CN107117225A - 一种四足轮式移动机器人 - Google Patents
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Abstract
一种四足轮式移动机器人，属于移动机器人领域，所述惯性测量装置固定在车体框架上表面的中心位置，可用于测量机器人在移动过程中的位姿，所述四条支腿对称地安装在车体框架两侧。所述支腿是由直线导向机构、摆动机构和移动轮组成的。该四足轮式移动机器人在平坦地面上的快速移动是通过四个移动轮实现的，而机器人在崎岖地面上的移动是通过四条均由直线导向机构和摆动机构组成的摆动腿实现的，该机器人实现了快速移动与翻越障碍的有效结合，即可以保证在平坦地面上的移动速度又具有非常好的跨越障碍的能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种四足轮式移动机器人，具体地说是一种能在平坦地面上快速移动，同时又能在崎岖地面上顺利跨越障碍物的机器人，属于移动机器人领域。
背景技术
移动机器人能够通过传感器反馈信息感知环境以及自身状态，实现自主运动，从而完成一定功能或任务的机器人系统。目前，移动机器人已经广泛运用到救灾抢险、野外考察与教育娱乐等诸多行业中，在军事、科学研究以及生活中扮演着越来越重要的角色。常见的移动机器人以轮式移动机器人与足式移动机器人为主。轮式移动机器人结构简单，具有移动速度快与行走效率高的特点，非常适合于在平坦的地面上移动，但是它对复杂地形无能为力。足式移动机器人对地形的适应能力非常好，可以自主跨越障碍物，但是其移动速度慢。随着移动机器人技术的不断发展以及其应用领域的不断扩展，移动机器人需要在更加复杂且环境未知的条件中工作，仅仅依靠轮式或者足式移动机器人已经无法适应工作环境的复杂性与多样性。
发明内容
针对上述不足，本发明提供了一种四足轮式移动机器人。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种四足轮式移动机器人，是由两个全方位高清摄像头、车体框架、惯性测量装置和四条支腿组成的，所述两个全方位高清摄像头固定在车体框架上表面的前后两端，可用于对周围环境地貌的识别，所述惯性测量装置固定在车体框架上表面的中心位置，可用于测量机器人在移动过程中的位姿，所述四条支腿对称地安装在车体框架两侧。所述支腿均由直线导向机构、摆动机构和移动轮组成的。
更进一步地，所述直线导向机构包括第一步进电机、第一联轴器、丝杠、螺母、横梁、第一直线轴承、第二直线轴承、第一光轴和第二光轴，所述第一步进电机固定在车体框架上，所述丝杠与螺母通过螺纹副连接，并且通过第一联轴器与第一步进电机转轴连接，所述螺母与横梁连接，所述第一直线轴承与横梁左端面连接，并且通过内部的移动副与第一光轴连接，所述第二直线轴承与横梁右端面连接，并且通过内部的移动副与第二光轴连接，所述横梁下方两侧分别设置有第一U形连接板和第二U形连接板。
更近一步地，所述摆动机构包括电推杆和摆动梁，所述电推杆一端通过第一U形连接板与横梁连接，另一端通过第三U形连接板与摆动梁连接，所述摆动梁一端通过第二U形连接板与横梁连接，另一端为圆形固定座，用于固定移动轮。
更近一步地，所述移动轮包括第二步进电机、减速箱、第二联轴器、车轮轴、第一固定端子、第二固定端子、编码器、第一深沟球轴承、第二深沟球轴承、车轮和端盖，所述减速箱固定在圆形固定座的一侧，所述第一固定端子固定在圆形固定座的另一侧，所述第二步进电机通过第一键与减速箱连接，所述减速箱的输出轴通过第二联轴器与车轮轴连接，所述车轮轴一端安装有第一深沟球轴承，另一端安装有第二深沟球轴承，所述第一深沟球轴承安装在第一固定端子内部，所述第二深沟球轴承安装在第二固定端子内部，所述第二固定端子与第一固定端子连接，所述编码器与第二固定端子连接，所述第二固定端子圆弧面与车轮内部圆弧面有2mm间隙，所述车轮通过四个螺钉与端盖连接，同时车轮通过第二键与车轮轴连接，所述端盖通过中心螺钉与车轮轴连接。
该发明的有益之处是，该发明通过直线导向机构带动摆动机构和移动轮沿竖直方向做直线运动，实现了支腿的上下移动运动，通过摆动机构带动移动轮前后摆动，实现了支腿的摆动运动，这两种机构的结合可实现支腿在较大范围内运动，增大了移动机器人的步长；在崎岖路面上，移动轮锁死，每条支腿具有上下移动和前后摆动两个自由度，四条支腿可实现翻越障碍和爬楼梯等；在平潭地面上，每条支腿的直线导向机构和摆动机构锁死，四个移动轮可实现移动机器人的快速运动和转弯。该发明实现了快速移动与翻越障碍的有效结合，即可以保证在平坦地面上的移动速度又具有非常好的跨越障碍的能力。
附图说明
图1为本发明的四足轮式移动机器人结构示意图；
图2为本发明图1的直线导向机构结构示意图；
图3为本发明图1的摆动机构结构示意图；
图4为本发明图1的移动轮结构示意图。
图中，1、全方位高清摄像头，2、车体框架，3、惯性测量装置，4、左前支腿，5、右前支腿，6、左后支腿，7、右后支腿，8、直线导向机构，801、第一步进电机，802、第一联轴器，803、丝杠，804、螺母，805、横梁，806、直线轴承，807、光轴，808、第一U形连接板，809、第二U形连接板，9、摆动机构，901、电推杆，902、摆动梁，903、第三U形连接板，904、圆形固定座，10、移动轮，1001、第二步进电机，1002、第一键，1003、减速箱，1004、减速箱输出轴，1005、第二联轴器，1006、第一固定端子，1007、第一深沟球轴承，1008、第二固定端子，1009、第二深沟球轴承，1010、车轮轴，1011、编码器，1012、车轮，1013、第二键，1014、端盖。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
下面结合图1-4对发明的一种四足轮式移动机器人的结构做详细的描述。一种四足轮式移动机器人，是由两个全方位高清摄像头1、车体框架2、惯性测量装置3和四条支腿4-7组成的，所述两个全方位高清摄像头1固定在车体框架上表面的前后两端，可用于对周围环境地貌的识别，所述惯性测量装置3固定在车体框架上表面的中心位置，可用于测量机器人在移动过程中的位姿，所述四条支腿对称地安装在车体框架两侧。所述支腿均由直线导向机构8、摆动机构9和移动轮10组成的。
更进一步地，所述直线导向机构8包括第一步进电机801、第一联轴器802、丝杠803、螺母804、横梁805、第一直线轴承806、第二直线轴承807、第一光轴808和第二光轴809，所述第一步进电机801固定在车体框架2上，所述丝杠803与螺母804通过螺纹副连接，并且通过第一联轴器802与第一步进电机801转轴连接，所述螺母804与横梁805连接，所述第一直线轴承806与横梁805左端面连接，并且通过内部的移动副与第一光轴408连接，所述第二直线轴承807与横梁805右端面连接，并且通过内部的移动副与第二光轴809连接，所述横梁805下方两侧分别设置有第一U形连接板810和第二U形连接板811。
更近一步地，所述摆动机构9包括电推杆901和摆动梁902，所述电推杆901一端通过第一U形连接板810与横梁905连接，另一端通过第三U形连接板903与摆动梁902连接，所述摆动梁902一端通过第二U形连接板811与横405梁连接，另一端为圆形固定座904，用于固定移动轮10。
更近一步地，所述移动轮10包括第二步进电机1001、减速箱1003、第二联轴器1005、车轮轴1010、第一固定端子1006、第二固定端子1011、编码器1008、第一深沟球轴承1007、第二深沟球轴承1009、车轮1012和端盖1014，所述减速箱1003固定在圆形固定座904的一侧，所述第一固定端子1006固定在圆形固定座904的另一侧，所述第二步进电机1001通过第一键1002与减速箱1003连接，所述减速箱1003的输出轴1004通过第二联轴器1005与车轮轴1010连接，所述车轮轴1010一端安装有第一深沟球轴承1007，另一端安装有第二深沟球轴承1009，所述第一深沟球轴承1007安装在第一固定端子1006内部，所述第二深沟球轴承1009安装在第二固定端子1011内部，所述第二固定端子1011与第一固定端子1006连接，所述编码器1008与第二固定端子1011连接，所述第二固定端子1011圆弧面与车轮1012内部圆弧面有2mm间隙，所述车1012轮通过四个螺钉与端盖1014连接，同时车轮1012通过第二键1013与车轮轴1010连接，所述端盖1014通过中心螺钉与车轮轴1010连接。
工作原理：四轮移动机器人在平潭地面上运动时，支腿4-7中的直线导向机构8和摆动机构9锁死，只有移动轮10可以运动，并且四个直线导向机构8和四个摆动机构9均保持相同位置，从而实现机器人在快速运动使车体框架2始终保持水平；通过改变直线导向机构8或者摆动机构9的锁死位置可降低机器人整体中心，保证机器人快速运动过程中的平稳性；四轮移动机器人在翻越障碍时，四个移动轮10均锁死，若左前腿4遇到障碍时，摆动机构9中的电推杆901保持长度不变，直线导向机构8中的第一步进电机801转动使摆动机构9上升，待左前支腿4中的车轮1012高于障碍物后，摆动机构9中的电推杆901长度缩短，使摆动梁902向前摆动一定的角度，驱动直线导向机构8中的第一步进电机801使摆动机构9下降至车轮1012底部接触到障碍物的顶端，至此左前腿4翻越了障碍物，通过相同的操作可使其余支腿翻越障碍。在翻越障碍过程中，惯性测量装置3可以实时获取机器人的位姿，机器人自动调节支腿运动并保证运动过程中机器人的稳定性。该发明设计科学合理，移动机器人的翻越障碍和快速移动能力明显，值得大范围推广。
对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种四足轮式移动机器人，是由两个全方位高清摄像头、车体框架、惯性测量装置和四条支腿组成的，其特征在于：所述两个全方位高清摄像头固定在车体框架上表面的前后两端，可用于对周围环境地貌的识别，所述惯性测量装置固定在车体框架上表面的中心位置，可用于测量机器人在移动过程中的位姿，所述四条支腿对称地安装在车体框架两侧。所述支腿均由直线导向机构、摆动机构和移动轮组成的。
2.如权利要求1所述的一种四足轮式移动机器人，其特征在于：所述直线导向机构包括第一步进电机、第一联轴器、丝杠、螺母、横梁、第一直线轴承、第二直线轴承、第一光轴和第二光轴，所述第一步进电机固定在车体框架上，所述丝杠与螺母通过螺纹副连接，并且通过第一联轴器与第一步进电机转轴连接，所述螺母与横梁连接，所述第一直线轴承与横梁左端面连接，并且通过内部的移动副与第一光轴连接，所述第二直线轴承与横梁右端面连接，并且通过内部的移动副与第二光轴连接，所述横梁下方两侧分别设置有第一U形连接板和第二U形连接板。
3.如权利要求1所述的一种四足轮式移动机器人，其特征在于：所述摆动机构包括电推杆和摆动梁，所述电推杆一端通过第一U形连接板与横梁连接，另一端通过第三U形连接板与摆动梁连接，所述摆动梁一端通过第二U形连接板与横梁连接，另一端为圆形固定座，用于固定移动轮。
4.如权利要求1所述的一种四足轮式移动机器人，其特征在于：所述移动轮包括第二步进电机、减速箱、第二联轴器、车轮轴、第一固定端子、第二固定端子、编码器、第一深沟球轴承、第二深沟球轴承、车轮和端盖，所述减速箱固定在圆形固定座的一侧，所述第一固定端子固定在圆形固定座的另一侧，所述第二步进电机通过第一键与减速箱连接，所述减速箱的输出轴通过第二联轴器与车轮轴连接，所述车轮轴一端安装有第一深沟球轴承，另一端安装有第二深沟球轴承，所述第一深沟球轴承安装在第一固定端子内部，所述第二深沟球轴承安装在第二固定端子内部，所述第二固定端子与第一固定端子连接，所述编码器与第二固定端子连接，所述第二固定端子圆弧面与车轮内部圆弧面有2mm间隙，所述车轮通过四个螺钉与端盖连接，同时车轮通过第二键与车轮轴连接，所述端盖通过中心螺钉与车轮轴连接。
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