CN104973153A - 新型履带式移动机器人悬架系统 - Google Patents

Abstract

新型履带式移动机器人悬架系统，属于机器人技术和自动化领域。解决了传统的履带式车辆悬架系统使得车辆与地面的接触面积小，导致地面提供给机器人的牵引力有限的问题。它包括前摆臂动力输出悬架、后驱动轮悬架和中间负重轮悬架；中间负重轮悬架位于履带式移动机器人的履带和车体底部之间，前摆臂动力输出悬架包括：1号弹簧、第一轴承、1号铰链、1号固定杆。中间负重轮悬架由多负重轮和多弹簧阻尼系统组成，采用多组负重轮均匀分担机体的重量，每组负重轮包括两个通过铰链连接的负重轮，组负重轮的形式便于进行弹簧和阻尼结构的实现。它具体应用在履带机器人上。

Description

新型履带式移动机器人悬架系统

技术领域

本发明属于机器人技术和自动化领域。

背景技术

传统的履带式车辆出于行驶机动性的需要，悬架系统的主动轮和从动轮都高出地面，对于小型的履带式移动机器人，由于地面接触面积的限制，使得地面提供给机器人的牵引力是有限的，因此，为保证足够的牵引力需要尽可能扩大地面接触面积，传统的履带式车辆悬架系统已不适合小型移动机器人的需要。

发明内容

本发明是为了解决传统的履带式车辆悬架系统使得车辆与地面的接触面积小，导致地面提供给机器人的牵引力有限的问题。本发明提供了一种新型履带式移动机器人悬架系统。

新型履带式移动机器人悬架系统，它包括前摆臂动力输出悬架、后驱动轮悬架和中间负重轮悬架；中间负重轮悬架位于履带式移动机器人的履带和车体底部之间，

前摆臂动力输出悬架包括1号弹簧、第一轴承、1号铰链、1号固定杆，

1号铰链位于靠近履带式移动机器人的车体侧，且履带式移动机器人的前从动轮和前摆臂依次远离1号铰链，

1号铰链通过第一轴承与履带式移动机器人的前从动轮的主轴转动连接，且1号铰链的一端设有通孔，通孔通过螺栓与履带式移动机器人的车体固定连接，1号铰链的另一端设有第一伸出平台，

1号弹簧用于实现履带式移动机器人的前从动轮的上下浮动，

1号弹簧的一端固定在第一伸出平台上，1号弹簧的另一端设有1号挂钩，

1号固定杆的一端垂直固定在履带式移动机器人的车体侧面，1号固定杆的一端的另一端与1号挂钩固定连接；1号固定杆位于1号弹簧的上方，

后驱动轮悬架包括齿轮套、浮动齿轮、后从动轮、2号弹簧和2号固定杆；

所述的浮动齿轮的主轴的一端固定在履带式移动机器人的车体侧面，浮动齿轮与后从动轮啮合，传递动力到后从动轮，后从动轮与履带式移动机器人的后驱动轮同轴，且后从动轮位于靠近履带式移动机器人的车体侧，

齿轮套为封闭性壳体，封闭性壳体上设有4个通孔，浮动齿轮和后从动轮位于齿轮套内，且浮动齿轮的主轴的两端分别穿过封闭性壳体上的两个通孔，且浮动齿轮的主轴的两端分别通过两个轴承与其所穿过的封闭性壳体上的两个通孔转动连接，

后从动轮的主轴的两端分别穿过封闭性壳体上的另两个通孔，且浮动齿轮的主轴的两端分别通过两个轴承与其所穿过的封闭性壳体上的另2个通孔转动连接，

齿轮套设有第二伸出平台，2号弹簧的一端固定在第二伸出平台上，2号弹簧的另一端设有2号挂钩，

2号固定杆的一端垂直固定在履带式移动机器人的车体侧面，2号固定杆的另一端与2号挂钩固定连接；2号固定杆位于2号弹簧的上方，

2号弹簧用于实现后从动轮绕浮动齿轮转动，

中间负重轮悬架包括3号弹簧、4个负重轮、2号铰链、4号弹簧；

其中，4个负重轮分为两组，每组包括两个负重轮，第一组中两个负重轮同轴，第二组中两个负重轮同轴，且第一组中两个负重轮的主轴固定在2号铰链的一端，第二组中两个负重轮的主轴固定在2号铰链的另一端，2号铰链的一端位于第一组中的两个负重轮之间，

2号铰链的另一端位于第二组中的两个负重轮之间，

2号铰链的一端还设有一个平台，3号弹簧的一端固定在一个平台上，3号弹簧的另一端固定在履带式移动机器人的车体底部，

2号铰链的另一端还设有一个3号平台，4号弹簧的一端固定在4号平台上，4号弹簧的另一端固定在履带式移动机器人的车体底部，

3号弹簧和4号弹簧用于实现履带式移动机器人的车体的浮动。

所述的4个负重轮通过2号铰链铰接成成人字形结构。

前摆臂动力输出悬架包括：1号弹簧、第一轴承、1号铰链、1号固定杆。前摆臂驱动电机及其减速机构与前从动轮9作为一个整体，前摆臂与车体通过弹簧阻尼系统连接。

前摆臂动力输出悬架对振动的传递及吸收过程为：来自地面的振动首先传递给前从动轮9，进而传递给弹簧阻尼系统(即：1号弹簧5)进行振动的吸收，此过程不会影响前摆臂驱动电机驱动前摆臂进行正常摆动动作。

履带式移动机器人的后驱动轮10接受来自电机输出轴的驱动力矩，进行动力输出。后驱动轮悬架的设计目标是使动力输出免受来自地面振动的影响。齿轮连接可以高效率的传递动力，将齿轮连接的一个轴改为浮动的轴则可以避免来自地面的硬冲击，保证传动机构的有效寿命。齿轮的后从动轮的主轴为浮动轴，类似于行星齿轮，从动轮轴的浮动是通过弹簧阻尼实现的，

中间负重轮悬架由多负重轮和多弹簧阻尼系统组成。采用多组负重轮均匀分担机体的重量，每组负重轮包括两个通过铰链连接的负重轮，组负重轮的形式便于进行弹簧和阻尼结构的实现。负重轮通过弹簧阻尼系统与机体连接，弹簧缓冲来自地面的冲击，阻尼采用橡胶材料实现对振动能量的吸收。

中间负重轮悬架对振动的传递和吸收过程：履带接受来自地面的振动传递到负重轮，进而传递给弹簧阻尼系统，最后的小部分余振传递到机体。

本发明专利的有益效果是：

1、本履带式移动机器人的新型悬架系统采用尽可能简单的结构实现悬架系统的设计，在浮动支撑下实现动力传递，实现了在紧凑空间内设计悬架的目标。

2、本履带式移动机器人的新型悬架系统的前摆臂悬架部分使从动轮能有效的缓冲来自地面的冲击，同时冲击对前摆臂的摆动动作无影响，保证摆臂功能的实现。

3、本履带式移动机器人的新型悬架系统的中间负重轮悬架部分采用多负重轮承重缓冲吸振结构，在均匀分担机体重量的同时，能够有效的缓冲和吸收振动能量。

4、本履带式移动机器人的新型悬架系统的后驱动轮采用浮动齿轮连接传动机构，能进行稳定的动力输出而不受地面振动的影响。

附图说明

图1和图2均为本发明所述的新型履带式移动机器人悬架系统的结构示意图；

图3为具体实施方式一所述的中间负重轮悬架的三维结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：参见图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述的新型履带式移动机器人悬架系统，它包括前摆臂动力输出悬架1、后驱动轮悬架3和中间负重轮悬架2；中间负重轮悬架2位于履带式移动机器人的履带和车体底部之间，

前摆臂动力输出悬架1包括1号弹簧5、第一轴承7、1号铰链8、1号固定杆1-1，

1号铰链8位于靠近履带式移动机器人的车体侧，且履带式移动机器人的前从动轮9和前摆臂4依次远离1号铰链8，

1号铰链8通过第一轴承7与履带式移动机器人的前从动轮9的主轴转动连接，且1号铰链8的一端设有通孔8-1，通孔8-1通过螺栓与履带式移动机器人的车体固定连接，1号铰链8的另一端设有第一伸出平台8-2，

1号弹簧5用于实现履带式移动机器人的前从动轮9的上下浮动，

1号弹簧5的一端固定在第一伸出平台8-2上，1号弹簧5的另一端设有1号挂钩5-1，

1号固定杆1-1的一端垂直固定在履带式移动机器人的车体侧面，1号固定杆1-1的一端的另一端与1号挂钩5-1固定连接；1号固定杆1-1位于1号弹簧5的上方，

后驱动轮悬架3包括齿轮套11、浮动齿轮12、后从动轮13、2号弹簧14和2号固定杆3-1；

所述的浮动齿轮12的主轴的一端固定在履带式移动机器人的车体侧面，浮动齿轮12与后从动轮13啮合，传递动力到后从动轮13，后从动轮13与履带式移动机器人的后驱动轮10同轴，且后从动轮13位于靠近履带式移动机器人的车体侧，

齿轮套11为封闭性壳体，封闭性壳体上设有4个通孔，浮动齿轮12和后从动轮13位于齿轮套11内，且浮动齿轮12的主轴的两端分别穿过封闭性壳体上的两个通孔，且浮动齿轮12的主轴的两端分别通过两个轴承与其所穿过的封闭性壳体上的两个通孔转动连接，

后从动轮13的主轴的两端分别穿过封闭性壳体上的另两个通孔，且浮动齿轮12的主轴的两端分别通过两个轴承与其所穿过的封闭性壳体上的另2个通孔转动连接，

齿轮套11设有第二伸出平台16，2号弹簧14的一端固定在第二伸出平台16上，2号弹簧14的另一端设有2号挂钩14-1，

2号固定杆3-1的一端垂直固定在履带式移动机器人的车体侧面，2号固定杆3-1的另一端与2号挂钩14-1固定连接；2号固定杆3-1位于2号弹簧14的上方，

2号弹簧14用于实现后从动轮13绕浮动齿轮12转动，

中间负重轮悬架2包括3号弹簧17、4个负重轮18、2号铰链19、4号弹簧21；

其中，4个负重轮18分为两组，每组包括两个负重轮18，第一组中两个负重轮18同轴，第二组中两个负重轮18同轴，且第一组中两个负重轮18的主轴固定在2号铰链19的一端，第二组中两个负重轮18的主轴固定在2号铰链19的另一端，2号铰链19的一端位于第一组中的两个负重轮18之间，

2号铰链19的另一端位于第二组中的两个负重轮18之间，

2号铰链19的一端还设有一个平台20-1，3号弹簧17的一端固定在一个平台20-1上，3号弹簧17的另一端固定在履带式移动机器人的车体底部，

2号铰链19的另一端还设有一个3号平台20-2，4号弹簧21的一端固定在4号平台20-2上，4号弹簧21的另一端固定在履带式移动机器人的车体底部，

3号弹簧17和4号弹簧21用于实现履带式移动机器人的车体的浮动。

本实施方式中，

前摆臂动力输出悬架1的作用是吸收前摆臂和履带式移动机器人的前从动轮9受到的来自地面的振动，

中间负重轮悬架2吸收车体受到的来自地面的振动，

后驱动轮悬架3保证履带式移动机器人的后驱动轮10正常动力输出，吸收后驱动轮10受到的来自地面的振动。

履带式移动机器人的前从动轮9接受动力驱动，无驱动电机，通过后驱动轮10的转动带动前从动轮9转动。前摆臂4摆臂动作需要驱动电机及其减速机构，基于结构简单的原则，将前从动轮9与前摆臂4做为同轴结构，轴外套有轴承，将法兰盘配合到轴承，前从动轮9主轴固定于法兰盘。

将前摆臂驱动电机及其减速机构集合到从动轮9，这样前从动轮9和前摆臂4作为一个整体，一方面第一轴承7通过1号铰链8与车体铰接，另一方面通过第一轴承7与车体通过弹簧阻尼连接，橡胶阻尼材料填充于1号弹簧5内，吸收振动能量。

参见图2，履带式移动机器人的后驱动轮10作为驱动轮接受来自驱动电机的动力矩，为整个机器人的运动提供牵引动力，该悬架部分设计需要满足动力输出的要求。齿轮传动机构具有传动效率高，结构紧凑的优点，适合作为该部分传动机构，为缓冲来自地面的振动，将齿轮传动做为浮动连接，使后从动轮13可以绕浮动齿轮12摆动，传递动力到从动轮13，浮动齿轮12和后从动轮13外有齿轮套11，齿轮套11伸出平台16安装2号弹簧，2号弹簧14内填充有橡胶阻尼材料，后从动轮13的浮动依靠2号弹簧14的压缩和伸长来实现弹簧14与机体相连接，该过程即实现了缓冲振动的目标，橡胶阻尼起到吸收振动的作用。

参见图3，中间负重轮悬架部分由两组负重轮-弹簧阻尼系统组成。两侧履带各一组负重轮-弹簧阻尼系统。每组负重轮有四个轮子18组成，每两个轮子18同轴，四个轮子通过2号铰链19铰接，成人字形结构，并通过2号铰链19与机体连接。轮子两侧各伸出一个平台，平台上配有足以承受车体重量的短弹簧，弹簧内填充有橡胶阻尼材料，这样中间负重轮部分由短弹簧阻尼系统进行缓振，对振动能量进行吸收，该悬架部分结构紧凑，并且缓冲和吸收振动性能好。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一所述的新型履带式移动机器人悬架系统的区别在于，所述的4个负重轮18通过2号铰链19铰接成成人字形结构。

Claims (2)

1.新型履带式移动机器人悬架系统，其特征在于，它包括前摆臂动力输出悬架(1)、后驱动轮悬架(3)和中间负重轮悬架(2)；中间负重轮悬架(2)位于履带式移动机器人的履带和车体底部之间，

前摆臂动力输出悬架(1)包括1号弹簧(5)、第一轴承(7)、1号铰链(8)、1号固定杆(1-1)，

1号铰链(8)位于靠近履带式移动机器人的车体侧，且履带式移动机器人的前从动轮(9)和前摆臂(4)依次远离1号铰链(8)，

1号铰链(8)通过第一轴承(7)与履带式移动机器人的前从动轮(9)的主轴转动连接，且1号铰链(8)的一端设有通孔(8-1)，通孔(8-1)通过螺栓与履带式移动机器人的车体固定连接，1号铰链(8)的另一端设有第一伸出平台(8-2)，

1号弹簧(5)用于实现履带式移动机器人的前从动轮(9)的上下浮动，

1号弹簧(5)的一端固定在第一伸出平台(8-2)上，1号弹簧(5)的另一端设有1号挂钩(5-1)，

1号固定杆(1-1)的一端垂直固定在履带式移动机器人的车体侧面，1号固定杆(1-1)的一端的另一端与1号挂钩(5-1)固定连接；1号固定杆(1-1)位于1号弹簧(5)的上方，

后驱动轮悬架(3)包括齿轮套(11)、浮动齿轮(12)、后从动轮(13)、2号弹簧(14)和2号固定杆(3-1)；

所述的浮动齿轮(12)的主轴的一端固定在履带式移动机器人的车体侧面，浮动齿轮(12)与后从动轮(13)啮合，传递动力到后从动轮(13)，后从动轮(13)与履带式移动机器人的后驱动轮(10)同轴，且后从动轮(13)位于靠近履带式移动机器人的车体侧，

齿轮套(11)为封闭性壳体，封闭性壳体上设有4个通孔，浮动齿轮(12)和后从动轮(13)位于齿轮套(11)内，且浮动齿轮(12)的主轴的两端分别穿过封闭性壳体上的两个通孔，且浮动齿轮(12)的主轴的两端分别通过两个轴承与其所穿过的封闭性壳体上的两个通孔转动连接，

后从动轮(13)的主轴的两端分别穿过封闭性壳体上的另两个通孔，且浮动齿轮(12)的主轴的两端分别通过两个轴承与其所穿过的封闭性壳体上的另2个通孔转动连接，

齿轮套(11)设有第二伸出平台(16)，2号弹簧(14)的一端固定在第二伸出平台(16)上，2号弹簧(14)的另一端设有2号挂钩(14-1)，

2号固定杆(3-1)的一端垂直固定在履带式移动机器人的车体侧面，2号固定杆(3-1)的另一端与2号挂钩(14-1)固定连接；2号固定杆(3-1)位于2号弹簧(14)的上方，

2号弹簧(14)用于实现后从动轮(13)绕浮动齿轮(12)转动，

中间负重轮悬架(2)包括3号弹簧(17)、4个负重轮(18)、2号铰链(19)、4号弹簧(21)；

其中，4个负重轮(18)分为两组，每组包括两个负重轮(18)，第一组中两个负重轮(18)同轴，第二组中两个负重轮(18)同轴，且第一组中两个负重轮(18)的主轴固定在2号铰链(19)的一端，第二组中两个负重轮(18)的主轴固定在2号铰链(19)的另一端，2号铰链(19)的一端位于第一组中的两个负重轮(18)之间，

2号铰链(19)的另一端位于第二组中的两个负重轮(18)之间，

2号铰链(19)的一端还设有一个平台(20-1)，3号弹簧(17)的一端固定在一个平台(20-1)上，3号弹簧(17)的另一端固定在履带式移动机器人的车体底部，

2号铰链(19)的另一端还设有一个3号平台(20-2)，4号弹簧(21)的一端固定在4号平台(20-2)上，4号弹簧(21)的另一端固定在履带式移动机器人的车体底部，

3号弹簧(17)和4号弹簧(21)用于实现履带式移动机器人的车体的浮动。

2.根据权利要求1所述的新型履带式移动机器人悬架系统，其特征在于，所述的4个负重轮(18)通过2号铰链(19)铰接成成人字形结构。