CN105539619B - 带有万向关节的蜗杆传动的主动多轮蛇形机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带有万向关节的蜗杆传动的主动多轮蛇形机器人，所述机器人包括末端执行器、运动单元和机器人尾部；所述运动单元的数量为2‑10个，所述每个运动单元均包括机架，固定在机架上的驱动模块，设在机架内部的蜗杆和蜗轮，与机架连接的旋转关节和转向关节。本发明采用蜗轮蜗杆传动，保证机器人具有强大的驱动力，使得机器人在复杂的路面也可快速运动，避免机器人在非控制情况下的打滑；机架的八个边各含有一个轮子，有效避免机器人发生侧翻后不能工作情况的发生。

Description

带有万向关节的蜗杆传动的主动多轮蛇形机器人
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种带有万向关节的蜗杆传动的主动多轮蛇形机器人。
背景技术
目前，公知的蛇形机器人具有横截面小、柔性高等特点，能在各种粗糙、陡峭崎岖的复杂地形上行走，并可攀爬障碍物。因此，蛇形机器人可广泛用于星际探索、军事侦察、考古、管道检查维修、电路线路维修、救援等领域。但是，一般的蛇形机器人在一些复杂地形时容易发生侧翻，并且速度较慢，一定程度上降低了工作效率，易导致错过抢险救援的最佳时机。为此，本发明提出一种带有万向关节的蜗杆传动的主动多轮蛇形机器人，采用蜗轮蜗杆传动、旋转关节与转向关节的相互结合，使得机器人具有较大的动力和防侧翻能力，可广泛应用于抢险、考古、管道检查维修、消防、救灾、地质勘探、军事等诸多场合中，代替人们去完成一些危险、复杂的动作，绕过障碍达到指定位置。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有蛇形机器人容易发生侧翻且速度较慢的不足，提出一种带有万向关节的蜗杆传动的主动多轮蛇形机器人，该机器人不仅能有效防止侧翻，同时爬行速度也得到很大的提高。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种带有万向关节的蜗杆传动的主动多轮蛇形机器人，所述机器人包括末端执行器、运动单元和机器人尾部；所述运动单元的数量为2-10个，所述每个运动单元均包括机架，固定在机架上的驱动模块，设在机架内部的蜗杆和蜗轮，与机架连接的旋转关节和转向关节；
所述机架由上箱体、Ⅰ内圈、Ⅱ内圈和下箱体固定连接而成，所述蜗杆通过Ⅰ轴承、Ⅱ轴承固定在上箱体和下箱体内，所述蜗轮通过蜗轮轴安装在Ⅰ内圈和Ⅱ内圈内，并与蜗杆相啮合，所述Ⅰ内圈和Ⅱ内圈外侧安装有车轮叉架，所述车轮叉架上设有弹簧，外侧安装有车轮，所述车轮由蜗杆和蜗轮通过皮带传送动力；
所述驱动模块为蜗杆提供动力；
所述旋转关节包括旋转关节底座、轴承、轴承套和旋转关节齿轮，所述旋转关节底座固接于上箱体上，所述旋转关节齿轮一端与旋转关节底座相连，另一端连接有Ⅰ舵机，所述Ⅰ舵机为旋转关节齿轮提供转向动力，所述Ⅰ舵机上固接有Ⅱ舵机，所述Ⅱ舵机为转向关节提供转向动力；
所述转向关节一端固接于机架上，另一端固接于相邻运动单元的下箱体上。
作为优选的技术方案，所述驱动模块固定在上箱体内。
作为优选的技术方案，所述旋转关节的旋转角度为0-360度。
作为优选的技术方案，所述转向关节旋转角度为0-57度。
作为优选的技术方案，所述机架为八边形，所述车轮叉架设在机架的八个面上。
作为优选的技术方案，所述蜗杆同时带动八个蜗轮转动。
作为优选的技术方案，所述车轮叉架中安装皮带张紧轮。
本发明的有益效果是：
（1）采用蜗轮蜗杆传动，保证机器人具有强大的驱动力，使得机器人在复杂的路面也可快速运动；
（2）利用蜗轮蜗杆的自锁性，即只能由蜗杆带动蜗轮，而不能由蜗轮带动蜗杆，避免机器人在非控制情况下的打滑；
（3）具有11个自由度，能够实现机器人的前进、后退、转弯、翻转等复杂运动；
（4）每个机架的八个边各含有一个轮子，有效避免了机器人在发生侧翻后不能工作的情况。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明运动单元的局部剖视图；
图3为本发明运动单元的的结构示意图；
图4为本发明运动单元的的俯视图；
图中：末端执行器1、运动单元2、机器人尾部3、旋转关节齿轮4、轴承5、旋转关节底座6、轴承套7、驱动模块8、上箱体9、Ⅰ内圈10、Ⅱ内圈11、下箱体12、Ⅰ轴承13、Ⅱ轴承14、蜗杆15、蜗轮16、车轮叉架17、车轮18、弹簧19、Ⅰ舵机20、Ⅱ舵机21、转向关节22、皮带张紧轮23、皮带24。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步描述。
本发明的带有万向关节的蜗杆传动的主动多轮蛇形机器人包括末端执行器1、运动单元2、机器人尾部3。
所述运动单元2的数量为5个，所述每个运动单元2均包括机架，固定在机架上的驱动模块8，设在机架内部的蜗杆15和蜗轮16，与机架连接的旋转关节和转向关节22；
所述机架由上箱体9、Ⅰ内圈10、Ⅱ内圈11和下箱体12固定连接而成，所述蜗杆15通过Ⅰ轴承13、Ⅱ轴承14固定在上箱体9和下箱体12内，所述蜗轮16通过蜗轮轴安装在Ⅰ内圈10和Ⅱ内圈11内，并与蜗杆15相啮合，所述Ⅰ内圈10和Ⅱ内圈11外侧安装有车轮叉架17，所述车轮叉架17上设有弹簧19，外侧安装有车轮18，所述车轮18由蜗杆15和蜗轮16通过皮带24传送动力；所述驱动模块8为蜗杆15提供动力；
所述旋转关节包括旋转关节底座6、轴承5、轴承套7和旋转关节齿轮4，所述旋转关节底座6固接于上箱体9上，所述旋转关节齿轮4一端与旋转关节底座6相连，另一端连接有Ⅰ舵机20，所述Ⅰ舵机20为旋转关节齿轮4提供转向动力，所述Ⅰ舵机20上固接有Ⅱ舵机21，所述Ⅱ舵机21为转向关节22提供转向动力；所述转向关节22一端固接于机架上，另一端固接于相邻运动单元2的下箱体12上。
所述驱动模块8固定在上箱体9内，所述旋转关节的旋转角度为0-360度，所述转向关节22旋转角度为0-57度，所述机架为八边形，所述车轮叉架17设在机架的八个面上，所述蜗杆15同时带动八个蜗轮16转动，所述车轮叉架17中安装皮带张紧轮23。
所述驱动模块8为蜗杆15提供动力，所述Ⅰ舵机20为旋转关节齿轮4提供转向动力，所述Ⅱ舵机21为转向关节22提供转向动力，可实现机器人的前进后退、旋转、转向功能；所述旋转关节的旋转角度为0-360度，所述转向关节22旋转角度为0-57度，旋转关节与转向关节22的相互结合，增加了机器人的灵活性，提高了机器人的适用性。
所述车轮叉架17中安装皮带张紧轮23，用于调节皮带24的松紧程度保证包角大于等于120度，以防止皮带打滑；所述蜗杆15同时带动八个蜗轮16转动，使机器人在正常工作时每个运动单元2的八个车轮18均同步转动，避免机器人在复杂地形发生侧翻后不能工作情况的发生；采用蜗轮16和蜗杆15的传动方式，保证机器人具有强大的驱动力，使得机器人在复杂的路面也可快速运动。
需要声明的是上述发明内容及具体实施方式意在说明本发明专利所提供的技术方案的实际应用，不应解释为对本发明专利保护范围的限定。本领域技术人员在本发明专利的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进，如机器人每个机架的八个面上轮子的数目、运动单元体2的个数。本发明专利的保护范围以所附权利要求书为准。

Claims (7)

1.一种带有万向关节的蜗杆传动的主动多轮蛇形机器人，其特征是，所述机器人包括末端执行器（1）、运动单元（2）和机器人尾部（3）；所述运动单元（2）的数量为2-10个，所述每个运动单元（2）均包括机架，固定在机架上的驱动模块（8），设在机架内部的蜗杆（15）和蜗轮（16），与机架连接的旋转关节和转向关节（22）；
所述机架由上箱体（9）、Ⅰ内圈（10）、Ⅱ内圈（11）和下箱体（12）固定连接而成，所述蜗杆（15）通过Ⅰ轴承（13）、Ⅱ轴承（14）固定在上箱体（9）和下箱体（12）内，所述蜗轮（16）通过蜗轮轴安装在Ⅰ内圈（10）和Ⅱ内圈（11）内，并与蜗杆（15）相啮合，所述Ⅰ内圈（10）和Ⅱ内圈（11）外侧安装有车轮叉架（17），所述车轮叉架（17）上设有弹簧（19），外侧安装有车轮（18），所述车轮（18）由蜗杆（15）和蜗轮（16）通过皮带（24）传送动力；
所述驱动模块（8）为蜗杆（15）提供动力；
所述旋转关节包括旋转关节底座（6）、轴承（5）、轴承套（7）和旋转关节齿轮（4），所述旋转关节底座（6）固接于上箱体（9）上，所述旋转关节齿轮（4）一端与旋转关节底座（6）相连，另一端连接有Ⅰ舵机（20），所述Ⅰ舵机（20）为旋转关节齿轮（4）提供转向动力，所述Ⅰ舵机（20）上固接有Ⅱ舵机（21），所述Ⅱ舵机（21）为转向关节（22）提供转向动力；
所述转向关节（22）一端固接于机架上，另一端固接于相邻运动单元（2）的下箱体（12）上。
2.根据权利要求1所述的带有万向关节的蜗杆传动的主动多轮蛇形机器人，其特征是，所述驱动模块（8）固定在上箱体（9）内。
3.根据权利要求1所述的带有万向关节的蜗杆传动的主动多轮蛇形机器人，其特征是，所述旋转关节的旋转角度为0-360度。
4.根据权利要求1所述的带有万向关节的蜗杆传动的主动多轮蛇形机器人，其特征是，所述转向关节（22）旋转角度为0-57度。
5.根据权利要求1所述的带有万向关节的蜗杆传动的主动多轮蛇形机器人，其特征是，所述机架为八边形，所述车轮叉架（17）设在机架的八个面上。
6.根据权利要求1所述的带有万向关节的蜗杆传动的主动多轮蛇形机器人，其特征是，所述蜗杆（15）同时带动八个蜗轮（16）转动。
7.根据权利要求1所述的带有万向关节的蜗杆传动的主动多轮蛇形机器人，其特征是，所述车轮叉架（17）中安装皮带张紧轮（23）。
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