CN101554890A - 摇杆式轮履结合机器人 - Google Patents

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Abstract

一种摇杆式轮履结合机器人，由主箱体、差动平衡器与连接筒以及与两左右对称布置的行走部总成构成，差动平衡器的壳体固定在主箱体的中间位置，两连接筒一端联接了差动平衡器的两伸出轴，另一端支撑在与主箱体固联的轴承座内并连接了行走部总成。所述的行走部总成呈W型，驱动带轮设在W型支架的中间的拐角处，驱动减速电机固定在支架上，且与驱动带轮连接，履带亦呈W型，前后均有一段抬起一定角度的履带，车轮设在支架底部拐角处的从动带轮外侧，且与该从动带轮同轴联接。本发明既具有摇杆式机器人较高的适应不平整地形的性能，又具有摆臂履带式机器人较高的翻越台阶、障碍的性能。

Description

摇杆式轮履结合机器人
所属技术领域
本发明涉及一种摇杆式轮履结合机器人，属于移动机器人机构设计领域。
背景技术
目前，具有摇杆结构的移动机器人多为轮式机器人，如美国研制的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”等火星车均是摇杆式的6轮独立驱动机器人，在国内，中国矿业大学研制了一种摇杆式四轮机器人，该机器人结构简单，具有较强的越障性能及适应不平整地形的性能。该机器人也存在缺点，如当机器人翻越与地面垂直且高度较大的台阶时，尤其是台阶高度超过轮子直径时，比较困难。目前，一些履带机器人为了提高机器人翻越台阶的能力，采用了三角形履带或辅助摆臂履带的形式，如美国irobot公司研制的packbot系列机器人和中国矿业大学研制的CUMT-II型煤矿搜救机器人均采用了具有辅助摆臂履带的履带形式。但小型的履带机器人左右主履带与机器人主体平台固定，在不平整地面上移动时，机器人主体平台起伏较大、振动大。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述的问题，提供一种摇杆式轮履结合机器人，该机器人既具有摇杆式机器人较高的适应不平整地形的性能，又具有摆臂履带式机器人较高的翻越台阶的性能。
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、联接在主箱体上的差动平衡器与连接筒以及与差动平衡器连接的左右两对称布置的行走部总成构成，差动平衡器的壳体固定在主箱体的中间位置，两对称布置的连接筒的一端分别与差动平衡器的两伸出轴连接，其另一端支撑在与主箱体固联的轴承座内，且与设在主箱体左右两边的行走部总成的支架连接。所述的行走部总成呈W型，由驱动带轮、从动带轮、改向轮、支撑轮、车轮、履带、支架以及驱动减速电机构成，其支架呈W型，驱动带轮设在W型结构的中间的拐角处，驱动减速电机固定在支架上，且驱动减速电机轴与驱动带轮连接，从动带轮安装在W型结构的其它拐角处和端头处，改向轮亦安装在W型支架上，履带配合在驱动带轮、从动带轮上，改向轮压在履带的外侧，这样履带被支撑、改向成W型，前后均有一段抬起一定角度的履带，且抬起的履带受设在其内部的支撑轮支撑，车轮设在W型支架底部拐角处的从动带轮外侧，且与该从动带轮同轴联接，该车轮的直径大于该从动带轮的直径，且小于抬起一定角度的履带的高度。连接筒与行走部总成的支架联接时，行走部总成的驱动减速电机置于连接筒中，且驱动减速电机的电源与控制电缆从连接筒上设有的孔中穿出。
所述的差动平衡器将左右两行走部总成的摆角进行线性平均，然后作用在与差动平衡器壳体固联的主箱体上，保证机器人在不平整地形上行进时，机器人主箱体的相对平衡。该差动平衡器可采用轴向尺寸较小的行星齿轮式差动平衡器。
采用上述方案与结构，两行走部总成间通过差动平衡器连接，实现了摇杆式机器人的功能，可以实现左右两行走部在不平衡地面行走时摇动，以适应地面的不平整性。每个行走部总成均有一台驱动减速电机驱动，整个机器人由两台电机驱动。带轮与履带将减速电机的动力传动给车轮，在车轮前后均有一摆起一定角度的履带，该履带抬起的高度比车轮的直径大，因此机器人翻越台阶的性能将大于只有车轮的机器人。
采用上述的方案，可以达到以下几点有益效果：(1)采用了摇杆结构，具有摇杆式机器人较强的适应不平整地形的能力；(2)在车轮的外侧各有一抬起一定角度，且高度高于车轮直径的履带，增加了机器人翻越台阶、障碍的能力；(3)本发明只使用了两台驱动减速电机，机器人的行走系统结构简单。
附图说明
图1为本发明一实施例的立体结构图；
图2为图1所示实施例的行走部总成的立体结构图；
图3为图1所示实施例的主箱体、差动平衡器及左右行走部总成联接示意图；
图4为图1所示实施例拆除车轮后的机器人的立体图；
图中：1、主箱体2、差动平衡器2-1、太阳齿轮2-2、行星齿轮2-3、行星齿轮2-4、内齿轮2-5、系杆3、连接筒4、行走部总成5、轴承座6、驱动带轮7、从动带轮8、从动带轮9、改向轮10、改向轮11、支撑轮12、车轮13、履带14、支架15、驱动减速电机16、固定座17、电缆
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为本发明一实施例的立体结构图，为了清晰地展示其结构，将机器人主箱体设为透明。图1中，本发明由主箱体1、联接在主箱体1上的差动平衡器2与连接筒3以及与差动平衡器2连接的左右两对称布置的行走部总成4构成，差动平衡器2的壳体固定在主箱体1的中间位置，两对称布置的连接筒3的一端分别与差动平衡器2的两伸出轴连接，其另一端支撑在与主箱体1固联的轴承座5上，且与设在主箱体1左右两边的行走部总成4的支架14连接。
图2为行走部总成的立体结构图，所述的行走部总成4呈W型，由驱动带轮6，从动带轮7、8，改向轮9、10，支撑轮11，车轮12，履带13，支架14以及驱动减速电机15构成，支架14呈W型，且该支架14分为两层，层间通过联接块联接，驱动带轮6设在W型结构的中间的拐角处，驱动减速电机15通过固定座16固定在支架14上，且驱动减速电机轴与驱动带轮6连接，从动带轮7、8安装在W型结构的其它拐角处和端头处，改向轮9、10亦安装在W型支架上，履带13配合在驱动带轮6、从动带轮7、8上，改向轮压9、10在履带的外侧，这样履带13被支撑、改向成W型，前后均有一段抬起一定角度的履带，且抬起的履带受设在其内部的支撑轮11支撑，车轮12设在W型支架14底部拐角处的从动带轮8外侧，且与该从动带轮8同轴联接，该车轮12的直径大于该从动带轮8的直径，且小于抬起一定角度的履带的高度。所述的履带13可采用同步带，驱动带轮6，从动带轮7、8可采用与同步带相配套的同步带轮。
图3为机器人主箱体、差动平衡器及左右行走部总成联接示意图，差动平衡器2的壳体固定在主箱体1的中间位置，两对称布置的连接筒3的一端分别与差动平衡器2的两伸出轴连接，其另一端支撑在与主箱体1固联的轴承座5中，且连接筒3与轴承座5间设有轴承，连接筒3与行走部总成4的支架14联接时，连接筒3与设在主箱体1左右两边的行走部总成4的支架14连接。行走部总成4的驱动减速电机15置于连接筒3中，且驱动减速电机15的电源与控制电缆17从连接筒3上设有的孔中穿出。
所述的差动平衡器2为行星齿轮式差动平衡器，该行星齿轮式差动平衡器2由太阳齿轮2-1，行星齿轮2-2、2-3，内齿轮2-4以及系杆2-5构成，太阳齿轮2-1同轴线地设在内齿轮2-4中间，两相啮合的行星齿轮2-2、2-3设在太阳齿轮2-1与内齿轮2-4之间，且分别与太阳齿轮2-1与内齿轮2-4啮合。太阳齿轮的轴与系杆的轴即为差动平衡器的两伸出轴，如图3所示。所述的差动平衡器2将左右两行走部总成4的摆角进行线性平均，然后作用在与差动平衡器2壳体固联的主箱体1上，保证机器人在不平整地形上行进时，机器人主箱体1的相对平衡。
本发明可以将车轮拆除，独立使用履带，形成摇杆式履带机器人，图4为为图1所示实施例拆除车轮后的机器人的立体图。
本发明采用了差分平衡器将机器人的左右行走部总成连接，左右行走部总成可以独立的摇动，且主箱体的转角为左右两行走部总成转角的线性平均，使机器人主箱体保持相对平衡，因此本发明为摇杆式机器人；采用了轮履结合的行走机构，使得机器人适应不平整地面和翻越台阶、障碍的性能更强。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 (5)

1、一种摇杆式轮履结合机器人，包括主箱体(1)、差动平衡器(2)，其特征在于：差动平衡器(2)的壳体固定在主箱体(1)的中间位置，两对称布置的连接筒(3)的一端分别与差动平衡器(2)的两伸出轴连接，其另一端支撑在与主箱体(1)固联的轴承座(5)上且与设在主箱体(1)左右两边的行走部总成(4)的支架(14)连接；行走部总成(4)呈W型，其中支架(14)呈W型，驱动带轮(6)设在W型结构的中间的拐角处，驱动减速电机(15)固定在支架(14)上，且减速电机轴与驱动带轮(6)连接，从动带轮(7)、(8)安装在W型结构的其它拐角处和端头处，改向轮(9)、(10)亦安装在W型支架上，履带(13)配合在驱动带轮(6)、从动带轮(7)、(8)上，改向轮压(9)、(10)在履带的外侧，履带(13)被支撑、改向成W型，其前后均有一段抬起一定角度的履带，车轮(12)设在W型支架(14)底部拐角处的从动带轮(8)外侧，且与该从动带轮(8)同轴联接，该车轮(12)的直径大于该从动带轮(8)的直径，且小于抬起一定角度的履带的高度。
2、根据权利要求1所述的摇杆式轮履结合机器人，其特征在于：所述的连接筒(3)与设在主箱体(1)左右两边的行走部总成(4)的支架(14)连接时，行走部总成(4)的驱动减速电机(15)置于连接筒(3)中，且驱动减速电机(15)的电源与控制电缆(17)从连接筒(3)上设有的孔中穿出。
3、根据权利要求1所述的摇杆式轮履结合机器人，其特征在于：所述的履带(13)可采用同步带，驱动带轮(6)，从动带轮(7)、(8)可采用与所述同步带相配套的同步带轮。
4、根据权利要求1所述的摇杆式轮履结合机器人，其特征在于：所述的差动平衡器(2)可为行星齿轮式差动平衡器，由太阳齿轮(2-1)，行星齿轮(2-2)、(2-3)，内齿轮(2-4)以及系杆(2-5)构成，太阳齿轮(2-1)同轴线地设在内齿轮(2-4)中部，一对或多对相啮合的行星齿轮(2-2)、(2-3)设在太阳齿轮(2-1)与内齿轮(2-4)之间，且分别与太阳齿轮(2-1)与内齿轮(2-4)啮合；太阳齿轮(2-1)的轴与系杆(2-5)的轴即为差动平衡器的两伸出轴。
5、根据权利要求1所述的摇杆式轮履结合机器人，其特征在于：所述的支架(14)分为两层，层间通过联接块联接。
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Termination date: 20120408