CN104228998B - 一种可抛掷式侦察机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种可抛掷式侦察机器人包括车身模块与车身模块两侧安装的运动模块。车身模块采用橡胶材料，两侧安装有驱动电机；驱动电机驱动由皮带与传动轮构成的传动机构实现动力的传递，进而实现对两侧运动机构中的运动轮系的转动。上述驱动电机、传动机构均位于车身模块上开设的凹槽内；且运动模块和车身模块之间分别通过车身模块上的裙边和运动模块中的连接主板相连，实现柔性连接。车身模块内开有多个用于安装任务载荷的型腔。本发明的优点为：整体结构紧凑；在正常成年人的可抛掷高度范围内(2千克物体，抛掷高度约为6米)，能够通过自身的结构抵抗由跌落所产生的冲击而不受损，以完成后续的侦察任务。
Description
技术领域
本发明涉及一种侦查机器人，具体来说，是一种便携式、模块化、可抛掷式侦察机器人。
背景技术
目前国内外已研制的抛掷式侦察机器人可以分为四种类型：1、轮履式侦察机器人；2、哑铃式侦察机器人；3、侦察球；4、足式。根据各自运动功能、搭载能力以及自重，上述四种机器人采用了不同的抗冲击设计思路。相对其他三种机器人而言，轮履式可抛掷机器人具备更强的自主移动能力和地形适应性，可远距离遥控操作，搭载能力强，功能丰富，具有更广泛的应用前景。可抛掷移动机器人研究中的难点问题是如何抵抗抛掷或跌落带来的强大冲击载荷，保护机器人内部的多种敏感元件，如：驱动机构、控制器、传感器等，常用的技术手段是采用高强度材料构成结构和驱动元件，局部填充弹性隔振材料保护内部电子器件。
目前，根据这种设计思想所产生的机器人抗跌落能力有限，距实用作战需求(6米)尚有不少差距，究其原因在于减震方案采用了简单的分离设计思路，将结构的模态设计与强度设计分开考虑，机器人的弹性隔振环节仅集中于轮或履带，而结构件、驱动链、内部器件的保护则依靠壳体强度，如此，难以兼顾轻量化和更高的抗冲击性能。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种可抛掷式侦察机器人，该机器人将驱动与车身采用模块化设计；以柔性设计为基本思想，采用一体化制备的橡胶车身作为车身外壳；运动模块也充分考虑抗冲击能力的设计；使机器人具有了较高的抗冲击性能。
本发明可抛掷式侦察机器人，具有车身模块与车身左右两侧安装的运动模块。所述车身模块包括左部车身模块与右部车身模块两部分，结构相同，均由橡胶车身、驱动组件构成。其中，橡胶车身整体采用橡胶材料制成，外侧面作为运动模块安装面。运动模块安装面上设计有驱动组件安装通道；左部车身模块与右部车身模块中橡胶车身内侧面间固连。
所述驱动组件包括驱动电机、电机套筒与小带轮。其中，驱动电机固定安装在电机套筒内。驱动电机与电机套筒间设置有橡胶圈；驱动电机的输出轴伸出电机套筒外端，并安装有小带轮。
所述运动模块包括左部运动模块与右部运动模块，结构相同，均由两套运动轮系、一套动力传递机构与连接主板构成。两套运动轮系结构相同，包括橡胶滚轮、轮轴、轮毂。其中，橡胶滚轮同轴套接在轮毂上；轮毂与轮轴同轴固定。所述连接主板两端套在两轮轴上，且与两轮轴间轴承连接；所述动力传递机构包括同步带、与三个大带轮。令三个大带轮分别为大带轮A、大带轮B与大带轮C。其中，大带轮A与大带轮B套接在一套运动轮系中的轮轴上；大带轮C套接在另一套运动轮系中的轮轴上；大带轮A与大带轮C间通过同步带套接。
上述结构的左部运动模块与右部运动模块分别安装于左部车身模块外侧面与右部车身模块外侧面上，安装方式相同；其中，大带轮B与车身模块中小带轮间通过传动皮带套接；同时，将连接主板内侧面与橡胶车身外侧面固连。
本发明可抛掷式侦察机器人运动时，左车身模块与右车身模块中的驱动电机转动，由小带轮通过传动皮带带动大带轮B与大带轮A一并转动；进而通过同步带带动大带轮C一并转动，由此使车身模块同侧的两个轮轴带动橡胶滚轮等速运动。通过两个驱动电机间输出相位差，可实现机器人前进、后退、左转、右转的运动。
本发明的优点在于：
(1)本发明可抛掷式侦察机器人，具有相同模块化的运动模块、橡胶车身、驱动组件，使机器人不但安装方便，而且结构紧凑；
(2)本发明可抛掷式侦察机器人，基于柔性的设计思想，运动模块与车身模块之间通过柔性连接，使得整个机器人能够有效吸收减缓冲击能量；
(3)本发明可抛掷式侦察机器人，橡胶车身采用一体化成型制备，内部开有多个型腔，有效保护了嵌入其中的易损部件；
(4)本发明可抛掷式侦察机器人，运动模块中充分考虑了提高抗冲击能力，弹性轴承座设计能够有效缓冲冲击载荷，橡胶滚轮的特殊设计橡胶滚轮蜂窝孔和橡胶滚轮蜂窝孔不但能够减轻机器人重量，而且可以有效吸收冲击能量；
(5)本发明可抛掷式侦察机器人，将驱动组件作为连接件完成两个橡胶车身的连接，很好的解决了两个橡胶车身之间的连接问题，而且电机套筒和橡胶圈有效的保护了电机免受冲击破坏。
附图说明
图1为本发明可抛掷式侦察机器人的整体组成模块爆炸视图。
图2为本发明可抛掷式侦察机器人中车身模块结构爆炸视图；
图3为本发明可抛掷式侦察机器人中驱动组件结构爆炸视图；。
图4为本发明可抛掷式侦察机器人中张紧装置结构示意图；
图5为本发明可抛掷式侦察机器人中运动模块结构爆炸图。
图6为本发明可抛掷式侦察机器人中运动模块组装结构剖视图；
图7为本发明可抛掷式侦察机器人整体组装结够示意图。
图中：
1-车身模块2-运动模块101-橡胶车身
102-轮轴顶盖103-驱动组件104-张紧装置
105-套筒螺母A106-套筒螺母B107-垫片
108-传动皮带109-电器盒连接件110-电器盒
101a-橡胶裙边101b-凹槽101c-驱动组件安装通道
101d-张紧装置安装孔101e-花孔101f-轮轴摆动限位圈
101g-裙边夹板101h-定位通道103a-驱动电机
103b-电机套筒103c-小带轮103d-定位台肩
104a-安装板104b-张紧轮104c-张紧轮螺母
104d-张紧螺钉201-运动轮系202-动力传递机构
203-连接主板204-轮轴轴向定位圈205-定位螺钉
206-定位槽201a-橡胶滚轮201b-轮轴
201c-轮毂201d-轴承外壳201e-弹性轴承座
201f-塑料轴承202a-同步带202b-大带轮
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。
本发明的可抛掷式侦察机器人由车身模块以及车身模块左右两侧安装的运动模块，如图1所示。
所述车身模块1包括左部车身模块与右部车身模块两部分，结构相同，均由橡胶车身101、轮轴顶盖102、驱动组件103与张紧装置104构成，如图2所示；其中，橡胶车身101整体采用橡胶材料制成，外侧面作为运动模块安装面，周向上具有外凸橡胶裙边101a。运动模块安装面上设计有凹槽101b，凹槽101b的底面设计有驱动组件安装通道101c与张紧装置安装孔101d分别用来安装驱动组件103与张紧装置104；在驱动组件103与张紧装置104安装完毕后均位于凹槽101b内，不会妨碍车身模块1与运动模块2间的连接，使本发明可抛掷式侦察机器人整体结构紧凑。上述凹槽101b的底面前后两端还设计有花孔101e，内部安装有轮轴摆动限位圈101f，实现车身模块1与运动模块2中轮轴的定位。橡胶车身101上还套有裙边夹板101g，与橡胶裙边101a位置对称；由此，通过轮轴摆动限位圈101f与裙边夹板，实现运动模块的连接。
所述驱动组件103包括驱动电机103a、电机套筒103b与小带轮103c，如图3所示；其中，驱动电机103a通过固定螺钉同轴安装在电机套筒103b内；橡胶车身且驱动电机103a上套有两个橡胶圈103c，橡胶圈103c通过电机套筒103b内壁的定位槽轴向定位；通过橡胶圈103c实现驱动电机103a的减震。驱动电机103a的输出轴伸出电机套筒103b外端端部，且同轴固定安装小带轮103c，小带轮103c通过传动皮带将驱动电机103a输出的驱动力传递至运动模块2，驱动运动模块2的运动。
所述张紧装置104包括安装板104a与两套由张紧轮104b、张紧轮螺母104c、张紧螺钉104d构成的张紧组件，如图4所示。两套张紧组件上下对称设置，其中，张紧螺钉104d与橡胶车身101上的张紧装置安装孔101d配合，安装板104a通过两套张紧组件中的张紧螺钉104d实现在橡胶车身101上的定位张紧轮上螺纹连接有两个张紧轮螺母104c，还套有一个张紧轮104b；张紧轮104b位于两个张紧螺母104c之间。令两个张紧螺钉104d分别为张紧螺母A与张紧螺钉B；通过拧紧张紧螺钉A，实现安装板104a在橡胶车身101间的固定；通过张紧螺钉B实现张紧轮的轴向限位，且张紧轮104b与张紧螺母A和张紧螺母B间具有间隙，使张紧轮104b可自由转动。通过张紧装置104调节传动带的张紧度，使驱动电机103a的驱动力可以很好的传递至运动模块2。
上述左部车身模块与右部车身模块中橡胶车身101间的定位仅通过驱动组件103实现，如图5、图6所示，具体方式为：左部车身模块与右部车身模块中橡胶车身101上开有定位通道101h，分别和右部车身模块与左部车身模块中驱动组件安装通道101c对称。左部车身模块与右部车身模块中的电机套筒103b内端均设计为螺纹结构；其中，左部车身模块中，电机套筒103b内端依次穿过驱动组件安装通道101c以及右部车身模块中的定位通道101h后，螺纹连接一个套筒螺母A105。右部车身模块中，电机套筒103b内端依次穿过驱动组件安装通道101c以及左部车身模块中的定位通道101h后，螺纹连接一个套筒螺母B106。左部车身模块与右部车身模块中的电机套筒103b通过外端端部设计的定位台肩103d实现同左部车身模块与右部车身模块间的橡胶车身101定位；由此，通过拧紧套筒螺母A105与套筒螺母B106，使左部车身模块与右部车身模块的橡胶车身101内侧面相互贴合，实现左部车身模块与右部车身模块的橡胶车身101间的定位，进而实现左部车身模块与右部车身模块间的定位，如图1所示。上述套筒螺母A105与套筒螺母B106分别与左部车身模块和右部车身模块的橡胶车身101间设置有垫片107，由此增大了套筒螺母A105与套筒螺母B106拧紧力与橡胶车身101的接触面积，使左部车身模块与右部车身模块间固定更加牢固。
所述运动模块2包括左部运动模块与右部运动模块，结构相同，均由两套运动轮系201、一套动力传递机构202与连接主板203构成，如图6、图7所示。两套运动轮系201结构相同，包括橡胶滚轮201a、轮轴201b、轮毂201c以及由轴承外壳201d、弹性轴承座201e与两个塑料轴承201f构成的轴承组件。其中，橡胶滚轮201a同轴套在轮毂201c上，通过橡胶滚轮201a内圆周周向上设计的插接槽与轮毂201c外壁周向上设计的凸缘配合，实现橡胶滚轮201a与轮毂201c间的定位。所述橡胶滚轮201a上沿轴向开有蜂窝孔，达到减重与吸收冲击的目的。轮毂201c通过螺栓同轴与轮轴201b固定。所述轴承组件设置于轮毂201c内圈中；其中，两个塑料轴承201f安装在弹性轴承座201e两侧，套接在轮轴201b上，并通过轴承外壳201d封装。所述连接主板203用来实现轮轴201b与轴承组件的固定，以及左部运动模块或右部运动模块与车身模块1间的连接。连接主板203两端套在两轮轴201b上，其外侧面与两个轴承组件中轴承外壳201d周向上的法兰结构固连，实现两个轴承组件的定位，并通过轮轴轴向定位圈204实现轮轴201b与连接主板203间的轴向定位。所述轮轴轴向定位圈204套在轮轴201b上，与连接主板203内侧的塑料轴承201f端面滑动接触并能相对转动；轮轴轴向定位圈204周向上开有螺孔，通过定位螺钉205穿过螺孔与轮轴固定，进而通过轮轴轴向定位圈204实现轮轴201b与连接主板间203的轴向定位。所述动力传递机构202包括同步带202a、与三个大带轮202b；令三个大带轮202b分别为大带轮A、大带轮B与大带轮C；其中，大带轮A与大带轮B套接在一套运动轮系201中的轮轴201B上，通过轮轴上设计的定位槽206定位；大带轮C套接在另一套运动轮系201中的轮轴201b上，同样通过轮轴上设计的定位槽206定位；且通过同步带202a将大带轮A与大带轮C间套接。
上述结构的左部运动模块与右部运动模块分别安装于左部车身模块外侧面与右部车身模块外侧面上，安装方式相同。其中，大带轮B与车身模块1中小带轮103c间通过传动皮带108套接；且使传动皮带108位于张紧装置104中两张紧轮104b之间，通过两张紧轮104b对传动皮带施加压力，实现传动皮带108在传动过程中保持张紧状态，提高传动性能；张紧装置中两套张紧组件间的距离可调，使张紧装置104适用于不同张紧度的传动皮带的张紧度调节。同时，将连接主板3内侧面与橡胶车身101中橡胶裙边101a贴合，通过螺栓将橡胶车身101上的裙边夹板101g与连接主板203周向固连，将橡胶裙边101a加紧。还需使两套运动轮系201中套接有大带轮C的轮轴201b端部伸入橡胶车身101中凹槽101b底面前端的轮轴摆动限位圈101f中，限制轴端摆动；将运动轮系201中套接有大带轮A与大带轮B的轮轴201b端部伸入橡胶车身101中凹槽101b底面后端的轮轴摆动限位圈101f中，限制轴端摆动；由此，实现运动模块2与车身模块1间的柔性连接，形成本发明可抛掷式侦察机器人，如图7所示。
本发明可抛掷式侦察机器人中在运动机构中，在车身模块中的两个橡胶车身101中开有多个型腔，作为任务载荷设置仓与电池仓；且在连接主板上两个橡胶滚轮之间通过电器盒连接件109安装有电器盒110。其中，任务载荷设置仓内安装有微型无线摄像头、照明灯等任务载荷；任务载荷可先嵌入可成型的安装辅料中，然后一并嵌入安装至任务载荷仓内。电器盒用来放置并保护机器人的通讯和控制等电子元器件，实现可抛掷式侦察机器人与外部的信息交互、任务载荷与驱动电机的控制。电池仓用来放置供电电池，用来为任务载荷、通讯和控制设备以及驱动电机供电。
本发明可抛掷式侦察机器人通过接收外部驱动命令控制左车身模块与右车身模块中的驱动电机103a转动，由小带轮103c通过传动皮带108带动大带轮B与大带轮A一并转动；进而通过同步带202a带动大带轮C一并转动，由此使车身模块同侧的两个轮轴201b带动橡胶滚轮201a等速运动。通过两个驱动电机103a间输出相位差，可实现机器人前进、后退、左转、右转的运动。
Claims (9)
1.一种可抛掷式侦察机器人，具有车身模块与车身左右两侧安装的运动模块；其特征在于：所述车身模块包括左部车身模块与右部车身模块两部分，结构相同，均由橡胶车身、驱动组件构成；其中，橡胶车身整体采用橡胶材料制成，外侧面作为运动模块安装面；运动模块安装面上设计有驱动组件安装通道；左部车身模块与右部车身模块中橡胶车身内侧面间固连；
所述驱动组件包括驱动电机、电机套筒与小带轮；其中，驱动电机固定安装在电机套筒内；驱动电机与电机套筒间设置有橡胶圈；驱动电机的输出轴伸出电机套筒外端，并安装有小带轮；
所述运动模块包括左部运动模块与右部运动模块，结构相同，均由两套运动轮系、一套动力传递机构与连接主板构成；两套运动轮系结构相同，包括橡胶滚轮、轮轴、轮毂；其中，橡胶滚轮同轴套接在轮毂上；轮毂与轮轴同轴固定；所述连接主板两端套在两轮轴上，且与两轮轴间轴承连接；所述动力传递机构包括同步带与三个大带轮；令三个大带轮分别为大带轮A、大带轮B与大带轮C；其中，大带轮A与大带轮B套接在一套运动轮系中的轮轴上；大带轮C套接在另一套运动轮系中的轮轴上；大带轮A与大带轮C间通过同步带套接；
上述结构的左部运动模块与右部运动模块分别安装于左部车身模块外侧面与右部车身模块外侧面上，安装方式相同；其中，大带轮B与车身模块中小带轮间通过传动皮带套接；同时，将连接主板内侧面与橡胶车身外侧面固连。
2.如权利要求1所述一种可抛掷式侦察机器人，其特征在于：还具有张紧装置；张紧装置包括安装板与两套由张紧轮、张紧轮螺母、张紧螺钉构成的张紧组件；两套张紧组件上下对称设置，其中，张紧螺钉与橡胶车身上开设的张紧装置安装孔配合，安装板通过两套张紧组件中的张紧螺钉实现在橡胶车身上的定位；张紧轮上螺纹连接有两个张紧轮螺母，还套有一个张紧轮；张紧轮位于两个张紧轮螺母之间；令两个张紧螺钉分别为张紧螺钉A与张紧螺钉B；通过拧紧张紧螺钉A，实现安装板在橡胶车身间的固定；通过张紧螺钉B实现张紧轮的轴向限位；使传动皮带位于张紧装置中两张紧轮之间，通过两张紧轮对传动皮带施加压力，实现传动皮带在传动过程中保持张紧状态。
3.如权利要求2所述一种可抛掷式侦察机器人，其特征在于：所述张紧装置中两套张紧组件间的距离可调。
4.如权利要求1所述一种可抛掷式侦察机器人，其特征在于：所述左部车身模块与右部车身模块中橡胶车身间的固定通过驱动组件实现，具体方式为：左部车身模块与右部车身模块中橡胶车身上开有定位通道，分别和右部车身模块与左部车身模块中驱动组件安装通道对称；左部车身模块与右部车身模块中的电机套筒内端均设计为螺纹结构；其中，左部车身模块中，电机套筒内端依次穿过驱动组件安装通道以及右部车身模块中的定位通道后，螺纹连接一个套筒螺母A；右部车身模块中，电机套筒内端依次穿过驱动组件安装通道以及左部车身模块中的定位通道后，螺纹连接一个套筒螺母B；左部车身模块与右部车身模块中的电机套筒通过外端端部设计的定位台肩实现同左部车身模块与右部车身模块间的橡胶车身定位；由此，通过拧紧套筒螺母A与套筒螺母B，使左部车身模块与右部车身模块的橡胶车身内侧面相互贴合，实现左部车身模块与右部车身模块的橡胶车身间的固定。
5.如权利要求1所述一种可抛掷式侦察机器人，其特征在于：所述左部车身模块与右部车身模块中橡胶车身的运动模块安装面周向上具有外凸橡胶裙边；橡胶车身上还套有裙边夹板，与橡胶裙边位置对称；左部运动模块与右部运动模块分别与左部车身模块外侧面与右部车身模块外侧面间的安装，通过连接主板与裙边夹板固定，将橡胶裙边加紧实现。
6.如权利要求1所述一种可抛掷式侦察机器人，其特征在于：所述左部车身模块与右部车身模块中橡胶模块上前后两端开有花孔，内部安装有轮轴摆动限位圈；在左部运动模块与右部运动模块安装时，两套运动轮系中的轮轴伸入花孔内，限制轴端摆动。
7.如权利要求1所述一种可抛掷式侦察机器人，其特征在于：所述连接主板与轮轴间的轴向定位通过轮轴轴向定位圈实现；轮轴轴向定位圈套在轮轴上，与连接主板内侧的塑料轴承端面滑动接触并能相对转动；轮轴轴向定位圈周向上开有螺孔，通过定位螺钉穿过螺孔与轮轴固定。
8.如权利要求1所述一种可抛掷式侦察机器人，其特征在于：所述运动模块安装面上设计有凹槽，驱动组件安装通道设计在凹槽的底面处；使驱动组件及张紧装置安装位于凹槽内。
9.如权利要求1所述一种可抛掷式侦察机器人，其特征在于：所述车身模块中的两个橡胶车身内开有多个型腔，作为任务载荷设置仓与电池仓；且在连接主板上安装有电器盒，用来放置并保护机器人的通讯和控制元器件，实现可抛掷式侦察机器人与外部的信息交互、任务载荷与驱动电机的控制；电池仓用来放置供电电池，用来为任务载荷、通讯和控制设备以及驱动电机供电。
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