CN104477268A - 一种欠驱动履带式移动越障平台 - Google Patents

一种欠驱动履带式移动越障平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种欠驱动履带式移动越障平台。传统的履带式移动机器人通常采用全驱动越障方式，其运动模式或位姿变化在较大程度上依赖于传感器所反馈的信息，对传感器的精度要求较高，且电动机和传感器的数量较多，控制算法也较复杂，存在滞后性。本发明包括车体组件、支架组件、前摆臂组件、后摆臂组件、同步带组件和履带；两个支架组件对称设置在车体组件两侧；支架组件的两端分别铰接有前摆臂组件和后摆臂组件；前摆臂组件通过同步带组件带动后摆臂组件同步摆动，且前摆臂组件与后摆臂组件通过履带连接。本发明采用欠驱动的越障方式，减少了对控制系统的依赖，降低了成本，提高了移动越障平台的稳定性和可靠性。

Description

一种欠驱动履带式移动越障平台
技术领域
本发明属于机器人技术领域，涉及移动机器人，具体涉及一种欠驱动履带式移动越障平台。
背景技术
履带式移动机器人因其越野性能好，爬坡、越障、跨沟等能力较强，对非结构化地形环境具有较强适应性，应用较为广泛。民用领域，履带移动式机器人可执行反恐、排爆、救援等任务；军用领域，履带式移动机器人可进入危险区域进行作业，如排雷、敌后勘测、核污染及生化污染等区域。极端恶劣的环境对履带式移动机器人的稳定性，可靠性、能耗、体积和重量等均提出了相应要求，传统的履带式移动机器人通常采用全驱动越障方式，其运动模式或位姿变化在较大程度上依赖于传感器所反馈的信息，对传感器的精度要求较高；另外，全驱动方式要求电动机和传感器的数量较多，控制算法也较复杂，且存在一定的滞后性。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种欠驱动履带式移动越障平台，该平台可根据执行任务的不同搭载不同的功能模块；采用欠驱动的越障方式，减少了对控制系统的依赖，降低了成本，提高了移动越障平台的稳定性和可靠性，使得其机械结构更加紧凑、灵活。
本发明采用的技术方案如下：
本发明包括车体组件、支架组件、前摆臂组件、后摆臂组件、同步带组件和履带；两个支架组件对称设置在车体组件两侧；所述支架组件的两端分别铰接有前摆臂组件和后摆臂组件；所述的前摆臂组件通过同步带组件带动后摆臂组件同步摆动。
所述的支架组件包括电机、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第一支架、第一直齿轮、第二支架、前传动轴和后传动轴；所述的第一支架与车体组件的车体箱固接；第一支架和第二支架的一端均与前传动轴铰接，另一端均与后传动轴铰接；所述电机的底座固接于第一支架的电机座上，第一锥齿轮固接于电机的输出轴上；所述的第二锥齿轮和第一直齿轮均固接于前传动轴上，第二锥齿轮与第一锥齿轮构成齿轮副。
所述的前摆臂组件包括第一前摆臂、第二前摆臂、前带轮、前轮轴、第二直齿轮、第一前限位销和第二前限位销；所述第一前摆臂和第二前摆臂的中部均与支架组件的前传动轴铰接；第一前摆臂和第二前摆臂的两端均通过轴承支承在两根前轮轴上，两根前轮轴均固接有前带轮；所述的第二直齿轮固接于一根前轮轴上，并与支架组件的第一直齿轮构成齿轮副；所述第一前限位销的一端固接于第一前摆臂上，另一端嵌入第一支架的前限位槽内；所述第二前限位销的一端固接于第二前摆臂上，另一端嵌入第二支架的前限位槽内。
所述的后摆臂组件包括第一后摆臂、第二后摆臂、后带轮、后轮轴、第一后限位销和第二后限位销；所述的第一后摆臂和第二后摆臂的中部均与支架组件的后传动轴铰接；第一后摆臂和第二后摆臂的两端均通过轴承支承在两根后轮轴上，两根后轮轴均固接有后带轮；所述的后带轮与前摆臂组件的前带轮通过履带连接；所述第一后限位销的一端固接于第一后摆臂上，另一端嵌入第一支架的后限位槽内；所述第二后限位销的一端固接于第二后摆臂上，另一端嵌入第二支架的后限位槽内。
所述的车体组件包括车体箱上端盖，所述的车体箱上端盖固接于车体箱上；车体组件的扩展槽口可安装多种功能模块。
所述的同步带组件包括主动带轮、从动带轮、同步带和张紧轮；所述的主动带轮通过轴承支承在前传动轴的一端，且主动带轮的销孔与第二前限位销固接；所述的从动带轮通过轴承支承在后传动轴的一端，且从动带轮的销孔与第二后限位销固接；所述的同步带套置在主动带轮和从动带轮上，张紧轮张紧同步带。
本发明的有益效果：
1、本发明可根据执行任务的不同，在扩展槽口更换不同的功能模块，从而达到“一车多用”功能；
2、本发明采用外包络履带可变结构，在越障中可灵活地改变履带形状，且履带与地面的接触面积始终不变；
3、本发明采用欠驱动的越障方式，行驶和越障仅使用一个电机，结构简单紧凑，且体积小，质量轻；
4、本发明的控制系统简单，不需外加越障控制系统，减少了对传感器的依赖，能耗低，稳定性好，适合在恶劣地形环境中的长期作业。
附图说明
图1为本发明的整体结构立体图；
图2为本发明的传动系统原理图；
图3为本发明中车体组件的结构立体图；
图4为本发明中支架组件的结构立体图；
图5为本发明中前摆臂组件的结构立体图；
图6为本发明中后摆臂组件的各个零件结构立体图；
图7为本发明中第一支架的结构立体图；
图8为本发明中第二支架的结构立体图；
图9为本发明中同步带组件的结构立体图；
图10为本发明中前摆臂组件与后摆臂组件的传动原理图；
图11为本发明的行驶状态示意图；
图12为本发明的行驶状态原理图；
图13为本发明的越障状态示意图；
图14本发明的越障状态原理图。
图中：1、车体组件，2、支架组件，3、前摆臂组件，4、后摆臂组件，5、同步带组件，6、履带，1-1、车体箱，1-2、车体箱上端盖，2-1、电机，2-2、第一锥齿轮，2-3、第二锥齿轮，2-4、第一支架，2-5、第一直齿轮，2-6、第二支架，2-7、前传动轴，2-8、后传动轴，3-1、第一前摆臂，3-2、第二前摆臂，3-3、前带轮，3-4、前轮轴，3-5、第一轴承，3-6、第二直齿轮，3-7、第一前限位销，3-8、第二前限位销，4-1、第一后摆臂，4-2、第二后摆臂，4-3、后带轮，4-4、后轮轴，4-5、第二轴承，4-6、第一后限位销，4-7、第二后限位销，5-1、主动带轮，5-2、从动带轮，5-3、第三轴承，5-4、同步带，5-5、张紧轮。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种欠驱动履带式移动越障平台，包括车体组件1、支架组件2、前摆臂组件3、后摆臂组件4、同步带组件5和履带6；两个支架组件2对称设置在车体组件1两侧；支架组件2的两端分别铰接有前摆臂组件3和后摆臂组件4；前摆臂组件3通过同步带组件5带动后摆臂组件4同步摆动，且前摆臂组件3与后摆臂组件4通过履带6连接。
如图2和3所示，车体组件1包括车体箱1-1和车体箱上端盖1-2，车体箱上端盖1-2固接于车体箱1-1上；车体组件1的扩展槽口1-3可安装多种功能模块。
如图2和4所示，支架组件2包括电机2-1、第一锥齿轮2-2、第二锥齿轮2-3、第一支架2-4、第一直齿轮2-5、第二支架2-6、前传动轴2-7和后传动轴2-8；第一支架2-4与车体组件的车体箱1-1固接；第一支架2-4和第二支架2-6的一端均与前传动轴2-7铰接，另一端均与后传动轴2-8铰接；电机2-1的底座固接于第一支架2-4的电机座上；第一锥齿轮2-2固接于电机2-1的输出轴上；第二锥齿轮2-3和第一直齿轮2-5均固接于前传动轴2-7上，第二锥齿轮2-3与第一锥齿轮2-2构成齿轮副。
如图2、5、7和8所示，前摆臂组件3包括第一前摆臂3-1、第二前摆臂3-2、前带轮3-3、前轮轴3-4、第一轴承3-5、第二直齿轮3-6、第一前限位销3-7和第二前限位销3-8；第一前摆臂3-1和第二前摆臂3-2的中部均与支架组件的前传动轴2-7铰接；第一前摆臂3-1和第二前摆臂3-2的两端均通过第一轴承3-5支承在两根前轮轴3-4上，两根前轮轴3-4均固接有前带轮3-3；第二直齿轮3-6固接于一根前轮轴3-4上，并与支架组件的第一直齿轮2-5构成齿轮副；第一前限位销3-7的一端固接于第一前摆臂3-1上，另一端嵌入第一支架2-4的前限位槽内；第二前限位销3-8的一端固接于第二前摆臂3-2上，另一端嵌入第二支架2-6的前限位槽内。
如图2、6、7和8所示，后摆臂组件4包括第一后摆臂4-1、第二后摆臂4-2、后带轮4-3、后轮轴4-4、第二轴承4-5、第一后限位销4-6和第二后限位销4-7；第一后摆臂4-1和第二后摆臂4-2的中部均与支架组件的后传动轴2-8铰接；第一后摆臂4-1和第二后摆臂4-2的两端均通过第二轴承4-5支承在两根后轮轴4-4上，两根后轮轴4-4均固接有后带轮4-3；后带轮4-3与前摆臂组件的前带轮3-3通过履带6连接；第一后限位销4-6的一端固接于第一后摆臂4-1上，另一端嵌入第一支架2-5的后限位槽内；第二后限位销4-7的一端固接于第二后摆臂4-2上，另一端嵌入第二支架2-6的后限位槽内。
如图1、2和9所示，同步带组件5包括主动带轮5-1、从动带轮5-2、第三轴承5-3、同步带5-4和张紧轮5-5；主动带轮5-1通过第三轴承5-3支承在前传动轴2-7的一端，且主动带轮5-1的销孔与第二前限位销3-8固接；从动带轮5-2通过第三轴承5-3支承在后传动轴2-8的一端，且从动带轮5-2的销孔与第二后限位销4-7固接；同步带5-4套置在主动带轮5-1和从动带轮5-2上，张紧轮5-5张紧同步带5-4。
该欠驱动履带式移动越障平台的工作原理：
如图2、4、5、10、11和12所示， 在平坦地面时，电机2-1的动力通过第一锥齿轮2-2传递给第二锥齿轮2-3和前传动轴2-7，前传动轴2-7的动力经第一直齿轮2-5传递给第二直齿轮3-6，第二直齿轮3-6带动前轮轴3-4和前带轮3-3转动，进而通过履带6驱动该欠驱动履带式移动越障平台向前移动。
如图2、10、13和14所示，在遇到障碍时，由于障碍对履带6的作用使得履带6和前带轮3-3的转速减慢，最终导致第二直齿轮3-6的转速减慢。由于电机2-1的转速不变，故第一直齿轮2-5的转速也不变，因此第二直齿轮3-6在第一直齿轮2-5的作用下，沿第一直齿轮2-5周向向上移动，从而使前摆臂组件3围绕前传动轴2-7向上摆动，前摆臂组件的第二前摆臂3-2通过第二前限位销3-8带动主动带轮5-1转动，后摆臂组件4便在同步带组件5的作用下与前摆臂组件3保持同步摆动。第二前限位销3-8嵌在第二支架2-6的前限位槽内，第二后限位销4-7嵌在第二支架2-6的后限位槽内，确保前摆臂组件3和后摆臂组件4摆动预定角度后不能再向上摆动，电机2-1的动力全部传递到履带6上，驱动该欠驱动履带式移动越障平台越过障碍。该欠驱动履带式移动越障平台越过障碍后，在重力作用下，前摆臂组件3和后摆臂组件4恢复到水平状态，继续向前移动。

Claims (3)

1. 一种欠驱动履带式移动越障平台，包括车体组件、支架组件、前摆臂组件、后摆臂组件、同步带组件和履带，其特征在于：两个支架组件对称设置在车体组件两侧；所述支架组件的两端分别铰接有前摆臂组件和后摆臂组件；所述的前摆臂组件通过同步带组件带动后摆臂组件同步摆动；
所述的支架组件包括电机、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第一支架、第一直齿轮、第二支架、前传动轴和后传动轴；所述的第一支架与车体组件的车体箱固接；第一支架和第二支架的一端均与前传动轴铰接，另一端均与后传动轴铰接；所述电机的底座固接于第一支架的电机座上，第一锥齿轮固接于电机的输出轴上；所述的第二锥齿轮和第一直齿轮均固接于前传动轴上，第二锥齿轮与第一锥齿轮构成齿轮副；
所述的前摆臂组件包括第一前摆臂、第二前摆臂、前带轮、前轮轴、第二直齿轮、第一前限位销和第二前限位销；所述第一前摆臂和第二前摆臂的中部均与支架组件的前传动轴铰接；第一前摆臂和第二前摆臂的两端均通过轴承支承在两根前轮轴上，两根前轮轴均固接有前带轮；所述的第二直齿轮固接于一根前轮轴上，并与支架组件的第一直齿轮构成齿轮副；所述第一前限位销的一端固接于第一前摆臂上，另一端嵌入第一支架的前限位槽内；所述第二前限位销的一端固接于第二前摆臂上，另一端嵌入第二支架的前限位槽内；
所述的后摆臂组件包括第一后摆臂、第二后摆臂、后带轮、后轮轴、第一后限位销和第二后限位销；所述的第一后摆臂和第二后摆臂的中部均与支架组件的后传动轴铰接；第一后摆臂和第二后摆臂的两端均通过轴承支承在两根后轮轴上，两根后轮轴均固接有后带轮；所述的后带轮与前摆臂组件的前带轮通过履带连接；所述第一后限位销的一端固接于第一后摆臂上，另一端嵌入第一支架的后限位槽内；所述第二后限位销的一端固接于第二后摆臂上，另一端嵌入第二支架的后限位槽内。
2.根据权利要求1所述的一种欠驱动履带式移动越障平台，其特征在于：所述的车体组件包括车体箱上端盖，所述的车体箱上端盖固接于车体箱上；车体组件的扩展槽口可安装多种功能模块。
3.根据权利要求1所述的一种欠驱动履带式移动越障平台，其特征在于：所述的同步带组件包括主动带轮、从动带轮、同步带和张紧轮；所述的主动带轮通过轴承支承在前传动轴的一端，且主动带轮的销孔与第二前限位销固接；所述的从动带轮通过轴承支承在后传动轴的一端，且从动带轮的销孔与第二后限位销固接；所述的同步带套置在主动带轮和从动带轮上，张紧轮张紧同步带。
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Legal Events

Date Code Title Description
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PB01 Publication
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C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20150401

Assignee: ZHEJIANG SCI-TECH UNIVERSITY SHANGYU INDUSTRIAL TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE Co.,Ltd.

Assignor: Zhejiang University of Technology

Contract record no.: X2020330000077

Denomination of invention: An underactuated crawler mobile obstacle crossing platform

Granted publication date: 20170104

License type: Common License

Record date: 20201022

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