CN104477271B - 可抛掷式移动机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种可抛掷移动机器人，车身左右两侧各选取一套滚动轮系作为驱动轮系，将驱动电机设置在轮轴内，并使之位于轮毂内，有效的减少了车身模块的宽度。驱动电机输出轴套有连接块，与轮毂间通过异型孔配合，实现驱动轮系的驱动。且在车身同侧滚动轮系的轮毂上可设计轮齿，之间通过传动带的相连，使同侧滚动轮系间同步性更好。同时本发明中还提出车身的左右两部分结构，之间通过弹簧与连杆相连，使得当机器人受到冲击载荷时，弹簧拉伸吸收能量，从而减小机器人内部零件所受的冲击。本发明的优点为：机器人安装方便，结构紧凑；能够将柔性变形与刚性件隔绝，从而增加刚性件的保护，最终提升整个机器人的抗冲击性能。

Description

可抛掷式移动机器人
技术领域
本发明涉及一种移动机器人，具体来说，涉及一种可拋掷式移动机器人。
背景技术
目前能够搭载侦查设备或执行末端的移动机器人得到了发展，且为了使此种移动机器人满足不同使用需求，如能够承受一定的冲击力等，对此种移动机器人的结构提出了一定的要求，如抗冲击的能了等，实际运用中，延伸为可抛掷式移动机器人。
目前国内外已研制的移动机器人可以分为四种类型：1、轮履式移动式机器人；2、哑铃式移动机器人；3、移动球；4、足式。上述四种移动机器人直接运用可抛掷的使用环境中时，会由于没有考虑冲击力对结构件的破坏，从而造成所述移动机器人不能长时间使用，且很多情况下造成无法弥补的损失。国内外现已研制的抛掷式移动机器人在结构设计上均采用传统机器人结构的设计方法——刚性机械系统的设计，而柔性结构还少见应用于该类机器人的设计上。且在采用了柔性结构的可抛掷式移动机器人中，为考虑柔性件的变形大，使得与柔性件相连的刚性件的在抗冲击的使用环境时，易被变形大的柔性件传递较大载荷，从而不能有效地保护可抛掷移动机器人中的刚性件，所述刚性件代表性地为电机。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提出一种结构模块化、安装方便、有效隔绝柔性变形对刚性件影响的可抛掷式移动机器人，以克服现有技术设计依据不可靠、安装繁琐、抗冲击能力差、不能有效隔绝柔性变形对刚性件影响的技术缺陷。基于上述存在的问题，本发明从隔绝柔性变形影响刚性件的思想出发，提出了一种可抛掷式移动机器人。
本法明可抛掷移动机器人，包括车身模块及滚动轮系；所述车身模块左右两侧各安装有两套滚动轮系。滚动轮系包括滚轮、轮毂、运动轴承与轮轴；其中，滚轮同轴套接在轮毂上。轮毂内同轴设计有圆柱凹槽；轮轴为筒状结构，前端插入到圆柱凹槽内，通过运动轴承与轮毂间相连。轮轴侧壁周向上还设计有环形安装面，用来与车身模块侧壁固定。
上述车身模块左侧与右侧各选取一套滚动轮系作为驱动轮系，配装驱动电机。驱动电机同轴安装轮轴内；轮毂端面上设计具有异形孔的连接通道，使驱动电机输出轴伸入连接通道内，且在驱动电机输出轴上固定套接驱动连接块，使驱动连接块与连接通道的异型孔配合。
本发明的优点在于：
1、本发明可抛掷式移动机器人，能够将柔性变形与刚性件隔绝，从而增加刚性件的保护，最终提升整个机器人的抗冲击性能；
2、本发明可抛掷式移动机器人，具有相同模块化的运动模块，使得机器人安装方便，结构紧凑；
3、本发明可抛掷式移动机器人，隔绝柔性变形对刚性件的影响也为将来的理论分析和需求设计依据提供了方便；
4、本发明可抛掷式移动机器人，还可成为移动平台，用于搭载侦查设备和执行末端。
附图说明
图1为本发明可抛掷式移动机器人整体结构示意图；
图2为本发明可抛掷式移动机器人中滚动轮系结构爆炸图；
图3为本发明可抛掷式移动机器人中滚动剖视图；
图4为本发明可抛掷式移动机器人驱动轮系中驱动电机安装方式示意图；
图5为本发明可抛掷式移动机器人中采用分体式车身模块整体结构示意图；
图6为本发明可抛掷式移动机器人左部车身模块与右部车身模块间连接方式示意图；
图7为左部车身模块或右部车身模块结构示意图。
图中：
1-车身模块 2-滚动轮系 3-同步带
101-固定通孔 102-滑动销 103-预紧弹簧
104-拉紧螺钉 105-固定螺母 106-滑动通孔
201-橡胶滚轮 202-轮毂 203-运动轴承
204-轮轴 205-圆柱凹槽 206-环形凸台A
207-环形凸台B 208-定位螺钉 209-轴圈
210-安装面 211-驱动电机 212-安装法兰
213-连接通道 214-驱动连接块 215-同步齿
216-隔离套圈 217-固定螺母 218-连接块
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。
本发明的可抛掷移动机器人包括车身模块1及滚动轮系2；所述车身模块1采用橡胶骨架制成的一体结构，左右两侧各安装有两套滚动轮系2，如图1所示。
滚动轮系2包括橡胶滚轮201、轮毂202、运动轴承203与轮轴204，如图2、图3所示。其中，橡胶滚轮201同轴套接在轮毂202上(可采用粘接，螺钉固定，异形孔配合等方式)。橡胶滚轮201设计有多个型腔，提高滚动轮系在受冲击时的变形能力，从而减少内部刚性件冲击。同时，在橡胶滚轮周向上设计有均布的凸起，提高滚动轮系的抓地力。轮毂202内同轴设计有圆柱凹槽205，用来安装运动轴承203及轮轴204。所述轮轴204为空心筒状结构，与轮毂202同轴安装；轮轴204前端插入到圆柱凹槽205内，套接两个运动轴承203，通过两个运动轴承203与轮毂202间相连。如图3所示，两个运动轴承203中，位于外端的运动轴承203外圈与圆柱凹槽205侧壁周向上的环形凸台A206贴合，位于内端的运动轴承203内圈与轮轴204内圆面周向上的环形凸台B207贴合，外圈与穿过轮毂202侧壁安装在轮毂202上的定位螺钉208端部贴合；且在轮轴204上还固定套接有轴圈209，位于两个运动轴承之间，使两个运动轴承203的内圈分别与轴圈209的两端面贴合。由此通过环形凸台A206、环形凸台B207、轴圈209以及定位螺钉208，实现两个运动轴承203的轴向定位。轮轴204侧壁周向上还设计有环形安装面210，将轮轴204伸入车身模块1侧壁上开设的通孔后，由螺钉将环形安装面210与车身模块1侧壁固定，即可实现滚动轮系2与车身模块1间的连接。
本发明中在车身模块1左侧与右侧各选取一套滚动轮系2作为驱动轮系，配装驱动电机211，驱动机器人的移动；其余滚动轮系2作为随动轮系，由驱动轮系带动随动；则本发明中可以是随动轮系与随动轮系相对，驱动轮系与驱动轮系相对，也可以是驱动轮系与随动轮系相对。如图4所示，驱动轮系中，驱动电机211同轴安装在轮轴204内，与轮轴204间设置电机保护套实现对电机的保护。驱动电机211前端通过轮轴204内壁周向上设计的安装法兰212贴合，并通过螺栓固定。在轮毂 202端面上设计具有异形孔的连接通道213；同时，使驱动电机211输出轴伸入连接通道213内，且在驱动电机211输出轴上固定套接驱动连接块214(可采用粘接，径向螺钉紧固，键连接，销连接等方式中的一种或多种相连)，使驱动连接块214与连接通道213的异型孔松配合，宜于相互之间的装配，也能保护驱动电机211的输出轴；为了使驱动电机211的力矩有效地传递到橡胶滚轮201上，且为了安装的方便，本发明中设计驱动连接块213的截面与异型孔的截面为正方形或正三角形。由此，驱动电机211输出轴的转动，带动驱动连接块213转动，进而通过驱动连接块214与连接通道213与连接通道213的异形孔间的配合，带动橡胶滚轮201转动，实现驱动轮系的驱动，通过驱动轮系的转动带动随动轮系一并转动；通过车身两侧驱动轮系的等速与差速运动，实现机器人直行与转向控制。上述结构中，当车身模块1左右两侧的驱动轮系相对时，由于驱动轮系中安装有驱动电机211，会造成驱动轮系整体轴向长度大于随动轮系的轴向长度，这时需要增加所述车身模块1的宽度。因此本发明机器人中使驱动电机的安装位置位于轮毂内，且电机的输出轴也位于轮毂内部，从而有效的减少了车身模块的宽度。
本发明中车身模块1上设计有多个型腔，用来安装电器盒；电器盒内可装载驱动电机211工作的驱动电路，以及控制在机器人上安装的各种工作载荷(侦查设备和执行末端)工作的控制电路，使车身模块1结构紧凑，空间利用率高。
为了使机器人具有可控制性强的特点，并提升机器人的地面运动能力和适应能力，本发明中在驱动轮系与随动轮系外圆周向上设计有均布的同步齿215，且通过同步带3与车身模块1同侧的驱动轮系与随动轮系上的同步齿215配合，将驱动轮系与随动轮系间套接，使车身模块1同侧的驱动轮系与随动轮系中的轮毂202与橡胶滚轮201一起运动，使车身模块1同侧的驱动轮系与随动轮系具有更好的同步性；上述同步带外侧同样设计有同步齿215，提升了机器人在地面上的抓持能力。同时在每个驱动轮系与随动轮系的轮毂202上还套接有隔离套圈215，位于同步带3与橡胶滚轮201之间，通过隔离套圈216有效地隔离橡胶滚轮201与同步带3之间的摩擦，从而减少驱动能力的损耗，提升机器人每次使用的时间；且通过隔离套216圈限制机器人在运动过程中侧向脱离同步齿215。
为了使本发明的机器人能够适应不同路面情况，如运行路面上有大于车身模块1宽度的杆状障碍时，本发明中设计驱动轮系与随动轮系的轮毂外圆直径大于所述车身模块1的厚度，小于橡胶滚轮201的直径，使同步带3的高度大于车身模块1的高度，由此当机器人前轮越过杆状障碍后，避免了车身模块1与杆状障碍物的接触，避免了出现托底的情况，既机器人无法通过障碍的情况。
为了使本发明机器人能够方便安装，适用不同的使用环境，本发明中车身模块1可设计为分体式，具有左部车身模块与右部车身模块；并在滚动轮系2中轮轴204轴端设计螺纹结构，螺纹结构上套接固定螺母217；通过将左侧与右侧的滚动轮系2中固定螺母217插入到左部车身模块与右部车身模块上开设的外径小于固定螺母217的固定通孔101中，实现滚动轮系2与车身模块1间的定位。且车身模块1左侧与右侧对称位置的滚动轮系2间通过4套由滑动销102、预紧弹簧103、拉紧螺钉104、固定螺母105构成的连接组件相连，进而可实现左部车身模块与右部车身模块间的定位，以及滚动轮系2与左部车身模块与右部车身模块间的定位。如图6所示，具体方式如下：车身模块1左侧与右侧对称位置的滚动轮系2中轮轴204上的安装面210间周向均布4个位置间各由一套连接组件相连；其中，位于异侧的前后方的两个滚动轮系中，轮轴204的安装面210固定安装有4个周向均布的拉紧螺钉104，安装方式为：将拉紧螺钉104由安装面210外侧穿过，通过拉紧螺钉104螺帽与安装面210间定位固定。另两个滚动轮系2中，轮轴204的安装面210固定安装有4个周向均布的预紧弹簧103，安装方式为：在预紧弹簧两段设计环形套圆，使预紧弹簧一端的连接套圈穿过安装面210，通过螺钉穿过连接套圈210与安装面210外侧上设计的连接块218固定。上述每个拉紧螺钉104端部设计有滑动销102，滑动销102截面为异形面(正方形或正六面形)。其中，车身模块1左侧滚动轮系2上拉紧螺钉104的滑动销102分别穿过右部车身模块上开设的与滑动销102配合的滑动通孔106后，与相对滚动轮系2上的预紧弹簧103固连；同样，车身模块1右侧滚动轮系2上拉紧螺钉104的滑动销102分别穿过左部车身模块1上开设的异型孔后，与相对滚动轮系2上的预紧弹簧103固连，如图7所示。上述滑动销102固定方式为：在滑动销102端部开槽，将拉紧螺钉104端部的环形套圈插入凹槽内，通过螺钉穿过环形套圈与滑动销102固定。通过上述连接方式将左部车身模块与右部车身模块之间连接，使得当机器人受到冲击载荷时，预紧弹簧103拉伸吸 收能量，从而减小机器人内部零件所受的冲击。

Claims (9)

1.可抛掷移动机器人，包括车身模块及滚动轮系；所述车身模块左右两侧各安装有两套滚动轮系，其特征在于：滚动轮系包括滚轮、轮毂、运动轴承与轮轴；其中，滚轮同轴套接在轮毂上；轮毂内同轴设计有圆柱凹槽；轮轴为筒状结构，前端插入到圆柱凹槽内，通过运动轴承与轮毂间相连；轮轴侧壁周向上还设计有环形安装面，用来与车身模块侧壁固定；
上述车身模块左侧与右侧各选取一套滚动轮系作为驱动轮系，配装驱动电机；驱动电机同轴安装轮轴内；所述驱动轮系中的轮毂端面上设计具有异形孔的连接通道，使驱动电机输出轴伸入连接通道内，且在驱动电机输出轴上固定套接驱动连接块，使驱动连接块与连接通道的异型孔配合；
所述车身模块为分体式，具有左部车身模块与右部车身模块；并在滚动轮系中轮轴轴端设计螺纹结构，螺纹结构上套接固定螺母；通过将左侧与右侧的滚动轮系中固定螺母插入到左部车身模块与右部车身模块上开设的外径小于固定螺母的固定通孔中，实现滚动轮系与车身模块间的定位；且车身模块左侧与右侧对称位置的滚动轮系间通过滑动销、预紧弹簧、拉紧螺钉、固定螺母构成的连接组件相连；具体方式为：车身模块一侧的滚动轮系中轮轴上的安装面周向均布拉紧螺钉，并固定；另一侧滚动轮系中，轮轴上安装面周向均布预紧弹簧，并固定；上述每个拉紧螺钉端部设计有滑动销，滑动销截面为异形面；将滚动轮系上拉紧螺钉的滑动销分别穿过车身模块上开设的与滑动销配合的滑动通孔后，与相对滚动轮系上的预紧弹簧固连。
2.如权利要求1所述可抛掷移动机器人，其特征在于：所述驱动轮系与随动轮系外圆周向上设计有均布的同步齿，且通过同步带与车身模块同侧的驱动轮系与随动轮系上的同步齿配合，将驱动轮系与随动轮系间套接。
3.如权利要求2所述可抛掷移动机器人，其特征在于：所述同步带外侧设计有同步齿。
4.如权利要求2所述可抛掷移动机器人，其特征在于：所述驱动轮系与随动轮系的轮毂上套接有隔离套圈，位于同步带与橡胶滚轮之间。
5.如权利要求2所述可抛掷移动机器人，其特征在于：所述驱动轮系与随动轮 系的轮毂外圆直径大于所述车身模块的厚度，小于橡胶滚轮的直径。
6.如权利要求1或2所述可抛掷移动机器人，其特征在于：所述滚轮为橡胶材料，设计有多个型腔；同时，在滚轮周向上设计有均布的凸起。
7.如权利要求1或2所述可抛掷移动机器人，其特征在于：所述两个运动轴承的定位方式为：位于外端的运动轴承外圈与圆柱凹槽侧壁周向上的环形凸台A贴合，位于内端的运动轴承内圈与轮轴内圆面周向上的环形凸台B贴合，外圈与穿过轮毂侧壁安装在轮毂上的定位螺钉端部贴合；且在轮轴上还固定套接有轴圈，位于两个运动轴承之间，使两个运动轴承的内圈分别与轴圈的两端面贴合。
8.如权利要求1或2所述可抛掷移动机器人，其特征在于：所述连接通道的异型孔截面为正方形或正三角形。
9.如权利要求1或2所述可抛掷移动机器人，其特征在于：所述车身模块上设计有多个型腔，用来安装电器盒；电器盒内装载驱动电机工作的驱动电路，以及控制在机器人上安装的各种工作载荷工作的控制电路。
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