CN110525532A - 一种基于麦克纳姆轮的套柱式越障机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于麦克纳姆轮的套柱式越障机器人，主要包括铝方管框架及板材、套柱（上&下部分）机构、同步带抬升机构及麦克纳姆轮底盘结构，可通过简易的机械结构及一系列操作流程，借助外部立柱实现翻越障碍物的功能；同时利用麦克纳姆轮实现全向移动，以解决履带式机器人结构复杂、移动性能差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种套柱式越障机器人,属于工业机器人技术领域具体为一种基于麦克纳姆轮的套柱式越障机器人。
背景技术
随着工业机器人的大面积普及和应用，其在生产生活中所扮演的角色也愈发重要，而其中的一个实例即为利用机器人的特殊结构，代替人力在特殊复杂地形中完成所指定的工作。现如今的越障机器人多采用履带式结构，尽管越障性能可以满足需求，但也存在结构复杂、移动性能较差等缺点，在越障时存在一定的局限性。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种基于麦克纳姆轮的套柱式越障机器人，借助外部立柱通过特定机械结构实现翻越障碍物；同时可利用麦克纳姆轮实现全向移动，以解决履带式机器人结构复杂、移动性能差的问题。
技术方案：为达到上述目的，本发明采用的方法是：一种基于麦克纳姆轮的套柱式越障机器人，包括铝方管搭建而成的整体框架，所述整体框架包括顶架、底盘；顶架与底盘之间通过碳纤维管连接。在所述铝方管框架底盘四角处设置有由电机B驱动的麦克纳姆轮，所述麦克纳姆轮通过避震器与所述底盘相连接，通过控制四个电机进而实现快速、全向移动；所述铝方管整体框架分为固定部分和可抬升部分，所述固定部分为底盘和固定部分的碳纤维管；所述可抬升部分为顶架与可抬升部分的碳纤维管；顶架与底盘之间的左右两侧设有同步带，通过左右两侧的同步带传动，同时固连于直线滚动轴承，利用可抬升部分的碳纤维管作为导轨，实现上下抬升；所述可抬升部分设有套柱（上部分）机构，所述套柱（上部分）机构包括套柱竖向固定板、套柱支撑加强板、万向轴承A、套柱上支撑件、轴承、光轴、万向轴承固定件及万向轴承B，所述套柱支撑加强板及套柱上支撑件通过螺纹副固连于万向轴承B，所述万向轴承B与外部立柱的圆盘接触，从而为车体提供向上的支持力，所述万向轴承固定件通过螺纹副固连于万向轴承A，所述万向轴承A与所述轴承套于外部立柱，从而为车体提供水平方向的支持力；所述套柱竖向固定板对称设置的两块，两块套柱竖向固定板之间设有套柱上支撑件和万向轴承固定件, 万向轴承固定件上设有万向轴承B, 套柱上支撑件与万向轴承固定件之间设有光轴，光轴上设有轴承；套柱上支撑件下侧连接万向轴承A。套柱竖向固定板固定连接在框架上。所述固定部分设有套柱（下部分）机构，套柱（下部分）机构包括套柱下支撑件及万向轴承C，为车体提供反向的水平支持力；同时，所述固定部分另一侧设有涵道，为机器人套柱越障提供绕柱旋转的驱动力。所述套柱下支撑件上设有万向轴承C，所述套柱下支撑件固定连接底盘。
作为本发明的一种改进，在所述的同步带结构中设有二级传动，可进一步增大电机扭矩，同时使受力相对更加平衡。
作为本发明的一种改进，在所述的底盘框架某特定位置增设红外开关，用于在套柱越障过程中检测台阶，从而更为精确地控制涵道开启时间，提高其自动化程度。
作为本发明的一种改进，所述碳纤维管设有八个，四根为固定部分的碳纤维管，四根为可抬升部分的碳纤维管，从而进一步减小了由于直线滚动轴承带来的间隙，提高了机构的稳定性。
作为本发明的一种改进，所述涵道内设有扇叶。驱动涵道扇叶高速旋转，利用空气对其产生的反作用力作为旋转动力，为机器人套柱越障提供绕柱旋转的驱动力。
有益效果：
（1）底盘四角处设有麦克纳姆轮，可实现快速、全向移动，解决了移动性能差的问题；
（2）利用套柱机构实现越障，机构相对简单易实现，操纵难度较低；
（3）可通过增设多个传感器来提高其自动化程度，控制上具有较大的弹性。
附图说明
图1为本发明的整体结构等轴测图；
图2为本发明的整体结构右视图；
图3为本发明的整体结构主视图；
图4为本发明套柱（上部分）机构的等轴测图；
图5为本发明套柱（下部分）机构的等轴测图；
图6为本发明利用套柱机构越障的工作示意图。
图中：1-铝方管框架，2-连接板材，3-碳纤维管，4-同步带，5-涵道，6-直线滚动轴承，7-麦克纳姆轮，8-电机A，9-同步轮A，10-避震器，11-电机B，12-同步轮B，13-卧式轴承座，14-套柱（上部分）机构，15-同步轮C，16-套柱竖向固定板，17-套柱支撑加强板，18-万向轴承A，19-套柱上支撑件，20-轴承，21-光轴，22-万向轴承固定件，23-万向轴承B，24-套柱下支撑件，25-万向轴承C。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
如图所示的一种基于麦克纳姆轮的套柱式越障机器人，
如图1至图3所示的一种基于麦克纳姆轮的套柱式越障机器人，包括铝方管框架1，整体框架包括顶架、底盘；顶架与底盘之间通过碳纤维管连接。在所述铝方管框架1底盘四角处设置有由电机B 11驱动的麦克纳姆轮7，麦克纳姆轮7通过避震器10与底盘相连接，可通过控制四个电机B11进而实现快速、全向移动。在顶架与底盘之间还设有连接板材2，连接板材起到支撑的作用。连接板材属于固定部分，也起到缓冲的作用。连接板材属于固定部分，通过卧式轴承座13固连于固定部分的碳纤维管，通过直线滚动轴承6与可抬升部分的碳纤维管构成移动副；顶架则通过卧式轴承座13固连于可抬升部分的碳纤维管，通过直线滚动轴承6与固定部分的碳纤维管构成移动副。在本实施例中，同步带的上端固定连接连接板材，同步带的下端固定连接底盘。
铝方管框架1分为固定部分和可抬升部分，固定部分为底盘和固定部分的碳纤维管；可抬升部分为顶架与可抬升部分的碳纤维管；顶架与底盘之间的左右两侧设有同步带，通过左右两侧的同步带传动，同时固连于直线滚动轴承，利用可抬升部分的碳纤维管作为导轨，实现上下抬升。
可抬升部分通过左右两侧的同步带4传动，同时固连于直线滚动轴承6，利用碳纤维管3作为导轨，可实现上下抬升。在同步带4结构中设有二级传动，可进一步增大电机扭矩，同时使受力相对更加平衡。
碳纤维管3设有八个，四根利用卧式轴承座13固连于机器人固定部分，四根利用卧式轴承座13固连于可抬升部分，从而进一步减小了由于直线滚动轴承6带来的间隙，提高了机构的稳定性。
如图4，可抬升部分设有套柱（上部分）机构14，套柱（上部分）机构14包括套柱竖向固定板16、套柱支撑加强板17、万向轴承A18、套柱上支撑件19、轴承20、光轴21、万向轴承固定件22及万向轴承B23，套柱支撑加强板17及套柱上支撑件19通过螺纹副固连于万向轴承B23，万向轴承B23与外部立柱的圆盘接触，从而为车体提供向上的支持力；万向轴承固定件22通过螺纹副固连于万向轴承A18，万向轴承A18与所述轴承20套于外部立柱，从而为车体提供水平方向的支持力。套柱竖向固定板对称设置的两块，两块套柱竖向固定板之间设有套柱上支撑件和万向轴承固定件, 万向轴承固定件上设有万向轴承B, 套柱上支撑件与万向轴承固定件之间设有光轴，光轴上设有轴承；套柱上支撑件下侧连接万向轴承A。16固定连接在框架上。
如图5，所述固定部分设有套柱（下部分）机构，包括套柱下支撑件24及万向轴承C25，为车体提供反向的水平支持力。套柱下支撑件上设有万向轴承C，所述套柱下支撑件固定连接底盘。
固定部分另一侧设有涵道5，为机器人套柱越障提供绕柱旋转的驱动力。
如图6，在本实施例中，外部立柱直径为80mm，高为900mm，圆盘距立柱顶部100mm，其直径为110mm；所要翻越的障碍物（台阶）高度为400mm。首先，利用电机A8驱动同步带4转动，使可抬升部分抬升至最高处，即套柱（上部分）机构14高于外部立柱，并驱动电机B11使车体向前移动，直至万向轴承C25于外部立柱下侧相接触。
保持车体位置不变，驱动电机A8使可抬升部分下降，在某一位置万向轴承A18与圆盘相接触，不再下降，进而车体固定部分被向上抬升，直至最低点离地高度大于400mm，此时整个车体均高于障碍物高度。
驱动涵道5扇叶高速旋转，利用空气对其产生的反作用力作为旋转动力，将整个车体旋转180度至障碍物（台阶）上方。
驱动电机A8使可抬升部分向上抬升，在某一位置麦克纳姆轮7与障碍物相接触，固定部分不再下降，万向轴承A18与圆盘脱离；驱动电机B11使车体前进，当整个套柱机构远离外部立柱后便可将其放下，从而完成了整个越障过程。
在所述的同步带结构中设有二级传动，可进一步增大电机扭矩，同时使受力相对更加平衡。
在所述的底盘框架某特定位置增设红外开关，用于在套柱越障过程中检测台阶，从而更为精确地控制涵道开启时间，提高其自动化程度。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于麦克纳姆轮的套柱式越障机器人，其特征在于：包括铝方管搭建而成的整体框架，所述整体框架包括顶架、底盘；顶架与底盘之间通过碳纤维管连接；在所述铝方管框架底盘四角处设置有由电机B驱动的麦克纳姆轮，所述麦克纳姆轮通过避震器与所述底盘相连接；所述铝方管整体框架分为固定部分和可抬升部分，所述固定部分为底盘和固定部分的碳纤维管；所述可抬升部分为顶架与可抬升部分的碳纤维管；顶架与底盘之间的左右两侧设有同步带，通过左右两侧的同步带传动，同时固连于直线滚动轴承，利用可抬升部分的碳纤维管作为导轨，实现上下抬升；所述可抬升部分设有套柱上部分机构，所述套柱上部分机构包括套柱竖向固定板、套柱支撑加强板、万向轴承A、套柱上支撑件、轴承、光轴、万向轴承固定件及万向轴承B，所述套柱支撑加强板及套柱上支撑件通过螺纹副固连于万向轴承B，所述万向轴承B与外部立柱的圆盘接触，所述万向轴承固定件通过螺纹副固连于万向轴承A，所述万向轴承A与所述轴承套于外部立柱；所述套柱竖向固定板对称设置的两块，两块套柱竖向固定板之间设有套柱上支撑件和万向轴承固定件, 万向轴承固定件上设有万向轴承B, 套柱上支撑件与万向轴承固定件之间设有光轴，光轴上设有轴承；套柱上支撑件下侧连接万向轴承A；套柱竖向固定板固定连接在框架上；所述固定部分设有套柱下部分机构，套柱下部分机构包括套柱下支撑件及万向轴承C；所述套柱下支撑件上设有万向轴承C，所述套柱下支撑件固定连接底盘；同时，所述固定部分另一侧设有涵道。
2.如权利要求1所述的一种基于麦克纳姆轮的套柱式越障机器人，其特征在于：所述同步带结构中设有二级传动。
3.如权利要求1所述的一种基于麦克纳姆轮的套柱式越障机器人，其特征在于：所述框架底盘增设红外开关。
4.如权利要求1所述的一种基于麦克纳姆轮的套柱式越障机器人，其特征在于：所述碳纤维管设有八个，四根为固定部分的碳纤维管，四根为可抬升部分的碳纤维管。
5.如权利要求4所述的一种基于麦克纳姆轮的套柱式越障机器人，其特征在于：所述涵道内设有扇叶。
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