CN106904227A - 一种越障移动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种越障移动机器人，包括底盘，底盘的前后部分别设有升降轮模块，升降轮模块用于驱动底盘下降和上升；底盘前端设有伸缩导轮模块，伸缩导轮模块可前伸在爬升对象上对越障移动机器人提供支撑；底盘中部设有折叠导轮模块，折叠导轮模块可放下对底盘提供支撑。本发明所提供的越障移动机器人，可根据地形动态调整底盘距地面的高度，克服了传统移动机器人平台地形适应性差的缺点，具有较强的通过性能，能满足野外复杂环境下工作的多种需求，可爬坡、越障、在非平整地形下平稳前进和侧移，具有结构简单，控制方便，可靠性高，实用性强等优点。

Description

一种越障移动机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种越障移动机器人。

背景技术

机器人技术的迅猛发展大大推动了机器人在各个领域的应用，尤其是在一些特殊环境下，机器人已经成为不可或缺的设备。轮式移动机器人具有高速高效的优点，但因其地形适应性较差，应用受到了一定的局限。为了提高移动平台在复杂地形上的通过性能，目前已开发了多种轮履、腿履、轮腿复合式移动机器人。

尽管现今已开发出多种性能相对优越的移动机器人，但仍存在一个关键问题亟待解决，即现有的具有高通过性能的移动机器人(如复合式移动机器人)结构复杂、控制繁琐、效率低下。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种结构简单、爬升迅速的越障移动机器人。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种越障移动机器人，包括底盘，底盘的前后部分别设有升降轮模块，升降轮模块用于驱动底盘下降和上升；底盘前端设有伸缩导轮模块，伸缩导轮模块可前伸在爬升对象上对越障移动机器人提供支撑；底盘中部设有折叠导轮模块，折叠导轮模块可放下对底盘提供支撑。

优选地，所述升降轮模块包括与底盘固定连接的机架以及活动穿设于机架的螺杆，螺杆上端穿过机架的部分与丝杆螺母相连，丝杆螺母与从动轮固定连接，从动轮活动套设于螺杆，从动轮与主动轮相连，主动轮与升降电机的输出端相连，升降电机安装在机架上；螺杆下端穿过机架的部分与伸缩框架固定连接，伸缩框架底部设有车轮。

优选地，所述螺杆上还活动套设有下限位件，下限位件与螺杆间隙配合，下限位件的下端安装在机架上，下限位件上端与从动轮可转动连接。

优选地，所述下限位件的上端与轴承的内圈相连，轴承的外圈与从动轮相连。

优选地，所述机架上设有固定的上限位件，上限位件套设于螺杆且与螺杆间隙配合，上限位件位于丝杆螺母上方。

优选地，所述伸缩框架上设有动力电机，动力电机的输出端与车轮相连。

优选地，所述伸缩导轮模块包括固定安装在底盘上的第一气缸以及活动安装在底盘上的导轮架，第一气缸的可伸缩端与导轮架相连，导轮架前端设有前行导轮。

优选地，所述折叠导轮模块包括固定安装在底盘上的定位板以及与定位板可转动连接的折叠件，定位板上安装有第二气缸，第二气缸与推杆相连，推杆与定位板可滑动连接，推杆下端与传动杆的一端转动连接，传动杆的另一端与折叠件转动连接，折叠件上设有支撑导轮。

优选地，所述折叠件的数量为二，其中一个折叠件的位置高于另外一个折叠件的位置，推杆倾斜设置。

优选地，所述底盘的前端设有距离传感器。

本发明的有益效果是：本发明所提供的越障移动机器人，可根据地形动态调整底盘距地面的高度，克服了传统移动机器人平台地形适应性差的缺点，具有较强的通过性能，能满足野外复杂环境下工作的多种需求，可爬坡、越障、在非平整地形下平稳前进和侧移，具有结构简单，控制方便，可靠性高，实用性强等优点。

附图说明

图1是本发明越障移动机器人的立体图。

图2是本发明越障移动机器人的侧视图。

图3是本发明升降轮模块的结构示意图。

图4是本发明升降轮模块的立体图。

图5是本发明升降轮模块的侧视图。

图6是本发明升降轮模块的俯视图。

图7是图6的A-A方向剖视图。

图8是本发明伸缩导轮模块的立体图。

图9是本发明折叠导轮模块的立体图。

图10是本发明折叠导轮模块的俯视图。

图11是图10的B-B方向剖视图。

图12是越障移动机器人整体爬升过程示意图。

附图标记说明：1、底盘；101、距离传感器；2、升降轮模块；201、机架；202、螺杆；203、丝杆螺母；204、从动轮；205、主动轮；206、升降电机；207、伸缩框架；208、车轮；209、下限位件；210、动力电机；211、上限位件；212、支撑轴承；213、导柱；3、伸缩导轮模块；301、第一气缸；302、导轮架；303、前行导轮；304、气缸固定件；4、折叠导轮模块；401、定位板；402、折叠件；403、第二气缸；404、推杆；405、支撑导轮；406、导槽；407、传动杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：

如图1和图2所示，本发明提供的一种越障移动机器人，包括底盘1、升降轮模块2、伸缩导轮模块3和折叠导轮模块4，升降轮模块2设于底盘1的前后部，升降轮模块2用于驱动底盘1下降和上升，同时升降轮模块2可自转驱动底盘1前进或后退。伸缩导轮模块3设于底盘1前端，伸缩导轮模块3可前伸在爬升对象上对越障移动机器人提供支撑。折叠导轮模块4设于底盘1中部，折叠导轮模块4可放下对底盘1提供支撑。底盘1的前端设有距离传感器101，用于检测前方爬升对象，当越障移动机器人需要通过爬升对象时，可通过伸缩导轮模块3、折叠导轮模块4和升降轮模块2的配合，实现越障移动机器人爬坡、越障以及在非平整地形下平稳前进和侧移的功能。

在本实施例中，升降轮模块2的数量为四，两两一列分为两对排布于底盘1的前后部。以下对升降轮模块2的结构做进一步的说明：

如图3至图7所示，升降轮模块2包括与底盘1固定连接的机架201以及活动穿设于机架201的螺杆202，螺杆202上端穿过机架201的部分与丝杆螺母203相连，丝杆螺母203与螺杆202螺纹配合。丝杆螺母203与从动轮204固定连接，从动轮204活动套设于螺杆202，从动轮204通过皮带与主动轮205相连，从动轮204和主动轮205大小相等。

主动轮205与升降电机206的输出端相连，升降电机206安装在机架201上；螺杆202下端穿过机架201的部分与伸缩框架207固定连接，伸缩框架207底部设有车轮208和支撑轴承212，伸缩框架207上还设有动力电机210，动力电机210的输出端与车轮208相连，用于驱动车轮208转动。车轮208采用万向轮，例如麦克纳姆轮。

升降轮模块的工作原理为：主动轮205带动从动轮204转动，与从动轮204固连的丝杆螺母203同步转动，螺杆202带动伸缩框架207和车轮208上移或者下移，从而使机架201以及与机架201固连的底盘1一起下降和上升。

为了进一步对伸缩框架207的上移和下移过程进行水平方向的限位，在伸缩框架207上设有竖直向上的导柱213，机架201活动套设于导柱213，具体的，可在机架201开设稍大于导柱213的孔，以及在机架201上设置套设于导柱213的套状结构，可以有效防止伸缩框架207摆动。

在底盘1下降和上升的过程中，需要对丝杆螺母203和从动轮204进行竖直方向的限位，在机架201上设有固定的上限位件211，上限位件211为板状结构，上限位件211套设于螺杆202且与螺杆202间隙配合，上限位件211位于丝杆螺母203上方。从而防止丝杆螺母203和从动轮204上移。

为了减少从动轮204与机架201的摩擦，在螺杆202上活动套设下限位件209，下限位件209与螺杆202间隙配合，下限位件209的下端安装在机架201上，下限位件209上端与从动轮204可转动连接，具体的，下限位件209的上端与轴承的内圈相连，轴承的外圈与从动轮204相连。

如图7所示，上限位件211、丝杆螺母203、从动轮204、下限位件209从上往下均套设于螺杆202，其中仅有丝杆螺母203与螺杆202螺纹配合。上限位件211、从动轮204和下限位件209和螺杆202之间均具有间隙。

如图8所示，伸缩导轮模块3包括第一气缸301和导轮架302，第一气缸301与气缸固定件304固连，气缸固定件304固定安装在底盘1上。导轮架302活动安装在底盘1上，第一气缸301的可伸缩端与导轮架302相连，从而可以将导轮架302从底盘1前端水平推出，导轮架302前端设有前行导轮303。

如图9至图11所示，在越障移动机器人爬升时，在底盘1中部的折叠导轮模块4对越障移动机器人提供支撑，折叠导轮模块4包括固定安装在底盘1上的定位板401，定位板401的数量为二，折叠件402位于两块定位板401之间，与定位板401可转动连接。

两块定位板401之间还固定设有第二气缸403，第二气缸403的伸缩端与推杆404相连，其中一块定位板401上设有竖直的导槽406，推杆404可顺着导槽406滑动，导槽406作为增加的虚约束，提高机构运行的稳定性。推杆404下端与传动杆407的一端转动连接，传动杆407的另一端与折叠件402转动连接，折叠件402上设有支撑导轮405，如图11所示，为了使得折叠件402向左抬起进入折叠状态，折叠件402与定位板401可转动连接处应位于折叠件402与传动杆407转动连接的左侧即可。

在本实施例中，折叠导轮模块4的数量为二，分别位于底盘1中部的两侧。每个折叠导轮模块4中折叠件402的数量为二，其中一个折叠件的位置高于另外一个折叠件的位置，推杆404倾斜设置。

图2中折叠导轮模块4为折叠状态，图9为折叠导轮模块4的伸展状态。如图11所示，当第二气缸403的伸缩端驱动推杆404和传动杆407向下运动时，折叠件402顺时针抬起进入折叠状态。反之折叠件402逆时针下落进入伸展状态。

如图12所示，上述越障移动机器人的整体爬升过程为：

步骤一、需要爬升时，首先四个升降轮模块同步工作，伸缩框架207下移，使底盘1上升，动力电机210驱动车轮208转动，越障移动机器人开始向前移动。

步骤二、当距离传感器101检测到爬升对象边缘时，伸缩导轮模块3放出，前行导轮303伸出，在爬升对象上对越障移动机器人提供支撑，此时越障移动机器人如图12中a所示。

步骤三、同时折叠导轮模块4进入伸展状态做好爬升准备，此时靠近爬升对象边缘的一对升降轮模块的伸缩框架207和车轮208上移抬起悬空，整车在另一对升降轮模块的驱动下继续之前的方向移动，此时越障移动机器人如图12中b所示。

步骤四、当支撑导轮405位于爬升对象上方时，即越障移动机器人如图12中c所示时，传感器读到数据。另一对升降轮模块的伸缩框架207和车轮208上移抬起，此时越障移动机器人如图12中d所示。

步骤五、当越障移动机器人完全位于爬升对象上时，伸缩导轮模块3收回，折叠导轮模块4抬起，此时越障移动机器人如图12中e所示，最终完成越障移动机器人的爬升。爬升过程的完成费时一般为10s内。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种越障移动机器人，其特征在于：包括底盘(1)，底盘(1)的前后部分别设有升降轮模块(2)，升降轮模块(2)用于驱动底盘(1)下降和上升；底盘(1)前端设有伸缩导轮模块(3)，伸缩导轮模块(3)可前伸在爬升对象上对越障移动机器人提供支撑；底盘(1)中部设有折叠导轮模块(4)，折叠导轮模块(4)可放下对底盘(1)提供支撑。

2.根据权利要求1所述的越障移动机器人，其特征在于：所述升降轮模块(2)包括与底盘(1)固定连接的机架(201)以及活动穿设于机架(201)的螺杆(202)，螺杆(202)上端穿过机架(201)的部分与丝杆螺母(203)相连，丝杆螺母(203)与从动轮(204)固定连接，从动轮(204)活动套设于螺杆(202)，从动轮(204)与主动轮(205)相连，主动轮(205)与升降电机(206)的输出端相连，升降电机(206)安装在机架(201)上；螺杆(202)下端穿过机架(201)的部分与伸缩框架(207)固定连接，伸缩框架(207)底部设有车轮(208)。

3.根据权利要求2所述的越障移动机器人，其特征在于：所述螺杆(202)上还活动套设有下限位件(209)，下限位件(209)与螺杆(202)间隙配合，下限位件(209)的下端安装在机架(201)上，下限位件(209)上端与从动轮(204)可转动连接。

4.根据权利要求3所述的越障移动机器人，其特征在于：所述下限位件(209)的上端与轴承的内圈相连，轴承的外圈与从动轮(204)相连。

5.根据权利要求2所述的越障移动机器人，其特征在于：所述机架(201)上设有固定的上限位件(211)，上限位件(211)套设于螺杆(202)且与螺杆(202)间隙配合，上限位件(211)位于丝杆螺母(203)上方。

6.根据权利要求2所述的越障移动机器人，其特征在于：所述伸缩框架(207)上设有动力电机(210)，动力电机(210)的输出端与车轮(208)相连。

7.根据权利要求1所述的越障移动机器人，其特征在于：所述伸缩导轮模块(3)包括固定安装在底盘(1)上的第一气缸(301)以及活动安装在底盘(1)上的导轮架(302)，第一气缸(301)的可伸缩端与导轮架(302)相连，导轮架(302)前端设有前行导轮(303)。

8.根据权利要求1所述的越障移动机器人，其特征在于：所述折叠导轮模块(4)包括固定安装在底盘(1)上的定位板(401)以及与定位板(401)可转动连接的折叠件(402)，定位板(401)上安装有第二气缸(403)，第二气缸(403)与推杆(404)相连，推杆(404)与定位板(401)可滑动连接，推杆(404)下端与传动杆(407)的一端转动连接，传动杆(407)的另一端与折叠件(402)转动连接，折叠件(402)上设有支撑导轮(405)。

9.根据权利要求8所述的越障移动机器人，其特征在于：所述折叠件(402)的数量为二，其中一个折叠件的位置高于另外一个折叠件的位置，推杆(404)倾斜设置。

10.根据权利要求1所述的越障移动机器人，其特征在于：所述底盘(1)的前端设有距离传感器(101)。