CN102582707A - 履带机器人通用底盘 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种履带机器人通用底盘,该通用底盘采用组合式底盘框架,对称安装左、右总成。所述底盘框架主要由前横梁、中横梁和后横梁,设置在前横梁、中横梁和后横梁左右两端的纵向座体支撑梁构成。所述左、右总成中的驱动轮部件座体固定在后横梁上,张紧轮部件座体固定在前横梁上,支重轮部件座体和浮动轮部件座体均通过其上的安装孔套装并固定在纵向座体支撑纵梁上。其所涉及的零件均为形状简单的零件,相比板式结构的底盘,其稳定性好、重量轻、强度高,更易拆卸、加工和装配,更容易通过简单的个别零件尺寸调整,配合支重轮部件和浮动轮部件的数量变化,发展出一系列长短、高矮、宽窄不同的底盘,以适应各种大小机器人的需要。

Description

履带机器人通用底盘
技术领域
[0001] 本发明涉及机器人工程技术领域,具体地指一种履带机器人通用底盘。
背景技术
[0002] 机器人是指帮助人们完成某种特定任务的机器,它把人从大量的、繁琐的、重复的、危险的劳动中解放出来。随着社会的进步,人们应对危险环境和恐怖活动的方式越来越多地由纯人工操作转化为遥控机器人执行。排爆机器人、反恐机器人、危险物检测机器人等形形色色的机器人应运而生。执行不同的任务需要不同功能的机器人,有的需要机器人小巧灵活,有的需要机器人坚固厚重,还有的需要机器人重量轻强度高,所以机器人产品需要轻量化、系列化、多样化。但是,机器人产品结构复杂,设计和加工成本都非常高,在轻量化、 系列化、多样化的同时还必须降低成本。
[0003] 以上机器人大多采用履带结构。履带机器人可以根据地形条件和作业要求进行适当变化,用途十分广泛。目前,多数履带机器人的底盘采用同比重下强度较差的板式底盘。 例如,授权公告号为CN201646915U的中国实用新型专利文件中公开了一种小型地面无人作战平台机器人,其底盘采用的就是板式结构。该板式结构整体浇铸而成,体积庞大,结构笨重,加工成形难度较大,且强度不是很好,载重稍大时就可能出现变形等问题。而且,如果使用同样的结构形式做成稍大型的机器人,加工成形和强度问题会更加突出,整机重量会成倍增加,不利于产品的轻量化、系列化和多样化。因此,设计一种可适合不同大小的机器人通用底盘显得极为重要,但至今为止进展缓慢。
发明内容
[0004] 本发明的目的就是要提供一种重量轻、强度高、组装容易、可方便调整长宽高的履带机器人通用底盘,以适应不同大小履带机器人系列化和多样化生产的需要。
[0005] 为实现上述目的,本发明所设计的履带机器人通用底盘,它具有结构相同且对称布置的左总成和右总成,所述左总成和右总成均包括一组驱动轮部件、一组张紧轮部件、至少二组支重轮部件、至少一组浮动轮部件、以及至少一组托带轮部件,所述驱动轮部件、张紧轮部件、支重轮部件和浮动轮部件分别安装在与其对应的驱动轮部件座体、张紧轮部件座体、支重轮部件座体和浮动轮部件座体上,所述托带轮部件安装在支重轮部件座体或/ 和浮动轮部件座体上,所述驱动轮部件、张紧轮部件、支重轮部件、浮动轮部件和托带轮部件之间通过环形履带相连;它还具有用于对称安装所述左总成和右总成的组合式底盘框架,所述底盘框架包括前横梁、中横梁和后横梁,所述前横梁、中横梁和后横梁的左右两端分别通过纵向座体支撑梁相连,所述前横梁、中横梁和后横梁之间还通过纵向横梁支撑杆相连,所述驱动轮部件座体固定安装在后横梁上,所述张紧轮部件座体固定安装在前横梁上,所述支重轮部件座体和浮动轮部件座体均通过其上的安装孔套装并固定在纵向座体支撑纵梁上。
[0006] 进一步地,所述底盘框架的前横梁、中横梁和后横梁均为板形件,所述底盘框架的纵向座体支撑梁和纵向横梁支撑杆均为管形件,所述纵向座体支撑梁和纵向横梁支撑杆均 穿过前横梁、中横梁和后横梁上的安装孔并与其焊接固定。
[0007] 更进一步地,所述底盘框架的纵向座体支撑梁共有四根,左右两端各并列布置二 根;所述底盘框架的纵向横梁支撑杆共有二根,以底盘框架的纵向中心线为基准对称布置。
[0008] 再进一步地,所述底盘框架的前横梁、中横梁和后横梁均为铝板,所述底盘框架的 纵向座体支撑梁和纵向横梁支撑杆均为圆形铝管。
[0009] 本发明具有如下优点:其一,所设计组合式底盘框架的零件均为形状简单的零件, 主体框架结构优选铝合金,工艺性好、制造成本低,相比板式底盘结构,其稳定性好、重量 轻、强度高,且更容易拆卸、加工和装配。其二,所设计组合式底盘框架与板式底盘结构相 t匕,更容易通过简单的个别零件尺寸调整,配合支重轮部件和浮动轮部件的数量变化,发展 出一系列长短、高矮、宽窄规格不同的底盘,应用于各种大小的机器人,使履带机器人底盘 实现通用化、系列化。
[0010] 具体地说:调整支重轮部件、浮动轮部件及其相应座体的数量,同时改变纵向横梁 支撑杆、纵向座体支撑梁的长度,即可改变底盘的长度尺寸;调整支重轮部件座体、浮动轮 部件座体的高度及其与纵向座体支撑梁的距离,即可改变底盘的高度尺寸;调整前横梁、中 横梁、后横梁的长度,即可改变底盘的宽度尺寸。从而使得不同大小的机器人都可以使用结 构形式相同只是零部件组合或尺寸略有变化的底盘,在很大程度上减少了设计工作量,同 时由于原理相同,零部件又可大量通用,非常有利于产品的生产和维护,节约大量成本。
附图说明
[0011] 图1为一种履带机器人通用底盘的立体结构示意图。
[0012] 图2为图1所示履带机器人通用底盘的主视结构示意图。
[0013] 图3为图2的俯视结构示意图。
[0014] 图4为图2的右视结构示意图。
[0015] 图5为图2中左、右总成的局部放大结构示意图。
[0016] 图6为图1中底盘框架的立体结构示意图。
[0017] 图7为图2中驱动轮部件的主剖视结构示意图。
[0018] 图8为图2中支重轮部件的主剖视结构示意图。
[0019] 图9为图2中浮动轮部件的主视结构示意图。
[0020] 图10为图9的A-A剖视结构示意图。
[0021] 图11为图2中张紧轮部件的主剖视结构示意图。
[0022] 图12为图2中托带轮部件的主剖视结构示意图。
[0023] 图13为采用两组支重轮部件、两组浮动轮部件的履带机器人通用底盘结构示意 图。
[0024] 图14为采用两组支重轮部件、一组浮动轮部件的履带机器人通用底盘结构示意 图。
[0025] 图15为增加支重轮部件座体和浮动轮部件座体高度的履带机器人通用底盘结构 示意图。
[0026] 图16为增加前横梁、中横梁和后横梁长度的履带机器人通用底盘的结构示意图。具体实施方式
[0027] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明,便于清楚地了解本发明,但它们不对本发明构成限定。
[0028] 如图I〜6所示,本发明的履带机器人通用底盘具有结构相同且对称布置的左总成I和右总成2。左总成I和右总成2均包括一组驱动轮部件4、一组张紧轮部件7、四组支重轮部件5、两组浮动轮部件6、以及两组托带轮部件8,驱动轮部件4、张紧轮部件7、支重轮部件5和浮动轮部件6分别安装在与其对应的驱动轮部件座体9、张紧轮部件座体12、支重轮部件座体10和浮动轮部件座体11上,托带轮部件8安装在支重轮部件座体10上,驱动轮部件4、张紧轮部件7、支重轮部件5、浮动轮部件6和托带轮部件8之间通过环形履带3 相连,环形履带3的内侧分布有节距为40mm的梯形齿,外侧分布有条形防滑齿。
[0029] 它还具有用于对称安装左总成I和右总成2的组合式底盘框架50,底盘框架50包括前横梁15、中横梁16和后横梁17,前横梁15、中横梁16和后横梁17均采用铝板制成, 在前横梁15、中横梁16和后横梁17的两端设有安装孔,纵向座体支撑梁14从这些安装孔中穿过,并与其焊接固定。纵向座体支撑梁14采用圆形铝管制成,共设有四根,左右各两根并列设置。以底盘框架50的纵向中心线为基准,还对称布置有两根纵向横梁支撑杆13,纵向横梁支撑杆13也采用圆形铝管制成,其穿过前横梁15、中横梁16和后横梁17上的安装孔,并与其焊接固定。驱动轮部件座体9固定安装在后横梁17上,张紧轮部件座体12固定安装在前横梁15上,支重轮部件座体10和浮动轮部件座体11均通过其上的安装孔套装并焊接固定在座体支撑纵梁14上。
[0030] 如图7所示,驱动轮部件4由带刹车编码器直角行星减速伺服电机18、驱动轮19、 驱动轮挡圈20、传动轴内侧轴承21、传动轴外侧轴承22、传动轴23、电机托板24、若干调整垫25组成。带刹车编码器直角行星减速伺服电机18通过平键与传动轴23相连;驱动轮19 是具有尼龙材料的轮体,其中间方孔与传动轴23上的扁头过盈连接;驱动轮挡圈20通过螺钉与驱动轮19固接;传动轴内侧轴承21、传动轴外侧轴承22分别安装在传动轴23的两头;电机托板24安装在带刹车编码器直角行星减速伺服电机18的底部,调整垫25设置在带刹车编码器直角行星减速伺服电机18和电机托板24之间。带刹车编码器直角行星减速伺服电机18通过传动轴23带动驱动轮19旋转,驱动轮19上的梯形槽驱动环形履带3内侧的梯形齿,进而带动整个底盘,实现各种前进、后退、转向等各种运动。
[0031] 如图8所示,支重轮部件5由支重轮26、垫片27、支重轮轴28、滚子轴承29、防松螺母30组成。支重轮轴28的轴肩和支重轮26 —端的圆台分别压在滚子轴承29的内圈上; 垫片27装在支重轮26另一端的沉孔中;防松螺母30从支重轮轴28两头装入压紧支重轮 26。
[0032] 如图9、图10所示,浮动轮部件6由浮动轮31、防松螺母30、浮动轮轴32、轴承33、 浮动轮架轴34、滚子轴承29、浮动轮架35、挡圈36、沉头螺钉37组成。轴承33内圈与浮动轮轴32过盈配合,外圈与浮动轮31过盈配合;挡圈36 —端的圆台压在轴承33外圈上,挡圈36还通过沉头螺钉37与浮动轮31固接;浮动轮架35上的三个孔用于安装二根浮动轮轴32和一根浮动轮架轴34 ;所述防松螺母30从浮动轮轴32和浮动轮架轴34的两头装入, 压紧浮动轮架35。浮动轮部件6中的2组浮动轮31可以在遇到地面突起物时上下浮动,提高底盘通过不平路面的平顺性。
[0033] 如图11所示,张紧轮部件7由防松螺母30、轴承33、沉头螺钉37、张紧轮挡圈38、 张紧轮39、轴套40、张紧杆座41、张紧轴42、张紧杆43组成。张紧轴42与其两端的轴承33 内圈过盈配合,与其两端的轴套40间隙配合;轴套40的内侧端面压在轴承33内圈上;防松螺母30从张紧轴42 —端装入,压紧该端的轴套40 ;张紧杆座41从张紧轴42另一端装入, 压紧此端的轴套40 ;张紧杆43为一端带扁头的螺杆,其扁头插入到张紧杆座41上的扁孔中;张紧轮39上的安装孔与轴承33外圈过盈配合;所述张紧轮挡圈38 —端的圆台压在轴承33外圈上,张紧轮挡圈38还通过沉头螺钉37与张紧轮39固接。张紧轮部件7的作用是通过调整张紧杆43伸出张紧轮部件座体12的长度,对环形履带3进行张紧和放松。
[0034] 如图12所示,托带轮部件8由防松螺母30、轴承33、沉头螺钉37、托带轮44、托带轮挡圈45、托带轮轴套46、托带轮轴47、托带轮座48、内六角螺钉49组成。托带轮轴47通过内六角螺钉49安装在托带轮座48上;轴承33内圈与托带轮轴47过盈配合,外圈与托带轮44过盈配合;托带轮挡圈45 —端的圆台压在轴承33外圈上,托带轮挡圈45还通过沉头螺钉37与托带轮44固接;托带轮轴套46压在轴承33内圈上,且与托带轮轴47为间隙配合;防松螺母30从托带轮轴47两端装入,压紧托带轮轴套46。托带轮部件8的作用是托住环形履带3,防止环形履带3在运行过程中上下抖动。托带轮部件8可以设置两组,两组托带轮部件8的托带轮座48高度不同,其他结构一样,用于布置在不同的位置,可进一步防止环形履带3在运行过程中上下抖动。
[0035] 本发明所设计的履带机器人通用底盘采用组合式底盘框架,零件形状简单、加工容易、工艺性好、制造成本低、装配方便。并且可通过简单的个别零件尺寸调整,配合支重轮部件5和浮动轮部件6的数量变化,发展出一系列长短、高矮、宽窄的多种底盘,可应用于各种大小不同的机器人。具体为:调整支重轮部件5、浮动轮部件6及其相应座体的数量,同时改变纵向横梁支撑杆13、纵向座体支撑梁14的长度,即可改变底盘的长度尺寸,其结构效果如图13、图14所示;调整支重轮部件座体10、浮动轮部件座体11的高度,即可改变底盘的高度尺寸,其结构效果如图15所示;调整前横梁15、中横梁16、后横梁17的长度,即可改变底盘的宽度尺寸,其结构效果如图16所示。
[0036] 本发明的工作原理是这样的:带刹车编码器直角行星减速伺服电机18收到指令后开始动作,输出动力通过平键传给传动轴23,传动轴23带动驱动轮19旋转,驱动轮19驱动带有梯形齿的环形履带3带动整个底盘运动;通过控制带刹车编码器直角行星减速伺服电机18上的刹车闭合,可以实现整个底盘的刹车;通过带刹车编码器直角行星减速伺服电机18的编码器,可以对整个底盘的前进、后退、转向等行进方式进行闭环控制;当行驶过程中遇到地面突起的台或坎时,浮动轮部件6会根据路面情况自动起伏调整,可以增加底盘过台、过坎的平顺性。

Claims (10)

1. 一种履带机器人通用底盘,它具有结构相同且对称布置的左总成(I)和右总成(2), 所述左总成(I)和右总成(2)均包括一组驱动轮部件(4)、一组张紧轮部件(7)、至少二组支重轮部件(5)、至少一组浮动轮部件¢)、以及至少一组托带轮部件(8),所述驱动轮部件(4)、张紧轮部件(7)、支重轮部件(5)和浮动轮部件(6)分别安装在与其对应的驱动轮部件座体(9)、张紧轮部件座体(12)、支重轮部件座体(10)和浮动轮部件座体(11)上,所述托带轮部件(8)安装在支重轮部件座体(10)或/和浮动轮部件座体(11)上,所述驱动轮部件(4)、张紧轮部件(7)、支重轮部件(5)、浮动轮部件(6)和托带轮部件(8)之间通过环形履带⑶相连,其特征在于:它还具有用于对称安装所述左总成⑴和右总成⑵的组合式底盘框架(50),所述底盘框架(50)包括前横梁(15)、中横梁(16)和后横梁(17),所述前横梁(15)、中横梁(16)和后横梁(17)的左右两端分别通过纵向座体支撑梁(14)相连,所述前横梁(15)、中横梁(16)和后横梁(17)之间还通过纵向横梁支撑杆(13)相连,所述驱动轮部件座体(9)固定安装在后横梁(17)上,所述张紧轮部件座体(12)固定安装在前横梁 (15)上,所述支重轮部件座体(10)和浮动轮部件座体(11)均通过其上的安装孔套装并固定在纵向座体支撑纵梁(14)上。
2.根据权利要求I所述的履带机器人通用底盘,其特征在于:所述底盘框架(50)的前横梁(15)、中横梁(16)和后横梁(17)均为板形件,所述底盘框架(50)的纵向座体支撑梁(14)和纵向横梁支撑杆(13)均为管形件,所述纵向座体支撑梁(14)和纵向横梁支撑杆 (13)均穿过前横梁(15)、中横梁(16)和后横梁(17)上的安装孔并与其焊接固定。
3.根据权利要求2所述的履带机器人通用底盘,其特征在于:所述底盘框架(50)的纵向座体支撑梁(14)共有四根,左右两端各并列布置二根;所述底盘框架(50)的纵向横梁支撑杆(13)共有二根,以底盘框架(50)的纵向中心线为基准对称布置。
4.根据权利要求I或2或3所述的履带机器人通用底盘,其特征在于:所述驱动轮部件(4)由带刹车编码器直角行星减速伺服电机(18)、驱动轮(19)、驱动轮挡圈(20)、传动轴内侧轴承(21)、传动轴外侧轴承(22)、传动轴(23)、电机托板(24)、若干调整垫(25)组成; 所述带刹车编码器直角行星减速伺服电机(18)通过平键与传动轴(23)相连;所述驱动轮 (19)为具有尼龙材料的轮体,其中间方孔与传动轴(23)上的扁头过盈连接;所述驱动轮挡圈(20)通过螺钉与驱动轮(19)固接;所述传动轴内侧轴承(21)、传动轴外侧轴承(22)分别安装在传动轴(23)的两头;所述电机托板(24)安装在带刹车编码器直角行星减速伺服电机(18)的底部,所述调整垫(25)设置在带刹车编码器直角行星减速伺服电机(18)和电机托板(24)之间。
5.根据权利要求I或2或3所述的履带机器人通用底盘,其特征在于:所述支重轮部件(5)由支重轮(26)、垫片(27)、支重轮轴(28)、滚子轴承(29)、防松螺母(30)组成;所述支重轮轴(28)的轴肩和支重轮(26) —端的圆台分别压在滚子轴承(29)的内圈上;所述垫片(27)装在支重轮(26)另一端的沉孔中;所述防松螺母(30)从支重轮轴(28)两头装入压紧支重轮(26)。
6.根据权利要求I或2或3所述的履带机器人通用底盘,其特征在于:所述浮动轮部件(6)由浮动轮(31)、防松螺母(30)、浮动轮轴(32)、轴承(33)、浮动轮架轴(34)、滚子轴承 (29)、浮动轮架(35)、挡圈(36)、沉头螺钉(37)组成;所述轴承(33)内圈与浮动轮轴(32) 过盈配合,外圈与浮动轮(31)过盈配合;所述挡圈(36) —端的圆台压在轴承(33)外圈上,所述挡圈(36)还通过沉头螺钉(37)与浮动轮(31)固接;所述浮动轮架(35)上的三个孔用于安装二根浮动轮轴(32)和一根浮动轮架轴(34);所述防松螺母(30)从浮动轮轴(32) 和浮动轮架轴(34)的两头装入,压紧浮动轮架(35)。
7.根据权利要求1或2或3所述的履带机器人通用底盘,其特征在于:所述张紧轮部件 (7)由防松螺母(30)、轴承(33)、沉头螺钉(37)、张紧轮挡圈(38)、张紧轮(39)、轴套(40)、 张紧杆座(41)、张紧轴(42)、张紧杆(43)组成;所述张紧轴(42)与其两端的轴承(33)内圈过盈配合,与其两端的轴套(40)间隙配合;所述轴套(40)的内侧端面压在轴承(33)内圈上;所述防松螺母(30)从张紧轴(42) —端装入,压紧该端的轴套(40);所述张紧杆座(41) 从张紧轴(42)另一端装入,压紧此端的轴套(40);所述张紧杆(43)为一端带扁头的螺杆, 其扁头插入到张紧杆座(41)上的扁孔中;所述张紧轮(39)上的安装孔与轴承(33)外圈过盈配合;所述张紧轮挡圈(38) —端的圆台压在轴承(33)外圈上,所述张紧轮挡圈(38)还通过沉头螺钉(37)与张紧轮(39)固接。
8.根据权利要求I或2或3所述的履带机器人通用底盘,其特征在于:所述托带轮部件(8)由防松螺母(30)、轴承(33)、沉头螺钉(37)、托带轮(44)、托带轮挡圈(45)、托带轮轴套(46)、托带轮轴(47)、托带轮座(48)、内六角螺钉(49)组成;所述托带轮轴(47)通过内六角螺钉(49)安装在托带轮座(48)上;所述轴承(33)内圈与托带轮轴(47)过盈配合, 外圈与托带轮(44)过盈配合;所述托带轮挡圈(45) —端的圆台压在轴承(33)外圈上,所述托带轮挡圈(45)还通过沉头螺钉(37)与托带轮(44)固接;所述托带轮轴套(46)压在轴承(33)内圈上,且与托带轮轴(47)为间隙配合;所述防松螺母(30)从托带轮轴(47)两端装入,压紧托带轮轴套(46)。
9.根据权利要求8所述的履带机器人通用底盘,其特征在于:所述托带轮部件(8)设置有两组,两组托带轮部件(8)的托带轮座(48)高度不同,其他结构一样。
10.根据权利要求2或3所述的履带机器人通用底盘,其特征在于:所述底盘框架(50) 的前横梁(15)、中横梁(16)和后横梁(17)均为铝板,所述底盘框架(50)的纵向座体支撑梁(14)和纵向横梁支撑杆(13)均为圆形铝管。
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