CN104787134A - 一种轮履复合移动机器人平台 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种轮履复合移动机器人平台，它包括行进系统、传动系统、动力系统、浮板式箱体、云台系统。所述行进系统固定在所述浮板式箱体的两侧，所述行进系统通过所述传动系统与所述位于浮板式箱体内的动力系统相连，所述云台系统位于所述浮板式箱体的上方并与所述动力系统相连；所述行进系统包括2组前后轮驱动同步带组件、4组翻转臂组件、4组轮胎组件。本发明所提出的移动机器人平台，结构独特，功能多样，行走可靠，便于拆卸，可广泛应用于特殊复杂环境的作业。

Description

一种轮履复合移动机器人平台
技术领域
本发明涉及一种移动机器人，特别是公开一种轮履复合移动机器人平台。
背景技术
随着国际反恐形式的日趋严峻，机器人在反恐侦查、排爆、巡逻等领域的应用需求急剧增加。由于执勤环境往往较为复杂，往往对地面移动机器人的机动性能和全地形适应性能要求较高。
目前，国内外已经研制出较多的地面移动机器人平台，主要分为轮式和履带式移动机器人平台。轮式机器人多在城市环境中应用，这类机器人主要是在良好道路环境下进行作业，对于非结构地形和爬楼梯等作业环境则往往无法进行正常作业。履带式移动机器人平台主要是针对非结构化地形设计，能够在草地、雪地、砂石、泥地上有效作业，但是这类机器人平台往往传动效率低，运动速度慢，无法实现高速机动要求，例如在地面武装机器人应用领域往往需要机器人平台具有高速通过性，而传统的履带式机器人平台则无法满足此类要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在缺陷，提供一种既可以在沙滩、草地、石滩上进行作业，也可以在良好路面上进行快速机动的轮履复合移动机器人平台。
本发明是这样实现的：一种轮履复合移动机器人平台，包括行进系统1、传动系统2、动力系统3、浮板式箱体4、云台系统5，其特征在于：所述行进系统1固定在所述浮板式箱体4的两侧，所述行进系统1通过所述传动系统2与所述位于浮板式箱体4内的动力系统3相连，所述云台系统5位于所述浮板式箱体4的上方并与所述动力系统3相连；
所述行进系统1包括2组前后轮驱动同步带组件101、4组翻转臂组件102、4组轮胎组件103；所述前后轮驱动同步带组件101包括传动履带1011、压带轮组件1012、张紧轮装置1013、主履带驱动轮1014、随动轮1015，所述传动履带1011与主履带驱动轮1014、随动轮1015相连，所述主履带驱动轮1014、随动轮1015分别与所述传动系统2相连，所述压带轮组件1012固定在所述浮板式箱体4外侧边并作用于所述传动履带1011的内侧，所述张紧轮装置1013固定在所述浮板式箱体4外侧边并作用于所述传动履带1011的外侧；
所述翻转臂组件102包括翻转臂履带1021、翻转臂1022、翻转臂驱动轮1023、2个履带支撑板1024、翻转臂惰轮1025，其中所述翻转臂履带1021与翻转臂驱动轮1023、翻转臂惰轮1025相连；所述翻转臂驱动轮1023分别与所述轮胎组件103、传动系统2相连，使得所述翻转臂驱动轮1023与所述轮胎组件103同步旋转；所述履带支撑板1024固定在所述翻转臂1022的上下两侧，用于支承所述翻转臂履带1021；所述翻转臂惰轮1025与所述翻转臂1022的一端相连，用于支承和导向所述翻转臂履带1021；所述翻转臂1022的另一端与所述传动系统2相连；
所述传动系统2包括2组前后交叉设置的传动装置，其中每一组传动装置包括第一内轴201、第一外轴202、第一圆柱直齿齿轮副203、翻转臂同步轴205、翻转臂锥齿轮副204、翻转臂驱动电机208、第二圆柱直齿齿轮副209、第二外轴2010、第二内轴2011、主驱动锥齿轮副206、主驱动电机207；所述第一外轴202套设在所述第一内轴201外；所述第一外轴202通过所述第一圆柱直齿齿轮副203与所述翻转臂同步轴205的一端相连；所述翻转臂同步轴205上固设有所述翻转臂锥齿轮副204，所述翻转臂驱动电机208通过所述翻转臂锥齿轮副204与所述翻转臂同步轴205相连；所述翻转臂同步轴205的另一端通过所述第二圆柱直齿齿轮副209与所述第二外轴2010相连，所述第二外轴2010套设在所述第二内轴2011外，所述第二内轴2011通过所述主驱动锥齿轮副206与所述主驱动电机207相连；所述第一内轴201、第二内轴2011分别各与1组所述翻转臂组件102的翻转臂驱动轮1023相连，并通过所述翻转臂驱动轮1023驱动所述轮胎组件103；所述第一内轴201、第二内轴2011还分别与所述主履带驱动轮1014或随动轮1015相连；所述第一外轴202、第二外轴2010分别各与1组所述翻转臂组件102的翻转臂1022键连接。
所述云台系统5包括云台底座501、升降杆组件502、直线推杆电机组件503、摄像头组件504，所述摄像头组件504固定在所述升降杆组件502的上端，所述升降杆组件502的下端通过所述云台底座501固定在所述浮板式箱体4上，所述直线推杆电机组件503与所述升降杆组件502相连并控制所述升降杆组件502的升降。
所述轮胎组件103包括轮胎1031、轮毂链接法兰1032、双头链接法兰1033，其中所述轮胎1031与所述轮毂链接法兰1032相连，所述双头链接法兰1033的两头分别与所述翻转臂驱动轮1023和所述轮毂链接法兰1032相连。
所述升降杆组件502包括外管固定法兰5021、外管固定夹5022、外管5023、内嵌直线滑动轴承5024、压配合轴承5025、内管5026、内管固定法兰5027、内管固定夹5028；所述内管5026内套在所述外管5023内并通过所述内嵌直线滑动轴承5024和压配合轴承5025与所述外管5023形成滑动连接，所述外管5023的下端通过所述外管固定夹5022固定在所述外管固定法兰5021上，所述外管固定法兰5021固定在所述云台底座501上；所述内管5026的上端通过所述内管固定夹5028固定在所述内管固定法兰5027上；所述内管固定夹5028还与所述直线推杆电机组件503相连，所述摄像头组件504固定在所述内管固定夹5028的上端。
所述直线推杆电机组件503包括电机固定法兰5031、直线推杆电机5033，所述直线推杆电机5033的上端与所述内管固定夹5028相连，所述直线推杆电机5033的下端通过销钉5032固定在所述电机固定法兰5031上，所述电机固定法兰5031固定在所述云台底座501上。
所述摄像头组件504包括摄像头安装座5041、摄像头卡紧片5042、红外摄像头5043，所述摄像头安装座5041固定在所述内管固定夹5028的上端，所述红外摄像头5043通过所述摄像头卡紧片5042与所述摄像头安装座5041相连。
本发明的有益效果是：本发明的所述第一内轴201、第二内轴2011、第一外轴202、第二外轴2010构成了双后驱设置，前后轮驱动同步带组件101主要用于带动前轮及翻转臂履带1021同步转动；翻转臂组件102本身可以相对于浮板式箱体4做上下俯仰转动，其上翻转臂履带1021与轮胎组件103的轮胎1031同步转动；轮胎组件103中轮胎1031与轮毂链接法兰1032为可拆卸螺栓连接，实现轮胎组件103为简易可拆卸装置，常规情况下作为主要运动件，狭窄空间拆卸后本发明本体可以依靠其传动履带1011继续执行任务。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明侧视结构位置关系示意图。
图3是本发明俯视结构位置关系示意图。
图4是本发明传动系统2的一组传动装置的连接关系示意图。
图5是本发明传动系统2的一组传动装置的结构爆炸图。
图6是本发明浮板式箱体4一侧的前后轮驱动同步带组件101的结构关系示意图。
图7是本发明所述翻转臂组件102的结构示意图。
图8是本发明云台系统5的结构示意图。
图9是本发明云台系统5的结构爆炸图。
图10是本发明轮胎组件与翻转臂组件链接剖面结构示意图。
其中：1、行进系统；101、前后轮驱动同步带组件；102、翻转臂组件；103、轮胎组件；1011、传动履带；1012、压带轮组件；1013、张紧轮装置；1014、主履带驱动轮；1015、随动轮；1021、翻转臂履带；1022、翻转臂；1023、翻转臂驱动轮；1024、履带支撑板；1025、翻转臂惰轮；1031、轮胎；1032、轮毂链接法兰；1033、双头链接法兰；
2、传动系统；201、第一内轴；202、第一外轴；203、第一圆柱直齿齿轮副；204、翻转臂锥齿轮副；205、翻转臂同步轴；206、主驱动锥齿轮副；207、主驱动电机；208、翻转臂驱动电机；209、第二圆柱直齿齿轮副；2010、第二外轴；2011、第二内轴；
3、动力系统； 4、浮板式箱体；
5、云台系统；501、云台底座；502、升降杆组件；503、直线推杆电机组件；504、摄像头组件；
5021、外管固定法兰；5022、外管固定夹；5023、外管；5024、内嵌直线滑动轴承；5025、压配合轴承；5026、内管；5027、内管固定法兰；5028、内管固定夹；
5031、电机固定法兰；5032、销钉；5033、直线推杆电机；
5041、摄像头安装座；5042、摄像头卡紧片；5043、红外摄像头。
具体实施方式
    根据图1~图10，本发明包括行进系统1、传动系统2、动力系统3、浮板式箱体4、云台系统5，所述行进系统1固定在所述浮板式箱体4的两侧，所述行进系统1通过所述传动系统2与所述位于浮板式箱体4内的动力系统3相连，所述云台系统5位于所述浮板式箱体4的上方并与所述动力系统3相连。
一、行进系统1的组成：
所述行进系统1包括2组前后轮驱动同步带组件101、4组翻转臂组件102、4组轮胎组件103。
所述前后轮驱动同步带组件101：包括传动履带1011、压带轮组件1012、张紧轮装置1013、主履带驱动轮1014、随动轮1015，所述传动履带1011与主履带驱动轮1014、随动轮1015    相连，所述主履带驱动轮1014、随动轮1015分别与所述传动系统2相连所述压带轮组件1012固定在所述浮板式箱体4外侧边并作用于所述传动履带1011的内侧，所述张紧轮装置1013固定在所述浮板式箱体4外侧边并作用于传动履带1011的外侧。
所述翻转臂组件102：包括翻转臂履带1021、翻转臂1022、翻转臂驱动轮1023、2个履带支撑板1024、翻转臂惰轮1025 ，其中所述翻转臂履带1021与翻转臂驱动轮1023、翻转臂惰轮1025相连；所述翻转臂驱动轮1023分别与所述轮胎组件103、传动系统2相连，使得所述翻转臂驱动轮1023与所述轮胎组件103同步旋转；所述履带支撑板1024固定在所述翻转臂1022的上下两侧，用于支承所述翻转臂履带1021；所述翻转臂惰轮1025与所述翻转臂1022的一端相连，用于支承和导向所述翻转臂履带1021；所述翻转臂1022的另一端与所述传动系统2相连。
所述轮胎组件103包括轮胎1031、轮毂链接法兰1032、双头链接法兰1033，其中所述轮胎1031与所述轮毂链接法兰1032相连，所述双头链接法兰1033的两头分别与所述翻转臂驱动轮1023和所述轮毂链接法兰1032相连。
二、传动系统2的组成：
所述传动系统2包括2组前后交叉设置的传动装置，其中每一组传动装置包括第一内轴201、第一外轴202、第一圆柱直齿齿轮副203、翻转臂同步轴205、翻转臂锥齿轮副204、翻转臂驱动电机208、第二圆柱直齿齿轮副209、第二外轴2010、第二内轴2011、主驱动锥齿轮副206、主驱动电机207；所述第一外轴202套设在所述第一内轴201外；所述第一外轴202通过所述第一圆柱直齿齿轮副203与所述翻转臂同步轴205的一端相连；所述翻转臂同步轴205上固设有所述翻转臂锥齿轮副204，所述翻转臂驱动电机208通过所述翻转臂锥齿轮副204与所述翻转臂同步轴205相连；所述翻转臂同步轴205的另一端通过所述第二圆柱直齿齿轮副209与所述第二外轴2010相连，所述第二外轴2010套设在所述第二内轴2011外，所述第二内轴2011通过所述主驱动锥齿轮副206与所述主驱动电机207相连；所述第一内轴201、第二内轴2011分别各与1组所述翻转臂组件102的翻转臂驱动轮1023相连，并通过所述翻转臂驱动轮1023驱动所述轮胎组件103；所述第一内轴201、第二内轴2011还分别与所述主履带驱动轮1014或随动轮1015相连；所述第一外轴202、第二外轴2010分别与一组所述翻转臂组件102的翻转臂1022键连接。
所述传动系统2主要用以实现翻转臂1022与主履带驱动轮1014异步转动的功能。主驱动电机207通过主驱动锥齿轮副206与第二内轴2011链接，第二内轴2011与所述翻转臂驱动轮1023相连，所述翻转臂驱动轮1023同时将力传动到翻转臂履带1021和轮胎1031，实现轮胎1031与翻转臂履带1021的同步转动；翻转臂驱动电机208通过翻转臂锥齿轮副204与翻转臂同步轴205链接，翻转臂同步轴205两端通过第一圆柱直齿齿轮副203、第二圆柱直齿齿轮副209与第一外轴202、第二外轴2010连接，从而实现前方或者后方两侧翻转臂1022相对于浮板式箱体4同步摆动，以调整俯仰角度，以帮助本发明通过各类障碍。
所述翻转臂驱动轮1023为同步驱动，主要通过传动系统2的第一内轴201、第二内轴2011传递扭矩；翻转臂1022本身则通过第一外轴202、第二外轴2010传递扭矩可以调整俯仰角，用以辅助本发明进行爬楼、越障、越沟等作业。本发明采用交叉驱驱动模式，可以有效增强爬坡和原地转向时的牵引力，但是在湿滑地面或者后轮悬空的状态下，则有可能失去运动能力，为了避免失去运动能力，本发明两侧的同步带组件101则起到关键作用，通过同步带组件101将驱动力传递至随动轮1015形成四轮驱动效果，即使主履带驱动轮1014均处于空转状态，随动轮1015和翻转臂履带1021带仍然可以正常运动，帮助本发明摆脱困境。
三、所述云台系统5的组成：
所述云台系统5包括云台底座501、升降杆组件502、直线推杆电机组件503、摄像头组件504，所述摄像头组件504固定在所述升降杆组件502的上端，所述升降杆组件502的下端通过所述云台底座501固定在所述浮板式箱体4上，所述直线推杆电机组件503与所述升降杆组件502相连并控制所述升降杆组件502的升降。
所述升降杆组件502包括外管固定法兰5021、外管固定夹5022、外管5023、内嵌直线滑动轴承5024、压配合轴承5025、内管5026、内管固定法兰5027、内管固定夹5028；所述内管5026内套在所述外管5023内并通过所述内嵌直线滑动轴承5024和压配合轴承5025与所述外管5023形成滑动连接，所述外管5023的下端通过所述外管固定夹5022固定在所述外管固定法兰5021上，所述外管固定法兰5021固定在所述云台底座501上；所述内管5026的上端通过所述内管固定夹5028固定在所述内管固定法兰5027上；所述内管固定夹5028还与所述直线推杆电机组件503相连，所述摄像头组件504固定在所述内管固定夹5028的上端。
所述直线推杆电机组件503包括电机固定法兰5031、直线推杆电机5033，所述直线推杆电机5033的上端与所述内管固定夹5028相连，所述直线推杆电机5033的下端通过销钉5032固定在所述电机固定法兰5031上，所述电机固定法兰5031固定在所述云台底座501上。
所述摄像头组件504包括摄像头安装座5041、摄像头卡紧片5042、红外摄像头5043，所述摄像头安装座5041固定在所述内管固定夹5028的上端，所述红外摄像头5043通过所述摄像头卡紧片5042与所述摄像头安装座5041相连。
通过所述直线推杆电机5033驱动升降杆组件502，可以实现摄像头组件504在垂直行程35cm范围内运动，摄像头组件504可采用市售产品，其本身包含俯仰和周向两个自由度，可以实现周向360°、前后俯仰±135°角观察。
四、所述动力系统3的组成：
所述动力系统3包括一组72Ah、36V的锂电池、配电盒，所述配电盒用于安装和保护锂电池，所述锂电池分别与所述传动系统2的2台翻转臂驱动电机208、2台主驱动电机207相连。所述2台主驱动电机207交差布置，用于驱动主履带驱动轮，另外2台翻转臂驱动电机208前后布置，用于控制前后两对翻转臂。
五、所述浮板式箱体4的组成：
所述浮板式箱体4由6061铝合金制成，包括左右侧板、底仓板、配电安装架、及上盖板、载物盒。其中，左右侧板位于底仓板的两侧，通过螺栓链接；配电安装架横向安装在箱体中间，既作为锂电池与控制电路的安装架，也作为浮板式箱体4的横向支撑梁；上盖板与载物盒安装位于左右侧板的上方。

Claims (6)

1.一种轮履复合移动机器人平台，包括行进系统(1)、传动系统(2)、动力系统(3)、浮板式箱体(4)、云台系统(5)，其特征在于：所述行进系统(1)固定在所述浮板式箱体(4)的两侧，所述行进系统（1）通过所述传动系统（2）与所述位于浮板式箱体(4)内的动力系统(3)相连，所述云台系统（5）位于所述浮板式箱体(4)的上方并与所述动力系统(3)相连；
所述行进系统(1)包括2组前后轮驱动同步带组件（101）、4组翻转臂组件（102）、4组轮胎组件（103）；所述前后轮驱动同步带组件（101）包括传动履带（1011）、压带轮组件（1012）、张紧轮装置（1013）、主履带驱动轮（1014）、随动轮（1015），所述传动履带（1011）与主履带驱动轮（1014）、随动轮（1015）相连，所述主履带驱动轮（1014）、随动轮（1015）分别与所述传动系统(2)相连，所述压带轮组件（1012）固定在所述浮板式箱体（4）外侧边并作用于所述传动履带（1011）的内侧，所述张紧轮装置（1013）固定在所述浮板式箱体（4）外侧边并作用于所述传动履带（1011）的外侧；
所述翻转臂组件（102）包括翻转臂履带（1021）、翻转臂（1022）、翻转臂驱动轮（1023）、2个履带支撑板（1024）、翻转臂惰轮（1025），其中所述翻转臂履带（1021）与翻转臂驱动轮（1023）、翻转臂惰轮（1025）相连；所述翻转臂驱动轮（1023）分别与所述轮胎组件（103）、传动系统(2)相连，使得所述翻转臂驱动轮（1023）与所述轮胎组件（103）同步旋转；所述履带支撑板（1024）固定在所述翻转臂（1022）的上下两侧，用于支承所述翻转臂履带（1021）；所述翻转臂惰轮（1025）与所述翻转臂（1022）的一端相连，用于支承和导向所述翻转臂履带（1021）；所述翻转臂（1022）的另一端与所述传动系统(2)相连；
所述传动系统(2)包括2组前后交叉设置的传动装置，其中每一组传动装置包括第一内轴（201）、第一外轴（202）、第一圆柱直齿齿轮副（203）、翻转臂同步轴（205）、翻转臂锥齿轮副（204）、翻转臂驱动电机（208）、第二圆柱直齿齿轮副（209）、第二外轴（2010）、第二内轴（2011）、主驱动锥齿轮副（206）、主驱动电机（207）；所述第一外轴（202）套设在所述第一内轴（201）外；所述第一外轴（202）通过所述第一圆柱直齿齿轮副（203）与所述翻转臂同步轴（205）的一端相连；所述翻转臂同步轴（205）上固设有所述翻转臂锥齿轮副（204），所述翻转臂驱动电机（208）通过所述翻转臂锥齿轮副（204）与所述翻转臂同步轴（205）相连；所述翻转臂同步轴（205）的另一端通过所述第二圆柱直齿齿轮副（209）与所述第二外轴（2010）相连，所述第二外轴（2010）套设在所述第二内轴（2011）外，所述第二内轴（2011）通过所述主驱动锥齿轮副（206）与所述主驱动电机（207）相连；所述第一内轴（201）、第二内轴（2011）分别各与1组所述翻转臂组件（102）的翻转臂驱动轮（1023）相连，并通过所述翻转臂驱动轮（1023）驱动所述轮胎组件（103）；所述第一内轴（201）、第二内轴（2011）还分别与所述主履带驱动轮（1014）或随动轮（1015）相连；所述第一外轴（202）、第二外轴（2010）分别与一组所述翻转臂组件（102）的翻转臂（1022）键连接。
2.根据权利要求 1 所述的一种轮履复合移动机器人平台，其特征在于：所述云台系统(5)包括云台底座（501）、升降杆组件（502）、直线推杆电机组件（503）、摄像头组件（504），所述摄像头组件（504）固定在所述升降杆组件（502）的上端，所述升降杆组件（502）的下端通过所述云台底座（501）固定在所述浮板式箱体(4)上，所述直线推杆电机组件（503）与所述升降杆组件（502）相连并控制所述升降杆组件（502）的升降。
3.根据权利要求 1 所述的一种轮履复合移动机器人平台，其特征在于：所述轮胎组件（103）包括轮胎（1031）、轮毂链接法兰（1032）、双头链接法兰（1033），其中所述轮胎（1031）与所述轮毂链接法兰（1032）相连，所述双头链接法兰（1033）的两头分别与所述翻转臂驱动轮（1023）、所述轮毂链接法兰（1032）相连。
4.根据权利要求 2 所述的一种轮履复合移动机器人平台，其特征在于：所述升降杆组件（502）包括外管固定法兰（5021）、外管固定夹（5022）、外管（5023）、内嵌直线滑动轴承（5024）、压配合轴承（5025）、内管（5026）、内管固定法兰（5027）、内管固定夹（5028）；所述内管（5026）内套在所述外管（5023）内并通过所述内嵌直线滑动轴承（5024）和压配合轴承（5025）与所述外管（5023）形成滑动连接，所述外管（5023）的下端通过所述外管固定夹（5022）固定在所述外管固定法兰（5021）上，所述外管固定法兰（5021）固定在所述云台底座（501）上；所述内管（5026）的上端通过所述内管固定夹（5028）固定在所述内管固定法兰（5027）上；所述内管固定夹（5028）还与所述直线推杆电机组件（503）相连，所述摄像头组件（504）固定在所述内管固定夹（5028）的上端。
5.根据权利要求4 所述的一种轮履复合移动机器人平台，其特征在于：所述直线推杆电机组件（503）包括电机固定法兰（5031）、直线推杆电机（5033），所述直线推杆电机（5033）的上端与所述内管固定夹（5028）相连，所述直线推杆电机（5033）的下端通过销钉（5032）固定在所述电机固定法兰（5031）上，所述电机固定法兰（5031）固定在所述云台底座（501）上。
6.根据权利要求4 所述的一种轮履复合移动机器人平台，其特征在于：所述摄像头组件（504）包括摄像头安装座（5041）、摄像头卡紧片（5042）、红外摄像头（5043），所述摄像头安装座（5041）固定在所述内管固定夹（5028）的上端，所述红外摄像头（5043）通过所述摄像头卡紧片（5042）与所述摄像头安装座（5041）相连。
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