CN106184434B - 轮履变换移动底盘及具有其的消防探测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轮履变换移动底盘，包括：主车架、履带行走部、变形轮式行走部；履带行走部为两组且设于主车架的两侧；变形轮式行走部为两个，与主车架相连，且变形轮式行走部包括：固定架，所述固定架与主车架固定连接；摆架，所述摆架为两个，摆架的上端与固定架可枢转地相连，且摆架的上端设有齿轮，两个齿轮相互啮合；轮式行走组件，所述轮式行走组件与摆架的下端相连，轮式行走组件包括车轮、车轮驱动件；变形驱动件，所述变形驱动件与摆架相连并驱动两个摆架的夹角变化。所述轮履变换移动底盘通过两个摆架夹角的变化，实现履带式行走模式与轮式行走模式的变换。本发明还提供了一种具有所述轮履变换移动底盘的消防探测机器人。

Description

轮履变换移动底盘及具有其的消防探测机器人

技术领域

本发明涉及一种轮履变换移动底盘以及具有该底盘的消防探测机器人，属于移动机器人机构领域。

背景技术

一些消防探测机器人需要快速地进入探测现场，及时探测并传递出探测现场的环境信息，这些机器人所面临的地形十分复杂，有人工建造的结构性的台阶、楼梯、沟道等地形，有灾后形成的凌乱地形，有些环境空间狭窄。消防探测机器人要克服的地形特点要求机器人移动底盘要具有克服上述地形的移动能力。小型移动平台的履带式行走系统具有较好克服结构化地形的能力；轮式行走系统效率高，机动灵活，一些特殊形式的轮式行走机构如麦克纳姆轮还可以实现全方位的移动适用于空间狭小的场所。目前用于消防探测机器人的移动底盘的行走机构形式单一，地形适应性差。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明的一个目的在于提出一种轮履变换移动底盘，可以实现履带式行走机构与轮式行走机构的变换，地形适应性好，并提出了一种采用该轮履变换移动底盘的消防探测机器人。

本发明的具体技术方案为：轮履变换移动底盘，包括：主车架、履带行走部、变形轮式行走部。所述履带行走部为两组且设于所述主车架的两侧，所述履带行走部包括：履带架，所述履带架与所述主车架相连；驱动轮组件，所述驱动轮组件与所述履带架相连，所述驱动轮组件包括驱动轮与驱动件；改向轮，所述改向轮与所述履带架相连；承重件，所述承重件设于所述履带架下方且与所述履带架相连；履带，所述履带包络在所述驱动轮、所述改向轮、所述承重件外。所述变形轮式行走部为两个，与所述主车架相连，且所述变形轮式行走部包括：固定架，所述固定架与所述主车架固定连接；摆架，所述摆架为两个，且所述摆架的上端与所述固定架可枢转地相连，且所述摆架的上端设有齿轮，两个所述摆架的所述齿轮相互啮合；轮式行走组件，所述轮式行走组件与所述摆架的下端相连，所述轮式行走组件包括车轮、车轮驱动件；变形驱动件，所述变形驱动件与所述摆架相连并驱动两个所述摆架的夹角变化。

可选地，在本发明的技术方案中，所述车轮为麦克妠姆轮；

可选地，在本发明的技术方案中，所述车轮为普通车轮；

可选地，在本发明的技术方案中，所述履带行走部的所述承重件为轮式承重件，所述轮式承重件包括：悬架，所述悬架与所述履带架相连；承重轮，所述承重轮与所述悬架相连。

可选地，在本发明的技术方案中，所述履带行走部的所述承重件为导向板，所述导向板与所述履带架相连。

可选地，在本发明的技术方案中，所述变形轮式行走部的所述变形驱动件为电动推杆，所述电动推杆的两端分别与两个所述摆架相铰连，或所述电动推杆一端与所述固定架相铰连，所述电动推杆的另一端与其中一个所述摆架相铰连。

可选地，在本发明的技术方案中，所述变形轮式行走部的所述变形驱动件采用螺杆驱动装置，所述螺杆驱动装置包括：螺母块，所述螺母块与一个所述摆架相铰连；轴座块，所述轴座块与另一个所述摆架相铰连；螺杆，所述螺杆与所述轴座块构成转动副，所述螺杆与所述螺母块构成螺纹副；螺杆驱动件，所述螺杆驱动件与所述螺杆相连并驱动所述螺杆转动。

当所述车轮为麦克妠姆轮时，在所述轮履变换移动底盘处于轮式行走模式下时，所述轮履变换移动底盘为一个全方位移动底盘，可以实现全方位的移动，为全方位移动模式。这样，在空间狭小的场所内，所述履变换移动底盘可灵活移动。在某些场所下，可在所述全方位移动模式下调整机器人位置，位置调整好后，再变换为履带式行走模式。如当所述履变换移动底盘攀爬台阶时，可再全方位移动模式下，进行方位角的调整，当调整所述履变换移动底盘的纵向方向与所述台阶宽度方向垂直时，可变换成履带式行走模式，利用履带式行走模式进行台阶攀爬。当所述车轮为为普通车轮时，四个所述普通车轮进行独立驱动，可以实现四轮底盘的滑移转向，在轮式行走模式下，所述移动平台的运行效率将有所提高。

在本发明的技术方案中，所述消防探测机器人包括所述的轮履变换移动底盘。所述消防探测机器人上装备了取样装置、消防探测用传感装置，所述消防探测用传感装置包括气体检测装置、视觉传感装置。

采用上述技术方案与结构，所述轮履变换移动底盘的所述主车架上连接了所述履带行走部与所述变形轮式行走部，所述变形轮式行走部的所述摆架在所述变形驱动件的驱动下，两个所述摆架的夹角发生变化，这样连接在所述摆架下端的所述轮式行走组件的高度相对所述履带行走部的底部的位置发生变化。当所述两个所述摆架的夹角变大时，所述轮式行走组件高于所述履带行走部的底部，所述履带行走部与地面接触，这样所述轮履变换移动底盘为履带式行走模式；当所述两个所述摆架的夹角变小时，所述轮式行走组件低于所述履带行走部的底部，所述轮式行走组件接触地面，而所述履带行走部的底部脱离地面，这样所述轮履变换移动底盘为轮式行走模式。这样通过调节所述变形轮式行走部，可以实现履带式行走模式和轮式行走模式的变换。

若所述履带行走部的所述承重件采用了所述悬架与所述承重轮的技术方案，可以使得所述履带行走部的所述履带受到所述承重轮的支撑，所述悬架可采用刚性悬架也可以采用柔性悬架。柔性悬架可以使得所述轮履变换移动底盘在履带式行走模式下被动动地适应地形，减弱地形起伏对所述轮履变换移动底盘的影响，减小震动。若采用刚性悬架，所述履带行走部相对比较简单，攀爬规则障碍如台阶时比较稳定。若所述履带行走部的所述承重件也可以采用导向板，所述导向板根据需要做出一定的形状，且所述导向板的底部光滑，所述履带的内部与所述导向板的底部接触，虽在履带行走模式下所述履带与所述导向板间有一定的摩擦，但不影响行走，且采用所述导向板的结构零部件少，结构简单，成本低；特别适用于履带式行走模式适用几率较小的场合。

所述变形轮式行走部采用所述变形驱动件如电动推杆连接两个所述摆架，又因两个所述摆架端的所述齿轮相互啮合；采用此技术方案，当所述电动推杆改变长度时，所述摆架件的夹角会发生变化，因为有齿轮的存在，若齿轮齿数相同，则两个所述摆架同步反向摆动，两个所述摆架的变化角度相同。同样采用所述变形驱动件改变所述固定架与所述摆架间的夹角也起到调节两个所述摆架间夹角的效果。

可选地，在本发明的技术方案中，所述变形驱动件采用螺杆驱动装置，采用此技术方案，因为所述螺母块与所述轴座块分别与两个所述摆架铰连，所述螺杆分别以螺纹副与转动副与所述螺母块与所述轴座块相连，当所述螺杆转动时，则改变了两个所述摆架的夹角，实现了所述摆架夹角的调节，即实现了所述变形轮式行走部的变形调节。

采用了本发明所提供的所述轮履变换移动底盘的消防探测机器人同样具有履带式行走模式与轮式行走模式，可以根据地形特点，进行两种移动模式的变换，这样地形适应性好，能够满足多种地形的移动需要。进一步地，在本发明的技术方案中，所述消防探测机器人上装备了取样装置、消防探测用传感装置，可以对灾害现场进行环境信息的探测以及灾后环境的取样作业。

通过上述技术方案达到了以下有益效果：(1)可以实现所述的轮履变换移动底盘的履带式行走模式与轮式行走模式的变换，地形适应性强；(2)采用所述的轮履变换移动底盘的消防探测机器人地形适应性好，能够较好地满足灾害现场的地形通过性的需要，提高了机器人的移动性能；(3)所述消防探测机器人上装备了取样装置、消防探测用传感装置，因此可对灾害现场进行环境信息的探测以及灾后环境的取样作业。

附图说明

图1是根据本发明实施例的轮履变换移动底盘在轮式行走模式时的立体示意图；

图2是图1所示实施例的轮履变换移动底盘在履带式行走模式时的主视示意图；

图3是图1所示实施例的主车体与履带行走部的立体示意图；

图4是根据本发明另一实施例的轮履变换移动底盘的履带行走部立体示意图；

图5是图1所示实施例的变形轮式行走部的立体示意图；

图6是图5所示变形轮式行走部的摆架夹角变大时的立体示意图；

图7是根据本发明再一实施例的变形轮式行走部立体示意图；

图8是图7所示变形轮式行走部的摆架夹角变大时的立体示意图；

图9是根据本发明又一实施例的变形轮式行走部结构示意图；

图10是图9所示变形轮式行走部的摆架夹角变大时的示意图；

图11是具有图1所示轮履变换移动底盘的消防探测机器人的结构示意图；

附图标记：

1000轮履变换移动底盘；

1主车架；

2履带行走部；

21履带架；

22驱动轮组件；

221驱动轮；222驱动件；

23改向轮；

24承重件；

2401承重轮；2402导向板；

25履带；

3变形轮式行走部；

31固定架；

32摆架；

321齿轮；322连接销柱；

33轮式行走组件；

331车轮；332车轮驱动件；

33101麦克妠姆轮；33102普通车轮；

34变形驱动件；3401电动推杆；3402螺杆驱动装置；

341螺母块；342轴座块；343螺杆；344螺杆驱动件；

4视觉传感装置；

5气体检测装置；

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1、图2、图3、图5、图6所示，轮履变换移动底盘1000，包括：主车架1、履带行走部2、变形轮式行走部3。如图3所示，履带行走部2为两组且设于主车架1的两侧，履带行走部2包括：履带架21，履带架21与主车架1相连；驱动轮组件22，驱动轮组件22与履带架21相连，驱动轮组件22包括驱动轮221与驱动件222；改向轮23，改向轮23与履带架21相连；承重件24，承重件24设于履带架21下方且与履带架21相连；履带25，履带25包络在驱动轮221、改向轮23、承重件24外。变形轮式行走部3为两个，与主车架1相连，且变形轮式行走部3包括：固定架31，固定架31与主车架1固定连接；摆架32，摆架32为两个，且摆架32的上端与固定架31可枢转地相连，且摆架32的上端设有齿轮321，两个摆架32的齿轮321相互啮合，如图5所示；轮式行走组件33，轮式行走组件33与摆架32的下端相连，轮式行走组件33包括车轮331、车轮驱动件332；变形驱动件34，变形驱动件34与摆架32相连并驱动两个摆架32的夹角变化。

可选地，在本发明的一些实施例中，如图1、图3所示，履带行走部2的承重件24为轮式承重件2401，轮式承重件2401包括：悬架，悬架与履带架21相连；承重轮，承重轮与悬架相连。

可选地，在本发明的另一些实施例中，如图4所示，履带行走部2的承重件24为导向板2402，导向板2402与履带架21相连。

可选地，根据图1、图2、图5、图6所示的本发明实施例，车轮331为麦克妠姆轮33101；具体地，如图6所示，摆架2为筒状，车轮驱动件332安装在摆架2内，且本实施例的车轮驱动件332具有垂直换向装置，该垂直换向装置与麦克妠姆轮33101相连，并驱动麦克妠姆轮33101转动。本实施例中，车轮驱动件332采用了通过减速的电机。

可选地，根据图9、图10所示的本发明再一实施例，车轮331为普通车轮33102；

在本发明的一些实施例中，可选地，如图5、图6所示，变形轮式行走部3的变形驱动件34为电动推杆3401，电动推杆3401一端与固定架31相铰连，电动推杆3401的另一端与其中一个摆架32相铰连。根据本发明的其他实施例，如图7、图8所示，电动推杆3401的两端分别与两个摆架32相铰连；具体地，摆架32上设有连接销柱322，电动推杆3401的两端与连接销柱322相连。

在本发明的一些实施例中，可选地，如图9、图10所示，变形轮式行走部3的变形驱动件34采用螺杆驱动装置3402，螺杆驱动装置3402包括：螺母块341，螺母块341与一个摆架32相铰连；轴座块342，轴座块342与另一个摆架32相铰连；螺杆343，螺杆343与轴座块342构成转动副，螺杆343与螺母块341构成螺纹副；螺杆驱动件344，螺杆驱动件344与螺杆343相连并驱动螺杆343转动。本实施例中，螺杆驱动件344采用了电机。本实施例的变形轮式行走部3的车轮331采用了普通车轮33102。

当车轮331为麦克妠姆轮时，在所述轮履变换移动底盘1000处于轮式行走模式下时，所述轮履变换移动底盘1000为一个全方位移动底盘，可以实现全方位的移动，为全方位移动模式。这样，在空间狭小的场所内，所述履变换移动底盘1000可灵活移动。在某些场所下，可在所述全方位移动模式下调整机器人位置，位置调整好后，再变换为履带式行走模式。如当所述履变换移动底盘1000攀爬台阶时，可再全方位移动模式下，进行方位角的调整，当调整所述履变换移动底盘1000的纵向方向与所述台阶宽度方向垂直时，可变换成履带式行走模式，利用履带式行走模式进行台阶攀爬。当所述车轮为为普通车轮时，四个所述普通车轮进行独立驱动，可以实现四轮底盘的滑移转向，在轮式行走模式下，所述移动平台的运行效率将有所提高。

本发明还提出一种消防探测机器人，如图11所示，所述消防探测机器人包括所述的轮履变换移动底盘1000。所述消防探测机器人上装备了取样装置、消防探测用传感装置，所述消防探测用传感装置包括视觉传感装置4、气体检测装置5。

采用上述技术方案与结构，所述轮履变换移动底盘1000的主车架1上连接了履带行走部2与变形轮式行走部3，变形轮式行走部3的摆架32在变形驱动件3434的驱动下，两个摆架32的夹角发生变化，这样连接在摆架32下端的轮式行走组件33的高度相对所述履带行走部的底部的位置发生变化。当所述两个摆架32的夹角变大时，轮式行走组件33高于履带行走部2的底部，履带行走部2与地面接触，这样所述轮履变换移动底盘1000为履带式行走模式；当所述两个摆架32的夹角变小时，轮式行走组件33低于履带行走部2的底部，轮式行走组件33接触地面，而履带行走部2的底部脱离地面，这样所述轮履变换移动底盘1000为轮式行走模式。这样通过调节变形轮式行走部3，可以实现履带式行走模式和轮式行走模式的变换。

若履带行走部2的承重件24采用了所述悬架与所述承重轮的技术方案，可以使得履带行走部2的所述履带受到所述承重轮的支撑，所述悬架可采用刚性悬架也可以采用柔性悬架。柔性悬架可以使得所述轮履变换移动底盘1000在履带式行走模式下被动动地适应地形，减弱地形起伏对所述轮履变换移动底盘1000的影响，减小震动。若采用刚性悬架，履带行走部2相对比较简单，攀爬规则障碍如台阶时比较稳定。若履带行走部2的承重件24也可以采用导向板2402，导向板2402根据需要做出一定的形状，且导向板2402的底部光滑，所述履带的内部与导向板2402的底部接触，虽在履带行走模式下所述履带与导向板2402间有一定的摩擦，但不影响行走，且采用导向板2402的结构零部件少，结构简单，成本低；特别适用于履带式行走模式适用几率较小的场合。

变形轮式行走部3采用变形驱动件34如电动推杆3401连接两个摆架32，又因两个摆架32端的齿轮321相互啮合；采用此技术方案，当电动推杆3401改变长度时，摆架32件的夹角会发生变化，因为有齿轮的存在，若齿轮321齿数相同，则两个摆架32同步反向摆动，两个摆架32的变化角度相同。同样采用变形驱动件34改变所述固定架与摆架32间的夹角也起到调节两个摆架32间夹角的效果。

在本发明的一些实施例中，变形驱动件34采用螺杆驱动装置3402，采用此技术方案，因为螺母块341与轴座块342分别与两个摆架32铰连，螺杆343分别以螺纹副与转动副与螺母块341与轴座块342相连，当螺杆343转动时，则改变了两个摆架32的夹角，实现了摆架32夹角的调节，即实现了变形轮式行走部3的变形调节。

采用了本发明所提供的所述轮履变换移动底盘1000的消防探测机器人同样具有履带式行走模式与轮式行走模式，可以根据地形特点，进行两种移动模式的变换，这样地形适应性好，能够满足多种地形的移动需要。根据本发明的实施例，所述消防探测机器人上装备了取样装置、消防探测用传感装置，可以对灾害现场进行环境信息的探测以及灾后环境的取样作业。

对于移动平台、机器人的其他构成，已为现有技术，且为本领域的普通技术人员熟知，故不再详细描述。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种轮履变换移动底盘，其特征在于，包括：

主车架；

履带行走部，所述履带行走部为两组且设于所述主车架的两侧，所述履带行走部包括：

履带架，所述履带架与所述主车架相连；

驱动轮组件，所述驱动轮组件与所述履带架相连，所述驱动轮组件包括驱动轮与驱动件；

改向轮，所述改向轮与所述履带架相连；

承重件，所述承重件设于所述履带架下方且与所述履带架相连；

履带，所述履带包络在所述驱动轮、所述改向轮、所述承重件外；

变形轮式行走部，所述变形轮式行走部为两个，与所述主车架相连，且所述变形轮式行走部包括：

固定架，所述固定架与所述主车架固定连接；

摆架，所述摆架为两个，且所述摆架的上端与所述固定架可枢转地相连，且所述摆架的上端设有齿轮，两个所述摆架的所述齿轮相互啮合；

轮式行走组件，所述轮式行走组件与所述摆架的下端相连，所述轮式行走组件包括车轮、车轮驱动件；

变形驱动件，所述变形驱动件与所述摆架相连并驱动两个所述摆架的夹角变化，所述变形驱动件采用螺杆驱动装置，所述螺杆驱动装置包括：

螺母块，所述螺母块与一个所述摆架相铰连；

轴座块，所述轴座块与另一个所述摆架相铰连；

螺杆，所述螺杆与所述轴座块构成转动副，所述螺杆与所述螺母块构成螺纹副；

螺杆驱动件，所述螺杆驱动件与所述螺杆相连并驱动所述螺杆转动；

所述承重件包括：

悬架，所述悬架与所述履带架相连；

承重轮，所述承重轮与所述悬架相连。

2.根据权利要求1所述的轮履变换移动底盘，其特征在于，所述车轮为麦克妠姆轮。

3.根据权利要求1所述的轮履变换移动底盘，其特征在于，所述车轮为普通车轮。

4.一种消防机器人，其特征在于，包括权利要求1-3任一所述的轮履变换移动底盘。

5.根据权利要求4所述的消防机器人，其特征在于，所述消防机器人上装备有取样装置、消防探测用传感装置，所述消防探测用传感装置包括气体检测装置、视觉传感装置。