CN101549715B - 摇杆式四轮机器人 - Google Patents

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Abstract

一种摇杆式四轮机器人，由主箱体、差动平衡器、左右两摇杆以及轮子构成，差动平衡器的壳体固联在机器人主箱体上，其两伸出轴分别与设在主箱体两侧的两摇杆联接；两支腿呈一定夹角地联接在联接节上，支腿末端联接有锥形齿轮换向器；支腿呈筒状，支腿内设有减速电机，减速电机轴与支腿末端的锥形齿轮换向器的输入锥齿轮联接，轮子与该换向器的输出轴同轴线联接；支腿上端设有孔，减速电机的电源与控制电缆从孔中穿出，并通过设在机器人主箱体上的电缆引入装置引入机器人主箱体。本发明具有较高的适应不平整地形的性能，可以作为野外搜索、环境探测及灾难后搜救的移动机器人平台。

Description

摇杆式四轮机器人
所属技术领域
本发明涉及一种摇杆式四轮机器人，属于移动机器人机构设计领域。
背景技术
具有摇杆结构的移动机器人是目前移动机器人领域研究的一个重要方向。美国研制的Rock系列和FIDO等大量行星探测机器人的原理样机及成功登陆火星的“索杰纳”、“勇气号”等火星车均采用了6轮独立驱动的摇杆悬架式移动系统。目前的摇杆悬架式移动系统的车轮驱动电机大多与车轮同轴心联接，这样电机会伸出轮子，在复杂的地面上移动时容易与障碍物碰撞。6轮独立驱动的摇杆悬架式机器人不易采用差速转向，因此需要采用独立的转向电机实现机器人的转向，因此结构复杂。而具有摇杆悬架结构的四轮机器人可以方便的实现差速转向，从而可以使得机器人结构简单。目前的摇杆悬架式轮式机器人多采用rocker-bogie的摇杆机构，且采用连杆机构连接左右两侧摇杆，以保持机器人的平衡。该连杆平衡机构一般布置在机器人主体机壳的外面，这样给机器人的结构设计带来了不便。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述的问题，提供一种结构简单、四轮独立驱动的摇杆式四轮机器人。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明由主箱体、差动平衡器、左右两摇杆以及轮子构成，差动平衡器的壳体固联在机器人主箱体上，差动平衡器的两伸出轴支撑在与主箱体联接的轴座内，差动平衡器的两伸出轴分别与设在主箱体两侧的两摇杆联接，且联接在两摇杆的联接节上；摇杆由两支腿、联接节与锥形齿轮换向器联接而成，两支腿呈一定夹角地联接在联接节上，支腿末端联接有锥形齿轮换向器；锥形齿轮换向器由换向器壳以及换向器壳内的两个正交传动的输入锥形齿轮和输出锥形齿轮构成，输出轴与输出锥齿轮同轴线联接；支腿呈筒状，支腿内设有减速电机，减速电机轴与支腿末端的锥形齿轮换向器的输入锥齿轮联接，轮子与联接在锥形齿轮换向器的输出锥齿轮上的输出轴同轴线联接；支腿上端设有孔，减速电机的电源与控制电缆从孔中穿出，并通过设在机器人主箱体上的电缆引入装置引入机器人主箱体。
所述的差动平衡器为锥齿轮式差动平衡器，在其壳体内设有一对对称安装的半轴锥齿轮以及一对连接在连接轴上的锥齿轮，两半轴锥齿轮分别与连接轴上的两锥齿轮正交啮合，连接轴与壳体联接，差动平衡器的伸出轴即为半轴锥齿轮的轴。
采用以上技术方案，差动平衡器的壳体固联在机器人主箱体上，其伸出轴与两摇杆的联接节联接，两支腿、联接节及锥形齿轮换向器构成摇杆，轮子与支腿末端的锥形齿轮换向器联接，这样便构成了摇杆式四轮机器人。四个支腿内均设有减速电机，减速电机通过锥形齿轮换向器把动力传递给轮子，因此本发明为四轮独立驱动机器人。本发明采用了齿轮差动平衡器，该差动平衡器可以将左右摇杆的摆角进行线性平均，即与差动平衡器壳体固联的机器人主箱体的摆角为左右两摇杆摆角的和的一半，保证了机器人在复杂的地形上移动时，机器人主箱体的相对平衡，为机器人的控制、通讯与检测系统提供一个稳定的平台。
采用上述的方案，可以达到以下几点有益效果：(1)减速电机沿支腿纵向布置，可以防止电机与障碍物的碰撞；(2)采用了四轮独立驱动，可以采用差速转向，结构简单；(3)采用了齿轮式差分平衡器，其结构紧凑，机器人主箱体外，无需平衡连杆。
附图说明
图1为本发明实施例一的立体结构图；
图2为本发明图1所示实施例的支腿的结构简图；
图3为本发明图1所示实施例的差动平衡器的结构简图；
图4为本发明实施例二的支腿的结构简图；
图中：1-主箱体，2-差动平衡器，3-摇杆，4-轮子，4a-分离的轮子，4b-分离的轮子，5-伸出轴，6-壳体，7-轴座，8-联接节，9-支腿，10-锥形齿轮换向器，11-电缆，12-电缆引入装置，13-减速电机，14-输入锥齿轮，15-输出锥齿轮，16-输出轴，17-换向器壳体，18-半轴锥齿轮，19-锥齿轮，20-连接轴。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明实施例一的立体结构图，图1中，本发明由主箱体1、差动平衡器2、左右两摇杆3以及轮子4构成；差动平衡器2的壳体6固联在机器人主箱体1上，差动平衡器2的两伸出轴5支撑在与主箱体1联接的轴座7内，差动平衡器2的两伸出轴5分别与设在主箱体1两侧的两摇杆3联接，且联接在摇杆的联接节8上；摇杆3由联接节8、支腿9、与锥形齿轮换向器10联接而成，两支腿9呈一定夹角地联接在联接节8上，支腿9末端联接有锥形齿轮换向器10。锥形齿轮换向器10由换向器壳17以及换向器壳17内的两个正交传动的输入锥形齿轮14和输出锥形齿轮15构成，输出轴16与输出锥齿轮15联接，输出轴16与换向器壳17间设有轴承。图2为支腿的结构简图，支腿9呈筒状，支腿9内设有减速电机13，减速电机13轴与支腿9末端的锥形齿轮换向器10的输入锥齿轮14联接，轮子4与联接在锥形齿轮换向器10的输出锥齿轮15上的输出轴16同轴线联接；支腿9上端设有孔，减速电机13的电源与控制电缆11从孔中穿出，并通过设在机器人主箱体1上的电缆引入装置12引入机器人主箱体1。
图3为差动平衡器的结构简图，该差动平衡器2为锥齿轮式差动平衡器，在其壳体6内设有一对对称安装的半轴锥齿轮18以及一对连接在连接轴20上的锥齿轮19，两半轴锥齿轮18分别与连接轴20上两锥齿轮19正交啮合，连接轴20与壳体6联接，差动平衡器的伸出轴5即为半轴锥齿轮18的轴。差动平衡器2的半轴锥齿轮18与壳体6间设有轴承，连接轴20与连接轴20上锥齿轮19间设有轴承。
图4为本发明另一实施例的支腿的结构简图，图中，与输出齿轮联接的输出轴16的两端均从换向器壳体17中穿出，输出轴16的两端均联接了分离的轮子4a、4b。这样，机器人一个轮子4由左右两分离的轮子4a、4b构成。采用分离的轮子会有效的防止障碍物碰撞或阻碍支腿9和锥形齿轮换向器10。
采用以上技术方案，差动平衡器2的壳体6固联在机器人主箱体1上，其伸出轴5与两摇杆3的联接节8联接，两支腿9、联接节8及锥形齿轮换向器10构成摇杆，轮子4与支腿9末端的锥形齿轮换向器1联接，这样便构成了摇杆式四轮机器人。四个支腿9内均设有减速电机13，减速电机13通过锥形齿轮换向器10把动力传递给轮子4，因此本发明为四轮独立驱动机器人。本发明采用了齿轮差动平衡器2，该差动平衡器2可以将左右摇杆3的摆角进行线性平均，即与固联差动平衡器壳体6的机器人主箱体1的摆角为左右两摇杆3摆角的和的一半，保证了机器人在复杂的地形上移动时，机器人主箱体1的相对平衡。主箱体内主要布置机器人的控制单元、通讯单元、检测单元等重要电气单元，因此本发明可为机器人的控制、通讯与检测系统提供一个稳定的平台。
本发明的减速电机沿支腿纵向布置，可以防止电机与障碍物的碰撞；采用了四轮独立驱动，可以采用差速转向，结构简单；采用了齿轮式差分平衡器，其结构紧凑，机器人主箱体外，无需平衡连杆。本发明适合在野外或灾难之后的复杂地形环境，可以作为野外搜索、环境探测及灾难后搜救的移动机器人平台。

Claims (3)

1.一种摇杆式四轮机器人，包括摇杆、轮子和主箱体，其特征在于：差动平衡器(2)的壳体(6)固联在机器人主箱体(1)上，差动平衡器(2)的两伸出轴(5)支撑在与主箱体(1)联接的轴座(7)内，差动平衡器(2)的两伸出轴(5)分别与设在主箱体(1)两侧的两摇杆(3)联接，且联接在摇杆的联接节(8)上；摇杆(3)由联接节(8)、支腿(9)与锥形齿轮换向器(10)联接而成，两支腿(9)呈一定夹角地联接在联接节(8)上，支腿(9)末端联接有锥形齿轮换向器(10)；锥形齿轮换向器(10)由换向器壳(17)以及换向器壳(17)内的正交传动的输入锥形齿轮(14)和输出锥形齿轮(15)构成，输出轴(16)与输出锥齿轮(15)联接，输出轴(16)与换向器壳(17)间设有轴承；支腿(9)呈筒状，支腿(9)内设有减速电机(13)，减速电机(13)轴与支腿(9)末端的锥形齿轮换向器(10)的输入锥齿轮(14)联接，轮子(4)与联接在锥形齿轮换向器(10)的输出锥齿轮(15)上的输出轴(16)同轴线联接。 
2.根据权利要求1所述的摇杆式四轮机器人，其特征在于：所述的支腿(9)上端设有孔，减速电机(13)的电源与控制电缆(11)从孔中穿出，并通过设在机器人主箱体(1)上的电缆引入装置(12)引入机器人主箱体(1)。
3.根据权利要求1所述的摇杆式四轮机器人，其特征在于：该差动平衡器(2)为锥齿轮式差动平衡器，在其壳体(6)内设有一对对称安装的半轴锥齿轮(18)以及一对连接在连接轴(20)上的锥齿轮(19)，两半轴锥齿轮(18)分别与连接轴(20)上的两锥齿轮(19)正交啮合，连接轴(20)与壳体(6)联接，所述的伸出轴(5)即为半轴锥齿轮(18)的轴，差动平衡器(2)的半轴锥齿轮(18)与壳体(6)间设有轴承，连接轴(20)与连接轴(20)上的锥齿轮(19)间设有轴承。 
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