CN108032920A - 一种松软地面爬行机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机器人领域,具体地说是一种松软地面爬行机器人,机体外壳前端的两侧均连接有前车轮,后端设有万向轮,支撑组件的两侧均安装有旋转步进电机,每侧的旋转步进电机输出轴由机体外壳穿出后与同侧的前车轮相连;摇摆步进电机安装在支撑组件上,输出轴与连接板连接,该连接板通过连接轴与所述机体外壳相连,通过摇摆步进电机驱动机体外壳摇摆;机体外壳的两侧均转动连接有下身端盖,每侧的旋转步进电机上均连接有车轮支架,每侧的车轮支架均与同侧的下身端盖相连。本发明的爬行机器人在平面运动的同时可以在所有松软地面爬行,解决现有的一些爬行机器人在沙地等松软地面由于下陷而无法行走和工作的现象。
Description
技术领域
本发明属于机器人领域,具体地说是一种松软地面爬行机器人。
背景技术
轮式移动机器人在代替人类从事危险作业、星球探测以及极地科考等工作中应用十分广泛。沼泽、沙地等松软地面环境是轮式移动机器人不可避免的工作环境。当机器人车轮在松软地面上处于滑转下陷状态时很难继续行走或者工作,为了保证机器人正常行驶,会通过不断提高机器人车轮的牵引力或者增大机器人与地面接触面积的方法使机器人脱离困境。
发明内容
针对传统轮式机器人在沙地等松软地面由于下陷而无法行走和工作的问题,本发明的目的在于提供一种松软地面爬行机器人。该爬行机器人在平面运动的同时可以在所有松软地面爬行。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
本发明包括前车轮、万向轮、下身端盖、机体外壳及分别安装在该机体外壳内的连接板、连接轴、车轮支架、支撑组件、旋转步进电机和摇摆步进电机,其中机体外壳前端的两侧均连接有前车轮,后端设有万向轮,所述支撑组件的两侧均安装有旋转步进电机,每侧的旋转步进电机输出轴由机体外壳穿出后与同侧的前车轮相连;所述摇摆步进电机安装在支撑组件上,输出轴与所述连接板连接,该连接板通过连接轴与所述机体外壳相连,通过摇摆步进电机驱动机体外壳摇摆;所述机体外壳的两侧均转动连接有下身端盖,每侧的所述旋转步进电机上均连接有车轮支架,每侧的车轮支架均与同侧的下身端盖相连;
其中:所述前车轮包括前轮轮体及前轮端盖,该前轮轮体与所述旋转步进电机的输出轴连接,所述前轮轮体的两侧均安装有前轮端盖;所述前轮轮体的轮面沿圆周方向等距等大小地设有多个内凹面,所述前轮端盖为向外凸出的圆弧型轮盖;
所述连接板呈弧形,两端分别设有与所述机体外壳相连的连接轴,该连接板两端之间的位置向上延伸、形成延伸部A,该延伸部上设有与所述机体外壳相连的连接轴,所述连接板的一端端部向下延伸、形成延伸部B,该延伸部B与所述摇摆步进电机输出轴连接;
所述连接板上与各连接轴连接的位置均设有法兰,每根所述连接轴均由法兰穿过,两端均与所述机体外壳相连;
所述摇摆步进电机通过关节支架安装在支撑组件上,该关节支架的一端为圆柱状,另一端为“L”型板;所述连接板上设有车身支架,该车身支架的一端为圆筒状、套在关节支架圆柱状一端上,并与所述摇摆步进电机输出轴相连;
所述支撑组件包括工字支撑板、下支撑板及上支撑板,该上支撑板的两端及下支撑板的两端分别与两侧的车轮支架连接,所述工字支撑板连接于该下支撑板和上支撑板之间,该工字支撑板的两侧分别设有安装在所述下支撑板上、驱动前车轮的旋转步进电机;
所述机体外壳分为形状、结构完全相同的左右两部分。
本发明的优点与积极效果为:
1.本发明的重要零部件都密封在机体外壳内,可以受到很好的保护。
2.本发明设置有两个前车轮和一个万向轮,万向轮起到辅助作用,可以保证在正常地面上稳定行走或静止。
3.本发明两个前轮轮体的轮面为等距等大小的内凹面,并在两端装配外凸圆弧面,其中组成的凹槽可以防止轮面下的沙土流动,提高沙土的承载能力和牵引效率。
4.本发明两个前轮的端盖直径稍大于轮体直径,可以在轮盖外缘装橡胶圈,可以很好的在普通地面上行走,端盖为外凸圆弧状可以增加轮子与沙地的接触面积,更好的防止车轮的下陷。
5.本发明有3个自由度,其中两个转动自由度来实现小车的移动,另一个摆动自由度来调整小车的姿态。
6.本发明可以实现在正常地面直立行走,遇到松软地面后可以自动倒地爬行,在倒地爬行时大大增加与松软地面的接触面积,减小与地面的压强,同样也可以自动由爬行状态自动变为直立状态行走。
附图说明
图1为本发明外部立体结构示意图;
图2为本发明拿掉一半外壳后的立体结构示意图;
图3为本发明的内部结构示意图;
图4为本发明初始状态的结构示意图;
图5为本发明直立行走状态的结构示意图;
图6为本发明处于自平衡状态的结构示意图;
图7为本发明爬行状态的结构示意图;
其中:1为连接板,2为法兰,3为连接轴,4为下身端盖,5为车轮支架,6为前轮轮体,7为前轮端盖,8为万向轮,9为工字支撑板,10下支撑板,11旋转步进电机,12为上支撑板,13为摇摆步进电机,14为车身支架,15为机体外壳,16为关节支架,17为内凹面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1~3所示,本发明包括前车轮、万向轮8、下身端盖4、机体外壳15及分别安装在该机体外壳15内的连接板1、连接轴3、车轮支架5、支撑组件、旋转步进电机11和摇摆步进电机13,其中机体外壳15分为形状、结构完全相同的左右两部分,左右两部分对接形成腔体;机体外壳15前端的两侧下方均连接有前车轮,后端设有万向轮8。机体外壳15两侧的前车轮对称设置,前车轮包括前轮轮体6及前轮端盖7,前轮轮体6的轮面沿圆周方向等距等大小地设有多个内凹面17,前轮轮体6的两侧均安装有前轮端盖7,前轮端盖7为向外凸出的圆弧型轮盖。
支撑组件位于机体外壳15内部的下方,包括工字支撑板9、下支撑板10及上支撑板12,该上支撑板12的两端及下支撑板10的两端分别连接有车轮支架5,工字支撑板9连接于下支撑板10和上支撑板12之间,该工字支撑板9的两侧分别设有固接在下支撑板10上、驱动同侧前车轮旋转的旋转步进电机11,每侧旋转步进电机11的输出轴均由机体外壳15穿出、与同侧的前轮轮体6相连。机体外壳15的两侧均转动连接有下身端盖4,每侧的下身端盖4分别与同侧的车轮支架5连接。
连接板1呈弧形,两端分别设有与机体外壳15相连的连接轴3,该连接板3两端之间的位置向上延伸、形成延伸部A18,该延伸部18上设有与机体外壳15相连的连接轴3;连接板1上与各连接轴3连接的位置均设有法兰2,每根连接轴3均由法兰2穿过,两端均与机体外壳15相连。连接板3的一端端部向下延伸、形成延伸部B19,该延伸部B19连接有车身支架14。连接板1有四个连接点,其中三个连接点通过法兰2与连接轴3连接,并通过连接轴3与机体外壳15相连。连接板3的另一个连接点与机身支架14相连。摇摆步进电机13通过关节支架16固定在上支撑板12上,该关节支架16的一端为圆柱状,另一端为“L”型板。连车身支架14的一端为圆筒状、套在关节支架16圆柱状一端上,并与摇摆步进电机13输出轴相连。
本发明的工作原理为:
机体外壳15两侧的前车轮分别由两个旋转步进电机11各自驱动,并对旋转步进电机11的转速加以控制,以实现机器人的直行与转弯。初始状态如图4,使机体外壳15下部着地,与万向轮8共同支撑,保持直立静止状态;摇摆步进电机13逆时针转,通过关节支架16和连接板1带动机体外壳15调整姿态,同时配合着旋转步进电机11逆时针旋转使爬行机器人中心位于前车轮的正上方,达到图5所示位置;这时通过控制旋转步进电机11控制可以行走,状态如图5所示时,摇摆步进电机13逆时针摇摆,同时旋转步进电机11使前车轮向前旋转,摇摆步进电机13与旋转步进电机11配合,使后面的被动万向轮8离地,使小车处于如图6所示的自平衡状态,状态如图6所示时,摇摆步进电机13逆时针摆动,使爬行机器人的重心向前移动,机体外壳15前倾,为了保持平衡,旋转步进电机11就会逆时针旋转,使机体外壳15向前运动。前倾的角度可以控制爬行机器人移动的速度,使其加速、减速、前进、倒退或静止。当遇到松软地面时,处于自平衡状态的摇摆步进电机13逆时针摇摆,旋转步进电机11逆时针旋转,使车身贴于沙地,并使重心位于前车轮的正上方,如图7所示。当爬行机器人要直立起来时,摇摆步进电机13顺时针摇摆,同时旋转步进电机11顺时针旋转,共同配合使重心一直位于前车轮的正上方,使车身离开地面重新形成自平衡,如图6所示;处于自平衡状态时,摇摆步进电机13顺时针摇摆,同时旋转步进电机11顺时针旋转,可使万向轮8着地,回到图5所示状态,此时爬行机器人可以三轮共同着地行走或者静止;爬行机器人停止工作时,要从图5所示状态摇摆步进电机13逆时针摆动,同时旋转步进电机11逆时针旋转,使机体外壳15下端着地,回到图4所示状态。
Claims (8)
1.一种松软地面爬行机器人,其特征在于:包括前车轮、万向轮(8)、下身端盖(4)、机体外壳(15)及分别安装在该机体外壳(15)内的连接板(1)、连接轴(3)、车轮支架(5)、支撑组件、旋转步进电机(11)和摇摆步进电机(13),其中机体外壳(15)前端的两侧均连接有前车轮,后端设有万向轮(8),所述支撑组件的两侧均安装有旋转步进电机(11),每侧的旋转步进电机(11)输出轴由机体外壳(15)穿出后与同侧的前车轮相连;所述摇摆步进电机(13)安装在支撑组件上,输出轴与所述连接板(1)连接,该连接板(1)通过连接轴(3)与所述机体外壳(15)相连,通过摇摆步进电机(11)驱动机体外壳(15)摇摆;所述机体外壳(15)的两侧均转动连接有下身端盖(4),每侧的所述旋转步进电机(11)上均连接有车轮支架(5),每侧的车轮支架(5)均与同侧的下身端盖(4)相连。
2.根据权利要求1所述的松软地面爬行机器人,其特征在于:所述前车轮包括前轮轮体(6)及前轮端盖(7),该前轮轮体(6)与所述旋转步进电机(11)的输出轴连接,所述前轮轮体(6)的两侧均安装有前轮端盖(7)。
3.根据权利要求2所述的松软地面爬行机器人,其特征在于:所述前轮轮体(6)的轮面沿圆周方向等距等大小地设有多个内凹面(17),所述前轮端盖(7)为向外凸出的圆弧型轮盖。
4.根据权利要求1所述的松软地面爬行机器人,其特征在于:所述连接板(1)呈弧形,两端分别设有与所述机体外壳(15)相连的连接轴(3),该连接板(3)两端之间的位置向上延伸、形成延伸部A(18),该延伸部(18)上设有与所述机体外壳(15)相连的连接轴(3),所述连接板(3)的一端端部向下延伸、形成延伸部B(19),该延伸部B(19)与所述摇摆步进电机(11)输出轴连接。
5.根据权利要求4所述的松软地面爬行机器人,其特征在于:所述连接板(1)上与各连接轴(3)连接的位置均设有法兰(2),每根所述连接轴(3)均由法兰(2)穿过,两端均与所述机体外壳(15)相连。
6.根据权利要求1所述的松软地面爬行机器人,其特征在于:所述摇摆步进电机(13)通过关节支架(16)安装在支撑组件上,该关节支架(16)的一端为圆柱状,另一端为“L”型板;所述连接板(1)上设有车身支架(14),该车身支架(14)的一端为圆筒状、套在关节支架(16)圆柱状一端上,并与所述摇摆步进电机(13)输出轴相连。
7.根据权利要求1所述的松软地面爬行机器人,其特征在于:所述支撑组件包括工字支撑板(9)、下支撑板(10)及上支撑板(12),该上支撑板(12)的两端及下支撑板(10)的两端分别与两侧的车轮支架(5)连接,所述工字支撑板(9)连接于该下支撑板(10)和上支撑板(12)之间,该工字支撑板(9)的两侧分别设有安装在所述下支撑板(10)上、驱动前车轮的旋转步进电机(11)。
8.根据权利要求1所述的松软地面爬行机器人,其特征在于:所述机体外壳(15)分为形状、结构完全相同的左右两部分。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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