CN103010289B - 一种全向转向可升降的农用遥控移动机器人平台 - Google Patents

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周渝
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张梦芸
刘志杰
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Abstract

本发明涉及全向转向可升降的农用遥控移动机器人平台。该平台由全向转向机构、液压升降系统、车架台、车载电子设备、行走机构组成。全向转向装置由伺服电机驱动,通过小齿轮、大齿轮,将动力传给转向套,然后传递给车轮支架和轮毂电机式车轮,实现全向转向,同时液压升降装置在液压驱动的作用下可升降平台。其优点是:驱动电机和液压升降独立运动,可实现360度原地回转的同时调整车身的高度,以适应不同高度的农作物和地形环境;转向时转向阻力矩小,转向轻松灵活;采用轮毂电机车轮,电机和车轮一体,简化了平台结构。

Description

一种全向转向可升降的农用遥控移动机器人平台

技术领域

[0001] 本发明涉及一种农用遥控移动机器人平台,特别是涉及一种全向转向可升降的农用遥控移动机器人平台。

背景技术

[0002]目前,农业机械化得到国家的极大关注。针对小麦、玉米、水稻、棉花等不同作物作业的农业机械相继出现,但是在教学和试验研究中,缺少一种结构合理、行走方便的农业移动机器人平台。

[0003] 农用遥控移动机器人,在农业生产过程中能显著改善作业人员的安全性和舒适性,大大降低人们的劳动强度,特别是在施肥、喷药等危害人体健康的作业中,农业机器人试验和教学的平台非常必要。现有的遥控移动机器人在行走过程中还存在一些问题:一、转向困难。由于移动机器人转向的过程中受到较大的轴向力作用,转向阻力矩很大,所以大多数的农用移动机器人仍然采用对车辆结构的改进结构,即差分驱动轮系。这样的机器人能在不同曲率半径的圆弧或直线上运动,也能够原地旋转,但不能沿着轮子平面的法线方向运动,而且转向角小,难以实现全向转向,灵活性差,不适合农业生产的复杂环境。二、不能实现高度调节。不能针对不同高度的作物而适当调整车身高度,通用性差;对地形的适应性不好,尤其是在丘陵坡地,容易发生翻车事故。

发明内容

[0004] 针对上述现有技术存在的问题与缺陷,本发明通过采用液压升降装置和转向机构的合理配合,利用液压装置中的圆形柱塞既可以轴向移动又可以转动的特点,以减小转向阻力,实现全方位转向,同时可实现对移动机器人平台高度的调整。

[0005] 本发明是通过如下方案实现的,一种全向转向可升降的农用遥控移动机器人平台,包括全向转向机构、液压升降系统、车架台、车载电子设备、行走机构,所述的液压升降系统包括液压缸、液压缸柱塞、液压油箱及液压驱动装置,所述的液压缸柱塞靠近液压缸一端的截面为圆形,靠近车轮支架一端的截面为正方形,液压缸由螺栓安装在车架台的台阶孔三内;所述的全向转向机构包括转向套、大齿轮、端盖、滚珠、伺服电机、小齿轮,大齿轮固定连接在转向套上,转向套上侧的下边缘圆周上开有安放滚珠的半圆槽,端盖上表面也开有相应的半圆槽,转向套上的半圆槽与端盖上表面的半圆槽之间安装有滚珠,为便于安装,将端盖剖切成两半并用螺栓连接在车架台的台阶孔一中,转向套与液压缸同轴且套装在液压缸外侧,转向套下端正方形孔和液压缸柱塞正方形轴轴向滑动配合,所述的大齿轮与小齿轮啮合,小齿轮与伺服电机的输出轴固定连接;所述的行走机构包括轮毂电机车轮、车轮支架,轮毂电机车轮的转轴与车轮支架采用固定连接,车轮支架与液压缸柱塞的正方形轴一端由螺栓固定连接。

[0006] 所述的车载电子设备包括电池组、整机控制器、遥控信号接收器和无线通信模块,车载电子设备安装在车架台的上表面;所述的液压油箱及液压驱动装置安装在车架台的下表面;所述的全向转向机构、液压缸柱塞、液压缸和行走机构组成一个模块,该模块共有四个,分别安装在车架台的四个角上。

[0007] 本发明具有以下优点:采用全向转向机构与液压升降系统配合,驱动电机和液压升降同时独立运动,可实现360度原地回转的同时调整车身的高度,以适应不同高度的农作物和复杂的地形环境;采用伺服电机转向,转向角度可实现精确控制;该转向装置存在的一个突出的特点是受轴向力影响不大,转向阻力矩小,转向轻松灵活;采用轮毂电机的车轮,电机和车轮一体,简化了平台结构,增加了灵活性,在狭窄地形下的通过性加强,并且该电机具一定的负载牵引能力;采用蓄电池供电,无尾气排放,噪音小,无污染;采用模块化的设计,全向转向装置和液压升降系统可以方便地与车架台装配和拆卸;采用遥控器接收设备,设计相应的遥控器,直接操作遥控器就可以实现各个车轮独立的升降和转向,灵活方便,降低了人们的劳动强度;安装了无线收发模块,可大大增强平台的通信能力,在平台上加装摄像头,编写相应的通信程序,便可实现计算机的远程操作;还可以增加移动机器人平台个数,实现多个平台的通信协作,协同完成任务。

[0008] 本发明平台具有一定的负载能力,转向灵活,污染小;采用了开放式的体系结构,可以加装多种传感器,开发远程控制系统,还可以对多机器人系统进行试验和研究;因此,该平台具有很强的扩展性,很适合作为相关领域科学研究的开发、试验设备和教学平台。

附图说明

[0009] 图1是农用遥控移动机器人平台的三维装配图。

[0010] 图2是全向转向机构与液压升降装置的三维结构图。

[0011] 图3是车架台的纵向剖面图。

[0012] 图4是转向套的半剖视图。

[0013] 以下是图中各部件的标号:

[0014] 1轮毂电机车轮,2车轮支架,3转向套,4油箱与液压驱动装置,5液压升降装置,6大齿轮,7小齿轮,8车架台,9伺服电机,10电池组,11整机控制器,12遥控信号接收器,13无线通信模块,14端盖,15滚珠,16液压缸柱塞,17液压缸,18车架台台阶孔一,19车架台台阶孔二,20车架台台阶孔三,21半圆槽。

具体实施方式

[0015] 下面结合附图及具体实施方式进一步详细说明:

[0016] 如图1所示,本发明包括全向转向机构、液压升降系统、车架台架8、车载电子设备、油箱与液压驱动装置4、行走机构。本发明采用板式车架,车载电子设备安装在车架台8上表面,油箱与液压驱动装置4安装在车架台8的下表面。

[0017] 具体实施方案一:

[0018] 如图1、图2、图3和图4所示,伺服电机9用螺栓连接在车架台8上,小齿轮7和伺服电机9动力输出轴采用平键连接,用圆螺母轴向固定小齿轮7。小齿轮7和大齿轮6啮合。转向套3与大齿轮6固定连接。转向套3下端半径小,在其下端内部开有正方形孔,该孔与液压缸柱塞16正方形轴一端滑动配合。转向套3中部空心,以便内部安装液压升降装置6。转向套3圆周侧面上开有四个槽,以便安装液压管。转向套3上端的下表面圆周上开有安装滚珠15的半圆槽21,端盖14的上表面上也开有与之对应的半圆槽,用螺栓将端盖14固定在车架台台阶孔一 18中,为安装方便将端盖14刨切成两半。端盖14通过滚珠15将转向套3压入车架台台阶孔二 19中,车架台台阶孔二 19上表面和转向套3上表面采用间隙配合,不产生大的转动阻力矩,于是转向套3可以在车架台台阶孔二 19中轻松转动。液压缸17用螺栓安装在车架台台阶孔三20中。液压缸柱塞16截面形状上端(液压缸一端)为圆形,下端为正方形,液压缸柱塞正方形一端和转向套3滑动配合。液压缸柱塞16和车轮支架2、车轮支架2和轮毂电机式车轮1的转轴间均采用螺栓连接。全向转向机构、液压缸柱塞16、液压缸17和行走机构组成一个模块,该模块共有四个,分别安装在车架台8的四个角上。

[0019] 具体实施方式二:

[0020] 如图1、图2所示,车载电子设备包括:电池组10、整车控制器11、遥控信号接收器12、无线通信模块13。电池组10负责整个遥控平台的供电;整机控制器11,一方面控制移动平台的运动,即控制轮毂电机车轮1的起停及转速、伺服电机9的转动、电磁阀的启闭和液压油栗的开关,另外一方面实现信号的交流,即实现对输入遥控信号和无线信号的接收和处理,同时可以通过无线通信模块13传递给远端的计算机和其他移动机器平台等。如果安装一定的传感器和GPS等还可是实现自适应升降和自动导航;遥控接收器12接收遥控信息实现人机信息交流,无线通信模块13收发无线信息实现机器与机器的信息交流。该农用遥控移动机器人平台的运动过程为:通过遥控信号接收器12或者无线通信模块13接收操作者的控制信号,传输到整机控制器11,整机控制器11控制伺服电机9转动带动小齿轮7转动,小齿轮7转动带动大齿轮6和转向套3转动,转向套3又带动液压缸柱塞16转动,进而使得车轮支架2和轮毂电机车轮1同步转动;通过遥控信号器或是通过无线通信模块接收的命令信号,在整机控制器11的作用下,电磁阀打开,液压栗栗油,液压缸柱塞16在液压缸17中上下运动同时和转向套3的正方形内孔上下滑动配合,实现该遥控平台的升降;该遥控平台的前进运动是通过整车控制器(11)发出控制信号,经过电机驱动电路,驱动轮毂电机车轮(1)转动而完成的。

[0021] 根据上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更与修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种全向转向可升降的农用遥控移动机器人平台,包括全向转向机构、车架台(8)、液压升降装置(5)、车载电子设备、行走机构;其特征在于,所述的全向转向机构包括转向套⑶、大齿轮(6)、端盖(14)、滚珠(15)、伺服电机(9)、小齿轮(7);所述的大齿轮(6)固定连接在转向套⑶上,转向套⑶上侧的下边缘圆周上开有安放滚珠(15)的半圆槽(21),端盖(14)上表面开有对应的半圆槽,转向套(3)上的半圆槽(21)与端盖(14)上表面的半圆槽之间安放有滚珠(15),端盖(14)剖切成两半并用螺栓连接在车架台(8)的台阶孔一(18)中,转向套⑶与液压缸(17)同轴且套装在液压缸(17)外侧,转向套⑶下端正方形孔和液压缸柱塞(16)正方形轴轴向滑动配合;所述的大齿轮(6)与小齿轮(7)嗤合,小齿轮(7)与伺服电机(9)的动力输出轴通过平键固定连接;所述的小齿轮(7)通过圆螺母固定在车架台(8)的下表面;所述的液压升降装置包括液压缸(17)、液压缸柱塞(16)、液压油箱与液压驱动装置⑷;所述的液压缸柱塞(16)靠近液压缸(17) —端的截面为圆形,靠近车轮支架(2) —端的截面为正方形,液压缸(17)由螺栓固定在车架台(8)台阶孔三(20)内;所述的行走机构包括轮毂电机车轮(1)、车轮支架(2),轮毂电机车轮(1)的转轴与车轮支架(2)固定连接,车轮支架(2)与液压缸柱塞(16)的正方形轴一端由螺栓固定连接;所述的车载电子设备包括电池组(10)、整机控制器(11)、遥控信号接收器(12)和无线通信模块(13),车载电子设备安装在车架台(8)的上表面;所述的液压油箱及液压驱动装置(4)安装在车架台(8)的下表面;所述的全向转向机构、液压缸柱塞(16)、液压缸(17)和行走机构组成一个模块,该模块共有四个,分别安装在车架台(8)的四个角上。
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