CN105270495A - 一种移动机器人及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动机器人及其运行方法，涉及机器人技术领域。本发明的移动机器人包括机器人本体，机器人本体由轮体支撑，轮体由行星轮结构和带轮结构组成，行星轮结构包括中心轮以及与中心轮啮合的行星齿轮，带轮结构包括多个带轮，带轮的个数与行星齿轮的个数相同，行星轮结构由传动机构提供动力，行星轮结构为带轮结构提供动力，带轮结构与地面之间相对运动带动移动机器人运动；本发明中的运行方法在移动机器人的自身结构基础上，能够被动自适应不同的地面环境，实现对不同障碍物的跨越。本发明的提出的移动机器人及其运行方法，能够克服以往移动机器人结构复杂、系统不稳定以及无法根据自身结构进行适应地面环境的问题。

Description

一种移动机器人及其运行方法

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种移动机器人及其运行方法。

背景技术

由于人类活动所涉及的范围越来越广，人类的足迹正在由地面向海洋和太空不断扩展。近几年来随着机器人技术的逐渐成熟，机器人的应用早已不在局限于制造领域；在一些非制造领域，机器人也扮演着重要角色。比如灾场搜救、宇宙探索、军事侦察、海底矿藏勘测、采掘、建筑、医疗服务等特殊行业。这些领域对于人类来说，有些根本是人类根本无法到达的；而另一些虽然人类也能达到，却充满了危险。由于在这些人类难以涉足或无法到达的恶劣、危险和有害的环境中，移动机器人需要行使其特殊的职能，代替人类完成具有危险性质任务，这就意味着和传统意义上的机器人相比，对移动机器人在结构和控制上的要求就更高。除了传统的移动功能外，其还应具有更强的多地形自适应越野能力、生存能力、环境感知能力及相应的运动自规划能力等。

复杂地面环境下由于地面不平度而引起的振动在汽车行业中非常重视，称其为行驶平稳性。同样，地面不平度也会使机器人产生振动，尤其是悬臂梁式的车载作业手臂，这类振动和冲击会大大降低机器人可靠性和平稳性，虽然设计合理的悬臂结构，建立快速的优化分析模型可以将地面对机器人振动和冲击进行转化和利用或者进行抵消。路面的几何参数对于机器人通过性能的影响主要表现像斜面、壕沟和垂直障碍等会使机器人机身的重心在垂直方向上发生较大改变。为了提高机器人的越障性能可以设计多运动模式的移动机器人，但这样大大增加了控制难度。

由以上分析可知，地面环境对移动机器人有很大的影响，在很大程度上制约了移动机器人的发展。因此提高机器人对地面环境的自适应能力是机器人现阶段发展过程中最重要的问题之一。而本设计中所提到的被动自适应，则是指机器人能够在欠驱动条件下，能够完全依靠自身结构完成越障，这在一些特殊的应用场合，如：太空、灾区、矿井底部等场合有着极其重要的应用。它降低了整个机器人的电机数目，降低了对控制系统的要求却没有降低机器人的自由度。

发明内容

本发明的目的在于提出一种移动机器人，能够被动自适应地面环境，能够降低结构复杂程度，能够降低对控制系统的要求。

本发明的另一个目的在于提出一种移动机器人的运行方法，能够根据地面环境实现自适应，能降低结构复杂程度，能够降低对控制系统的要求。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种移动机器人，包括机器人本体，所述机器人本体由轮体支撑，所述轮体由行星轮结构和带轮结构组成，所述行星轮结构包括中心轮以及与所述中心轮啮合的行星齿轮，所述带轮结构包括多个带轮，所述带轮的个数与所述行星齿轮的个数相同，所述行星轮结构由传动机构提供动力，所述行星轮结构为所述带轮结构提供动力，所述带轮结构与地面之间相对运动带动所述移动机器人运动。

进一步的技术方案，所述行星齿轮上固定安装有第一输出轴，所述第一输出轴远离所述行星齿轮的一端安装有带轮，所述第一输出轴带动所述带轮转动。

进一步的技术方案，所述带轮的个数至少为三个，包括第一带轮、第二带轮和第三带轮，所述第一带轮和所述第三带轮与地面接触，所述第一带轮位于所述移动机器人运动方向的最前方，所述第二带轮位于所述第一带轮沿逆时针方向的相邻位置。

进一步的技术方案，所述带轮均设有轮齿，所述带轮通过轮齿与同一履带相啮合。

进一步的技术方案，所述传动机构包括电机，所述电机带动所述行星轮结构中的中心轮转动。

进一步的技术方案，所述电机和所述行星轮结构之间设有减速器，所述减速器上安装有第二输出轴，所述第二输出轴与所述中心轮固定。

进一步的技术方案，所述减速器通过支撑结构安装在所述机器人本体上，所述支撑结构包括第一轴承和第一轴承支撑座。

进一步的技术方案，所述机器人还包括至少1个与所述轮体的结构相同的从动轮体，所述从动轮体通过第二轴承安装在所述机器人本体上。

一种移动机器人的运行方法，所述传动机构带动所述轮体转动，所述轮体上的带轮与地面相对运动带动所述机器人本体运动，当所述第一带轮遇到的障碍物高度小于所述第一带轮的直径时，所述第一带轮在传动机构的牵引下，第一带轮在转动的过程中实现自适应，根据障碍物的高度将机器人本体重心升高，所述从动轮体对机器人本体起到支撑作用，当所述轮体翻过所述障碍物后，所述从动轮体在所述轮体的牵引下翻过所述障碍物。

进一步的技术方案，当所述第一带轮遇到的障碍物的高度大于所述第一带轮的直径且小于带轮结构的总高度时，所述第一带轮被所述障碍物阻挡，无法转动，所述传动机构的转动会带动所述中心轮转动，所述带轮结构在所述行星轮结构的带动下以第一带轮的为支点转动，所述第二带轮与障碍物接触后，所述轮体越过所述障碍物，所述从动轮体在轮体的带动下翻过所述障碍物。

本发明的有益效果：

本发明提出的移动机器人，包括由传动机构带动的轮体，轮体包括行星轮结构和带轮结构，根据轮体的结构，移动机器人能够跨越不同高度的障碍物；移动机器人上还包括从动轮体，从动轮体不连接电机，能够在运行过程中在轮体的牵引下移动或者跨越障碍物，能够减少电机的数量，但是能够依赖自身结构实现对地面环境的被动自适应，能够降低对控制系统的要求。

本发明提出的移动机器人的运行方法，是根据移动机器人自身的结构，当遇到障碍物的高度小于带轮直径的，可以直接在电机的牵引下抬高机器人的重心，翻越障碍物；当障碍物的高度大于所述带轮直径且小于带轮结构整体高度时，第一带轮遇到障碍物后不再转动，在电机的带动下，带轮结构会以第一带轮为支点转动，使得第二带轮接触障碍物，第二带轮的位置到达第一带轮的原来位置，使得轮体翻过障碍物，从动轮体在轮体的牵引下以同样机理翻过障碍物，该运行方法能够实现被动自适应，使得机器人通过自身结构即能通过不同环境的地面，能够降低对控制系统的要求。

附图说明

图1是本发明提供的移动机器人的结构示意图；

图2是图1中A向视图；

图3是图2中B-B面的截面图。

其中，1、机器人本体；2、轮体；21、行星轮结构；211、中心轮；212、行星齿轮；213、第一输出轴；22、带轮结构；221、第一带轮；222、第二带轮；223、第三带轮；224、履带；3、从动轮体；4、电机；5、减速器；51、小齿轮；52、大齿轮；53、第二输出轴；6、支撑结构；61、第一轴承；62、第一轴承支撑座；7、连杆；8、第二轴承。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1

如图1-3所示，一种移动机器人，包括机器人本体1，机器人本体1由轮体2支撑，轮体2由行星轮结构21和带轮结构22组成，行星轮结构21包括中心轮211以及与中心轮211啮合的行星齿轮212，带轮结构22包括多个带轮，带轮的个数与行星齿轮212的个数相同，行星轮结构21由传动机构提供动力，行星轮结构21为带轮结构22提供动力，带轮结构22与地面之间相对运动带动移动机器人运动，以上结构具有被动自适应性，能够根据地面情况依靠轮体2的不同转动方式进行越障。

行星齿轮212上固定安装有第一输出轴213，第一输出轴213远离行星齿轮212的一端安装有带轮，第一输出轴213带动带轮转动，因此带轮与行星齿轮212同步转动，由于行星齿轮212同时与中心轮211啮合，因此不同带轮之间同样保持同步转动。

带轮的个数至少为三个，包括第一带轮221、第二带轮222和第三带轮223，第一带轮221和第三带轮223与地面接触，第一带轮221位于移动机器人运动方向的最前方，第二带轮222位于第一带轮221沿逆时针方向的相邻位置。带轮上均设有轮齿，带轮通过轮齿与同一履带224相啮合，通过履带224直接与地面接触，提高了与地面的接触面积，提高了整体移动机器人的稳定性。

具体地，传动机构包括电机4，电机4带动行星轮结构21中的中心轮211转动，优选地，为达到合适的转速，电机4和行星轮结构21之间设有减速器5，减速器5通过支撑结构6安装在机器人本体1上，本实施例中减速器5属于一级减速器，包括小齿轮51和大齿轮52，在实际应用中根据电机4和应用环境可以更改减速器5，使得移动机器人的移动速度满足现实情况。对减速器5起支撑作用的支撑结构6包括第一轴承61和第一轴承支撑座62，第一轴承支撑座62固定于机器人本体1上，保证整体结构的稳定性。减速器5上的设有第二输出轴53，第二输出轴53与中心轮211固定，带动中心轮211转动。在第二输出轴53上套设有连杆7，连杆7呈中心发射状，同时与多个第一输出轴213连接，连杆7能够保证第一输出轴213和第二输出轴53的平行度。

移动机器人还包括至少1组与轮体2的结构相同的从动轮体3，从动轮体3通过第二轴承8安装在机器人本体1上，可以起到对移动机器人的支撑作用，由于从动轮体3的结构与轮体2的结构相同，可以使得从动轮体3以与轮体2相同的机理越过障碍物。

本实施例中的移动机器人包括两组相互对称的轮体2，还包括两组互相对称的从动轮体3，保证该移动机器人有四个呈矩形的支撑点与地面接触，能够保证移动机器人在复杂地面上保持稳定。

实施例2

本实施例与实施例1的移动机器人的结构基本相同，包括机器人本体1，机器人本体1由轮体2支撑，轮体2由行星轮结构21和带轮结构22组成，行星轮结构21包括中心轮211以及与中心轮211啮合的行星齿轮212，带轮结构22包括多个带轮，所述带轮的个数与行星齿轮212的个数相同，行星轮结构21由传动机构提供动力，行星轮结构21为带轮结构22提供动力，带轮结构22与地面之间相对运动带动移动机器人运动。

不同之处在于，机器人本体1的具体结构不限，轮体2中行星齿轮212的个数不限，传动机构的具体结构不限，能够被动自适应地面环境，能够减少电机4的数目，提高系统的可靠性即可。

实施例3

一种如实施例1和实施例2中的移动机器人的运行方法，电机4带动轮体2转动，轮体2上的带轮与地面相对运动带动机器人本体1运动，当第一带轮221遇到的障碍物高度小于第一带轮221的直径时，第一带轮221在电机4的牵引下在转动过程中实现自适应，根据障碍物的高度将机器人本体1重心升高，从动轮体3对机器人本体1起到支撑作用，当轮体2翻过障碍物后，从动轮体3在轮体2的牵引下翻过障碍物。

当第一带轮221遇到的障碍物的高度大于第一带轮221的直径且小于带轮结构22的总高度时，第一带轮221被障碍物阻挡，无法转动，电机4的转动会带动中心轮211转动，带轮结构22在行星轮结构21的带动下以第一带轮221的为支点转动，第二带轮222与障碍物接触后，轮体2越过障碍物，从动轮体3在轮体2的带动下翻过障碍物。

本发明的移动机器人在以上两种不同的地面环境下，根据具体的障碍物不同，该移动机器人具有采用不同的运行方法进行越障，具有被动自适应能力，移动机器人的电机4数目减少，系统可靠性能强。

显然，本发明的上述实施例仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种移动机器人，包括机器人本体(1)，其特征在于，所述机器人本体(1)由轮体(2)支撑，所述轮体(2)由行星轮结构(21)和带轮结构(22)组成，所述行星轮结构(21)包括中心轮(211)以及与所述中心轮(211)啮合的行星齿轮(212)，所述带轮结构(22)包括多个带轮，所述带轮的个数与所述行星齿轮(212)的个数相同，所述行星轮结构(21)由传动机构提供动力，所述行星轮结构(21)为所述带轮结构(22)提供动力，所述带轮结构(22)与地面之间相对运动带动所述移动机器人运动。

2.根据权利要求1所述的移动机器人，其特征在于，所述行星齿轮(212)上固定安装有第一输出轴(213)，所述第一输出轴(213)远离所述行星齿轮(212)的一端安装有带轮，所述第一输出轴(213)带动所述带轮转动。

3.根据权利要求2所述的移动机器人，其特征在于，所述带轮的个数至少为三个，包括第一带轮(221)、第二带轮(222)和第三带轮(223)，所述第一带轮(221)和所述第三带轮(223)与地面接触，所述第一带轮(221)位于所述移动机器人运动方向的最前方，所述第二带轮(222)位于所述第一带轮(221)沿逆时针方向的相邻位置。

4.根据权利要求3所述的移动机器人，其特征在于，所述带轮均设有轮齿，所述带轮通过轮齿与同一履带(224)相啮合。

5.根据权利要求1-4任一所述的移动机器人，其特征在于，所述传动机构包括电机(4)，所述电机(4)带动所述行星轮结构(21)中的中心轮(211)转动。

6.根据权利要求5所述的移动机器人，其特征在于，所述电机(4)和所述行星轮结构(21)之间设有减速器(5)，所述减速器(5)上安装有第二输出轴(53)，所述第二输出轴(53)与所述中心轮(211)固定。

7.根据权利要求6所述的移动机器人，其特征在于，所述减速器(5)通过支撑结构(6)安装在所述机器人本体(1)上，所述支撑结构(6)包括第一轴承(61)和第一轴承支撑座(62)。

8.根据权利要求3或4所述的移动机器人，其特征在于，所述机器人还包括至少1个与所述轮体(2)的结构相同的从动轮体(3)，所述从动轮体(3)通过第二轴承(8)安装在所述机器人本体(1)上。

9.一种如权利要求8所述的移动机器人的运行方法，其特征在于，所述传动机构带动所述轮体(2)转动，所述轮体(2)上的带轮与地面相对运动带动所述机器人本体(1)运动，当所述第一带轮(221)遇到的障碍物高度小于所述第一带轮(221)的直径时，所述第一带轮(221)在传动机构的牵引下，第一带轮(221)在转动的过程中实现自适应，根据障碍物的高度将机器人本体(1)重心升高，所述从动轮体(3)对机器人本体(1)起到支撑作用，当所述轮体(2)翻过所述障碍物后，所述从动轮体(3)在所述轮体(2)的牵引下翻过所述障碍物。

10.根据权利要求9所述的移动机器人的运行方法，其特征在于，当所述第一带轮(221)遇到的障碍物的高度大于所述第一带轮(221)的直径且小于带轮结构(22)的总高度时，所述第一带轮(221)被所述障碍物阻挡，无法转动，所述传动机构的转动会带动所述中心轮(211)转动，所述带轮结构(22)在所述行星轮结构(21)的带动下以第一带轮(221)的为支点转动，所述第二带轮(222)与障碍物接触后，所述轮体(2)越过所述障碍物，所述从动轮体(3)在轮体(2)的带动下翻过所述障碍物。