CN103612678A - 两栖轮履复合式机器人移动平台 - Google Patents

Abstract

本发明为一种两栖轮履复合式机器人移动平台。它包括4个用于陆地机动行驶的轮履复合行驶机构1、1个用于水面浮渡行驶的带有密封腔体的组合式箱体2、2组用于驱动所述轮履复合行驶机构运动的齿轮减速机构3；所述齿轮减速机构3位于组合式箱体2内，所述每组齿轮减速机构3分别包括两个动力输出端；所述轮履复合行驶机构1分别位于组合式箱体2外的四个角上，且所述轮履复合行驶机构1分别与所述齿轮减速机构3的动力输出端通过齿轮啮合的方式相联。本发明通过所述轮履复合行驶机构实现陆地环境作业，进一步通过所述组合式箱体与所述齿轮减速机构的结合实现水上作业，大大提高机动性能和作业范围。

Description

两栖轮履复合式机器人移动平台

技术领域

本发明涉及一种机器人移动平台，特别是公开一种两栖轮履复合式机器人移动平台。

背景技术

随着现代社会的快速发展，越来越多的领域需要使用移动机器人来执行各种急、难、险、重甚至人类无法完成的作业任务。根据作业环境的不同，移动机器人形成了三大体系：地面移动机器人或称地面无人车辆（UGV）、水下移动机器人（UUV）、空中无人机（UAV）。然而，能够同时适用于水面和地面的两栖机器人移动平台仍然较少。

目前，国内外已经研制出较多的地面轮履复合式机器人移动平台，这些机器人移动平台因为具有一定的防水能力，所以既能够在陆地上行驶，也能够在浅水中行驶，但是由于其本身并不具有浮渡能力，故而无法在水面行驶。例如专利“CN 201210251067”中公开的一种摆臂式双节轮履复合特种工程车辆底盘，通过在每一侧安装四组双节轮，然后将前后两组分别通过履带连接从而形成地面机动能力较强的轮履复合式底盘，但是其仍然无法在水面上行驶。

国内外也研制出了少数两栖移动平台，这些移动平台大多由密封箱体和车轮等部件组成，可以在水面和陆地行驶。但是，由于路面行驶机构简单，导致其无法在山地、沟壑等复杂路面上进行作业。例如专利“CN 20061001135.0”所公开的一种水陆两栖机器人机构，通过安装在密封箱体上的四个车轮实现了水陆两栖移动功能，但是因为缺乏轮履复合结构，以致大大降低了其陆地机动性能。

在这种情况下，开展两栖轮履复合式机器人移动平台的研究就显得尤为必要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种能在平地、山路、沟壑、河滩、浅水中行进，也能在水面、滩涂中行驶的两栖轮履复合式机器人移动平台。

本发明是这样实现的：一种两栖轮履复合式机器人移动平台，其特征在于：包括4个用于陆地机动行驶的轮履复合行驶机构1、1个用于水面浮渡行驶的带有密封腔体的组合式箱体2、2组用于驱动所述轮履复合行驶机构运动的齿轮减速机构3；所述齿轮减速机构3位于所述组合式箱体2内，所述每组齿轮减速机构3分别包括两个动力输出端；所述轮履复合行驶机构1分别位于所述组合式箱体2外的四个角上，且所述轮履复合行驶机构1分别与所述齿轮减速机构3的动力输出端通过齿轮啮合的方式相联。

所述轮履复合行驶机构1包括轮履复合组件、内外轴组件，所述轮履复合组件由摆臂101、履带驱动轮102、履带导向轮103、越野车轮104、橡胶履带105组成，所述摆臂101的一端与所述履带驱动轮102相连、另一端与所述履带导向轮103相连，所述履带驱动轮102与所述越野车轮104相连，所述橡胶履带105的一端套在所述履带导向轮103上，所述橡胶履带105的另一端套在所述履带驱动轮102上；

所述内外轴组件包括内轴110，所述内轴110上设有法兰外轴112、法兰轴承座113、轴承连接件114，所述轴承连接件114设在所述内轴110、法兰外轴112、法兰轴承座113三者之间，所述法兰外轴112与所述摆臂101相连，所述内轴110的一端从所述轮履复合组件的摆臂101的一侧与所述轮履复合组件相连，所述内轴110的另一端穿过所述组合式箱体2在组合式箱体2内部与所述齿轮减速机构3的一个动力输出端相连；所述法兰外轴112通过所述轴承连接件114能相对于所述内轴110独立旋转。

所述齿轮减速机构3包括直轴301、用于支撑所述直轴301并固定在所述组合式箱体2内的轴承座302、横向直流减速电机303、竖向直流减速电机304、第一齿轮传动组件305、第二齿轮传动组件306；所述直轴301的一端与所述第一齿轮传动组件305相连构成所述齿轮减速机构3的第一动力输出端，所述直轴301的另一端与所述第二齿轮传动组件306相连构成所述齿轮减速机构3的第二动力输出端；所述第一动力输出端、第二动力输出端分别各自与一个所述轮履复合行驶机构1的内轴110相连；所述横向直流减速电机303的所在轴线与所述直轴301的轴线平行，所述横向直流减速电机303的电机输出端与所述第一齿轮传动组件305相连，所述横向直流减速电机303通过电机侧安装架307固定在所述组合式箱体2内；所述竖向直流减速电机304所在轴线与所述直轴301的轴线相互垂直，所述竖向直流减速电机304的电机输出端与所述第二齿轮传动组件306相连，所述竖向直流减速电机304通过电机底板安装架308固定在所述组合式箱体2内。

所述第一齿轮传动组件305由第一直齿圆柱齿轮311、第二直齿圆柱齿轮312、第一B型圆柱直齿齿轮313、第二B型圆柱直齿齿轮314构成；所述第一直齿圆柱齿轮311、第二直齿圆柱齿轮312依次固定在所述直轴301的一端，所述第一B型圆柱直齿齿轮313与所述第二直齿圆柱齿轮312啮合，且所述第一B型圆柱直齿齿轮313固定在所述一个轮履复合行驶机构1的内轴110上的法兰外轴112上；所述第二B型圆柱直齿齿轮314与所述第一直齿圆柱齿轮311啮合且所述第二B型圆柱直齿齿轮314一端固定在所述横向直流减速电机303的电机输出端上；

所述第二齿轮传动组件306由第三直齿圆柱齿轮315、第一直齿锥齿轮316、第三B型圆柱直齿齿轮317、第二直齿锥齿轮318构成；所述第三直齿圆柱齿轮315固定在所述直轴301的另一端，所述第一直齿锥齿轮316固定在另一个所述轮履复合行驶机构1的内轴110上，所述第三B型圆柱直齿齿轮317固定在所述另一个轮履复合行驶机构1的内轴110上的法兰外轴112上，所述第三B型圆柱直齿齿轮317与所述第三直齿圆柱齿轮315相啮合，所述第二直齿锥齿轮318与所述第一直齿锥齿轮316相啮合且所述第二直齿锥齿轮318一端固定在所述竖向直流减速电机304的电机输出端上。

所述2组齿轮减速机构3在所述组合式箱体2内前后、反向布置。

所述轴承连接件114由2个第一深沟球轴承121、1个唇形油封122、2个第一轴向挡圈123、2个第二深沟球轴承124、2个第二轴向挡圈125组成，所述2个第一深沟球轴承121通过2个第一轴向挡圈123和1个唇形油封122装配在内轴110上并嵌入所述法兰外轴112的内孔中；所述2个第二深沟球轴承124通过2个第二轴向挡圈125装配在所述法兰外轴112上并嵌入所述法兰轴承座113内。

所述组合式箱体2包括浮渡密封箱201、螺旋驱动模块202、螺旋桨203、底板204、底板骨架205、侧壁206、前后面板207、上板骨架208、上板209，所述螺旋驱动模块202固定在所述浮渡密封箱201的尾侧，所述螺旋桨203固定在所述螺旋驱动模块202上，所述底板204、底板骨架205、上板骨架208、上板209从下往上依次设置在所述浮渡密封箱201的上方，且四周通过所述侧壁206、前后面板207密封固定。

本发明的有益效果是：通过所述轮履复合行驶机构实现陆地环境作业，进一步通过所述组合式箱体与所述齿轮减速机构的结合实现水上作业，本发明适用于水面、滩涂和陆地等环境进行两栖作业，大大提高机动性能和作业范围。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明轮履复合行驶机构的结构示意图。

图3是本发明轮履复合行驶机构的轮履复合组件的结构示意图。

图4是本发明轮履复合行驶机构的轮履复合组件的结构爆炸示意图。

图5是本发明轮履复合行驶机构的内外轴组件的结构示意图。

图6是是本发明轮履复合行驶机构的内外轴组件的结构示爆炸意图。

图7是本发明齿轮减速机构与所述内外轴组件的连接关系结构示意图。

图8是图7的结构爆炸示意图。

图9是本发明齿轮减速机构、内外轴组件在组合式箱体内的位置关系示意图。

图10是本发明组合式箱体的结构示意图。

图11是图10的结构爆炸示意图。

其中：1、轮履复合行驶机构；2、组合式箱体；3、齿轮减速机构；101、摆臂；102、履带驱动轮；103、履带导向轮；104、越野车轮；105、橡胶履带；110、内轴；112、法兰外轴；113、法兰轴承座；114、轴承连接件；301、直轴；302、轴承座；303、横向直流减速电机；304、竖向直流减速电机；305、第一齿轮传动组件；306、第二齿轮传动组件；307、电机侧安装架；308、电机底板安装架；311、第一直齿圆柱齿轮；312、第二直齿圆柱齿轮；313、第一B型圆柱直齿齿轮；314、第二B型圆柱直齿齿轮；315、第三直齿圆柱齿轮；316、第一直齿锥齿轮；317、第三B型圆柱直齿齿轮；318、第二直齿锥齿轮；201、浮渡密封箱；202、螺旋驱动模块；203、螺旋桨；204、底板；205、底板骨架；206、侧壁；207、前后面板；208、上板骨架；209、上板。

具体实施方式

根据图1~图11，本发明包括4个用于陆地机动行驶的轮履复合行驶机构1、1个用于水面浮渡行驶的带有密封腔体的组合式箱体2、2组用于驱动所述轮履复合行驶机构运动的齿轮减速机构3；所述齿轮减速机构3位于所述组合式箱体2内，所述每组齿轮减速机构3分别各包括两个动力输出端；所述轮履复合行驶机构1分别位于所述组合式箱体2外的四个角上，且所述轮履复合行驶机构1分别与所述齿轮减速机构3的动力输出端通过齿轮啮合的方式相联。

一、轮履复合行驶机构

根据图2~图6结合图1、图9，所述轮履复合行驶机构1包括轮履复合组件、内外轴组件。

所述轮履复合组件由摆臂101、履带驱动轮102、履带导向轮103、越野车轮104、橡胶履带105组成。所述摆臂101的一端与所述履带驱动轮102相连、摆臂101的另一端与所述履带导向轮103相连，所述履带驱动轮102与所述越野车轮104相连，所述橡胶履带105的一端套在所述履带导向轮103上，所述橡胶履带105的另一端套在所述履带驱动轮102上。所述摆臂101、履带驱动轮102、履带导向轮103三者共同组成履带翻转臂。

所述内外轴组件包括内轴110，所述内轴110上设有法兰外轴112、法兰轴承座113、轴承连接件114。所述轴承连接件114设在所述内轴110、法兰外轴112、法兰轴承座113三者之间，所述法兰外轴112与所述摆臂101相连，所述内轴110的一端从所述轮履复合组件的摆臂101的一侧与所述轮履复合组件相连，所述内轴110的另一端穿过所述组合式箱体2在组合式箱体2内部与所述齿轮减速机构3的一个动力输出端相连；所述法兰外轴112通过所述轴承连接件114能相对于所述内轴110独立旋转。

所述轴承连接件114由2个第一深沟球轴承121、1个唇形油封122、2个第一轴向挡圈123、2个第二深沟球轴承124、2个第二轴向挡圈125组成，所述2个第一深沟球轴承121通过2个第一轴向挡圈123和1个唇形油封122装配在内轴110上并嵌入所述法兰外轴112的内孔中。所述2个第二深沟球轴承124通过2个第二轴向挡圈125装配在所述法兰外轴112上并嵌入所述法兰轴承座113内。

所述内外轴组件的内轴110与所述越野车轮104、履带驱动轮103相连，内轴110转动时带动越野车轮104和履带驱动轮103同步转动。所述法兰外轴112与所述摆臂101通过螺栓连接，保证了法兰外轴112相对于所述内轴110独立转动时，带动摆臂101相对于越野车轮104作独立旋转运动。因此，本发明在平地、草地、沙滩等路面行驶时，越野车轮104可以提供较高的速度和稳定性；在泥地、雪地、滩涂等路面行驶时，或者执行攀爬、越障等动作时，由所述摆臂101、履带驱动轮102、履带导向轮103三者共同组成的履带翻转臂可以提供较好的机动性能。

二、齿轮减速机构

根据图7、图8结合图1、图9，所述齿轮减速机构3包括直轴301、用于支撑所述直轴301并固定在所述组合式箱体2内的轴承座302、横向直流减速电机303、竖向直流减速电机304、第一齿轮传动组件305、第二齿轮传动组件306；所述直轴301的一端与所述第一齿轮传动组件305相连构成所述齿轮减速机构3的第一动力输出端，所述直轴301的另一端与所述第二齿轮传动组件306相连构成所述齿轮减速机构3的第二动力输出端；所述第一动力输出端、第二动力输出端分别各自与一个所述轮履复合行驶机构1的内轴110相连或间接相连。所述横向直流减速电机303的所在轴线与所述直轴301的轴线平行，所述横向直流减速电机303的电机输出端与所述第一齿轮传动组件305相连，所述横向直流减速电机303通过电机侧安装架307固定在所述组合式箱体2内；所述竖向直流减速电机304所在轴线与所述直轴301的轴线相互垂直，所述竖向直流减速电机304的电机输出端与所述第二齿轮传动组件306相连，所述竖向直流减速电机304通过电机底板安装架308固定在所述组合式箱体2内。

所述第一齿轮传动组件305由第一直齿圆柱齿轮311、第二直齿圆柱齿轮312、第一B型圆柱直齿齿轮313、第二B型圆柱直齿齿轮314构成；所述第一直齿圆柱齿轮311、第二直齿圆柱齿轮312依次固定在所述直轴301的一端，所述第一B型圆柱直齿齿轮313与所述第二直齿圆柱齿轮312啮合，且所述第一B型圆柱直齿齿轮313固定在所述一个轮履复合行驶机构1的内轴110上的法兰外轴112上（所述第一B型圆柱直齿齿轮313与内轴110形成间接连接）；所述第二B型圆柱直齿齿轮314与所述第一直齿圆柱齿轮311啮合且所述第二B型圆柱直齿齿轮314一端固定在所述横向直流减速电机303的电机输出端上。

所述第二齿轮传动组件306由第三直齿圆柱齿轮315、第一直齿锥齿轮316、第三B型圆柱直齿齿轮317、第二直齿锥齿轮318构成；所述第三直齿圆柱齿轮315固定在所述直轴301的另一端，所述第一直齿锥齿轮316固定在另一个所述轮履复合行驶机构1的内轴110上，所述第三B型圆柱直齿齿轮317固定在所述另一个轮履复合行驶机构1的内轴110上的法兰外轴112上（所述第三B型圆柱直齿齿轮317与内轴110形成间接连接），所述第三B型圆柱直齿齿轮317与所述第三直齿圆柱齿轮315相啮合，所述第二直齿锥齿轮318与所述第一直齿锥齿轮316相啮合且所述第二直齿锥齿轮318一端固定在所述竖向直流减速电机304的电机输出端上。

所述第一齿锥齿轮316与第二直齿锥齿轮318为所述越野车轮104和履带驱动轮102传递转矩。所述所述第一直齿圆柱齿轮311与第二B型圆柱直齿齿轮314、所述所述第二直齿圆柱齿轮312与第一B型圆柱直齿齿轮313、所述第三直齿圆柱齿轮315与第三B型圆柱直齿齿轮317这三组齿轮副为两侧履带翻转臂的同步转动传递转矩。

根据图9，所述2组齿轮减速机构3在所述组合式箱体2内前后、反向布置，以实现异侧前后差速驱动，即作为越野车轮104与履带驱动轮102的驱动电机的竖向直流减速电机304安装在斜对角上。这种布置方式，不仅能够保障本发明的差速转向功能，而且能够在前轮或后轮陷入泥沼、石隙中时依然具有机动行驶能力，以帮助摆脱困境。

三、组合式箱体

所述组合式箱体2包括浮渡密封箱201、螺旋驱动模块202、螺旋桨203、底板204、底板骨架205、侧壁206、前后面板207、上板骨架208、上板209，所述螺旋驱动模块202固定在所述浮渡密封箱201的尾侧，所述螺旋桨203固定在所述螺旋驱动模块202上，所述底板204、底板骨架205、上板骨架208、上板209从下往上依次设置在所述浮渡密封箱201的上方，且四周通过所述侧壁206、前后面板207密封固定，所述浮渡密封箱201内形成密封腔体。

所述浮渡密封箱201灌入轻质气体后，能为本发明提供水面和滩涂的浮力支撑作用。安装在尾侧的螺旋驱动模块202及螺旋桨203实现本发明在水面上的行驶推进和差速转向功能。所述浮渡密封箱201内形成的密封腔体在提供浮力支撑的同时，用于给安装所述齿轮减速机构3、蓄电池、控制电路和电机等提供安装位置与保护作用。

Claims (7)

1.一种两栖轮履复合式机器人移动平台，其特征在于：包括4个用于陆地机动行驶的轮履复合行驶机构（1）、1个用于水面浮渡行驶的带有密封腔体的组合式箱体（2）、2组用于驱动所述轮履复合行驶机构运动的齿轮减速机构（3）；所述齿轮减速机构（3）位于所述组合式箱体（2）内，所述每组齿轮减速机构（3）分别包括两个动力输出端；所述轮履复合行驶机构（1）分别位于所述组合式箱体（2）外的四个角上，且所述轮履复合行驶机构（1）分别与所述齿轮减速机构（3）的动力输出端通过齿轮啮合的方式相联。

2.根据权利要求 1 所述的两栖轮履复合式机器人移动平台，其特征在于：所述轮履复合行驶机构（1）包括轮履复合组件、内外轴组件，所述轮履复合组件由摆臂（101）、履带驱动轮（102）、履带导向轮（103）、越野车轮（104）、橡胶履带（105）组成，所述摆臂（101）的一端与所述履带驱动轮（102）相连、另一端与所述履带导向轮（103）相连，所述履带驱动轮（102）与所述越野车轮（104）相连，所述橡胶履带（105）的一端套在所述履带导向轮（103）上，所述橡胶履带（105）的另一端套在所述履带驱动轮（102）上；

所述内外轴组件包括内轴（110），所述内轴（110）上设有法兰外轴（112）、法兰轴承座（113）、轴承连接件（114），所述轴承连接件（114）设在所述内轴（110）、法兰外轴（112）、法兰轴承座（113）三者之间，所述法兰外轴（112）与所述摆臂（101）相连，所述内轴（110）的一端从所述轮履复合组件的摆臂（101）的一侧与所述轮履复合组件相连，所述内轴（110）的另一端穿过所述组合式箱体（2）在组合式箱体（2）内部与所述齿轮减速机构（3）的一个动力输出端相连；所述法兰外轴（112）通过所述轴承连接件（114）能相对于所述内轴（110）独立旋转。

3.根据权利要求 1或2 所述的两栖轮履复合式机器人移动平台，其特征在于：所述齿轮减速机构（3）包括直轴（301）、用于支撑所述直轴（301）并固定在所述组合式箱体（2）内的轴承座（302）、横向直流减速电机（303）、竖向直流减速电机（304）、第一齿轮传动组件（305）、第二齿轮传动组件（306）；所述直轴（301）的一端与所述第一齿轮传动组件（305）相连构成所述齿轮减速机构（3）的第一动力输出端，所述直轴（301）的另一端与所述第二齿轮传动组件（306）相连构成所述齿轮减速机构（3）的第二动力输出端；所述第一动力输出端、第二动力输出端分别各自与一个所述轮履复合行驶机构（1）的内轴（110）相连；所述横向直流减速电机（303）的所在轴线与所述直轴（301）的轴线平行，所述横向直流减速电机（303）的电机输出端与所述第一齿轮传动组件（305）相连，所述横向直流减速电机（303）通过电机侧安装架（307）固定在所述组合式箱体（2）内；所述竖向直流减速电机（304）所在轴线与所述直轴（301）的轴线相互垂直，所述竖向直流减速电机（304）的电机输出端与所述第二齿轮传动组件（306）相连，所述竖向直流减速电机（304）通过电机底板安装架（308）固定在所述组合式箱体（2）内。

4.根据权利要求 3所述的两栖轮履复合式机器人移动平台，其特征在于：所述第一齿轮传动组件（305）由第一直齿圆柱齿轮（311）、第二直齿圆柱齿轮（312）、第一B型圆柱直齿齿轮（313）、第二B型圆柱直齿齿轮（314）构成；所述第一直齿圆柱齿轮（311）、第二直齿圆柱齿轮（312）依次固定在所述直轴（301）的一端，所述第一B型圆柱直齿齿轮（313）与所述第二直齿圆柱齿轮（312）啮合，且所述第一B型圆柱直齿齿轮（313）固定在所述一个轮履复合行驶机构（1）的内轴（110）上的法兰外轴（112）上；所述第二B型圆柱直齿齿轮（314）与所述第一直齿圆柱齿轮（311）啮合且所述第二B型圆柱直齿齿轮（314）一端固定在所述横向直流减速电机（303）的电机输出端上；

所述第二齿轮传动组件（306）由第三直齿圆柱齿轮（315）、第一直齿锥齿轮（316）、第三B型圆柱直齿齿轮（317）、第二直齿锥齿轮（318）构成；所述第三直齿圆柱齿轮（315）固定在所述直轴（301）的另一端，所述第一直齿锥齿轮（316）固定在另一个所述轮履复合行驶机构（1）的内轴（110）上，所述第三B型圆柱直齿齿轮（317）固定在所述另一个轮履复合行驶机构（1）的内轴（110）上的法兰外轴（112）上，所述第三B型圆柱直齿齿轮（317）与所述第三直齿圆柱齿轮（315）相啮合，所述第二直齿锥齿轮（318）与所述第一直齿锥齿轮（316）相啮合且所述第二直齿锥齿轮（318）一端固定在所述竖向直流减速电机（304）的电机输出端上。

5.根据权利要求3所述的两栖轮履复合式机器人移动平台，其特征在于：所述2组齿轮减速机构（3）在所述组合式箱体（2）内前后、反向布置。

6.根据权利要求2所述的两栖轮履复合式机器人移动平台，其特征在于：所述轴承连接件（114）由2个第一深沟球轴承（121）、1个唇形油封（122）、2个第一轴向挡圈（123）、2个第二深沟球轴承（124）、2个第二轴向挡圈（125）组成，所述2个第一深沟球轴承（121）通过2个第一轴向挡圈（123）和1个唇形油封（122）装配在内轴（110）上并嵌入所述法兰外轴（112）的内孔中；所述2个第二深沟球轴承（124）通过2个第二轴向挡圈（125）装配在所述法兰外轴（112）上并嵌入所述法兰轴承座（113）内。

7.根据权利要求1所述的两栖轮履复合式机器人移动平台，其特征在于：所述组合式箱体（2）包括浮渡密封箱（201）、螺旋驱动模块（202）、螺旋桨（203）、底板（204）、底板骨架（205）、侧壁（206）、前后面板（207）、上板骨架（208）、上板（209），所述螺旋驱动模块（202）固定在所述浮渡密封箱（201）的尾侧，所述螺旋桨（203）固定在所述螺旋驱动模块（202）上，所述底板（204）、底板骨架（205）、上板骨架（208）、上板（209）从下往上依次设置在所述浮渡密封箱（201）的上方，且四周通过所述侧壁（206）、前后面板（207）密封固定。

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