CN108248708A - 同构模块化机器人履带式移动机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及移动机器人领域，具体地说是一种同构模块化机器人履带式移动机构，包括多个同构移动单元，且相邻同构移动单元之间通过模块连接调节单元连接，所述同构移动单元包括机壳、履带组件、动力传动系统和驱动电机，其中履带组件中的移动履带分设于机壳各侧，动力传动系统包括输出传动机构、蜗杆、多个蜗轮和多个分动传动机构，蜗杆通过所述驱动电机驱动转动，驱动电机通过所述输出传动机构传递转矩，多个蜗轮沿着蜗杆的圆周方向均布且每个蜗轮对应一个移动履带，在所述移动履带前端设有履带驱动轮，各个蜗轮分别通过一个分动传动机构与机壳各侧移动履带上的履带驱动轮相连。本发明能顺利穿越狭小空间，并可根据需要增减同构移动单元数量。
Description
技术领域
本发明涉及移动机器人领域，具体地说是一种同构模块化机器人履带式移动机构。
背景技术
管道传输、城市配电等领域经常会涉及狭小、多障碍环境，比如用于铺设电缆的电缆沟。电缆沟是一种敷设电缆的地下专用通道，按设计要求开挖并砌筑，沟的侧壁焊接承力角钢架并按要求接地，上面盖以盖板，通常电缆沟内潮湿闷热，除了超容外，还存在垃圾与杂物堆积、积水与淤泥、废旧电缆未拆除等问题，加上电缆绝缘层老化可能引起火灾，以及地下环境长期密封导致有害气体积累，因此人工巡检存在很大难度。如果能利用移动机器人代替人对电缆沟进行巡检，无疑将有效解决电缆沟巡检难题，但现有技术中的移动机器人体积较大，移动性能有限，在狭小、多障碍环境存在转弯困难、稳定性差易侧翻、越障能力有限等缺陷，难以满足实际需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种同构模块化机器人履带式移动机构，不仅能顺利穿越狭小空间，在沟道环境内实现转弯、越障等复杂动作，还可以根据实际需要加装或减少同构模块化移动单元的数量，实现机器人部件的快速替换。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种同构模块化机器人履带式移动机构，包括多个同构移动单元，且相邻同构移动单元之间通过模块连接调节单元连接，所述同构移动单元包括机壳、履带组件、动力传动系统和驱动电机，其中所述履带组件包括多个移动履带单元，所述移动履带单元分设于机壳各侧，驱动电机和动力传动系统均设置于机壳前端，所述动力传动系统包括输出传动机构、蜗杆、多个蜗轮和多个分动传动机构，所述蜗杆通过所述驱动电机驱动转动，所述驱动电机通过所述输出传动机构传递转矩，所述多个蜗轮沿着所述蜗杆的圆周方向均布且每个蜗轮对应一个移动履带单元，在所述机壳每一侧的移动履带单元前端均设有履带驱动轮，各个蜗轮分别通过分动传动机构与机壳各侧移动履带单元上的履带驱动轮相连。
所述动力传动系统中的输出传动机构包括两个啮合的传动齿轮，其中第一传动齿轮设置于所述驱动电机的动力输出轴上，第二传动齿轮设置于所述蜗杆的蜗杆轴上。
所述分动传动机构为一个同步带传动机构，其中主动带轮设置于蜗轮的蜗轮轴上，所述主动带轮通过同步带与所述履带驱动轮相连。
所述移动履带单元包括第一履带、第二履带、履带轮轴和履带带轮，所述第一履带和第二履带分设于所述移动履带单元两侧并分别通过各个履带轮轴上的履带带轮支撑，在所述移动履带单元最前端的履带轮轴上设有所述履带驱动轮。
所述模块连接调节单元包括俯仰舵机、偏航舵机、第一舵机固定架、第二舵机固定架和十字连接架，所述第一舵机固定架和第二舵机固定架分别铰接于十字连接架上，且所述第一舵机固定架俯仰摆动，所述第二舵机固定架水平转动，俯仰舵机安装在所述第一舵机固定架上，偏航舵机安装在所述第二舵机固定架上。
本发明的优点与积极效果为：
1、本发明环境适应性强，本发明采用同构模块化思想设计履带式移动机构，借助履带机构的强附着能力与模块连接调整单元的俯仰偏航调整能力，使得整个机构具有优越的移动、爬坡、越障能力，适用于狭小多障碍环境。
2、本发明所有移动单元采用同构模块化结构，可以根据实际需要增加或减少模块数量，当出现单个模块或连接调整单元故障时，可以利用相同模块快速更换。
3、本发明的移动履带均采用全履带形式，至少一条履带在地面附着，从而保证行驶稳定性。
4、本发明同构移动单元的前后盖板、机壳均考虑密封防护要求，使移动机构可以克服管道、电缆沟阴暗潮湿环境。
附图说明
图1为本发明的整体示意图，
图2为图1中的同构移动单元的剖面示意图，
图3为图2中的履带组件布置示意图，
图4为图3中的移动履带结构示意图，
图5为图2中的动力传动系统示意图，
图6为图1中的模块连接调节单元示意图，
图7为本发明的越障流程示意图，
图8为本发明的转向流程示意图。
其中，1为第一同构移动单元，2为第二同构移动单元，3为第三同构移动单元，4为第四同构移动单元，5为第三模块连接调节单元，6为第二模块连接调节单元，7为第一模块连接调节单元，8为履带组件，9为动力传动系统，10为后盖板，11为机壳，12为移动履带单元，13为动力传动装置安装板，14为前盖板，15为履带轮轴，16为第二履带，17为履带带轮，18为第一履带，19为履带驱动轮，20为同步带，21为主动带轮，22为蜗轮，23为蜗轮轴，24为蜗杆，25为蜗杆轴，26为第二传动齿轮，27为第一传动齿轮，28为动力输出轴，29为驱动电机，30为第一舵机固定架，31为俯仰舵机，32为第二舵机固定架，33为十字连接架，34为偏航舵机，35为障碍物。
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所示，本发明包括多个同构移动单元，且相邻同构移动单元之间通过模块连接调节单元连接，如图2～5所示，所述同构移动单元包括机壳11、履带组件8、动力传动系统9和驱动电机29，其中所述履带组件8包括多个移动履带单元12，所述机壳11呈长方形，在所述机壳11上下侧和左右侧均设有一个移动履带单元12，驱动电机29和动力传动系统9均设置于机壳11前端，所述动力传动系统9包括输出传动机构、蜗杆24、多个蜗轮22和多个分动传动机构，所述蜗杆24通过所述驱动电机29驱动转动，所述驱动电机29通过所述输出传动机构传递转矩，所述多个蜗轮22沿着所述蜗杆24的圆周方向均布且每个蜗轮22对应一个移动履带单元12，所述蜗杆24转动即驱动所述多个蜗轮22同步转动，在所述机壳11每一侧的移动履带单元12前端均设有一个履带驱动轮19，所述多个蜗轮22分别通过一个分动传动机构与机壳11各侧的移动履带单元12上的履带驱动轮19相连，从而实现驱动各个移动履带单元12同步移动。
如图5所示，动力传动系统9中的输出传动机构包括两个啮合的传动齿轮，其中第一传动齿轮27设置于所述驱动电机29的动力输出轴28上，第二传动齿轮26设置于所述蜗杆24的蜗杆轴25上，所述分动传动机构为一个同步带传动机构，其中主动带轮21设置于所述蜗轮22的蜗轮轴23上，所述主动带轮21通过同步带20与所述履带驱动轮19相连。
如图3所示，所述机壳11前端设有一个安装架，所述安装架包括动力传动装置安装板13、前盖板14和侧板，所述蜗杆24的蜗杆轴25两端分别通过所述动力传动装置安装板13和前盖板14支承，所述蜗轮22的蜗轮轴23两端分别通过各个侧边支承，在所述机壳11后端设有后盖板10，所述机壳11内部为密封结构，保证内部元件不受管道、电缆沟等阴暗潮湿环境影响。所述履带组件8中的各个移动履带单元12分别安装在机壳11的各侧面上。
如图4所示，所述移动履带单元12包括第一履带18、第二履带16、履带轮轴15和履带带轮17，所述第一履带18和第二履带16分设于所述移动履带单元12两侧并分别通过各个履带轮轴15上的履带带轮17支撑，在所述移动履带单元12最前端的履带轮轴15中部设有所述履带驱动轮19。
如图6所示，所述模块连接调节单元包括俯仰舵机31、偏航舵机34、第一舵机固定架30、第二舵机固定架32和十字连接架33，所述第一舵机固定架30和第二舵机固定架32分别铰接于十字连接架33上，且所述第一舵机固定架30俯仰摆动，所述第二舵机固定架32水平转动，俯仰舵机31安装在所述第一舵机固定架30上，偏航舵机34安装在所述第二舵机固定架32上，俯仰和水平摆动两个自由度均可以实现主动和被动的切换，当机器人行走时，模块连接调节单元被动控制，以适应不规则的地面环境，使移动履带单元12有效地覆盖地面；当机器人需要越障或转弯时，模块连接调节单元主动控制，可以实现对同构移动单元的俯仰和横摆偏角调整。所述俯仰舵机31和偏航舵机34为本领域公知技术。
本发明的工作原理为：
如图1所示，本实施例中共设有四个同构移动单元，其中第一同构移动单元1与第二同构移动单元2之间通过第一模块连接调节单元7连接，第二同构移动单元2与第三同构移动单元3通过第二模块连接调节单元6连接，第三同构移动单元3和第四同构移动单元4通过第三模块连接调节单元5连接，所述同构移动单元和模块连接调节单元数量可根据实际需要调整，且同构移动单元的数量比模块连接调节单元多一个，即同构移动单元数量n与模块连接调节单元数量m之间满足m＝n-1。
由于电缆沟内环境复杂，本发明在巡检过程中需要克服砂石、地面电缆等障碍物35的阻碍，当障碍物35的高度不大于机器人履带前轮离地高度时，机器人可以不用改变任何姿态轻松越过，当障碍物35高度较高时，如图7所示，本发明可以利用俯仰舵机31依次调整模块连接调节单元的俯仰自由度，使同构移动单元高于障碍物高度，依次完成障碍物35跨越。
如图8所示，本发明在需要转弯时，可以依次调整偏航舵机34角度，使多个同构移动单元从共线状态调整至同弧形状态，进而完成整个移动机器人的转向，转向完毕后，利用相同的原理再次将同构模块化模块单元调整至共线状态并继续前进或后退。
Claims (5)
1.一种同构模块化机器人履带式移动机构，其特征在于：包括多个同构移动单元，且相邻同构移动单元之间通过模块连接调节单元连接，所述同构移动单元包括机壳(11)、履带组件(8)、动力传动系统(9)和驱动电机(29)，其中所述履带组件(8)包括多个移动履带单元(12)，所述移动履带单元(12)分设于机壳(11)各侧，驱动电机(29)和动力传动系统(9)均设置于机壳(11)前端，所述动力传动系统(9)包括输出传动机构、蜗杆(24)、多个蜗轮(22)和多个分动传动机构，所述蜗杆(24)通过所述驱动电机(29)驱动转动，所述驱动电机(29)通过所述输出传动机构传递转矩，所述多个蜗轮(22)沿着所述蜗杆(24)的圆周方向均布且每个蜗轮(22)对应一个移动履带单元(12)，在所述机壳(11)每一侧的移动履带单元(12)前端均设有履带驱动轮(19)，各个蜗轮(22)分别通过分动传动机构与机壳(11)各侧移动履带单元(12)上的履带驱动轮(19)相连。
2.根据权利要求1所述的同构模块化机器人履带式移动机构，其特征在于：所述动力传动系统(9)中的输出传动机构包括两个啮合的传动齿轮，其中第一传动齿轮(27)设置于所述驱动电机(29)的动力输出轴(28)上，第二传动齿轮(26)设置于所述蜗杆(24)的蜗杆轴(25)上。
3.根据权利要求1所述的同构模块化机器人履带式移动机构，其特征在于：所述分动传动机构为一个同步带传动机构，其中主动带轮(21)设置于蜗轮(22)的蜗轮轴(23)上，所述主动带轮(21)通过同步带(20)与所述履带驱动轮(19)相连。
4.根据权利要求1所述的同构模块化机器人履带式移动机构，其特征在于：所述移动履带单元(12)包括第一履带(18)、第二履带(16)、履带轮轴(15)和履带带轮(17)，所述第一履带(18)和第二履带(16)分设于所述移动履带单元(12)两侧并分别通过各个履带轮轴(15)上的履带带轮(17)支撑，在所述移动履带单元(12)最前端的履带轮轴(15)上设有所述履带驱动轮(19)。
5.根据权利要求1所述的同构模块化机器人履带式移动机构，其特征在于：所述模块连接调节单元包括俯仰舵机(31)、偏航舵机(34)、第一舵机固定架(30)、第二舵机固定架(32)和十字连接架(33)，所述第一舵机固定架(30)和第二舵机固定架(32)分别铰接于十字连接架(33)上，且所述第一舵机固定架(30)俯仰摆动，所述第二舵机固定架(32)水平转动，俯仰舵机(31)安装在所述第一舵机固定架(30)上，偏航舵机(34)安装在所述第二舵机固定架(32)上。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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