CN110091933B - 一种类轮式滚动侦察机器人 - Google Patents
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Abstract
本申请属于地面移动机器人领域，具体涉及一种类轮式滚动侦察机器人，包括：左轮机构(A)、右轮机构(B)、云台(C)，其特征在于：左轮机构(A)和右轮机构(B)通过云台(C)并行连接在一起；所述云台由连接杆(C‑1)、摄像设备(C‑2)组成，摄像设备(C‑2)固定在连接杆(C‑1)上。本发明提供的类轮式滚动侦察机器人通过两个舵机分别对左轮机构(A)和右轮机构(B)进行驱动和控制实现机构的翻滚运动，可实现零半径转弯及定角度转向，并且可以通过左右轮机构的变形实现障碍攀爬功能，应用广泛，收缩折叠后便于携带与运输。
Description
技术领域
本申请属于地面移动机器人领域，具体涉及一种类轮式滚动侦察机器人。
背景技术
现有勘探机器人可越障性能差，外形有球形机器人，轮式机器人等。如CN201811059984.5公开了一种球形勘探机器人，其通过变质心的特点带动了机构的自主滚动，但是由于其结构特点，越障能力较差，并且其依靠本身的质心转向，转向准确度较低。
轮式机器人形式如CN 201810417118.2公开了一种户外勘探行走机器人，当需要勘探地形时，升降平台运动，再通过旋转平台运动，带动摄像设备进行地形勘探，地形有可能与机器人中的四轮任意一、二、三或者四个轮子接触，随着地形其车轮形态发生改变，实现对地形的规避和越障问题。但其靠的是四轮驱动，因此在运行过程中有可能存在车身倾倒不可复位，车轮变形范围较小，应用广泛性小，收缩折叠不便、移动占用空间。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提供了一种类轮式滚动侦察机器人，通过两个舵机分别对左轮机构(A)和右轮机构(B)进行驱动和控制实现机构的翻滚运动，可实现零半径转弯及定角度转向，并且可以通过左右轮机构的变形实现障碍攀爬功能，应用广泛，收缩折叠后便于携带与运输。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案为：
一种类轮式滚动侦察机器人，包括：左轮机构(A)、右轮机构(B)、云台(C)，其特征在于：左轮机构(A)和右轮机构(B)通过云台(C)并行对称连接在一起；所述云台(C)由连接杆(C-1)、摄像设备(C-2)组成，摄像设备(C-2)固定在连接杆(C-1)中部；
所述左轮机构(A)包括左轮机构第一弓形板(A-1)、左轮机构舵机板(A-2)、左轮机构连接板(A-3)、左轮机构转向板(A-4)、左轮机构第二弓形板(A-5)、左轮机构第三弓形板(A-6)、左轮机构驱动舵机(A-7)、左轮机构第四弓形板(A-8),左轮机构第一弓形板(A-1)一端与左轮机构第二弓形板(A-5)转动连接，左轮机构第一弓形板(A-1)另一端与左轮机构第四弓形板(A-8)转动连接，左轮机构第四弓形板(A-8)另一端与左轮机构第三弓形板(A-6)转动连接，左轮机构第三弓形板(A-6)另一端与左轮机构第二弓形板(A-5)另一端转动连接，左轮机构舵机板(A-2)一端与左轮机构第一弓形板(A-1)中部转动连接，左轮机构舵机板(A-2)另一端与左轮机构第三弓形板(A-6)中部转动连接，左轮机构连接板(A-3)一端与左轮机构第二弓形板(A-5)中部转动连接，左轮机构连接板(A-3)另一端与左轮机构第四弓形板(A-8)中部转动连接，左轮机构转向板(A-4)一端与左轮机构第二弓形板(A-5)中部转动连接，左轮机构转向板(A-4)另一端与左轮机构第四弓形板(A-8)中部转动连接，左轮机构驱动舵机(A-7)机体与左轮机构舵机板(A-2)中部固定连接，左轮机构驱动舵机(A-7)舵盘与左轮机构转向板(A-4)中部固定连接，使得左轮机构舵机板(A-2)与左轮机构转向板(A-4)形成主动驱动转动,左轮机构舵机板(A-2)、左轮机构转向板(A-4)和左轮机构连接板(A-3)从前到后依次安装。
进一步地，右轮机构(B)包括右轮机构第一弓形板(B-1)、右轮机构舵机板(B-2)、右轮机构连接板(B-3)、右轮机构转向板(B-4)、右轮机构第二弓形板(B-5)、右轮机构第三弓形板(B-6)、右轮机构驱动舵机(B-7)、右轮机构第四弓形板(B-8),右轮机构第一弓形板(B-1)一端与右轮机构第二弓形板(B-5)转动连接，右轮机构第一弓形板(B-1)另一端与右轮机构第四弓形板(B-8)转动连接，右轮机构第四弓形板(B-8)另一端与右轮机构第三弓形板(B-6)转动连接，右轮机构第三弓形板(B-6)另一端与右轮机构第二弓形板(B-5)另一端转动连接，右轮机构舵机板(B-2)一端与右轮机构第一弓形板(B-1)中部转动连接，右轮机构舵机板(B-2)另一端与右轮机构第三弓形板(B-6)中部转动连接，右轮机构连接板(B-3)一端与右轮机构第二弓形板(B-5)中部转动连接，右轮机构连接板(B-3)另一端与右轮机构第四弓形板(B-8)中部转动连接，右轮机构转向板(B-4)一端与右轮机构第二弓形板(B-5)中部转动连接，右轮机构转向板(B-4)另一端与右轮机构第四弓形板(B-8)中部转动连接，右轮机构驱动舵机(B-7)机体与右轮机构舵机板(B-2)中部固定连接，右轮机构驱动舵机(B-7)舵盘与右轮机构转向板(B-4)中部固定连接，使得右轮机构舵机板(B-2)与右轮机构转向板(B-4)形成主动驱动转动,右轮机构舵机板(B-2)、右轮机构转向板(B-4)和右轮机构连接板(B-3)从前到后依次安装。
进一步地，左轮机构连接板(A-3)与连接杆(C-1)之间转动连接，其轴线和左轮机构舵机板(A-2)与左轮机构转向板(A-4)形成转动连接的轴线重合。
进一步地，右轮机构连接板(B-3)与连接杆(C-1)之间转动连接，其轴线和右轮机构舵机板(B-2)与右轮机构转向板(B-4)形成转动连接的轴线重合。
进一步地，左轮机构第一弓形板(A-1)、左轮机构连接板(A-3)、左轮机构转向板(A-4)、左轮机构第三弓形板(A-6)之间相互平行。
进一步地，右轮机构第一弓形板(B-1)、右轮机构连接板(B-3)、右轮机构转向板(B-4)、右轮机构第三弓形板(B-6)之间相互平行。
进一步地，左轮机构舵机板(A-2)、左轮机构第二弓形板(A-5)、左轮机构第四弓形板(A-8)之间相互平行。
进一步地，右轮机构舵机板(B-2)、右轮机构第二弓形板(B-5)、右轮机构第四弓形板(B-8)之间相互平行。
进一步地，左轮机构第一弓形板(A-1)与左轮机构第二弓形板(A-5)之间夹角的运动范围为15°到165°，当左轮机构第一弓形板(A-1)与左轮机构第二弓形板(A-5)之间夹角为90°时，左轮机构(A)外形为类圆形。
进一步地，右轮机构第一弓形板(B-1)与右轮机构第二弓形板(B-5)之间夹角的运动范围为15°到165°，当右轮机构第一弓形板(B-1)与右轮机构第二弓形板(B-5)之间夹角为90°时，右轮机构(B)外形为类圆形。
进一步地，左轮机构第一至第四弓形板(A-1、A-5、A-6、A-8)、右轮机构第一至第四弓形板(B-1、B-5、B-6、B-8)外形为类扇形，是对称结构，其对称轴两侧为减重孔，对称轴两侧的圆弧上有两个越障攀爬卡槽。
进一步地，所述转动连接为转动副形式，其方向均为垂直于弓形板平面。
进一步地，所述驱动舵机为正反转动驱动。
本发明的有益效果为：
本发明所述的一种类轮式滚动侦察机器人，通过两个舵机分别对左轮机构(A)和右轮机构(B)进行驱动和控制实现机构的翻滚运动，一种类轮式滚动侦察机器人既可以实现机器人整体滚动直行，也可以实现转弯功能，并具有一定的越障能力，克服了现有轮式、球形移动机器人只能在平整的硬质道路移动的缺陷，能够适用于各种狭窄不平的道路，且该机构结构简单，成本低廉，易于制造和工程实现，可用于制作军用侦察机器人。
附图说明
图1一种类轮式滚动侦察机器人的整体三维图；
图2一种类轮式滚动侦察机器人左轮机构的整体三维图；
图3一种类轮式滚动侦察机器人右轮机构的整体三维图；
图4一种类轮式滚动侦察机器人弓形板的正视图；
图5A、图5B、图5C、图5D、图5E是一种类轮式滚动侦察机器人左轮机构滚动直行步态的分解图：
图5A直行步态起始位姿
图5B直行步态重心偏移动作
图5C直行步态翻滚动作
图5D直行步态的恢复动作
图5E直行步态的结束动作；
图6A、图6B、图6C、图6D、图6E、图6F、图6G、图6H是一种类轮式滚动侦察机器人左轮机构越障步态的分解图：
图6A越障步态起始位姿
图6B越障步态重心偏移支撑初始动作
图6C越障步态重心偏移支撑过程动作
图6D越障步态重心偏移支撑结束动作
图6E越障步态越障动作
图6F越障步态姿态恢复初始动作
图6G越障步态姿态恢复过程动作
图6H越障步态姿态恢复完成动作；
其中：A：左轮机构，A-1：左轮机构第一弓形板，A-2：左轮机构舵机板，A-3：左轮机构连接板，A-4：左轮机构转向板，A-5：左轮机构第二弓形板，A-6：左轮机构第三弓形板，A-7：左轮机构驱动舵机，A-8：左轮机构第四弓形板；
B：右轮机构，B-1：右轮机构第一弓形板，B-2：右轮机构舵机板，B-3：右轮机构连接板，B-4：右轮机构转向板，B-5：右轮机构第二弓形板，B-6：右轮机构第三弓形板，B-7：右轮机构驱动舵机，B-8：右轮机构第四弓形板；
C：云台，C-1：连接杆，C-2：摄像设备。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
一种类轮式滚动侦察机器人如图1所示，左轮机构(A)和右轮机构(B)通过云台(C)并行对称连接在一起，如附图2左轮机构(A)从形式上由四个弓形板组成。
参见图2所示，左轮机构(A)包括左轮机构第一弓形板(A-1)、左轮机构舵机板(A-2)、左轮机构连接板(A-3)、左轮机构转向板(A-4)、左轮机构第二弓形板(A-5)、左轮机构第三弓形板(A-6)、左轮机构驱动舵机(A-7)、左轮机构第四弓形板(A-8),左轮机构第一弓形板(A-1)一端与左轮机构第二弓形板(A-5)转动连接，左轮机构第一弓形板(A-1)另一端与左轮机构第四弓形板(A-8)转动连接，左轮机构第四弓形板(A-8)另一端与左轮机构第三弓形板(A-6)转动连接，左轮机构第三弓形板(A-6)另一端与左轮机构第二弓形板(A-5)另一端转动连接，左轮机构舵机板(A-2)一端与左轮机构第一弓形板(A-1)中部转动连接，左轮机构舵机板(A-2)另一端与左轮机构第三弓形板(A-6)中部转动连接，左轮机构连接板(A-3)一端与左轮机构第二弓形板(A-5)中部转动连接，左轮机构连接板(A-3)另一端与左轮机构第四弓形板(A-8)中部转动连接，左轮机构转向板(A-4)一端与左轮机构第二弓形板(A-5)中部转动连接，左轮机构转向板(A-4)另一端与左轮机构第四弓形板(A-8)中部转动连接，左轮机构驱动舵机(A-7)机体与左轮机构舵机板(A-2)中部固定连接，左轮机构驱动舵机(A-7)舵盘与左轮机构转向板(A-4)中部固定连接，使得左轮机构舵机板(A-2)与左轮机构转向板(A-4)形成主动驱动转动,左轮机构舵机板(A-2)、左轮机构转向板(A-4)和左轮机构连接板(A-3)从前到后依次安装。
优选地，左轮机构第一弓形板(A-1)、左轮机构连接板(A-3)、左轮机构转向板(A-4)、左轮机构第三弓形板(A-6)之间相互平行；左轮机构舵机板(A-2)、左轮机构第二弓形板(A-5)、左轮机构第四弓形板(A-8)之间相互平行。由此左轮机构第一弓形板(A-1)、左轮机构舵机板(A-2)、左轮机构转向板(A-4)、左轮机构第四弓形板(A-8)构成平行四边形，由此第一弓形板(A-1)、左轮机构舵机板(A-2)、左轮机构转向板(A-4)、左轮机构第二弓形板(A-5)构成平行四边形，由此左轮机构第三弓形板(A-6)、左轮机构舵机板(A-2)、左轮机构转向板(A-4)、左轮机构第二弓形板(A-5)构成平行四边形，由此左轮机构第三弓形板(A-6)、左轮机构舵机板(A-2)、左轮机构转向板(A-4)、左轮机构第四弓形板(A-8)构成平行四边形。
优选地，左轮机构第一弓形板(A-1)与左轮机构第二弓形板(A-5)之间夹角的运动范围为15°到165°，当左轮机构第一弓形板(A-1)与左轮机构第二弓形板(A-5)之间夹角为90°时，左轮机构(A)外形为类圆形。
右轮机构(B)的结构连接关系与左轮机构(A)完全相同。
参见附图4所示，上述弓形板外形为类扇形，是对称结构，其对称轴两侧为减重孔，对称轴两侧的圆弧上有两个越障攀爬卡槽。
上述(部件间)所述转动连接为转动副形式，其方向均为垂直于弓形板平面。
工作过程：一种类轮式滚动侦察机器人可以实现机器人整体滚动直行步态。首先滚动行进的一种类轮式滚动侦察机器人处于如附图5A所示的直行步态起始位姿，机构的其中一个弓形板与地面接触，机构为正圆形；当要直行的时候，以与底面接触的弓形板为支撑杆件，驱动舵机驱动转向板实现如附图5B所示的直行步态重心偏移动作；当一种类轮式滚动侦察机器人的重心在地面上的投影超出平衡位置时，实现如5C所示的直行步态翻滚动作；当支撑杆件交替为直行方向与初始支撑杆件相邻的下一弓形板后，实现如图5D所示的直行步态恢复动作；随着质心向平衡位置的偏移，实现如图5E所示的直行步态的结束动作。这样就实现了机器人的一个完整直行步态，图5A、图5B、图5C、图5D、图5E是一种类轮式滚动侦察机器人左轮机构滚动直行步态的分解图。
一种类轮式滚动侦察机器人可以实现机器人整体越障步态。首先滚动行进的一种类轮式滚动侦察机器人处于如附图6A所示的越障步态起始位姿，机构的其中一个弓形板与地面接触，机构为正圆形；当要越障的时候，以与底面接触的弓形板为支撑杆件，驱动舵机驱动转向板实现如附图6B所示的越障步态重心偏移支撑初始动作以及如附图6C所示的越障步态重心偏移支撑过程动作；当左轮机构(A)和右轮机构(B)越障攀爬卡槽与障碍稳定接触后，实现如附图6D所示的越障步态重心偏移支撑结束动作；当一种类轮式滚动侦察机器人的重心在地面上的投影超出障碍立面时，实现如附图6E所示的越障步态越障动作；当支撑杆件交替为越障方向与初始支撑杆件相邻的下一弓形板并且与障碍上平面接触后，实现如图6F所示的越障步态姿态恢复初始动作以及如图6G所示的越障步态姿态恢复过程动作；随着质心向平衡位置的偏移，实现如图6H所示的越障步态姿态恢复完成动作。这样就实现了机器人的一个完整越障步态，图6A、图6B、图6C、图6D、图6E、图6F、图6G、图6H是一种类轮式滚动侦察机器人左轮机构越障步态的分解图。
以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种类轮式滚动侦察机器人，包括：左轮机构(A)、右轮机构(B)、云台(C)，其特征在于：左轮机构(A)和右轮机构(B)通过云台(C)并行对称连接在一起；所述云台(C)由连接杆(C-1)、摄像设备(C-2)组成，摄像设备(C-2)固定在连接杆(C-1)中部；所述左轮机构(A)包括左轮机构第一弓形板(A-1)、左轮机构舵机板(A-2)、左轮机构连接板(A-3)、左轮机构转向板(A-4)、左轮机构第二弓形板(A-5)、左轮机构第三弓形板(A-6)、左轮机构驱动舵机(A-7)、左轮机构第四弓形板(A-8),左轮机构第一弓形板(A-1)一端与左轮机构第二弓形板(A-5)转动连接，左轮机构第一弓形板(A-1)另一端与左轮机构第四弓形板(A-8)转动连接，左轮机构第四弓形板(A-8)另一端与左轮机构第三弓形板(A-6)转动连接，左轮机构第三弓形板(A-6)另一端与左轮机构第二弓形板(A-5)另一端转动连接，左轮机构舵机板(A-2)一端与左轮机构第一弓形板(A-1)中部转动连接，左轮机构舵机板(A-2)另一端与左轮机构第三弓形板(A-6)中部转动连接，左轮机构连接板(A-3)一端与左轮机构第二弓形板(A-5)中部转动连接，左轮机构连接板(A-3)另一端与左轮机构第四弓形板(A-8)中部转动连接，左轮机构转向板(A-4)一端与左轮机构第二弓形板(A-5)中部转动连接，左轮机构转向板(A-4)另一端与左轮机构第四弓形板(A-8)中部转动连接，左轮机构驱动舵机(A-7)机体与左轮机构舵机板(A-2)中部固定连接，左轮机构驱动舵机(A-7)舵盘与左轮机构转向板(A-4)中部固定连接，使得左轮机构舵机板(A-2)与左轮机构转向板(A-4)形成主动驱动转动,左轮机构舵机板(A-2)、左轮机构转向板(A-4)和左轮机构连接板(A-3)从前到后依次安装。
2.根据权利要求1所述的一种类轮式滚动侦察机器人，其特征在于：右轮机构(B)包括右轮机构第一弓形板(B-1)、右轮机构舵机板(B-2)、右轮机构连接板(B-3)、右轮机构转向板(B-4)、右轮机构第二弓形板(B-5)、右轮机构第三弓形板(B-6)、右轮机构驱动舵机(B-7)、右轮机构第四弓形板(B-8),右轮机构第一弓形板(B-1)一端与右轮机构第二弓形板(B-5)转动连接，右轮机构第一弓形板(B-1)另一端与右轮机构第四弓形板(B-8)转动连接，右轮机构第四弓形板(B-8)另一端与右轮机构第三弓形板(B-6)转动连接，右轮机构第三弓形板(B-6)另一端与右轮机构第二弓形板(B-5)另一端转动连接，右轮机构舵机板(B-2)一端与右轮机构第一弓形板(B-1)中部转动连接，右轮机构舵机板(B-2)另一端与右轮机构第三弓形板(B-6)中部转动连接，右轮机构连接板(B-3)一端与右轮机构第二弓形板(B-5)中部转动连接，右轮机构连接板(B-3)另一端与右轮机构第四弓形板(B-8)中部转动连接，右轮机构转向板(B-4)一端与右轮机构第二弓形板(B-5)中部转动连接，右轮机构转向板(B-4)另一端与右轮机构第四弓形板(B-8)中部转动连接，右轮机构驱动舵机(B-7)机体与右轮机构舵机板(B-2)中部固定连接，右轮机构驱动舵机(B-7)舵盘与右轮机构转向板(B-4)中部固定连接，使得右轮机构舵机板(B-2)与右轮机构转向板(B-4)形成主动驱动转动,右轮机构舵机板(B-2)、右轮机构转向板(B-4)和右轮机构连接板(B-3)从前到后依次安装。
3.根据权利要求1所述的一种类轮式滚动侦察机器人，其特征在于：左轮机构连接板(A-3)与连接杆(C-1)之间转动连接，其轴线和左轮机构舵机板(A-2)与左轮机构转向板(A-4)形成转动连接的轴线重合，和/或右轮机构连接板(B-3)与连接杆(C-1)之间转动连接，其轴线和右轮机构舵机板(B-2)与右轮机构转向板(B-4)形成转动连接的轴线重合。
4.根据权利要求1所述的一种类轮式滚动侦察机器人，其特征在于：左轮机构第一弓形板(A-1)、左轮机构连接板(A-3)、左轮机构转向板(A-4)、左轮机构第三弓形板(A-6)之间相互平行；左轮机构舵机板(A-2)、左轮机构第二弓形板(A-5)、左轮机构第四弓形板(A-8)之间相互平行；右轮机构第一弓形板(B-1)、右轮机构连接板(B-3)、右轮机构转向板(B-4)、右轮机构第三弓形板(B-6)之间相互平行；右轮机构舵机板(B-2)、右轮机构第二弓形板(B-5)、右轮机构第四弓形板(B-8)之间相互平行。
5.根据权利要求1所述的一种类轮式滚动侦察机器人，其特征在于：左轮机构第一弓形板(A-1)与左轮机构第二弓形板(A-5)之间夹角的运动范围为15°到165°，当左轮机构第一弓形板(A-1)与左轮机构第二弓形板(A-5)之间夹角为90°时，左轮机构(A)外形为类圆形，和/或右轮机构第一弓形板(B-1)与右轮机构第二弓形板(B-5)之间夹角的运动范围为15°到165°，当右轮机构第一弓形板(B-1)与右轮机构第二弓形板(B-5)之间夹角为90°时，右轮机构(B)外形为类圆形。
6.根据权利要求1所述的一种类轮式滚动侦察机器人，其特征在于：所述左轮机构第一至第四弓形板(A-1、A-5、A-6、A-8)、右轮机构第一至第四弓形板(B-1、B-5、B-6、B-8)外形为类扇形，是对称结构，其对称轴两侧为减重孔，对称轴两侧的圆弧上有两个越障攀爬卡槽。
7.根据权利要求1所述的一种类轮式滚动侦察机器人，其特征在于：所述转动连接为转动副形式，其方向均为垂直于弓形杆件平面。
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2019
- 2019-03-27 CN CN201910235390.3A patent/CN110091933B/zh active Active
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| CN110091933A (zh) | 2019-08-06 |
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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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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |