組且通過液壓軟管與液壓泵21連接；第二外框進出口33與第三外框進出口34組成一組且通過液壓軟管與液壓泵21連接，液壓泵21通過控制調節(jié)每組的進出口的液體進出方向。

上述球環(huán)支撐內部具有滾珠，球輪通過滾珠與球環(huán)支撐配合。

上述球環(huán)支撐和球輪之間接觸配合，并涂抹潤滑油。

上述擋環(huán)與萬向球之間的間距小于驅動球殼和萬向球之間的滾珠直徑。

上述電池通過無線充電設備進行充電。電池處于球輪內部，球輪又在旋轉，所以需要對電池充電，可以拆開球輪更換電池，或者通過無線充電設備對電池充電。

綜上所述，本發(fā)明中萬向球26內開有驅動轉軸腔45和驅動轉輪腔46，驅動轉軸腔45和驅動轉輪腔46相通，驅動轉輪24安裝在驅動轉輪腔46中，驅動轉軸10安裝在驅動轉軸腔45中；旋轉凸塞安裝在驅動轉輪24外側，驅動轉輪腔46上開有一個槽，兩個復位彈簧37安裝在槽內，方塞38安裝在復位彈簧37和驅動轉輪24之間第一球進出口43和第二球進出口44通過液壓軟管與液壓泵21連接，這樣設計的作用是，液壓泵21通過液壓軟管把高壓液體經(jīng)第一球進出口43泵入驅動轉輪腔46，帶動驅動轉輪24轉動，當旋轉凸塞碰到方塞38時，方塞38壓迫復位彈簧37，方塞38進入槽中，使得旋轉凸塞能夠順利在方塞38處旋轉過去。而后復位彈簧37使方塞38彈出，過程中旋轉凸塞與方塞38之間空間發(fā)生變化，擠壓高壓液體從第二球進出口44流出，從而實現(xiàn)了驅動轉軸10的轉動；驅動轉軸10末端開有錐齒面11，兩個傳動支撐12上安裝有摩擦輪轉軸14和錐齒轉軸17，且摩擦輪轉軸14位于錐齒轉軸17上側，錐齒轉軸17上安裝有錐齒13和摩擦寬輪16，錐齒13和錐齒面11嚙合，摩擦輪轉軸14上安裝有摩擦輪15，摩擦輪15與摩擦寬輪16和球輪7內端面嚙合，驅動轉軸10提供的動力經(jīng)傳動結構的傳動后把動力傳遞到球輪7上，使得球輪7旋轉，用于行走；驅動球殼25下端安裝有外框27和內框26，內框26安裝在外框27內部，且位于外框27中間部位，內框26上開有第一內框進出口32和第二內框進出口35，外框27和內框26之間有兩個腔，分別是第一外框腔40和第二外框腔42；旋轉活塞29安裝在萬向球26下端，且位于內框26內，并把內框26分為第一內框腔39和第二內框腔41，這樣設計的作用是：液壓泵21通過控制第一外框進出口31和第二外框進出口33內高壓液體的進出，控制內框26在外框27內的移動；第一內框進出口32通過軟管從第二外框腔42內與第二外框進出口33連接，第二內框進出口35通過軟管從第一外框腔40內與第三外框進出口34連接，液壓泵21通過控制經(jīng)第二外框進出口33和第三外框進出口34的高壓液體的進出，來控制旋轉活塞29在內框26內的移動，旋轉活塞29相對于內框26直線運動，內框26相對外框27直線運動，這樣就使得旋轉活塞29可以做任何方向的轉動，也使與旋轉活塞29連接的萬向球26可以向任何角度轉動，萬向球26在轉動時帶動萬向球26內的驅動轉軸10一起轉動，驅動傳動機構5中的摩擦輪15帶動球輪7轉動；驅動機構支撐8和支撐滾珠9安裝在一起，驅動機構支撐8安裝在驅動球殼25上，支撐滾珠9和球輪7接觸，驅動結構通過驅動機構支撐8和支撐滾珠9安裝在球輪7上，驅動機構支撐8和支撐滾珠9起支撐作用。

使用本發(fā)明所述設備時，動力單元4中的電機19開始工作，帶動液壓泵21開始工作，液壓泵21將高壓液體通過液壓軟管泵入第一球進出口43，高壓液體通過第一球進出口43進入驅動轉輪腔46，帶動驅動轉輪24轉動，驅動轉輪24帶動驅動轉軸10轉動，又帶動與驅動轉軸10錐齒面11相嚙合的錐齒13轉動，錐齒13帶動錐齒轉軸17轉動，帶動安裝在錐齒轉軸17上的摩擦寬輪16轉動，摩擦寬輪16帶動摩擦輪15轉動，摩擦輪15帶動球輪7開始運動；轉輪凸塞30安裝在驅動轉輪24上，隨著驅動轉輪24的轉動，轉輪凸塞30和方塞38接觸，方塞38壓迫復位彈簧37，方塞38進入腔內，使得旋轉凸塞能夠順利在方塞38處旋轉過去。轉輪凸塞30轉過方塞38后，方塞38在復位彈簧37的作用下彈出，過程中旋轉凸塞與方塞38之間空間發(fā)生變化，擠壓高壓液體從第二球進出口44流出，經(jīng)液壓軟管又流回液壓泵21。液壓泵21通過控制第一外框進出口31和第四外框進出口36內高壓液體的流出控制內框26在外框27內的移動，液壓泵21通過控制與第一內框進出口32和第二內框進出口35連接的第二外框進出口33和第三外框進出口34內高壓液體的進出來控制旋轉活塞29在內框26內的移動，旋轉活塞29相對于內框26直線運動，內框26相對外框27直線運動，這樣就使得旋轉活塞29可以做任何方向的轉動，也使與旋轉活塞29連接的萬向球26可以向任何角度轉動，萬向球26在轉動時帶動萬向球26內的驅動轉軸10一起轉動，驅動傳動機構5中的摩擦輪15帶動球輪7轉動。