CN107160961A - 轮式多功能车以及水陆两用机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明介绍了一种轮式多功能车以及水陆两用机器人，用于水路和陆地两用，包括车架部分以及安装在车架部分上的前轮驱动机构、后轮驱动机构和机械臂总成，前轮驱动机构包括安装块、多功能车轮和弹性组件，其中，所述安装块枢接在车架部分的前端，并在驱动动力的驱动下安装块相对车架部分进行左右方位的摆动；所述多功能车轮通过弹性组件安装在安装块上，其中，弹性组件包括两端分别与多功能车轮和安装块铰接连接的框架，并在框架和车架部分之间通过弹簧组件进行弹性连接；多功能车轮通过轴承安装在框架上，通过安装在框架上的驱动动力驱动多功能车轮转动。该机器人可执行陆地，水面，潜水的任务，从用途上更加广。
Description
技术领域
该发明涉及特种救援机器人技术领域。
背景技术
多用途的机器人一直是机器人技术研究的重点和难点，也是机器人智能化的最终目的。传统的机器人只能实现小部分的功能，目前市面上还没有一种简单实用的机器人能同时实现陆地，水面，甚至是潜水作业。实现机器人适用于各种环境和地形一直是机器人行业发展的重点，因此我们改进一些机器人的不足，使机器人能完成水陆作业，使其自身功能更加强大。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供一种轮式多功能车以及水陆两用机器人，首要解决的技术问题是提供一种自行走式的多功能车，次要技术问题是，提供一种救援机器人。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：
轮式多功能车，包括车架部分以及安装在车架部分上的前轮驱动机构、后轮驱动机构和机械臂总成，其特征在在于，
所述前轮驱动机构包括安装块、多功能车轮和弹性组件，其中，所述安装块枢接在车架部分的前端，并在驱动动力的驱动下安装块相对车架部分进行左右方位的摆动；
所述多功能车轮通过弹性组件安装在安装块上，其中，弹性组件包括两端分别与多功能车轮和安装块铰接连接的框架，并在框架和车架部分之间通过弹簧组件进行弹性连接；
多功能车轮通过轴承安装在框架上，通过安装在框架上的驱动动力驱动多功能车轮转动；
位于车架部分后侧的后轮驱动机构包括传动轴、轴承座、阻尼组件、履带轮组件和一号电机，其中，所述传动轴穿过四组轴承座并在传动轴的两端端部安装履带轮组件，所述传动轴通过链条传动由一号电机驱动；
车架部分的中央部分安装一机械臂总成。
所述机械臂总成包括安装立柱、旋转盘、机械臂和机械爪，其中，在安装立柱内设置二号电机和旋转盘，在旋转盘上安装一个机械臂，所述机械臂采用平行四边形的连杆机构，通过电机驱动机械臂的变形，在机械臂的远端安装一个机械爪，机械爪在三号电机的控制下实现抓取和释放的动作。
多功能车轮，由
外壳，圆柱状的所述外壳中具有一个空腔，以及与空腔贯通的缝隙，若干所述缝隙沿外壳的圆柱面周向均匀布置；
滑水板，每一所述缝隙中滑动的安装一滑水板，所述滑水板与缝隙之间设有密封件；
以及位于空腔中的连杆、转盘、主轴和四号电机组成，所述四号电机的动力输出轴通过主轴连接两个转盘，所述连杆两端分别铰接连接转盘和滑水板，电机驱动滑水板沿缝隙滑动。
所述外壳包括端盖和橡胶块的复合结构，中间的橡胶块和两侧的端盖之间采用粘接、铆接或者螺栓连接的方式进行连接，并在连接处进行水封密封。
在左、右的端盖上分别设有用于和车架上的轴承座进行转动配合的转轴，并在其中一个转轴上设置花键槽，通过键链接和驱动动力进行动力连接。
水陆两用机器人，包括轮式多功能车，以及安装在车架部分上的传感器模块，所述传感器模块为距离传感器、雷达、摄像头或/和生命探测传感器中的一种或多种的组合。
本发明的有益效果是：
1.前轮部分采用一种新型水陆两用轮，解决水面上动力问题。
2.后轮部分加有简单实用的弹簧减震，遇到凹凸地形照样平稳。
3.该机器人可执行陆地，水面，潜水的任务，从用途上更加广。
附图说明
图1为水陆两用机器人立体图。
图2为水陆两用机器人主视图。
图3为水陆两用机器人剖视图。
图4为车架部分的俯视图。
图5为车架部分的剖视图。
图6为机械臂总成的立体图。
图7为履带轮组件的结构图。
图8为多功能车轮的剖视图。
图9为多功能车轮的轴向剖视图。
具体实施方式
参考图1至图9。
水陆两用机器人。主体结构是是一个轮式行走机构，也就是车架部分，在车架部分400上安装有前轮驱动机构000，后轮驱动机构200，机械臂总成300，以及传感器模块(图上未安装)构成，其中传感器模块为选装件，根据情况选择安装，形成不同功能的救援机器人。
车架部分400采用整体3D打印技术整体成型，为轻质竖直材质，在车架部分的大部分闲置空间中设置有空腔，为水环境下提供浮力支持。
车架部分400的前、中、后分别安装前轮驱动机构000、机械臂总成300和后轮驱动机构200。
前轮驱动机构000，包括安装块010、多功能车轮100和弹性组件020，其中，安装块010通过转轴可转动的枢接在车架部分的前端，并在第一电机011和锥齿轮组传动012的驱动下，使得安装块010可以相对于车架部分进行左右方位的摆动，即，通过第一电机011驱动安装块调整角度。
多功能车轮100通过弹性组件020安装在安装块上，其中，弹性组件包括两端分别与多功能车轮和安装块铰接连接的框架021，并在框架和车架部分之间通过弹簧组件022进行弹性连接，上述的弹簧组件022、框架021和安装块010之间形成一个三角形的连接关系，且在弹簧组件的作用下，发生变形，形成弹性安装。
多功能车轮100整体上由外壳110、滑水板120、连杆130、转盘140、主轴150和第二电机160组成，下面分别就其结构和详细的构造进行说明。
外壳110，该外壳优先选用铝合金铸件的端盖111和橡胶块112的复合结构，其中的端盖111包括两端的圆盘部位，中间部位为橡胶块112组合形成的圆筒形的橡胶车轮，中间的橡胶块112和两侧的端盖之间采用粘接、铆接或者螺栓连接的方式进行连接，连成一体，并在连接处进行水封密封。上述的橡胶块112共五块，均匀布置，此处，是一种最佳的布置方式，并非对本发明的限制。在两两相邻的橡胶块112之间形成一个缝隙，该缝隙为宽度均匀一致的缝隙。在左右的端盖111上分别设有一个转轴113，转轴用于和框架上的轴承座进行转动配合，并在其中一个转轴113上设置花键槽，通过链条传动和第三驱动电机的驱动动力进行动力连接，即，车轮(外壳)整体在第三电机170驱动动力的驱动下可以进行转动。
两个端盖和五块橡胶块之间形成一个圆柱形的空腔，且在两两橡胶块之间形成一个缝隙，缝隙共五个。
在其中一个端盖111的轴心处安装一个微型的第二电机160，该微型的第二电机160选用步进电机，且动力输出轴连接一根主轴150，在主轴的另一端与另一个端盖进行转动配合。在主轴150上套装设置两个转盘，转盘140与主轴之间为花键配合，主轴转动带动转盘转动。
在转盘140上均匀布置有五个圆孔，分别通过连杆130铰接连接一个滑水板120，即，连杆130的两端分别与滑水板和转盘上的圆孔进行铰接连接。
滑水板120滑动的安装在两两橡胶块之间的缝隙中，并在与滑水板接触的橡胶块上设置有水封条，上述的水封条的作用在于防水，防止外侧的水进入到外壳内部。
多功能车轮的转轴113的两端通过轴承安装在框架021上，在框架021的中部固定一个第三电机170，第三电机170通过链条传动驱动多功能车轮转动。
具有两种状态，
状态一，道路行走功能，滑水板收缩并隐藏于车轮的内部，成为一个普通的轮子，驱动动力来自第三电机。
状态二，水路滑动功能，第二电机驱动转盘转动，转盘通过连杆带动滑水板探出至外侧，形成划水浆，通过车轮的转动，滑水板作用于水面，这样在水面上旋转一样能够前进，驱动动力来自第三电机。
上述滑水板在第二电机的驱动下可以进行伸缩，从而实现了水陆两用的功能的切换，快速有效。并在第三电机170的驱动下车轮转动，进行水路或者陆地的行走。本结构采用一种新型水陆两用轮，解决水面上动力问题。
后轮驱动机构200,位于车架部分400的后侧，包括传动轴210、轴承座220、阻尼组件230、履带轮组件240和第四电机250，其中，传动轴210穿过四组轴承座220，并在传动轴的两端端部安装履带轮组件240，每一组轴承座分别通过前、中、后三组阻尼组件安装在车架部分的后端，形成弹性连接，具有一定的减震和悬挂效果。在传动轴的中部设置有一个链轮，通过链条传动由第四电机驱动，形成行走的驱动力。
通过四组阻尼组件的使用，减震效果好，遇到凹凸地形照样平稳。
车架部分400的中央部分为机械手功能安装区域，在该部分设置一个高出的安装立柱410，在安装立柱内设置第五电机310和旋转盘320，其中的第五电机安装在安装柱内，固定，第五电机310的动力输出轴驱动旋转盘转动，可以在360范围内进行转动，在旋转盘320上安装一个机械臂330，该机械臂采用平行四边形的连杆机构，通过第六电机340驱动连杆机构的变形，形成上下方位的空间位置调整，在机械臂的远端安装一个机械爪350，机械爪在第七电机的控制下实现抓取和释放的动作，其中该机械爪的可以为现有的任何样式的机械结构，并不局限于本实施例中的样式，只要能够实现自动抓取和释放的机械爪结构都在本发明的保护范围之内。
进一步地，以此轮式机器人为硬件载体，该机器人可以选择性的装有距离传感器，雷达，摄像头，生命探测传感器等，通过控制中心控制可执行陆地，水面，潜水的任务，从用途上更加广。
根据需要在车架部分的合适外侧固定充气轮胎500，作为缓冲部件，对车架部分整体进行防护。
在陆地上行驶可以克服多种障碍，适用于多种复杂地形，遇到河流时，切换驱动任然可以继续前进。通过摄像头传回来的信息，再通过对机械臂，机械抓的控制从而达到人们想要的目的，例如探索危险区域，清理障碍物，水上救援等。在机械臂上安装超声波传感器来控制抓取物品，避免碰撞。在前轮驱动架上安装雷达，探测与前方障碍物距离，避免发生碰撞。例如，在车身上装上人体生命传感器，当机器人进行搜救时能最快的找到落难者，车身上还装有2.4G无线模块，将摄像采集到的信息传至2.4G无线接收模块，将2.4G无线接收模块与单片机连接实现人机传输控制。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应扩如本发明权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (6)
1.轮式多功能车，包括车架部分以及安装在车架部分上的前轮驱动机构、后轮驱动机构和机械臂总成，其特征在在于，
所述前轮驱动机构包括安装块、多功能车轮和弹性组件，其中，所述安装块枢接在车架部分的前端，并在驱动动力的驱动下安装块相对车架部分进行左右方位的摆动；
所述多功能车轮通过弹性组件安装在安装块上，其中，弹性组件包括两端分别与多功能车轮和安装块铰接连接的框架，并在框架和车架部分之间通过弹簧组件进行弹性连接；
多功能车轮通过轴承安装在框架上，通过安装在框架上的驱动动力驱动多功能车轮转动；
位于车架部分后侧的后轮驱动机构包括传动轴、轴承座、阻尼组件、履带轮组件和一号电机，其中，所述传动轴穿过四组轴承座并在传动轴的两端端部安装履带轮组件，所述传动轴通过链条传动由一号电机驱动；
车架部分的中央部分安装一机械臂总成。
2.根据权利要求1所述的轮式多功能车，其特征在于，所述机械臂总成包括安装立柱、旋转盘、机械臂和机械爪，其中，在安装立柱内设置二号电机和旋转盘，在旋转盘上安装一个机械臂，所述机械臂采用平行四边形的连杆机构，通过电机驱动机械臂的变形，在机械臂的远端安装一个机械爪，机械爪在三号电机的控制下实现抓取和释放的动作。
3.根据权利要求1所述的轮式多功能车，其特征在于，多功能车轮，由
外壳，圆柱状的所述外壳中具有一个空腔，以及与空腔贯通的缝隙，若干所述缝隙沿外壳的圆柱面周向均匀布置；
滑水板，每一所述缝隙中滑动的安装一滑水板，所述滑水板与缝隙之间设有密封件；
以及位于空腔中的连杆、转盘、主轴和四号电机组成，所述四号电机的动力输出轴通过主轴连接两个转盘，所述连杆两端分别铰接连接转盘和滑水板，电机驱动滑水板沿缝隙滑动。
4.根据权利要求1所述的轮式多功能车，其特征在于，所述外壳包括端盖和橡胶块的复合结构，中间的橡胶块和两侧的端盖之间采用粘接、铆接或者螺栓连接的方式进行连接，并在连接处进行水封密封。
5.根据权利要求1所述的轮式多功能车，其特征在于，在左、右的端盖上分别设有用于和车架上的轴承座进行转动配合的转轴，并在其中一个转轴上设置花键槽，通过键链接和驱动动力进行动力连接。
6.水陆两用机器人，包括权利要求1至5所述的轮式多功能车，以及安装在车架部分上的传感器模块，所述传感器模块为距离传感器、雷达、摄像头或/和生命探测传感器中的一种或多种的组合。
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