CN110253593A - 具有可变形车架结构的轮式越障机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具有可变形车架结构的轮式越障机器人，所述具有可变形车架结构的轮式越障机器人包括车轮、驱动电机、变形舵机、全景摄像头以及连接两个车轮的双平行四边形连杆结构。双平行四边形连杆结构即可变形的车架结构，其实现车尾与车身的一体化设计，提高整体刚度的同时能够保证机器人可根据有限空间调节自身宽度，以顺利穿过有限空间，利用其结构变形也能够实现障碍的攀爬功能。该机器人可应用于侦察、探测等。

Description

具有可变形车架结构的轮式越障机器人

技术领域

本发明涉及轮式机器人领域，尤其涉及具有可变形车架结构的轮式越障机器人。

背景技术

轮式机器人是目前最常使用的移动机器人，但是，在遇到沟壑、台阶或有限空间时，现有的轮式机器人则很难越过沟壑、台阶或有限空间继续前进。可变形机器人可以通过调整它们的形态以适应多种任务或不确定的环境，用于侦察、救援任务和空间应用。

公告号为CN108790591A的发明公开了一种可变形轮式机器人，机器人的轮子可根据地面环境来改变直径从而保证正常行进。该发明公开的一种可变形轮式机器人中包括可变径轮、驱动电机和连接两个可变径轮的平面单闭链多连杆结构。该机器人越障时通过改变变径轮子直径完成越障，此时，机器人的支撑力主要由车尾来提供，这对车尾刚度有一定要求，否则很难越过障碍物。

发明内容

本发明提出了具有可变形车架结构的轮式越障机器人，其可变形的车架结构实现车尾与车身的一体化设计，提高整体刚度的同时，通过车架的变形也能够实现障碍的攀爬功能。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供了具有可变形车架结构的轮式越障机器人，其特征在于，其包括车轮、驱动电机、变形舵机、全景摄像头以及连接两个车轮的双平行四边形连杆结构，其中，

车轮包括具有相同构造的左轮和右轮；

弹性联轴器用于连接所述车轮与所述驱动电机，所述驱动电机能够通过所述弹性联轴器带动所述车轮转动；

驱动电机分别固定于所述左轮对应的车身杆和所述右轮对应的车身杆上，电机的轴与轮子的一端通过弹性联轴器连接，并通过螺钉固定，所述驱动电机用于驱动所述车轮转动使得所述机器人前进或后退；

变形舵机分别固定于所述车身主体，所述变形舵机分别用于驱动所述第一变形驱动杆和所述第二变形驱动杆，从而使得所述机器人调整自身宽度穿越狭隘空间或越过障碍物；

全景摄像头固定于所述车身主体上；

双平行四边形连杆结构包括车身主体、与所述车身主体的一端铰链的第一变形驱动杆、与所述车身主体的另一端铰链的第二变形驱动杆、与所述第一变形驱动杆通过转轴铰接的第一变形杆、与所述第二变形驱动杆通过转轴铰接的第二变形杆、与所述第一变形杆通过转轴铰接的第一车轮杆、与所述第二变形杆通过转轴铰接的第二车轮杆，所述车身主体、第一变形驱动杆、第二变形驱动杆、第一变形杆、第二变形杆、第一车轮杆、第二车轮杆形成平面内的铰接关系。

本发明的积极进步效果在于：

本发明的具有可变形车架结构的轮式越障机器人包括车轮、驱动电机、变形舵机、全景摄像头以及连接两个车轮的双平行四边形连杆结构。具有双平行四边形的连杆结构保证了机器人在保持其自身高度不变的前提下，可根据操作空间调节其宽度，以顺利穿过有限空间。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例的具有可变形车架结构的轮式越障机器人的三维图。

图2示出了驱动电机的安装图及侧视图。

图3为本发明一较佳实施例的具有可变形车架结构的轮式越障机器人的双平行四边形连杆结构的三维图。

图4为本发明一较佳实施例的具有可变形车架结构的轮式越障机器人的双平行四边形连杆结构和车轮的三维图。

图5为减小了宽度的本发明一较佳实施例的具有可变形车架结构的轮式越障机器人的三维图。

图6为已进行侧翻后的本发明一较佳实施例的具有可变形车架结构的轮式越障机器人的正视图。

图7为本发明一较佳实施例的具有可变形车架结构的轮式越障机器人翻越障碍物的示意图。

附图标记说明

1：机器人

2：车轮

3：双平行四边形连杆结构

31：第一变形杆

32：第二变形驱动杆

33：第一变形驱动杆

34：第二变形杆

35：第一车轮杆

36：车身主体

37：第二车轮杆

4：变形舵机

5：驱动电机

6：转轴

61：第一连接件转轴

62：第二连接件转轴

63：第三连接件转轴

64：第四连接件转轴

65：变形舵机第一连接件转轴

66：第六连接件转轴

67：第七连接件转轴

68：变形舵机第二连接件转轴

69：第九连接件转轴

610：第十连接件转轴

611：第十一连接件转轴

612：第十二连接件转轴

7：弹性联轴器

8：全景摄像头

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

在以下的具体描述中，方向性的术语，例如“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”等，参考附图中描述的方向使用。本发明的实施例的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。

本发明实施例提供具有可变形车架结构的轮式越障机器人1，如图1-图7所示，本发明的具有可变形车架结构的轮式越障机器人1，其包括车轮2、驱动电机5、变形舵机4、全景摄像头8以及连接两个车轮的双平行四边形连杆结构3，其中，车轮包括具有相同构造的左轮和右轮。

图2为驱动电机2的安装图及侧视图，清楚地示出驱动电机5、弹性联轴器7和车轮2之间的连接关系。驱动电机5分别固定于左轮对应的第一车轮杆35和右轮对应的第一车轮杆37，驱动电机5的电机轴用于连接弹性联轴器7，弹性联轴器7的另一端与车轮通过螺钉连接。驱动电机5转动，从而使得机器人1前进或后退。

图3为本发明一较佳实施例的具有可变形车架结构的轮式越障机器人的双平行四边形连杆结构三维图。第一变形杆31、第一变形驱动杆33、第一车轮杆35和公共车身主体36构成一个平行四边形。第一变形驱动杆33和第一车轮杆35构成转动副作为平行四边形一个顶点，第一车轮杆35和第一变形杆31构成转动副作为平行四边形一个顶点，第一变形杆31和公共车身主体36构成转动副作为平行四边形一个顶点。第二变形杆34、第二变形驱动杆32、第二车轮杆37和公共车身主体36构成一个平行四边形。第二变形驱动杆32和第二车轮杆37构成转动副作为平行四边形一个顶点，第二车轮杆37和第二变形杆34构成转动副作为平行四边形一个顶点，第二变形杆34和公共车身主体36构成转动副作为平行四边形一个顶点。

第一连接件转轴61和第二连接件转轴62分别通过第一变形驱动杆33的轴孔与第一车轮杆35的轴孔以转动副的形式连接，第一连接件转轴61和第二连接件转轴62的轴线重合并垂直于平行四边形平面。

第三连接件转轴63和第四连接件转轴64分别通过第一车轮杆35的轴孔与第一变形杆31的轴孔以转动副的形式连接，第三连接件转轴63和第四连接件转轴64的轴线重合并垂直于平行四边形平面。

变形舵机第一连接件转轴65通过第二变形驱动杆32的轴孔与变形舵机4舵盘上的螺纹孔连接，其另一端与第一变形杆31的轴孔以转动副的形式连接。第六连接件转轴66通过车身主体36的轴孔依次与第二变形驱动杆32和第一变形杆31的轴孔以转动副的形式连接。变形舵机第一连接件转轴65和第六连接件转轴66的轴线重合并垂直于平行四边形平面。

全景摄像头8固定于所述车身主体36上。

第七连接件转轴67通过车身主体36的轴孔依次与第一变形驱动杆33和第二变形杆34的轴孔以转动副的形式连接。变形舵机第二连接件转轴68通过第一变形驱动杆33的轴孔与变形舵机4舵盘上的螺纹孔连接，其另一端与第二变形杆34的轴孔以转动副的形式连接。变形舵机第二连接件转轴68和第七连接件转轴67的轴线重合并垂直于平行四边形平面。

第九连接件转轴69和第十连接件转轴610分别通过第二变形驱动杆32的轴孔与第二车轮杆37的轴孔以转动副的形式连接，第九连接件转轴69和第十连接件转轴610的轴线重合并垂直于平行四边形平面。

第十一连接件转轴611和第十二连接件转轴612分别通过第二车轮杆37的轴孔与第二变形杆34的轴孔以转动副的形式连接，第十一连接件转轴611

与第十二连接件转轴612的轴线重合并垂直于平行四边形平面。

以下详细说明采用上述结构的机器人1的避障和越障过程。

在遇到狭隘空间，机器人则需要进行避障，如图5-6所示，机器人1调节一个或全部变形舵机，使得第一变形杆31与第二变形驱动杆32和第二变形杆34与第一变形驱动杆33成锐角关系，从而减小机器人1的整体宽度。此后，启动驱动电机5，进而保证机器人1能进入狭隘空间内进行任务作业。在行进过程中，机器人1的第一变形杆31与第二变形驱动杆32成一定角度部分的底端边缘部分与地面接触，其充当尾巴，可起支撑作用。

在遇到台阶等较大障碍物时可以进行攀爬台阶步态。首先机器人1处于图7a所示攀爬步态的初始位姿，与第一车轮杆35间接连接的左车轮的侧面与地面接触，并以其为支撑面，当进行台阶越障时，控制两个变形舵机改变两个平行四边形的顶点角度，当机器人1的质心在地面的投影超出支撑区域时，实现如图7b所示的第二变形杆34搭台动作及机器人1的翻倒动作，此时，机器人1的支撑区域从车轮侧面转移到第一变形驱动杆33；控制两个变形舵机改变两个平行四边形的顶点角度，实现如图7c-7d机器人1的上台阶变形过程动作，此时，机器人1的支撑区域从第一变形驱动杆33转移到以第二变形杆34上一支撑点与右车轮边缘一支撑点所组成的支撑区域内；控制两个变形舵机改变两个平行四边形的顶点角度，当机器人1的质心在地面的投影超出以第二变形杆34上一支撑点与右车轮边缘一支撑点所组成的支撑区域时，实现如图7e-7f机器人1的翻滚变形动作及初始姿态恢复动作，此时，机器人1的支撑区域从以第二变形杆34上一支撑点与右车轮边缘一支撑点所组成的支撑区域转移到与第二车轮杆35间接连接的右车轮的侧面。

Claims (2)

1.具有可变形车架结构的轮式越障机器人(1)，其特征在于，其包括车轮(2)、驱动电机(5)、变形舵机(4)、全景摄像头(8)以及连接两个车轮的双平行四边形连杆结构(3)，其中，

车轮(2)包括具有相同构造的左轮和右轮；

弹性联轴器(7)用于连接所述车轮(2)与所述驱动电机(5)，所述驱动电机(5)能够通过所述弹性联轴器(7)带动所述车轮(2)转动；

驱动电机(5)分别固定于所述左轮对应的第一车轮杆(35)和所述右轮对应的第二车轮杆(37)上，电机的轴与轮子的一端通过弹性联轴器(7)连接，并通过螺钉固定，所述驱动电机(5)用于驱动所述车轮(2)转动使得所述机器人前进或后退；

变形舵机(4)分别固定于所述车身主体(36)，所述变形舵机(4)分别用于驱动所述第一变形驱动杆(33)和所述第二变形驱动杆(32)，从而使得所述机器人(1)调整自身宽度穿越有限空间或越过障碍物；

全景摄像头(8)固定于所述车身主体(36)上；

双平行四边形连杆结构(3)包括车身主体(36)、与所述车身主体的一端铰链的第一变形驱动杆(33)、与所述车身主体的另一端铰链的第二变形驱动杆(32)、与所述第一变形驱动杆通过转轴铰接的第一变形杆(31)、与所述第二变形驱动杆通过转轴铰接的第二变形杆(34)、与所述第一变形杆通过转轴铰接的第一车轮杆(35)、与所述第二变形杆通过转轴铰接的第二车轮杆(37)，所述车身主体(36)、第一变形驱动杆(33)、第二变形驱动杆(32)、第一变形杆(31)、第二变形杆(34)、第一车轮杆(35)、第二车轮杆(37)形成平面内的铰接关系。

2.如权利要求1所述的具有可变形车架结构的轮式越障机器人(1)，其特征在于，所述机器人的车身变形为V型时，车身主体(36)与第一变形杆(31)、第二变形驱动杆(32)组成的端部作为车尾。