CN107139709A - 一种通用轮式机器人 - Google Patents

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叶锦华
金肖
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    • B60K17/342—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles for driving both front and rear wheels, e.g. four wheel drive vehicles having a longitudinal, endless element, e.g. belt or chain, for transmitting drive to wheels
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    • B62D63/00—Motor vehicles or trailers not otherwise provided for
    • B62D63/02—Motor vehicles

Abstract

本发明涉及一种通用轮式机器人，主要由机器人车体、综合控制系统、行走机构、传感器系统构成，所述轮式机器人为双侧电机驱动结构，行走机构采用轮式行走机构，车体的每侧安装有前驱动齿轮、后驱动齿轮和链轮，所述链轮带动传动链条将驱动电机输出的扭矩传递给同侧驱动齿轮，所述同侧驱动齿轮和链条安装在减震箱内，所述减震箱通过悬挂摆臂和独立悬挂固定在车架上，所述驱动轮之间的轴距大于轮距的1.25倍。本发明特有的行走结构既增强了机器人越障能力，又提升了机器人的行驶稳定性，使机器人既具有轮式移动机器人移动迅速的特点，又具有履带式移动机器人跨越障碍物的能力。

Description

一种通用轮式机器人
技术领域
本发明涉及自动机械装置领域，特别是一种通用轮式机器人。
背景技术
轮式移动机器人在道路情况良好的条件下，能够发挥其移动速度快的优势，但是驱动轮通常和底盘是刚性连接，即车轮直接固定在车架上，当地面高低不平而引起车轮震动，车轮震动会直接传递给机器人，使其颠簸严重，导致越野性能不足。
履带式行走结构有较强的越野性能，但存在移动速度慢、机械结构复杂、能耗高、成本高等缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提出一种通用轮式机器人，可以在野外复杂环境下具有较好的越障性能以及较高的行走速度。
本发明采用以下方案实现：一种通用轮式机器人，包括机器人车体、综合控制系统、行走机构以及传感器系统；所述机器人车体为长方体上下两层结构，所述行走机构设置在下层，所述综合控制系统以及传感器系统设置在上层；
所述行走机构为双侧电机驱动机构，所述机器人车体的两侧每侧均安装有后驱动齿轮、前驱动齿轮、驱动电机、对准齿轮、链轮、传动链条、前驱动轮、后驱动轮、减速器以及联轴器；所述驱动电机经过减速器、联轴器将动力输出在电机轴上，并通过对准齿轮与后驱动齿轮啮合，所述后驱动齿轮和所述链轮同轴，所述链轮带动传动链条将驱动电机输出的扭矩传递给前驱动齿轮；
所述综合控制系统包括嵌入式工控主板，所述综合控制系统与所述驱动电机的驱动器、传感器系统相连；
所述传感器系统包括摄像头，拾音器，超声波传感器，GPS模块、激光传感器以及WIFI模块；所述摄像头、激光传感器和GPS模块均连接至所述嵌入式工控主板。
进一步地，所述行走机构还包括有悬挂摆臂、独立悬挂以及减震箱，所述前驱动齿轮和传动链条安装于所述减震箱内，所述减震箱通过所述独立悬挂和悬挂摆臂分别固定于所述机器人车体的上层和下层。
进一步地，所述减震箱的左、右两侧与上侧分别通过独立悬挂固定于所述机器人车体上。
进一步地，所述行走机构中，安装在同一侧的前驱动轮与后驱动轮之间的轴距大于轮距的1.25倍。
进一步地，安装在左、右两侧的对准齿轮关于后轮轴线对称布置，用以保证电机输出动力在同一轴线上。
进一步地，所述摄像头为工业CCD相机，所述拾音器为标准音频接头。
进一步地，所述综合控制系统包括四路USB串口，两路USB串口分别与左右两侧驱动电机的驱动器连接，一路与所述WIFI模块链接，一路与摄像头连接。
进一步地，所述通用轮式机器人的转向方式采用差速转向。
进一步地，所述机器人车体的上层还设置有电源模块，所述电源模块包括锂电池组与电源管理模块，所述锂电池组通过所述电源管理模块连接至所述综合控制系统。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
1、本发明采用双侧电机驱动结构，电机通过对准齿轮带动后驱动齿轮，后驱动齿轮和链轮同轴来传递动力，链轮带动传动链条将动力传递给前驱动齿轮，前驱动齿轮轮和链条安装在减震箱内，使机器人既具有轮式移动机器人移动迅速的特点，又具有履带式移动机器人跨越障碍物的能力。
2、本发明采用机器人的轴距是轮距的1.25倍，这使得机器人的转弯性能进一步提高。
3、本发明配备CCD相机，工控主板、超声波避障以及WiFi模块等，能实现机器人在未知环境的局部的地图重建、自主避障和传输实时的环境信息到终端设备，使其可以实现全天候未知环境的侦查。
附图说明
图1为本发明实施例的机器人结构示意图。
图2为本发明实施例的行走机构示意图。
图3为本发明实施例的电控原理示意图。
图中：1为驱动电机，2为机器人车体，3为减速器，4为联轴器，5为对准齿轮，6为后车轮，7为GPS模块，8为超声波传感器，9为激光传感器，10为摄像头，11为WiFi模块，12为锂电池组，13为综合控制系统，14为拾音器，15为独立悬挂，16为后驱动齿轮，17为后驱动轮轴，18为链轮，19为电机轴，20为链条，21为悬挂支座，22为悬挂摆臂，23为前驱动轴，24为减震箱。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
本实施例提供一种通用轮式机器人，整个结构采用模块化设计，主要由由机器人车体、综合控制系统、行走机构、传感器系统构成。
本实施例的移动机器人的结构示意如图1所示，主要由机器人车体、前后驱动齿轮、前后驱动轮、驱动电机、锂电池组、传感器系统及综合控制系统等具体零部件组成。机器人车体2采用长方体上下两层结构，行走机构分布在车架下层，行走机构采用双侧电机驱动结构，电机通过对准齿轮带动后驱动齿轮，后驱动齿轮和链轮同轴来传递动力，链轮带动传动链条将动力传递给前驱齿轮，前驱动齿轮与前驱动轮同轴，用以保证机器人有足够的驱动力。前驱动齿轮和链条安装在减震箱内，减震箱上侧通过独立悬挂与上层车架固定，上层车架安装有摄像头、激光传感器、WIFI模块、锂电池组、综合控制系统等。
在本实施例中，如图2所示，所述行走机构具体为：
所述行走机构采用轮式行走机构，采用链条传动方式，其主要包括链轮18、传动链条20、后驱动齿轮16、悬挂摆臂22、独立悬挂15、减震箱24、驱动电机1。所述移动机器人的车体每侧安装对准齿轮5、链轮18、悬挂摆臂22、独立悬挂15、减震箱24，减速器3、联轴器4，驱动电机经过减速器、联轴器将动力输出在电机轴19上，通过对准齿轮5和后驱动齿轮16啮合，后驱动齿轮16和链轮18同轴，该链轮18带动传动链条20将驱动电机输出的扭矩传递给前驱动齿轮23，前驱动齿轮23和链条20安装于减震箱内，减震箱通过独立悬挂和悬挂摆臂分别固定于车架上。采用这种布置使得移动机器人有更好的越障性能。对准齿轮关于后轮轴线对称布置，使电机输出动力在同一轴线上，同时轴距大于轮距的1.25倍，采用此种轮距和轴距能使得机器人能够实现滑移转向，即可使机器人具有轮式机器人移动迅速的特点，又具有履带式机器人越野的能力，整体提升了机器人的通过能力、越野能力和转向灵活性。所述前驱动齿轮与后驱动齿轮分别与前车轮与后车轮6刚性相连，用以控制同侧车轮以相同速度转动。
在本实施例中，所述传感器系统具体为：
包括：摄像头10，拾音器14，超声波传感器8，GPS模块7、激光传感器9。其中，激光传感器为激光测距仪。摄像头、激光测距仪和GPS模块与嵌入式工控主板连接，嵌入式工控主板根据现有的信息实现局部地图重建，有利于自主导航和规划路径，进行机器人的视觉导航与定位、目标识别，完成视频侦查；同时将视频信号通过嵌入式工控主板将其压缩后的视频信号传输给在局域网内的各个终端，经过解压缩处理，显示在终端显示器中；拾音器采用标准的音频接头连接到工控板，采集机器人周围的环境声音信息，通过WIFI模块11发送音频信息到终端，完成机器人的音频侦查；多组超声波传感器采用发射超声波来探测机器人移动过程中的障碍物以避免发生碰撞；GPS模块实现机器人的导航定位，当无线通信发生故障或是受到干扰，为了防止平台在野外环境中发生丢失，采用GPS对机器人进行定位。
较佳的，所述传感器系统还可以根据实际需要搭载更多不同类型的传感器，例如温度传感器、烟雾传感器、红外传感器等。
在本实施例中，所述综合控制系统13具体为：
以嵌入式工控主板为基础构成，并与机器人所搭载装置相连，如：电机控制器、摄像头、WIFI模块、激光测距仪、红外传感器等。综合控制系统设置有有四路USB串口，两路USB串口通过USB转RS485分别控制左右两侧电机的伺服驱动器，用来实现控制机器人行走，一路USB与CCD相机链接完成视频采集，一路USB与WIFI板相连接，把图像信息、发送机器人的状态信息、电池电量、电机控制器故障信息等发送给终端，同时完成接收指控终端的指令信息，如机器人的前进、后退、转弯、中心转向、视频切换等。如图3所示，综合控制系统内配置有电池电量采集模块、速度传感器模块、温度传感器模块、烟雾传感器模块，实时采集锂电池剩余电量、机器人的工作速度、工作环境的温度和湿度等，为机器人的感知外部环境提供参考依据。同时工控主板有丰富的资源，可以做更高程度的自主控制算法，方便以后的功能扩展和产品升级。
特别的，在本实施例中，所述通用轮式机器人的转向方式采用差速转向。所述机器人车体的上层还设置有电源模块，所述电源模块包括锂电池组12与电源管理模块，所述锂电池组通过所述电源管理模块连接至所述综合控制系统。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种通用轮式机器人，其特征在于：包括机器人车体、综合控制系统、行走机构以及传感器系统；所述机器人车体为长方体上下两层结构，所述行走机构设置在下层，所述综合控制系统以及传感器系统设置在上层；
所述行走机构为双侧电机驱动机构，所述机器人车体的两侧每侧均安装有后驱动齿轮、前驱动齿轮、驱动电机、对准齿轮、链轮、传动链条、前驱动轮、后驱动轮、减速器以及联轴器；所述驱动电机经过减速器、联轴器将动力输出在电机轴上，并通过对准齿轮与后驱动齿轮啮合，所述后驱动齿轮和所述链轮同轴，所述链轮带动传动链条将驱动电机输出的扭矩传递给前驱动齿轮；
所述综合控制系统包括嵌入式工控主板，所述综合控制系统与所述驱动电机的驱动器、传感器系统相连；
所述传感器系统包括摄像头，拾音器，超声波传感器，GPS模块、激光传感器以及WIFI模块；所述摄像头、激光传感器和GPS模块均连接至所述嵌入式工控主板。
2.根据权利要求1所述的一种通用轮式机器人，其特征在于：所述行走机构还包括有悬挂摆臂、独立悬挂以及减震箱，所述前驱动齿轮和传动链条安装于所述减震箱内，所述减震箱通过所述独立悬挂和悬挂摆臂分别固定于所述机器人车体的上层和下层。
3.根据权利要求2所述的一种通用轮式机器人，其特征在于： 所述减震箱的左右两侧与上侧分别通过悬挂摆臂与独立悬挂固定于所述机器人车体上。
4.根据权利要求1所述的一种通用轮式机器人，其特征在于：所述行走机构中，安装在同一侧的前驱动轮与后驱动轮之间的轴距大于轮距的1.25倍。
5.根据权利要求1所述的一种通用轮式机器人，其特征在于：安装在左、右两侧的对准齿轮关于后轮轴线对称布置，用以保证电机输出动力在同一轴线上。
6.根据权利要求1所述的一种通用轮式机器人，其特征在于：所述摄像头为工业CCD相机，所述拾音器为标准音频接头。
7.根据权利要求1所述的一种通用轮式机器人，其特征在于：所述综合控制系统包括四路USB串口，两路USB串口分别与左右两侧驱动电机的驱动器连接，一路与所述WIFI模块链接，一路与摄像头连接。
8.根据权利要求1所述的一种通用轮式机器人，其特征在于：所述通用轮式机器人的转向方式采用差速转向。
9.根据权利要求1所述的一种通用轮式机器人，其特征在于：所述机器人车体的上层还设置有电源模块，所述电源模块包括锂电池组与电源管理模块，所述锂电池组通过所述电源管理模块连接至所述综合控制系统。
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