本實用新型涉及一種全地形機器人萬向行走機構，屬于機器人技術領域。

背景技術：

現今機器人行走機構主要采用輪式行走機構、履帶式行走機構和仿生腿行走機構，這些運動機構無法在復雜的地形條件下靈活的運動。隨著機器人越來越貼近人們的生活，人們對機器人的要求也越來越高，除了傳統的工業機器人、家用機器人、醫用機器人外，能夠在復雜條件下完成工作的機器人，成為科研人員關注的焦點。與此同時，復雜的地表結構和狹窄的行走空間對傳統的行走機構的運作造成了一定的阻礙，而萬向球形輪行走機構能夠滿足機器人復雜條件下的運動要求。該機構采用步進電動機配合軸向輪和徑向輪控制球形輪的運動及轉向，可控性較強，在特種機器人領域有較好的應用前景。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種全地形機器人萬向行走機構，以解決現有傳統機器人行走機構在復雜地形條件下行走及轉向困難的問題。

本實用新型按以下技術方案實現： 一種全地形機器人萬向行走機構，包括球形輪、三腳式球型輪支撐架、減摩擦小輪U型支架7、步進電機14和萬向輪27，所述球形輪、減摩擦小輪U型支架7和步進電機14固定在三腳式球型輪支撐架上，步進電機14一端連有萬向輪27；所述球形輪包括半球體Ⅰ4、半球體Ⅱ8、內部支撐架29，所述半球體Ⅰ4、半球體Ⅱ8相對組合固定在內部支撐架29上；所述三腳式球型輪支撐架包括連接架11和U型連接架3，所述U型連接架3固定在連接架11上；所述減摩擦小輪U型支架上設有若干減摩擦小輪Ⅰ5；所述步進電機14上連有轉軸24并通過轉軸24與萬向輪27連接；所述萬向輪27上設有若干減摩擦小輪Ⅱ25。

進一步的，所述球形輪的直徑大于三腳式球型輪支撐架之間的距離，即三腳式球型輪支撐架固定在球形輪最大直徑面處的側邊，便于固定球體和進行全方位轉向；

進一步的，所述萬向輪27與球形輪的表面相貼合，用于控制其運動。

進一步的，所述步進電機14包括內部線圈、磁鐵、外殼蓋板Ⅰ18、外殼20、外殼蓋板Ⅱ21，所述外殼蓋板Ⅰ18、外殼20、外殼蓋板Ⅱ21分別通過螺母Ⅳ17、螺栓Ⅴ19、螺母Ⅴ22固定在步進電機14本體上。

進一步的，所述半球體Ⅰ4和半球體Ⅱ8通過螺釘9固定在內部支撐架29上。

進一步的，所述U型連接架3通過墊片1、螺母Ⅰ2和螺栓Ⅳ15固定在連接架11上。

進一步的，所述步進電機14通過螺栓Ⅲ13和螺母Ⅲ16安裝在連接架11上，減摩擦小輪U型支架7通過螺栓Ⅱ12安裝在連接架11上。

進一步的，所述減摩擦小輪Ⅰ5通過螺母Ⅱ6和螺栓Ⅰ10固定在減摩擦小輪U型支架上。

進一步的，所述轉軸24通過螺栓Ⅵ23固定在步進電機14上，所述萬向輪27通過螺栓Ⅶ 28固定在轉軸24上，減摩擦小輪Ⅱ25通過小輪轉軸26固定在萬向輪27上。

本實用新型的工作原理為：通過編程可以精確控制步進電機轉速，每個步進電機都帶有萬向輪，每個萬向輪都具有獨立性和同步性。球形輪固定在三角式球形輪支撐架和減摩擦小輪U型支架之間，具有一定的可活動范圍。球形輪在三角式球形輪支撐架壓力和行走表面壓力的作用下，和步進電機上的萬向輪接觸，萬向輪直接受到電機驅動，安裝在萬向輪上的減摩擦小輪不受到電機的直接驅動。球型輪在幾個步進電機的旋轉運動摩擦的驅動下，把每個萬向輪轉動方向的速度進行矢量的加減改變矢量和的方向和大小，即通過幾個萬向輪轉速差能夠使球形輪360°全方位的旋轉，實現全方向行走功能。

本實用新型具有以下有益效果：

1、結構設計精巧，可操控性較強；

2、通用性強，便于在各類機器人上安裝；

3、適合復雜地形環境中運動，具有廣泛的市場前景。

附圖說明

圖1為本實用新型的側面結構示意圖；

圖2為本實用新型的步進電動機結構示意圖；

圖3為本實用新型的球形輪局部剖視圖；

圖中各標號為：1-墊片Ⅰ，2-螺母Ⅰ，3-U型連接架，4-半球體Ⅰ，5-減摩擦小輪Ⅰ，6-螺母Ⅱ，7-減摩擦小輪U型支架，8-半球體Ⅱ，9-螺釘，10-螺栓Ⅰ，11-連接架，12-螺栓Ⅱ，13-螺栓Ⅲ，14-步進電機，15-螺栓Ⅳ，16-螺母Ⅲ，17-螺母Ⅳ，18-外殼蓋板Ⅰ，19-螺栓Ⅴ，20-外殼，21-外殼蓋板Ⅱ，22-螺母Ⅴ，23-螺栓Ⅵ，24-轉軸，25-減摩擦小輪Ⅱ，26-小輪轉軸，27-萬向輪，28-螺栓Ⅶ ，29-內部支撐架。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本實用新型作進一步說明，但本實用新型的內容并不限于所述范圍。

實施例1：如圖1-3所示，一種全地形萬向行走機構，包括球形輪、三腳式球型輪支撐架、減摩擦小輪U型支架7、步進電機14和萬向輪組成。球形輪由半球體Ⅰ4、半球體Ⅱ8、螺釘9、內部支撐架29組成，半球體Ⅰ4和半球體Ⅱ8通過螺釘9連接在球內部的球型輪內部支撐架29上；三腳式球型輪支撐架由墊片Ⅰ1、螺母Ⅰ2、螺栓Ⅳ 15、U型連接架3、連接架11組成，墊片Ⅰ1、螺母Ⅰ2和螺栓Ⅳ 15把U型連接架3連接在連接架11上面；球形輪本體約束于三腳式球型輪支撐架3上，并且三角架架腿之間的間距小于球形輪的直徑；三腳式球型輪支撐架上設有可與機器人本體相連接的帶孔圓柱桿，同時三腳式球型輪支撐架上設有步進電機14和減摩擦小輪U型支架7的安裝位，步進電機14通過螺栓Ⅲ13和螺母Ⅲ16安裝在連接架11上，減摩擦小輪U型支架7通過螺栓Ⅱ12安裝在連接架11上；所述的減摩擦小輪U型支架上設有8個減摩擦小輪Ⅰ5的安裝位以及螺栓連接孔，減摩擦小輪Ⅰ5通過螺母Ⅱ6和螺栓Ⅰ10連接在安裝位上；所述的步進電機由螺母Ⅳ17、外殼蓋板Ⅰ18、螺栓Ⅴ19、外殼20、外殼蓋板Ⅱ21、螺母Ⅴ22和步進電機內部線圈及磁鐵連接而成，轉軸24通過螺栓 23與步進電機14本體連接；所述萬向輪設有與步進電機的電機轉軸相連接的螺栓孔，萬向輪27通過螺栓Ⅶ 28連接在24上，萬向輪27上設有5個小輪安裝位，小輪轉軸26將減摩擦小輪Ⅱ25連接在小輪安裝位上。

實施例2：如圖1~3所示，一種全地形機器人萬向行走機構，球形輪采用最大切面半徑約束安裝在三腳式球型輪支撐架下部，3個步進電動機14安裝在三腳式球型輪支撐架上，并使其上的萬向輪27及減摩擦小輪Ⅱ25與球形輪的球面貼合。全地形機器人萬向行走機構整體安裝在機器人上需要一個合適的角度連接，即球體與行走表面接觸的部分為球形輪輪體能外伸到三腳式球型輪支撐架的區域，以防止三腳式球型輪支撐架直接與表面接觸損壞架結構。由于三腳式球型輪支撐架架腿之間非120°標準夾角，而是采用其中一個或者兩個夾角大于其余夾角的設計，可以為接觸表面提供更大的空間。通過連接控制器的步進電動機14帶動其上的萬向輪27差速運動，即三個萬向輪27的速度矢量化加減合成球型輪的運動，從而達到控制球形輪行走轉向的目的。球型輪固定在三腳式球型輪支撐架支撐架上面做360°運動，可以適應各種凹凸地形，達到適應環境的目的。