CN104875798A - 变电站轮履复合可切换式移动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了变电站轮履复合可切换式移动机器人，包括箱体、驱动机构及布置在箱体两侧的由轮式机构与越障机构组合在一起的越障支臂机构；驱动机构包括通过驱动安装板连接在一起的驱动轮机构与驱动电机机构，驱动轮机构通过行走履带连接在一起，通过驱动电机机构来驱动驱动轮进行移动；本发明的移动机器人结构简单、灵活可靠。机体内主要传动系统采用链条传动，其连接可靠，维护简单，采用链条的链轮，其精度也可以得到保证；越障支臂机构上的轮，通过键连接在支臂从动轴上，可以拆卸，方便维护。

Description

变电站轮履复合可切换式移动机器人

技术领域

本发明涉及先进制造与自动化技术领域，具体说是一种可以应用于变电站复杂环境中的移动机器人。

背景技术

随着劳动力成本的不断提高，以及考虑到变电站室外环境的复杂多样，传统的人力巡检已经不能满足日常的变电站巡检要求。目前现有的移动机器人大多都只采用轮式或者履带式其中一种移动方式，移动效率低；而部分采用两种移动方式的移动机器人，其大多采用两套单独的驱动单元，分别驱动轮子或者履带，两套驱动单元难免造成机构笨重，繁琐；剩余部分机器人将轮子和履带串接在同一根输出轴上，需要手动拆卸轮子达到轮履式切换的目标，无法达到自动切换轮式或履带式行走的目标，自动化程度低。另外，现有的机器人还存在着体积大，重量重，可携带性也差等问题。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了变电站轮履复合可切换式移动机器人，该机器人适用于变电站复杂环境的并且可以自由切换运动方式的移动机器人，它具有在室外复杂环境表面爬坡、越障的履带机构，同时，也可以在平面切换到轮式移动，降低功耗。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

变电站轮履复合可切换式移动机器人，包括驱动机构、箱体两侧的越障支臂机构及布置在支臂机构上的行驶轮机构；所述驱动机构包括第一驱动机构及第二驱动机构，所述第一驱动机构及第二驱动机构分别用来驱动第一驱动机构及第二驱动机构所对应的轮、支臂履带及行走履带；

越障支臂机构的支臂轴分别套合在驱动轮转动轴内，支臂轴穿过箱体连接到摆动电机上，越障支臂机构的支臂履带套合在驱动轮上，摆动电机驱动越障支臂机构旋转；

轮及轮式从动链轮通过键连接固定在轮式传动轴上，轮式传动轴通过轴承套瓦固定在支臂架上，轮式传动轴固定在轮轴挡板上，轮式主动链轮通过螺钉与轴承挡瓦连接，轴承挡瓦与驱动轮机构连接，轮与支臂架中轴线偏心设置；

移动机器人的履带式行走方式和轮式行走方式能够任意切换，当移动机器人通过摆动电机将越障支臂机构旋转到与地面水平的位置时，驱动电机带动轮式主动链轮，轮式主动链轮通过链条带动轮式从动链轮，轮式从动链轮轮通过轮式传动轴带动轮转动，轮接触地面，此时为轮式移动状态，反之，则切换为履带式移动状态。

轮式从动链轮具体为链轮,轮式传动轴通过螺钉固定在轮轴挡板上。

所述第一驱动机构及第二驱动机构均包括通过驱动安装板连接在一起的驱动轮机构与驱动电机机构，第一驱动机构及第二驱动机构通过行走履带连接在一起，移动机器人通过驱动电机机构来驱动驱动轮机构进行移动。

所述箱体包括位于移动机器人前端的第一箱体及位于移动机器人尾部的第二箱体，所述第一箱体及第二箱体通过两侧的驱动机构连接板连接在一起，所述箱体驱动机构连接板上还固定有电池盒。

所述摆动电机带动支臂轴使支臂在平面内360°旋转。

所述越障支臂机构包括第二轴承挡瓦，第二轴承挡瓦固定在支臂转动轴的驱动机构轴承外，第二轴承挡瓦内固定有用于间隔驱动机构轴承及转动轴转动套的转动轴定位套，转动轴转动套通过平键固定在支臂转动轴的一头，支臂转动轴的另一头通过平键与支臂架固定，摆动电机通过支臂转动轴及转动轴转动套驱动支臂架转动，支臂架上固定有轴承座，支臂转动轴上还拧紧有转动轴定位螺母，

所述越障支臂机构还包括第一轴承挡瓦，第一轴承挡瓦契合在轴承上，支臂架上通过螺钉固定有轴承瓦，支臂轴穿在轴承瓦内，支臂轴两侧分别安装有支臂小轮，支臂轴通过螺钉固定有支臂挡圈，支臂架上通过螺钉固定有履带导槽。

所述移动机器人的履带式行走方式及轮式行走方式这两种驱动方式的驱动机构共用一套动力。移动机器人可以实现履带式行走方式和轮式行走方式相互切换，两种驱动方式的驱动机构共用一套动力。

履带式行走方式时，驱动电机机构带动越障支臂机构上的支臂履带，摆臂电机通过支臂转动轴带动整个支臂转动，摆动电机将支臂轴旋转成与地面一定角度，驱动电机带动驱动轮，驱动轮同时带动驱动轮上的行走履带及支臂上的支臂履带转动，移动机器人利用越障支臂机构上的履带翻越一定高度的障碍。

轮式行走方式时，摆动电机将支臂旋转到越障支臂机构履带面与地面平行的状态，驱动电机带动轮式主动链轮，轮式主动链轮通过链条带动轮式从动链轮，从动轮通过轮式传动轴带动轮行驶在平地上。

当移动机器人前面有障碍时，前面的越障支臂机构会先顺时针旋转调节好越障角度，将越障支臂机构搭在障碍上，在履带的把持下，机器人开始攀爬障碍；在升到一定高度后，后面的越障支臂机构开始逆时针旋转，从而抬高机器人后半部分箱体，直至机器人重新回到水平状态。此时，机器人水平行走，完成越障。

本发明所述的箱体上可以搭载两个电池箱，内置锂电池，最大限度的利用箱体空间；其箱体上是多接口的载荷平台，可以搭载多种仪器设备，方便数据采集，及电力环境中的各种巡检项目。

本发明机器人移动平台的四套越障支臂机构几何尺寸对称，可以完全收回到机器人两侧，通过摆动电机可以分别控制前后两套越障支臂，可操作性高。本发明所述的驱动机构、越障支臂机构、箱体等主要组件都为硬铝材料制成。本发明外观简洁大方，可扩展性强。驱动轮及越障支臂机构上安装有履带支撑架，行走履带及支臂履带上也有导条，可以有效防止履带跑偏的同时起到支撑的作用。传动系统采用链条，链条为卡丁车链条。

本发明的有益效果：

1.本发明移动机器人具有体积小、重量轻、爬坡和越障功能优良的特点。普通的车辆都可以携带运输。

2.可以方便的从履带式行走方式切换到轮式行走方式，两种驱动方式共用一套动力，极大的提高了设备使用率。

3.本发明的移动机器人结构简单、灵活可靠。机体内主要传动系统采用链条传动，其链接可靠，维护简单，采用特殊链条的链轮，其精度也可以得到保证；越障支臂机构上的轮，通过键连接在支臂从动轴上，可以拆卸，方便维护。

4.驱动轮及越障支臂机构上安装有履带支撑架，行走履带及支臂履带上也有导条，可以有效防止履带跑偏的同时起到支撑的作用。

附图说明

图1为变电站轮履复合可切换式移动机器人结构示意图；

图1(a)为变电站轮履复合可切换式移动机器人整体结构示意图；

图2为右驱动轮装配结构示意图；

图3为左驱动轮装配结构示意图；

图4为越障支臂结构示意图；

图4(a)为越障支臂轮式传动轴结构示意图；

图5为越障状态结构示意图；

图6为平地状态结构示意图；

图中，1第一箱体、2第一驱动机构、3第二驱动机构、4第二箱体、5第一电池盒、6第二电池盒、7第一履带支撑轮系、8第二履带支撑轮系、9第一越障支臂机构、10第二越障支臂机构、11行走履带，111第一行走履带，112第二行走履带，12第一驱动安装板、13第一驱动轮机构、14第一驱动电机机构，15第二驱动安装板、133第二驱动轮机构、144第二驱动电机机构、16第一轴承挡瓦(108AT)、17转动轴转动套、18轴承座-108AT18、19转动轴定位螺母、20转动轴定位套、21履带导槽、22支臂小轮、23轴承瓦、24支臂轴、25支臂挡圈、26支臂转动轴、27第二轴承挡瓦、28支臂架、29轮式传动轴、30行走从动轮、31行走主动轮、32轴承套瓦、33轮轴挡板、34轴承间隔套、35轮、36支臂履带，37防护盖板。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

如图1所示，本发明移动机器人包括第一箱体1、第一驱动机构2、第二驱动机构3、第二箱体4、第一电池盒5、第二电池盒6、第一履带支撑轮系7、第二履带支撑轮系8、第一越障支臂机构9、第二越障支臂机构10、行走履带11。第一箱体1和第二箱体4通过左右两侧第一驱动机构2、第二驱动机构3连接在一起，形成一个由第一箱体1、第二箱体4、第一驱动机构2、第二驱动机构3组合成的稳定的箱体结构。第一电池盒5、第二电池盒6固定在左右两侧的第一驱动机构2、第二驱动机构3上。第一履带支撑轮系7及第二履带支撑轮系8固定在左右两侧第一驱动机构2、第二驱动机构3上。在第一箱体1及第二箱体4的上方均设置有防护盖板37。移动机器人其尺寸为785×674×178mm(长宽高)，重量约为44kg。

行走履带11包括位于移动机器人左侧的第一行走履带111及位于移动机器人右侧的第二行走履带112。左右两侧的行走履带11分别安装在第一驱动机构2的第一驱动轮机构13上及第二驱动机构3的第二驱动轮机构133上。

如图2所示，位于右侧的第一驱动机构2由右侧的第一驱动安装板12、第一驱动轮机构13、第一驱动电机机构14等组成。

如图3所示，位于左侧的第二驱动机构3由左侧的第二驱动安装板15、第二驱动轮机构133、第二驱动电机机构144等组成。

如图4所示，越障支臂机构包括第一轴承挡瓦(108AT)16、转动轴转动套17、轴承座-108AT18、转动轴定位螺母19、转动轴定位套20、履带导槽21、支臂小轮22、轴承瓦23、支臂轴24、支臂挡圈25、支臂转动轴26、第二轴承挡瓦27、支臂架28、轮式传动轴29、轮式从动链轮30、轮式主动链轮31、轴承套瓦32、轮轴挡板33、轴承间隔套34、轮35、支臂履带36。

第二轴承挡瓦27固定在支臂转动轴26的驱动机构轴承外，起到间隔套及轴承挡圈的作用。转动轴定位套20固定在第二轴承挡瓦27内，用于间隔驱动机构轴承及转动轴转动套17。转动轴转动套17通过平键固定在支臂转动轴26一头，另一侧通过平键与支臂架28固定起来，这样摆动电机就可以通过支臂转动轴26、转动轴转动套17驱动支臂架28转动了。轴承座-108AT18通过螺钉固定在支臂架28上，起到固定108AT轴承的作用。转动轴定位螺母19拧紧在支臂转动轴26上，起到轴向定位的作用。第一轴承挡瓦(108AT)16契合在轴承108AT上，其外圈起到支撑越障支臂机构履带的作用。轴承瓦23通过螺钉固定在支臂架28上，起到轴承座的作用。支臂轴24穿在轴承瓦23内，起传动轴的作用。两个支臂小轮22分别安装在支臂轴24两侧，起支撑越障支臂履带的作用。支臂挡圈25通过螺钉固定在支臂轴24两侧，起轴向定位的作用。履带导槽21通过螺钉固定在支臂架28上，起履带导向和支撑的作用。通过以上部分，第一驱动电机机构14可以带动越障支臂机构9上的履带，摆臂电机也可以通过支臂转动轴26带动整个支臂转动，机器人通过以上部分完成越障。

第一驱动轮机构13和第一驱动电机机构14通过第一驱动安装板15连接在一起，这样驱动电机就可以带动驱动轮行走。

轮35、轮式从动链轮30通过键连接固定在轮式传动轴29上，轮式传动轴29通过轴承套瓦32固定在支臂架28上，轮轴挡板33通过螺钉固定在轮式传动轴29上，起轴向定位作用。轮35与支臂架28中轴线偏心。轮式主动链轮31通过螺钉与轴承挡瓦27连接在一起，轴承挡瓦27与第一驱动轮机构13连接在一起，这样轮式主动链轮31就可以通过第一驱动电机机构14来转动。轮式主动链轮31与轮式从动链轮30通过链条连接，这样轮35就可以在驱动电机机构14带动下转动。以上部分形成机器人轮式移动驱动方式。

前后两套驱动轮机构间靠行走履带连接，带动后轮转动。通过左右两轮的速度变化，来控制转向。

前后两套越障支臂机构的第一越障支臂机构、第二越障支臂机构均通过支臂履带36与驱动轮连接，这样支臂履带36就可以在驱动电机机构的带动下转动。

如图5所示，当移动机器人需要翻越一定障碍时，第一越障支臂机构9通过摆动电机顺时针转到与地面成一定角度，在驱动电机的带动下，支臂履带36开始攀爬障碍；在移动平台起升到一定高度后，第二越障支臂机构10逆时针旋转，在接触到地面后，开始支撑移动平台，使其达到水平状态，然后进入正常的履带式移动状态。

如图6所示，当移动机器人在平地上行驶时，可以将前后两套第一越障支臂机构9、第二越障支臂机构10，通过摆动电机旋转到与地面水平的位置，这样就由轮35接触地面，此时为轮式移动状态。

本发明的两套越障支臂机构几何尺寸对称，可以完全收回到机器人两侧，通过性良好。本发明机器人外观简洁大方，可扩展性强，可操作性高。本发明主要部件都由硬铝制作，在保证结构强度的前提下，极大的降低了整体重量，同时提高了续航能力。

Claims (10)

1.变电站轮履复合可切换式移动机器人，其特征是，包括驱动机构、箱体两侧的越障支臂机构及布置在支臂机构上的行驶轮机构；所述驱动机构包括第一驱动机构及第二驱动机构，所述第一驱动机构及第二驱动机构分别用来驱动第一驱动机构及第二驱动机构所对应的轮、支臂履带及行走履带；

移动机器人的履带式行走方式和轮式行走方式能够任意切换，当移动机器人通过摆动电机将越障支臂机构旋转到与地面水平的位置时，驱动电机带动轮式主动链轮，轮式主动链轮通过链条带动轮式从动链轮，从动轮通过轮式传动轴带动轮转动，轮接触地面，此时为轮式移动状态，反之，则切换为履带式移动状态。

2.如权利要求1所述的变电站轮履复合可切换式移动机器人，其特征是，越障支臂机构的支臂轴分别套合在驱动轮转动轴内，支臂轴穿过箱体连接到摆动电机上，越障支臂机构的支臂履带套合在驱动轮上，摆动电机驱动越障支臂机构旋转。

3.如权利要求1所述的变电站轮履复合可切换式移动机器人，其特征是，所述第一驱动机构及第二驱动机构均包括通过驱动安装板连接在一起的驱动轮机构与驱动电机机构，第一驱动机构及第二驱动机构通过行走履带连接在一起，移动机器人通过驱动电机机构来驱动驱动轮机构进行移动。

4.如权利要求1所述的变电站轮履复合可切换式移动机器人，其特征是，所述箱体包括位于移动机器人前端的第一箱体及位于移动机器人尾部的第二箱体，所述第一箱体及第二箱体通过两侧的驱动机构连接板连接在一起，所述箱体驱动机构连接板上还固定有电池盒。

5.如权利要求1所述的变电站轮履复合可切换式移动机器人，其特征是，所述摆动电机带动支臂轴使支臂在平面内360°旋转。

6.如权利要求1所述的变电站轮履复合可切换式移动机器人，其特征是，所述越障支臂机构包括第二轴承挡瓦，第二轴承挡瓦固定在支臂转动轴的驱动机构轴承外，第二轴承挡瓦内固定有用于间隔驱动机构轴承及转动轴转动套的转动轴定位套，转动轴转动套通过平键固定在支臂转动轴的一头，支臂转动轴的另一头通过平键与支臂架固定，摆动电机通过支臂转动轴及转动轴转动套驱动支臂架转动，支臂架上固定有轴承座，支臂转动轴上还拧紧有转动轴定位螺母。

7.如权利要求6所述的变电站轮履复合可切换式移动机器人，其特征是，所述越障支臂机构还包括第一轴承挡瓦，第一轴承挡瓦契合在轴承上，支臂架上通过螺钉固定有轴承瓦，支臂轴穿在轴承瓦内，支臂轴两侧分别安装有支臂小轮，支臂轴通过螺钉固定有支臂挡圈，支臂架上通过螺钉固定有履带导槽。

8.如权利要求1所述的变电站轮履复合可切换式移动机器人，其特征是，所述移动机器人的履带式行走方式及轮式行走方式这两种驱动方式的驱动机构共用一套动力。

9.如权利要求1所述的变电站轮履复合可切换式移动机器人，其特征是，越障支臂机构的支臂轴分别套合在驱动轮转动轴内，支臂轴穿过箱体连接到摆动电机上，越障支臂机构的支臂履带套合在驱动轮上，摆动电机驱动越障支臂机构旋转。

10.如权利要求1所述的变电站轮履复合可切换式移动机器人，其特征是，轮及轮式从动链轮通过键连接固定在轮式传动轴上，轮式传动轴通过轴承套瓦固定在支臂架上，轮式传动轴固定在轮轴挡板上，轮式主动链轮通过螺钉与轴承挡瓦连接，轴承挡瓦与驱动轮机构连接，行走轮轴与支臂中轴线偏心设置。