CN107719491A - 一种履带式移动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明的一种履带式移动机器人，包括集成车体、驱动装置和摇臂装置，所述驱动装置和摇臂装置均固定于集成车体上，所述驱动装置包括第一固定套筒，以及固定于第一固定套筒内用于分别驱动左右主动轮的第一驱动单元和第二驱动单元；所述摇臂装置包括第三驱动单元和摇臂，所述第三驱动单元至少设有两个动力输出端，分别用于驱动连接设置在所述集成车体两侧的摇臂，所述第一驱动单元、第二驱动单元和第三驱动单元均连接于控制器。本发明的有益效果在于：将机器人的车架集成化，驱动装置和摇臂装置模块化，摇臂的动力单独输出并控制，方便机器人爬台阶和翻车后翻转并正常行驶；集成车体方便机器人越过障碍物，更换驱动方式。

Description

一种履带式移动机器人

技术领域

本发明属于移动机器人技术领域，尤其涉及模块化驱动的一种履带式移动机器人。

背景技术

移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统。目前，移动机器人正被越来越多的应用于各种复杂环境，特别是履带式移动机器人的应用更为广发。履带式移动机器人不同于一般的轮式机器人，它通过各种复杂的地形，并可以工作在火场、自然灾害、水下工作、反恐防暴、军事作业、核设施检查等恶劣的环境下，代替人执行一项具有危险性的工作。这些应用场合要求机器人具有体积小、机动性强、转向灵活等特点。在危险环境监测、未知区域探测、行星探测、救援搜索、排爆等各种领域，在这些应用中，常常需要越过障碍物、攀爬台阶、翻车后翻转使其处于行驶状态，翻车是移动机器人使用过程不可避免的一个过程，而且翻车后翻转这个特殊过程、台阶结构的特殊性和攀爬过程的复杂性，对机械结构和控制要求较高，使得移动移动机器人爬台阶一直是移动机器人领域的一个难点和热点。

爬台阶和翻车后的翻转是一个非常复杂的过程，却又是现在移动机器人必须解决的技术难点，为了解决此问题，提出了采用模块化驱动方式的一种履带式移动机器人，使移动机器人能够爬台阶，翻车后翻转和越过障碍物。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种履带式移动机器人，实现了车体的集成化，驱动和摇臂的模块化，解决了移动机器人爬台阶、翻车后翻转和越过障碍物等问题。

为实现该技术目的，本发明的方案是：

一种履带式移动机器人，包括集成车体、驱动装置和摇臂装置，所述驱动装置和摇臂装置均固定于集成车体上；

所述驱动装置包括第一固定套筒，以及固定于第一固定套筒内用于分别驱动左右主动轮的第一驱动单元和第二驱动单元；

所述摇臂装置包括第三驱动单元和摇臂，所述第三驱动单元至少设有两个动力输出端，分别用于驱动连接设置在所述集成车体两侧的摇臂，所述第一驱动单元、第二驱动单元和第三驱动单元均连接于控制器。

优选的，所述摇臂装置还包括摇臂轴，摇臂轴一端与摇臂连接，另一端穿过从动轮的轴孔，通过联轴器与所述第三驱动单元的输出端连接。

优选的，所述第三驱动单元的动力输出端相对应位置还设置有第二固定套筒和第三固定套筒；所述摇臂轴设于所述固定套筒内，所述固定套筒内壁还套设有减震套筒，用于稳定摇臂轴的转动，减少摇臂装置的振动。

优选的，所述第一套固定筒两端，第二固定套筒和第三固定套筒靠近从动轮的一端均延伸出所述集成车体外。

优选的，所述第三驱动单元包括一个驱动电机以及与该驱动电机连接的减速器，所述减速器至少具有两个输出端，分别用于驱动连接与设置在集成车体两侧的摇臂固定连接的摇臂轴。

优选的，所述第三驱动单元包括两个驱动电机，分别用于驱动连接与设置在集成车体两侧的摇臂固定连接的摇臂轴。

优选的，所述履带式移动机器人至少包括左右对称设置的两个主动轮，以及同样对称设置的两个从动轮，所述主动轮和从动轮均设置成一个端面沿轴向凹陷的凹槽型，当处于安装状态时，主动轮和从动轮的凹槽面均正对与之相对应的固定套筒的端面设置，且凹槽的直径大于相对应固定套筒的直径。

优选的，所述联轴器为弹性联轴器。

优选的，所述第一固定套筒、第二固定套筒和第三固定套筒与集成车体之间密封固定，用以实现集成车体内部的密封防水。

优选的，所述集成车体还包括天线单元，所述天线单元包括天线安装座和固定于天线安装座的天线，所述天线用于接收机器人遥控端的信号。

优选的，所述天线安装座设有锥形凹槽，所述天线安装在锥形凹槽中，用于防止天线被折断。

优选的，所述集成车体还包括有线连接接口，用于实现通信的有线连接。

优选的，所述集成车体还包括安装在集成车体上的发光件和摄像头。

优选的，所述摄像头包括安装在集成车体前端的第一摄像头和安装在集成车体顶部的第二摄像头。

本发明的有益效果在于：

本发明的履带式移动机器人，采用集成化的车体和模块化的驱动方式，方便驱动模块的快速高效的更换和维修，用户可以根据需要自行更换驱动方式，将两轮驱动，更换为四轮驱动，将履带式行走更换为轮式行走，集成车体还有便于机器人越过障碍物；摇臂装置为摇臂单独提供动力，方便机器人爬台阶和翻车后翻转；此外，机器人的部件之间为密封性装配，可实现机器人水下作业。

附图说明

图1为本发明实施例的履带式移动机器人的整体结构示意图；

图2为图1中天线安装座的剖视结构示意图；

图3为本发明实施例的履带式移动机器人的集成车体的顶部结构示意图；

图4为本发明实施例的履带式移动机器人的集成车体的底部结构示意图；

图5为本发明履带式移动机器人的拆除履带状态下的结构示意图；

图6为本发明实施例的履带式移动机器人的局部剖视结构示意图；

图7为本发明实施例的履带式移动机器人从动轮与轴的连接套结构示意图；

图8为本发明实施例的第一、第二驱动单元与主动轮连接轴结构示意图；

图9为本发明实施例的履带式移动机器人(四轮驱动方案)的剖视结构示意图；

图10为本发明实施例的履带式移动机器人爬楼梯过程示意图，其中，10-1为机器人车头对准楼梯并驶向台阶踏步结构示意图；10-2为机器人在摇臂支撑下主动轮爬上台阶的结构示意图；10-3为机器人主动轮完全爬上台阶的结构示意图；10-4为机器人完全爬上台阶的结构示意图；

图11为本发明实施例的履带式移动机器人爬楼梯过程示意图，11-1为机器人翻车后的结构示意图；11-2为机器人在摇臂的支撑下开始翻转结构示意图；11-3为机器人在摇臂的支撑下翻转过程结构示意图；11-4为机器人完全翻转结构示意图；

附图标记说明：

1.集成车体，111.第一斜面，112.第二斜面，113.顶盖，114.盖板，11.控制器，121.第一固定套筒，122.第一减速器，123.第二减速器，124.第一电机，125.第二电机，126.第一密封单元，127.第二密封单元，128.轴套，129.减速器输出轴，132.第二固定套筒，133.第三固定套筒，134.摇臂，135.第三减速器，136.第三电机，137.联轴器，138.摇臂轴，139.固定套，12.六边形固定部，13.螺纹固定部，14.天线安装座，141.天线，142.锥形凹槽，143.减震套筒，144.轴承，15.有线连接接口，16.第一摄像头，17.第二摄像头，18.发光件，19.固定块，21.主动轮，211.连接套，22.履带，23.从动轮。

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“坚直”、“水平”、“中心”、“顶”、“底”、“顶部”、“根部”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了使于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的实施例的描述中，述语“第一”、“第二”、“第三”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“组装”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-11及具体实施方式，对本发明进行驶一步的详细说明。

如图1-11所示，一种履带式移动机器人，包括集成车体1、驱动装置和摇臂装置，所述驱动装置和摇臂装置均固定于集成车体上；

所述驱动装置包括第一固定套筒121，以及固定于第一固定套筒内用于分别驱动左右主动轮的第一驱动单元和第二驱动单元；

所述摇臂装置包括第三驱动单元和摇臂134，所述第三驱动单元至少设有两个动力输出端，分别用于驱动连接设置在所述集成车体两侧的摇臂，所述第一驱动单元、第二驱动单元和第三驱动单元均连接于控制器11。

所述第一驱动单元和第二驱动单元均固定于第一固定套筒121内，实现了驱动装置的模块化，所述第一固定套筒121为带有一定厚度且两端开口的圆形套筒，第一驱动单元和第二驱动单元的动力输出端分别从第一固定套筒121和的两端开口引出，用于分别驱动左右主动轮21。所述集成车体的左右两侧还至少分别开设有两个主动轮安装孔，所述第一固定套筒分别穿过所述两个主动轮安装孔固定在集成车体内，且第一固定套筒两端分别延伸出集成车体外。

进一步优选的，集成车体1内还设置有套筒固定块19，所述第一固定套筒121和固定块19上均设有顶丝孔，顶丝穿过第一固定套筒121和固定块19的顶丝孔将第一固定套筒121可拆卸的固定于集成车体1上，这种结构相比只有在固定块19上设有顶丝孔更加牢固可靠，而且这种结构方便拆卸和更换；所述固定块19设置在第一固定套筒121与集成车体1相接触的相应位置，其中固定块19和第一固定套筒121上的顶丝孔和固定顶丝均未在图中画出。

作为优选的，为了提高第一固定套筒121与第一驱动单元和第二驱动单元动力输出端的密封性，在所述第一固定套筒121分别与第一驱动单元和第二驱动单元动力输出端设有第二密封单元127；作为进一步优选的，所述第二密封单元127包括密封圈，用于防止机器人在水中作业时，水通过第一驱动单元和第二驱动单元的动力输出端浸入第一固定套筒内部，对第一固定套筒内的驱动部件造成损坏；在本实施例中，所述第二密封单元127采用V型水封圈,V型水封有很好的密封性。

作为优选的，所述第一驱动单元和第二驱动单元可拆卸的固定在所述第一固定套筒内。作为一种可选择的方案，分别在所述第一固定套筒121上以及第一驱动单元和第二驱动单元端设置相配合的固定组件，比如卡接组件，用以实现第一驱动单元和第二驱动单元在第一固定套筒内的卡接固定。作为另一种优选的方案，在第一驱动单元和第二驱动单元的主体上开设定位盲孔，并在所述第一固定套筒侧壁的相应位置开设限位通孔，第一驱动单元和第二驱动单元放置于第一固定套筒内后，通过固定销插入所述定位盲孔和限位通孔，实现对第一驱动单元和第二驱动单元的固定。

作为优选的，所述第一驱动单元包括第一电机124和第一减速器122，所述第二驱动单元包括第二电机125和第二减速器123，所述第一减速器122和第二减速器123的输入端分别连接第一电机125和第二电机125，减速器输出轴129分别连接左边主动轮和右边主动轮；所述减速器输出轴被设置成至少包括：六边形固定部12和螺纹固定部13，安装固定状态下，通过所述减速器输出轴的六边形固定部12与设置在主动轮21上的连接套211配合固定，避免减速器输出轴与主动轮在圆周方向的相对转动；通过螺帽与减速器输出轴的螺纹固定部13的旋紧配合，实现主动轮与减速器输出轴在轴向的相对移动。本实施例主动轮21与减速器输出轴之间采用螺纹固定和六边形固定的方式，实现了减速器输出轴与主动轮之间动力传递更加稳定，周向定位简单，安装拆卸更加方便。

为了提高集成车体1通过障碍物的能力，在集成车体1底部还设有第一斜面111和第二斜面112，其中第一斜面设置在集成车体1前部和底部之间，第二斜面112设置在集成车体1后部和底部之间，所述第一斜面112可以根据机器人的使用环境适当增大。

所述摇臂装置包括第三驱动单元和摇臂134，所述第三驱动单元至少设有两个动力输出端，所述第三驱动单元的每个动力输出端均连接有摇臂134，用于驱动摇臂134，所述摇臂134通过固定套139固定于摇臂轴138上，所述固定套139通过顶丝固定于摇臂轴138上，所示固定套139上设有顶丝孔，所述摇臂134固定于所述固定套139的外侧端面，方便摇臂360°灵活使用；也便于传递动力，以及方便控制；所述从动轮23与摇臂轴138之间设置有轴套128，轴套128与摇臂轴138之间具有一定间隙，所述摇臂轴138不给从动轮23提供动力，所述轴套128通过顶丝固定于从动轮23上；所述主动轮21和从动轮23上安装有履带，驱动装置驱动主动轮21的转动，同时驱动履带转动，实现履带行走；所述第三驱动单元用于为摇臂134提供动力，在爬台阶和翻车后翻转过程，通过控制器11控制摇臂的活动状态，实现机器人的爬台阶，翻车后翻转。其中本发明的移动机器人翻车后的翻转过程如图11所示，其中11-1为机器人翻车后的结构示意图；11-2为机器人在摇臂的支撑下开始翻转结构示意图；11-3为机器人在摇臂的支撑下翻转过程结构示意图；11-4为机器人完全翻转后的结构示意图；本发明的移动机器人爬台阶过程如图10所示，其中10-1为机器人车头对准楼梯并驶向台阶踏步结构示意图；10-2为机器人在摇臂支撑下主动轮爬上台阶的结构示意图；10-3为机器人主动轮完全爬上台阶的结构示意图；10-4为机器人完全爬上台阶的结构示意图。

所述第一驱动单元、第二驱动单元和第三驱动单元均连接于控制器11，所述控制器11固定于集成车体1内底部内侧，所述控制器11控制所述驱动装置的行走速度和方向，以及摇臂134的活动范围。

作为进一步优选的，如图7所示，还可以通过更换摇臂装置实现四轮驱动，即将摇臂装置取下，更换为所述驱动装置，实现四轮驱动，更换后移动机器人包括两个驱动装置。

作为进一步优选的，如图5所示，不管是四轮驱动还是两轮驱动，所述机器人还可以实现轮式行走，去掉履带22，更换主动轮21和从动轮23为轮式行走轮；而且轮式行走越过障碍物更容易，行走速度更快，用户可以根据自己的需要，灵活旋转行走方式。

作为优选的，所述摇臂装置还包括摇臂轴138，摇臂轴一端与摇臂连接，另一端穿过从动轮的安装孔，通过联轴器137与所述第三驱动单元的输出端连接。所述第三驱动单元的每个动力输出端与摇臂轴138之间均通过联轴器137连接，避免第三驱动单元的动力输出端的轴太长，对轴的要求较高，而且轴太长传递动力不稳定。

作为进一步优选的，所述第三驱动单元包括第三电机136和第三减速器135；所述第三减速器135设有两个对称的动力输出端；所述三减速器135的动力输入端连接第三电机136，输出端分别用于驱动连接与设置在集成车体两侧的摇臂固定连接的摇臂轴，实现摇臂的同步驱动。第三减速器135内部采用行星齿轮传递动力，稳定性更好。

作为优选的，所述第三驱动单元的动力输出端相对应位置还设置有第二固定套筒132和第三固定套筒133；所述第二固定套筒132和第三固定套筒133为带有一定厚度的圆形套筒，所述集成车体的左右两侧还至少分别开设有两个从动轮安装孔，所述第二固定套筒和第三固定套筒的一端分别穿过所述两个从动轮安装孔与第二减速器123和第三减速器135的壳体固定，第二固定套筒和第三固定套筒的另一端穿过所述从动轮安装孔分别延伸出集成车体外。分别与设置在集成车体两侧的摇臂连接的左右摇臂轴138分别设于所述第二固定套筒和第三固定套筒内，所述摇臂轴的一端分别穿过相对应的从动轮的安装孔以及相对应的固定套筒，通过联轴器137与所述第三驱动单元的减速器连接。

作为优选的，为了进一步提高所述摇臂在工作过程的稳定性，在所述摇臂轴138和第二固定套筒132和第三固定套筒133之间均设有减震套筒143，用于稳定摇臂轴的转动，减少摇臂装置的振动。在本实施例中，所述减震套筒143的材料为塑料，所述摇臂134与减震套筒143之间至少设有两个轴承144，轴承144分别设在减震套筒143两端，所述轴承144为密封轴承；优选的，为了进一步提高摇臂装置的密封性，在摇臂轴138与第二固定套筒132之间，以及摇臂轴138和第三固定套筒133之间均设置有密封圈，所述密封圈采用V型水封圈，避免外部的水从摇臂轴与固定套筒之间的间隙进入套筒内部。

作为优选的，所述联轴器138为弹性联轴器，而且弹性联轴器弹性好，收振动，补偿径向和轴向偏差，寿命延长，能够更好地保护设备。

作为另一种优选的方案，所述第三驱动单元包括两个驱动电机，分别用于驱动连接与设置在集成车体两侧的摇臂固定连接的摇臂轴。即实现对集成车体两侧摇臂的独立驱动控制。进一步的，所述第三驱动单元的两个驱动电机均安装设置于一个固定套筒内，所述固定套筒贯穿所述两个从动轮安装孔设置。

作为优选的方案，所述履带式移动机器人至少包括左右对称设置的两个主动轮21，以及同样对称设置的两个从动轮23，所述主动轮和从动轮均设置成一个端面沿轴向凹陷的凹槽型，当处于安装状态时，主动轮和从动轮的凹槽面均正对与之相对应的固定套筒的端面设置，且凹槽的直径大于相对应固定套筒的直径。将所述主动轮和从动轮设置成凹槽型结构有助于减轻机器人的整体重量，提高机器人的机动性能，同时节约材料；此外，所述凹槽的设置也利于套筒与轮之间安装配合，简化机器人的整体结构设计，使之更为紧凑优化。

所述第一固定套筒121两端延伸出所述集成车体1两侧的距离，以及第二固定套筒和第三固定套筒延伸出集成车体两侧的距离均为为L，L＝15～25mm，优选的，为了减少机器人的总体宽度，又不影响机器人的行走，选用L＝20mm。

作为优选的，为了确保集成车体1的密封性，所述第一固定套筒121、第二固定套筒132和第三固定套筒133与集成车体1之间均设有第一密封单元126，优选的，所述第一密封单元126包括密封圈，在本实施例中，该密封单元采用V型水封。

作为优选的，所述集成车体还包括天线单元，所述天线单元包括天线安装座14和固定于天线安装座14的天线141，所述天线141用于接收机器人控制端的控制信号；所述天线安装座14固定于设置在所述集成车体11顶部的顶盖113上，所述顶盖113通过螺栓固定于集成车体1上，其中螺栓未在图中画出；为了防止全金属车体无法接收无线信号，在车体顶盖113上设有非金属盖板114，如图1、3所示，本实施例中，所述盖板114外形为方形。本发明的车体顶部还可以作为搭载平面，比如安装摄像机，排爆设施，救援设施等。

作为进一步优选的，如图2所示，移动机器人在使用过程，由于路况复杂，很容易翻车，翻车后设置在车体顶部的天线14将被自身重力压弯，长时间使用很容易折断，为了避免天线14被折断，所述天线安装座141设有锥形凹槽142，锥形凹槽142的底面为天线的安装面，本实施例中，锥形凹槽142的底面凹与集成车体1顶部，而且所述锥形凹槽142还设有一定的锥度，所述锥形凹槽142的锥度为Φ，其中Φ＝2-6°，所述锥形凹槽142的底面凹与所述顶盖113顶部。

作为进一步优选的，所述锥形凹槽142的锥度为Φ，其中Φ＝3-5°。

作为优选的，如图1所示，为了提高机器人的使用范围，便于机器人代替人完成人更多的工作，如水下长时间作业；由于水下无法接收无线信号，所以，所述集成车体1还包括有线连接接口15，所述有限接口15设置在集成车体1的后部，用于实现通信的有线连接。

作为优选的，所述集成车体1还包括安装在集成车体1的发光件18和摄像头，用于实时监控机器人行驶途中的周围情况，所述发光件18安装在集成车体1的前端，用于机器人行驶中的照明。

作为优选的，如图1所示，为了全方位监控和记录机器人的周边环境情况，所述摄像头包括安装集成车体1前端的第一摄像头16和安装在集成车体顶部的第二摄像头17用于实施监控行驶的周围环境。

最后应说明的是：以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种履带式移动机器人，包括集成车体、驱动装置和摇臂装置，所述驱动装置和摇臂装置均固定于集成车体上,其特征在于:

所述驱动装置包括第一固定套筒，以及固定于第一固定套筒内用于分别驱动左右主动轮的第一驱动单元和第二驱动单元；

所述摇臂装置包括第三驱动单元和摇臂，所述第三驱动单元至少设有两个动力输出端，分别用于驱动连接设置在所述集成车体两侧的摇臂，所述第一驱动单元、第二驱动单元和第三驱动单元均连接于控制器。

2.根据权利要求1所述的一种履带式移动机器人，其特征在于，所述摇臂装置还包括摇臂轴，摇臂轴一端与摇臂连接，另一端穿过从动轮的安装孔，通过联轴器与所述第三驱动单元的输出端连接。

3.根据权利要求2所述的一种履带式移动机器人，其特征在于，所述第三驱动单元的动力输出端相对应位置还设置有第二固定套筒和第三固定套筒；所述摇臂轴设于所述固定套筒内，所述固定套筒内壁还套设有减震套筒，用于稳定摇臂轴的转动，减少摇臂装置的振动。

4.根据权利要求2所述的一种履带式移动机器人，其特征在于，所述联轴器为弹性联轴器。

5.根据权利要求3所述的一种履带式移动机器人，其特征在于，所述第一固定套筒、第二固定套筒和第三固定套筒与集成车体之间密封固定，用以实现集成车体内部的密封防水。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种履带式移动机器人，其特征在于，所述集成车体还包括天线单元，所述天线单元包括天线安装座和固定于天线安装座的天线，所述天线用于接收机器人遥控端的信号。

7.根据权利要求6所述的一种履带式移动机器人，其特征在于，所述天线安装座设有锥形凹槽，所述天线安装在锥形凹槽中，用于防止天线被折断。

8.根据权利要求7所述的一种履带式移动机器人，其特征在于，所述集成车体还包括有线连接接口，用于实现通信的有线连接。

9.根据权利要求7或8所述的一种履带式移动机器人，其特征在于，所述集成车体还包括安装在集成车体上的发光件和摄像头。

10.根据权利要求9所述的一种履带式移动机器人，其特征在于，所述摄像头包括安装在集成车体前端的第一摄像头和安装在集成车体顶部的第二摄像头。