CN108528564A - 一种轮径可变的半步态软体机器人小车 - Google Patents
一种轮径可变的半步态软体机器人小车 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108528564A CN108528564A CN201810089647.4A CN201810089647A CN108528564A CN 108528564 A CN108528564 A CN 108528564A CN 201810089647 A CN201810089647 A CN 201810089647A CN 108528564 A CN108528564 A CN 108528564A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- wheel
- stepper motor
- trolley
- spline
- diameter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D63/00—Motor vehicles or trailers not otherwise provided for
- B62D63/02—Motor vehicles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
- B60B19/00—Wheels not otherwise provided for or having characteristics specified in one of the subgroups of this group
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D11/00—Steering non-deflectable wheels; Steering endless tracks or the like
- B62D11/02—Steering non-deflectable wheels; Steering endless tracks or the like by differentially driving ground-engaging elements on opposite vehicle sides
- B62D11/04—Steering non-deflectable wheels; Steering endless tracks or the like by differentially driving ground-engaging elements on opposite vehicle sides by means of separate power sources
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Transportation (AREA)
- Manipulator (AREA)
- Toys (AREA)
Abstract
本发明涉及机器人小车,特指一种轮径可变的半步态软体机器人小车。该机器人在轮脚安装软体材料,通过绕线的方式改变车轮直径;在车架连接上使用软体材料,通过软体材料能够变形的特性,实现机器人运动的柔顺性和通过较高的障碍物。
Description
技术领域
本发明涉及机器人小车的结构设计、转向和柔软体材料的应用控制领域,具体涉及一种通过柔性杆连接和改变轮子直径,实现软体机器人小车的转向和爬过不同高度的障碍。
背景技术
随着制造与设计技术的发展,越来越多的不同形式的机器人小车得以实现。其中可变直径的车轮和运动的柔顺性是其中较为新兴之处。关于可变直径的车轮,申请号为201110148799.5的中国专利申请公开了一种适用于可变直径半步态的四连杆轮架,通过液压系统控制六个轮脚的伸出或缩回,从而实现轮子的直径变大或变小。但其采用的液压驱动方式,六个轮脚上都要加装相应的液压装置,结构较为复杂,容易产生故障,且体积较大,不适合小型化。关于运动的柔顺性,传统的机器人小车多为刚性结构,运动缺乏柔顺性,不能通过自身结构的弯曲来通过较高的障碍物。
发明内容
为解决现有机器人小车的车轮变直径和运动柔顺性问题,本发明提供了一种轮直径可变的半步态软体机器人小车,该机器人在轮脚安装软体材料,通过绕线的方式改变车轮直径;在车架连接上使用软体材料,通过软体材料能够变形的特性,实现机器人运动的柔顺性和通过较高的障碍物。
一种轮直径可变的半步态软体机器人小车,其特征在于:所述轮直径可变的半步态软体机器人小车包括带支架的空心轮毂、柔性脚、轴承、轴承座、绕线槽、细钢丝绳、空转槽、花键、花键槽、塔形弹簧、端盖、步进电机、推拉式电磁铁、固定架、柔性杆,前部连接件、后部连接件和控制模块。
其中轴承1、第一个轴承座、绕线槽以步进电机回转中心线为中心,第一个轴承座套在轴承1上,有轴承1的那一端靠近步进电机,绕线槽用胶粘接在第一个轴承座远离步进电机的那一端上,上述连接结构构成内侧回转部件,将内侧回转部件以轴承1外端面对步进电机前端面的方式固定在步进电机转轴上;四根细钢丝绳一端固定在绕线槽外侧的步进电机转轴上,另一端从绕线槽侧面的四个孔分别引出;将空转槽粘接在绕线槽远离步进电机的那一侧端面上;将花键固定在步进电机转轴上使得花键靠近步进电机那一侧的端面与空转槽远离步进电机那一侧的端面在同一平面上;花键槽、轴承座、轴承以步进电机回转中心线为中心,将花键槽套在花键上,将第二个轴承座不装轴承2的那一面粘接在花键槽远离步进电机的那一侧端面,将轴承2装入第二个轴承座内,上述连接结构构成外侧回转部件,将外侧回转部件安装在步进电机回转轴上,使花键槽装有花键的那一侧端面与空转槽远离步进电机那一侧端面贴合固定;塔形弹簧装在步进电机转轴尾部,端盖固定在步进电机转轴末端;上述连接构成回转部件。
所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的车轮由柔性脚按一定角度粘接在带支架的空心轮毂的四个支架末端构成;将上述的回转部件装入到带支架的空心轮毂的空心轴上,使两侧的轴承端面与轮毂端面对齐,并使回转部件与带支架的空心轮毂相固定;将绕线槽引出的四根细钢丝绳分别固定在柔性脚上并靠近柔性脚与带支架的空心轮毂的连接处;上述连接结构构成一个轮径可变的车轮。
所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的车架由柔性杆的首尾两端分别粘接在固定架连接杆的中点位置上构成。
所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的轮径可变的车轮通过其中的步进电机固定在车架的固定架的槽中,限制其径向自由度;每个步进电机两侧各布置一个推拉式电磁铁,推拉式电磁铁与固定架之间用螺栓固定;步进电机的前后端面分别与推拉式电磁铁的推杆首尾两端固定。按照上述轮径可变的车轮与车架的连接方式,在车架的固定架上对称安装4个轮径可变的车轮。
所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的控制模块分布在柔性杆与固定架连接点的两侧。
本发明的进一步限定技术方法如下:
1.前述轴承座、绕线槽、空转槽、花键槽的外径相同,且与带支架的空心轮毂的空心轴之间的连接为过盈配合,使固定能加紧密。
2.前述花键与花键槽之间为间隙配合,花键槽边缘做倒圆,使花键更容易进入键槽。
3.前述柔性脚顶端的回转半径大于柔性脚与带支架的空心轮毂连接处的回转半径。
4.前述步进电机与固定架的连接只限制其径向自由度,连接处光滑,轴向摩擦力小。
本发明的有益效果是:
1.本发明轮直径可变的半步态软体机器人小车为四轮独立驱动,可以通过步进电机的转速控制各个轮的转速,转速相同控制直行的快慢,转速不同控制转弯的方向与速度。
2.本发明轮直径可变的半步态软体机器人小车通过步进电机空转改变车轮直径,从而提高机器人小车钻过低矮空间和越过较高障碍物的能力。
3.本发明轮直径可变的半步态软体机器人小车柔性脚的设计使机器人小车在运动过程中相对于其他步态机器人更具有柔顺性,向前运动适合平地或者小凹凸不平的地面,向后运动适合凹凸不平或者有台阶的路面。
4.本发明轮直径可变的半步态软体机器人小车的柔性杆的设计,使得机器人小车在爬越台阶等障碍时柔性杆能够变形让机器人小车的底盘不接触台阶,实现机器人小车的顺利越障。
5.本发明轮直径可变的半步态软体机器人小车可以通过改变一侧车轮直径,在四轮转速相同的情况下实现转弯。
6.本发明轮直径可变的半步态软体机器人小车通过控制模块,实现机器人小车的自主路线规划和越障、直行等运动。
附图说明
图1是本发明所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的立体图;
图2是本发明所述轮直径可变的半步态软体机器人小车结构的俯视图;
图3是本发明所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的车轮部分的剖视图;
图4是本发明所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的右视图;
图5是本发明所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的轴承座结构图;
图6是本发明所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的绕线槽结构图;
图7是本发明所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的空转槽零件结构图;
图8是本发明所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的花键槽零件结构图;
图9是本发明所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的花键结构图;
图10是本发明所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的带支架的空心轮毂的结构图;
图11是本发明所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的步进电机与推拉式电磁铁的前部连接零件结构图;
图12是本发明所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的步进电机与推拉式电磁铁的后部连接零件结构图。
其中:1-带支架的空心轮毂;2-柔性脚;3-推拉式电磁铁;4-步进电机;5-固定架;6-塔形弹簧;7-端盖;8-柔性杆;9-前部连接件;10-后部连接件;11-控制模块;12-轴承;13-轴承座;14-绕线槽;15-空转槽;16-花键;17-花键槽;18-细钢丝绳。
具体实施方式
为充分说明本发明的目的、特征及功能,借由下述具体的实施方式,对本发明做详细说明。
如图1、图2、图3和图4,本发明一种轮直径可变的半步态软体机器人小车,主要包括组成直径可变车轮的带支架的空心轮毂1、柔性脚2、步进电机4、塔形弹簧6、端盖7、轴承12、轴承座13、绕线槽14、空转槽15、花键16和花键槽17、细钢丝绳18,能够改变步进电机4轴向位置的推拉式电磁铁3,将推拉式电磁铁3和步进电机4相固定的前部连接件9、后部连接件10,构成整体结构框架的固定架5和柔性杆8,以及控制机器人小车运动方式的控制模块11。其中四根细钢丝绳18一端固定在步进电机4转轴上,另一端分别从绕线槽14侧面的四个孔引出,并将其固定在柔性脚2上靠近柔性脚2与带支架的空心轮毂1的连接处,并使引出的细钢丝绳18线长能够恰好满足柔性脚2自然伸展。
本发明一种轮直径可变的半步态软体机器人小车的车轮直径变化的机理在于:小车正常行驶时,固定在步进电机4转轴上的花键16卡在花键槽17中,电机转轴带动车轮旋转,实现机器人小车的运动。变换车轮直径时,给相应的推拉式电磁铁3通电,利用推拉式电磁铁产生的拉力将步进电机4向后拉出一段距离,使得花键16退出花键槽17,进入空转槽15,步进电机4转动时,轮子不转,步进电机4的转轴转动,使细钢丝绳18缠绕在转轴上,细钢丝绳18拉动柔性脚2,使柔性脚2向车轮中心收拢,从而减小车轮半径;需要车轮直径变大时,步进电机4反向转动,柔性脚2产生恢复力,带动细钢丝绳18一起伸展,轮子直径变大。轮子最大直径为柔性脚2自然伸展时的直径。车轮直径变化完成后,通过推拉式电磁铁3的复位弹簧和塔形弹簧6使步进电机4和推拉式电磁铁3的推杆复位,花键槽17的键槽边缘做边倒圆,使得花键16更容易进入花键槽17。
本发明一种轮直径可变的半步态软体机器人小车正向行驶时为半步态的运动方式,即柔性脚2与带支架的空心轮毂1的连接处先着地,柔性脚2的前端后着地;反向行驶时柔性脚2前端先着地,柔性脚2与带支架的空心轮毂1的连接处后着地。通过平坦路面使采用正向行驶的方式。通过台阶等具有一定高度的障碍时,采用反向行驶的方式。小车反向行驶攀爬台阶时,调整轮子的直径大小,使其在运动时柔性脚2前端能够勾住台阶,使小车前轮部分爬上台阶,此时柔性杆8发生一定的变形,使小车在前轮在台阶上、后轮在台阶下时,小车的底座不会触碰台阶边缘,同时也能调整前后轮之间的角度,使小车能够以较为柔顺的方式,通过台阶等障碍物。
本发明一种轮直径可变的半步态软体机器人小车有两种转弯方式:轮直径相同情况下调整电机转速使小车左侧和右侧转速不同;电机转速相同情况下,调整轮直径,向一侧转弯时调大另一侧轮直径或调小这一侧轮直径。
Claims (8)
1.一种轮直径可变的半步态软体机器人小车,其特征在于:所述小车包括带支架的空心轮毂、柔性脚、轴承、轴承座、绕线槽、细钢丝绳、空转槽、花键、花键槽、塔形弹簧、端盖、步进电机、推拉式电磁铁、固定架、柔性杆,前部连接件、后部连接件和控制模块;
其中轴承1、第一个轴承座、绕线槽以步进电机回转中心线为中心,第一个轴承座套在轴承1上,有轴承1的那一端靠近步进电机,绕线槽用胶粘接在第一个轴承座远离步进电机的那一端上,上述连接结构构成内侧回转部件;将内侧回转部件以轴承1外端面对步进电机前端面的方式固定在步进电机转轴上;四根细钢丝绳一端固定在绕线槽外侧的步进电机转轴上,另一端从绕线槽侧面的四个孔分别引出;将空转槽粘接在绕线槽远离步进电机的那一侧端面上;将花键固定在步进电机转轴上使得花键靠近步进电机那一侧的端面与空转槽远离步进电机那一侧的端面在同一平面上;花键槽、轴承座、轴承以步进电机回转中心线为中心,将花键槽套在花键上,将第二个轴承座不装轴承2的那一面粘接在花键槽远离步进电机的那一侧端面,将轴承2装入第二个轴承座内,上述连接结构构成外侧回转部件,将外侧回转部件安装在步进电机回转轴上,使花键槽装有花键的那一侧端面与空转槽远离步进电机那一侧端面贴合固定;塔形弹簧装在步进电机转轴尾部,端盖固定在步进电机转轴末端;上述连接构成回转部件;
所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的车轮由柔性脚按一定角度粘接在带支架的空心轮毂的四个支架末端构成;将上述的回转部件装入到带支架的空心轮毂的空心轴上,使两侧的轴承端面与轮毂端面对齐,并使回转部件与带支架的空心轮毂相固定;将绕线槽引出的四根细钢丝绳分别固定在柔性脚上并靠近柔性脚与带支架的空心轮毂的连接处;上述连接结构构成一个轮径可变的车轮;
所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的车架由柔性杆的首尾两端分别粘接在固定架连接杆的中点位置上构成;
所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的轮径可变的车轮通过其中的步进电机固定在车架的固定架的槽中,限制其径向自由度;每个步进电机两侧各布置一个推拉式电磁铁,推拉式电磁铁与固定架之间用螺栓固定;步进电机的前后端面分别与推拉式电磁铁的推杆首尾两端固定;按照上述轮径可变的车轮与车架的连接方式,在车架的固定架上对称安装4个轮径可变的车轮;
所述轮直径可变的半步态软体机器人小车的控制模块分布在柔性杆与固定架连接点的两侧。
2.如权利要求1所述的一种轮直径可变的半步态软体机器人小车,其特征在于:所述轴承座、绕线槽、空转槽、花键槽的外径相同,且与带支架的空心轮毂的空心轴之间的连接为过盈配合,使固定能加紧密。
3.如权利要求1所述的一种轮直径可变的半步态软体机器人小车,其特征在于:所述花键与花键槽之间为间隙配合,花键槽边缘做倒圆,使花键更容易进入键槽。
4.如权利要求1所述的一种轮直径可变的半步态软体机器人小车,其特征在于:所述柔性脚顶端的回转半径大于柔性脚与带支架的空心轮毂连接处的回转半径。
5.如权利要求1所述的一种轮直径可变的半步态软体机器人小车,其特征在于:通过前部连接件将推拉式电磁铁的推杆前端和步进电机的前端面连接固定,通过后部连接件将推拉式电磁铁的推杆末端和步进电机的后端面连接固定,使得步进电机能够随着推拉使电磁铁的推杆运动而发生轴向运动。
6.如权利要求1所述的一种轮直径可变的半步态软体机器人小车,其特征在于:小车正常行驶时,固定在步进电机转轴上的花键卡在花键槽中,电机转轴带动车轮旋转,实现机器人小车的运动;变换车轮直径时,给相应的推拉式电磁铁通电,利用推拉式电磁铁产生的拉力将步进电机向后拉出一段距离,使得花键退出花键槽,进入空转槽,步进电机转动时,轮子不转,步进电机的转轴转动,使细钢丝绳缠绕在转轴上,细钢丝绳拉动柔性脚,使柔性脚向车轮中心收拢,从而减小车轮半径;需要车轮直径变大时,步进电机反向转动,柔性脚产生恢复力,带动细钢丝绳一起伸展,轮子直径变大;轮子最大直径为柔性脚自然伸展时的直径。车轮直径变化完成后,通过推拉式电磁铁的复位弹簧和塔形弹簧使步进电机和推拉式电磁铁的推杆复位。
7.如权利要求1所述的一种轮直径可变的半步态软体机器人小车,其特征在于:小车正向行驶时为半步态的运动方式,即柔性脚与带支架的空心轮毂的连接处先着地,柔性脚的前端后着地;反向行驶时柔性脚前端先着地,柔性脚与带支架的空心轮毂的连接处后着地;通过平坦路面使采用正向行驶的方式,通过包括台阶在内的具有一定高度的障碍时,采用反向行驶的方式;小车反向行驶攀爬台阶时,调整轮子的直径大小,使其在运动时柔性脚前端能够勾住台阶,使小车前轮部分爬上台阶,此时柔性杆发生一定的变形,使小车在前轮在台阶上、后轮在台阶下时,小车的底座不会触碰台阶边缘,同时也能调整前后轮之间的角度,使小车能够以较为柔顺的方式,通过台阶障碍物。
8.如权利要求1所述的一种轮直径可变的半步态软体机器人小车,其特征在于,小车有两种转弯方式:轮直径相同情况下调整电机转速使小车左侧和右侧转速不同;电机转速相同情况下,调整轮直径,向一侧转弯时调大另一侧轮直径或调小这一侧轮直径。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810089647.4A CN108528564B (zh) | 2018-01-30 | 2018-01-30 | 一种轮径可变的半步态软体机器人小车 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810089647.4A CN108528564B (zh) | 2018-01-30 | 2018-01-30 | 一种轮径可变的半步态软体机器人小车 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN108528564A true CN108528564A (zh) | 2018-09-14 |
CN108528564B CN108528564B (zh) | 2020-07-31 |
Family
ID=63486220
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201810089647.4A Active CN108528564B (zh) | 2018-01-30 | 2018-01-30 | 一种轮径可变的半步态软体机器人小车 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN108528564B (zh) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110239643A (zh) * | 2019-05-30 | 2019-09-17 | 南方科技大学 | 一种适用于非结构化环境下进行物理交互的多足式机器人 |
CN111152181A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-05-15 | 滁州职业技术学院 | 一种软体机器人 |
CN113911223A (zh) * | 2021-10-20 | 2022-01-11 | 上海应用技术大学 | 软体机器人及软体机器人的控制方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2200876A (en) * | 1987-02-12 | 1988-08-17 | Ivan Manners Pick | Detachable wheel aid |
CN201099275Y (zh) * | 2007-09-14 | 2008-08-13 | 李蕾 | 爬台阶的小车 |
CN102328704A (zh) * | 2011-07-27 | 2012-01-25 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 可展轮式移动机器人 |
CN105666501A (zh) * | 2016-04-07 | 2016-06-15 | 羊丁 | 一种救援机器人 |
-
2018
- 2018-01-30 CN CN201810089647.4A patent/CN108528564B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2200876A (en) * | 1987-02-12 | 1988-08-17 | Ivan Manners Pick | Detachable wheel aid |
CN201099275Y (zh) * | 2007-09-14 | 2008-08-13 | 李蕾 | 爬台阶的小车 |
CN102328704A (zh) * | 2011-07-27 | 2012-01-25 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 可展轮式移动机器人 |
CN105666501A (zh) * | 2016-04-07 | 2016-06-15 | 羊丁 | 一种救援机器人 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110239643A (zh) * | 2019-05-30 | 2019-09-17 | 南方科技大学 | 一种适用于非结构化环境下进行物理交互的多足式机器人 |
CN111152181A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-05-15 | 滁州职业技术学院 | 一种软体机器人 |
CN111152181B (zh) * | 2019-12-31 | 2023-08-08 | 滁州职业技术学院 | 一种软体机器人 |
CN113911223A (zh) * | 2021-10-20 | 2022-01-11 | 上海应用技术大学 | 软体机器人及软体机器人的控制方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN108528564B (zh) | 2020-07-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108528564A (zh) | 一种轮径可变的半步态软体机器人小车 | |
CN106275113B (zh) | 关节履带与车轮相复合的移动平台及具有其的消防机器人 | |
CN103112510B (zh) | 一种多地形自平衡两轮车 | |
CN109866552B (zh) | 轮足变形式机器人行走机构 | |
CN107891918B (zh) | 轮-履复合式移动机器人 | |
CN110654194A (zh) | 六轮独立转向可升降式移动平台 | |
CN205055424U (zh) | 自动行走“s”形无碳小车 | |
CN201296503Y (zh) | 蛇形移动带式输送机 | |
CN110173607A (zh) | 一种多关节全向运动管道机器人 | |
CN110576702B (zh) | 可调车轮及具有其的车辆 | |
CN104029746B (zh) | 行星轮履带复合式行走机构设计 | |
CN204601616U (zh) | 自动行走不同半径“8”字形无碳小车 | |
CN106347521A (zh) | 一种电动沙滩车体 | |
CN1186175C (zh) | 双滚轮式机器人行走装置 | |
CN206183974U (zh) | 一种线驱转向走“8”字形的三轮无碳小车 | |
CN110152316B (zh) | 无碳小车 | |
CN210566982U (zh) | 一种多关节全向运动管道机器人 | |
CN109878592B (zh) | 一种轮腿复合行走装置 | |
CN113788081B (zh) | 一种基于车体变形驱动的多地形行驶无人车 | |
CN212073987U (zh) | 一种用于越障电动救援车辆的高度调节装置和越障电动救援车辆 | |
CN213442831U (zh) | 一种轮足式移动式机器人的高适应性行走机构 | |
CN106989149A (zh) | 一种无碳小车齿轮齿条换挡变速机构 | |
CN110329372B (zh) | 一种爬楼梯机器人 | |
CN107114887A (zh) | 一种骑行式行李箱装置 | |
CN105854308A (zh) | 一种儿童漂移电动车 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |