CN107150733B - 能翻越障碍的机器人 - Google Patents

Abstract

本发明设计的能翻越障碍的机器人，包括主动轮、被动轮、升降板及机械手，所述的机械手设置在升降板上，所述的主动轮通过第一驱动电机设置在脚板两侧，脚板通过升降机构与升降板连接，所述的被动轮设置在被动轮轴两端，被动轮轴通过升降机构与升降板连接，所述的升降板上通过升降机构设置有至少前后两块脚板和中间的一根被动轮轴；所述的升降机构由固定在升降板上的滑槽、与滑槽配合的滑轨、与滑轨固定的齿条、与齿条配合的齿轮及给齿轮提供动力的第二驱动电机组成，且齿条和滑轨穿过升降板，所述的第二驱动电机固定在升降板上，齿条的底部与脚板或被动轮轴固定。这种结构的特点在于通过三个升降机构提供翻越障碍的可能性。

Description

能翻越障碍的机器人

技术领域

本发明涉及一种机器人，特别是一种能翻越障碍的机器人。

背景技术

现有的机器人大部分通过履带结构驱动，履带结构能适应各种不同的地形，并具有一定的越障能力。但是履带结构的越障能力受其驱动轮大小的限制，无法翻越大型的障碍。而其他的机器人，例如三角形排列驱动轮结构也具有一定的越障能力，但其越障能力还是受驱动轮大小限制。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种不受驱动轮大小限制，可以翻越与自身高度等高障碍的能翻越障碍的机器人。

本发明设计的能翻越障碍的机器人，包括主动轮、被动轮、升降板及机械手，所述的机械手设置在升降板上，所述的主动轮通过第一驱动电机设置在脚板两侧，脚板通过升降机构与升降板连接，所述的被动轮设置在被动轮轴两端，被动轮轴通过升降机构与升降板连接，所述的升降板上通过升降机构设置有至少前后两块脚板和中间的一根被动轮轴；所述的升降机构由固定在升降板上的滑槽、与滑槽配合的滑轨、与滑轨固定的齿条、与齿条配合的齿轮及给齿轮提供动力的第二驱动电机组成，且齿条和滑轨穿过升降板，所述的第二驱动电机固定在升降板上，齿条的底部与脚板或被动轮轴固定。这种结构的特点在于通过三个升降机构能随意调节脚板、被动轮轴以及升降板的高度，从而提供翻越障碍的可能性。

进一步的方案是，所述的机械手伸出的方向与主动轮轴心方向一致，所述的机械手包括摆动杆和抓取臂，所述的摆动杆的末端铰链连接在机械手底座上并于第三驱动电机的输出轴连接，抓取臂固定在第四驱动电机的输出轴上，且第四驱动电机固定在摆动杆的前端上，抓取臂的前端由圆弧形的固定机械指和活动机械指组成，两个机械指前端组成开口状结构，固定机械指的末端与抓取臂固定连接，活动机械指的分为两部分，其活动机械指的第一部分的形状与固定机械指形状对称，活动机械指的第二部分铰链连接在抓取臂上，且活动机械指的第二部分末端向抓取臂弯曲并设有连接孔，抓取臂的中部固定有第五驱动电机，第五驱动电机与连接孔之间连接有拉紧绳，且拉紧绳绕过设置在抓取臂前端的张紧轮。这种结构的特点是，通过简单两指结构提供夹持力，从而实现抓取不同大小直径物体的功能。

进一步的方案是，所述的活动机械指的第一部分后端设有向抓取臂弯曲的固定扣；所述的活动机械指和固定机械指组成的圆弧形抓取结构的后部设有压簧，压簧两端套设在对称设置在固定机械指和活动机械指内侧的凸起上，且压簧整体成圆弧状向开口状结构凸出。所述的固定扣内进一步的抓取直径小于前述两指机构额定大小的物体，而压簧不但提供了两指结构打开的动力，还为两个机械指夹持时进一步提高了夹持力。

进一步的方案是，所述的升降板为上下两层板材通过螺栓螺母固定；所述的滑槽固定在两层板材之间，其两端分别与上下两层板材固定；所述的第二驱动电机固定在下层板上，所述的机械手设置在上层板上，双层式的升降板结构能有效的将机械手和升降动力分隔开来，并提供更多的承载空间，增加进一步开发功能的空间。且将升降机构的主要部分放入到夹层中也能进一步减少外部环境对其内部结构的影响。

更进一步的方案是，所述的第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱动电机均通过开槽固定，所述的开槽为长方形结构，略小于驱动电机的外部轮廓，驱动电机坐设在开槽内通过胶水或铝片螺钉固定。这种固定结构简单，便于拆装维护。

与现有技术相比，本发明所得到的能翻越障碍的机器人，通过设置三个升降机构，使得主动轮和被动轮可以任意的抬起，从而通过交替的抬起主动轮和被动轮，使得整体越过障碍。同时，还配套设计了可抓取的物体的机械手，通过固定机械指和活动机械指的配合抓取大直径物体，还能通过固定扣抓取小直径物体。综上所述，这种能翻越障碍的机器人具有结构简单，设计合理，可扩展性强，越障能力不受驱动轮大小限制，能几乎能翻越与自身等高的障碍的优点。

附图说明

图1是本发明实施例1的主视图。

图2是本发明实施例1的右视图。

图3是本发明实施例1驱动部分的俯视图。

图4是本发明实施例1升降部分的俯视图。

图5是本发明实施例1抓取臂张开情况下示意图。

图6是本发明实施例1行走及准备翻越障碍流程图。

图7是本发明实施例1翻越障碍过程流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1。

如图1-5所示，本实施例描述的能翻越障碍的机器人，包括主动轮1、被动轮2、升降板3及机械手，所述的机械手设置在升降板3上，所述的主动轮1通过第一驱动电机4设置在脚板5两侧，脚板5通过升降机构与升降板3连接，所述的被动轮2设置在被动轮轴6两端，被动轮轴6通过升降机构与升降板3连接，所述的升降板3上通过升降机构设置有至少前后两块脚板5和中间的一根被动轮轴6；所述的升降机构由固定在升降板3上的滑槽7、与滑槽7配合的滑轨8、与滑轨8固定的齿条9、与齿条9配合的齿轮10及给齿轮10提供动力的第二驱动电机11组成，且齿条9和滑轨8穿过升降板3，所述的第二驱动电机11固定在升降板3上，齿条9的底部与脚板5或被动轮轴6固定。

其中，如图2及图5所示，所述的机械手伸出的方向与主动轮1轴心方向一致，所述的机械手包括摆动杆12和抓取臂15，所述的摆动杆12的末端铰链连接在机械手底座13上并于第三驱动电机14的输出轴连接，抓取臂15固定在第四驱动电机16的输出轴上，且第四驱动电机16固定在摆动杆12的前端上，抓取臂15的前端由圆弧形的固定机械指17和活动机械指18组成，两个机械指前端组成开口状结构，固定机械指17的末端与抓取臂15固定连接，活动机械指18的分为两部分，其活动机械指18的第一部分27的形状与固定机械指17形状对称，活动机械指18的第二部分28铰链连接在抓取臂15上，且活动机械指18的第二部分28末端向抓取臂15弯曲并设有连接孔19，抓取臂15的中部固定有第五驱动电机，第五驱动电机与连接孔19之间连接有拉紧绳20，且拉紧绳20绕过设置在抓取臂15前端的张紧轮21。

所述的活动机械指18的第一部分27后端设有向抓取臂15弯曲的固定扣22；所述的活动机械指18和固定机械指17组成的圆弧形抓取结构的后部设有压簧23，压簧23两端套设在对称设置在固定机械指17和活动机械指18内侧的凸起上，且压簧23整体成圆弧状向开口状结构凸出。

所述的升降板3为上下两层板材通过螺栓螺母固定；所述的滑槽7固定在两层板材之间，其两端分别与上下两层板材固定；所述的第二驱动电机11固定在下层板25上，所述的机械手设置在上层板24上。

所述的第一驱动电机4、第二驱动电机11、第三驱动电机14均通过开槽26固定，所述的开槽26为长方形结构，略小于驱动电机的外部轮廓，驱动电机坐设在开槽26内通过胶水或铝片螺钉固定。

在本实施例中，所述的所有驱动电机均采用自锁电机。

工作时，如图6、图7所示，本实施例描述的机器人具有多种形态。

行进时，通过三个升降机构的配合将升降板3降低到最低状态，然后控制与被动轮轴6配合的升降机构，将被动轮2抬离地面，即在行进时被动轮2不接触地面。四个主动轮1分为左右分别控制，当两侧主动轮1往同一个方向转动时则机器人往一个方向运动，若两侧主动轮1往不同方向转动时，则机器人围绕自身中心原地转向，其行进与转动方式与履带式机构类似。但是其由于只有四个主动轮1接触地面，所以转向效率将远高于履带式机构。在特殊的情况下，可以将升降板3提升到任意高度，都不影响其行进及转向。

如图所示，翻越障碍时先将被动轮轴6放下，使得被动轮2也接触到地面用于支撑，然后慢慢靠近障碍，途中将升降板3提升到高于障碍的高度，然后将最靠近障碍的脚板5升起到高于障碍的高度，并进一步的前进，直至升起的脚板5落于障碍上支撑或越过障碍后放下支撑到地面上，然后将被动轮轴6升起到越过障碍的高度，并进一步前进，直至被动轮轴6支撑与障碍上或越过障碍支撑与地面上，最后如前所述过程使最后一个脚板5越过障碍。由此可以看出，本实施例描述的能翻越障碍的机器人，通过三个升降机构的设置，使得在翻越障碍过程中，始终保持有四个轮子触地支撑整个升降板3，保证整个机器人的平衡。同时在与地面接触的四个轮子中至少有两个主动轮1可以给机器人的移动提供动力，且由于两侧的轮子是分开控制的，在翻越障碍是也可以实现转向过程，进一步调整机器人的形态及面对障碍的角度，从而进一步提高翻越障碍的成功率。

如图2及图5所示，在机械手抓取物体时，可以通过第三驱动电机14和第四驱动电机16调整机械手的形态及角度使得两个机械指前端组成的开口对准物体，在初始状态下，拉紧绳20处于松弛状态，两个机械指在压簧23的作用打开，使得前端的开口较大，当物体进入到开口内后，第五驱动电机开始工作收紧拉紧绳20，在拉紧绳20的作用活动机械指18向固定机械指17靠拢，从而抓紧物体，在抓紧状态下，由于两个机械指之间的距离减少，使得压簧23进一步的被压缩，圆弧状的压簧23会进一步的向开口状结构的方向凸出，也能从第三个方向上向被抓物体提供抓持力。

如图5所示，对于抓持直径较小的物体时，可以利用活动机械指18后部的固定扣22。使用时，先通过第五驱动电机拉动拉紧绳20，使得活动机械指18尽量靠近固定机械指17，从而使得固定扣22与抓取臂15之间的空间增大，带被抓物体进入到前述空间内后，防松拉紧绳20利用压簧23的压力，使得固定扣22向抓取臂15方向转动，从而夹持住小直径物体。

同时，机械手伸出的方向与轮轴伸出的方向一致，即从机器人的侧面伸出。由于机器人通过四个独立驱动的主动轮1驱动，完全可以通过原地转向的方式来调整机械手的方向，而当机器人因为翻越障碍出现侧翻时，机械手还能伸出升降板3外起到支撑作用，从而将机器人扶正。

Claims (3)

1.一种能翻越障碍的机器人，包括主动轮、被动轮、升降板及机械手，其特征是所述的机械手设置在升降板上，所述的主动轮通过第一驱动电机设置在脚板两侧，脚板通过升降机构与升降板连接，所述的被动轮设置在被动轮轴两端，被动轮轴通过升降机构与升降板连接，所述的升降板上通过升降机构设置有至少前后两块脚板和中间的一根被动轮轴；所述的升降机构由固定在升降板上的滑槽、与滑槽配合的滑轨、与滑轨固定的齿条、与齿条配合的齿轮及给齿轮提供动力的第二驱动电机组成，且齿条和滑轨穿过升降板，所述的第二驱动电机固定在升降板上，齿条的底部与脚板或被动轮轴固定；

所述的机械手伸出的方向与主动轮轴心方向一致，所述的机械手包括摆动杆和抓取臂，所述的摆动杆的末端铰链连接在机械手底座上并于第三驱动电机的输出轴连接，抓取臂固定在第四驱动电机的输出轴上，且第四驱动电机固定在摆动杆的前端上，抓取臂的前端由圆弧形的固定机械指和活动机械指组成，两个机械指前端组成开口状结构，固定机械指的末端与抓取臂固定连接，活动机械指的分为两部分，其活动机械指的第一部分的形状与固定机械指形状对称，活动机械指的第二部分铰链连接在抓取臂上，且活动机械指的第二部分末端向抓取臂弯曲并设有连接孔，抓取臂的中部固定有第五驱动电机，第五驱动电机与连接孔之间连接有拉紧绳，且拉紧绳绕过设置在抓取臂前端的张紧轮：

所述的活动机械指的第一部分后端设有向抓取臂弯曲的固定扣；所述的活动机械指和固定机械指组成的圆弧形抓取结构的后部设有压簧，压簧两端套设在对称设置在固定机械指和活动机械指内侧的凸起上，且压簧整体成圆弧状向开口状结构凸出，通过固定机械指和活动机械指的配合抓取大直径物体，通过固定扣抓取小直径物体。

2.根据权利要求1所述的能翻越障碍的机器人，其特征是所述的升降板为上下两层板材通过螺栓螺母固定；所述的滑槽固定在两层板材之间，其两端分别与上下两层板材固定；所述的第二驱动电机固定在下层板上，所述的机械手设置在上层板上。

3.根据权利要求1-2任意一项所述的能翻越障碍的机器人，其特征是所述的第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱动电机均通过开槽固定，所述的开槽为长方形结构，略小于驱动电机的外部轮廓，驱动电机坐设在开槽内通过胶水或铝片螺钉固定。