CN111232093B - 一种抗冲击轮式机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗冲击轮式机器人，包括车体；车体的两侧安装有轮组，轮组包括车轮和中心设有车轮轴承的支撑组件；车体包括底拼板与顶拼板，底拼板与顶拼板之间的两侧分离的设置有侧拼板，底拼板与顶拼板之间的两端分离的设置有端拼板，各所述拼板均通过螺栓与所述支撑组件固定连接，各所述拼板彼此之间相邻的边经由橡胶减震条连接。本发明的抗冲击轮式机器人的抗冲击效果好，使用寿命长。

Description

一种抗冲击轮式机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种抗冲击轮式机器人。

背景技术

抛投式微小型智能探测机器人可在救援人员无法快速接近或不适宜进入的事故现场，采用抛投形式实现快速部署，主动探测火灾现场情况。一方面可以替代消防人员进入不适合人类进入的事故现场，保证了人身安全；另一方面，抛投快速部署也提高了灾难响应速度。

现有的机器人普遍采用有骨架(刚性车架)的结构，抗冲击性能主要靠轮胎实现，但轮胎变形量受到很大局限，仍会通过轮组将冲击传递至车体。而刚性车架的车体虽然可以保证足够的机械强度，使机器人不至于受到冲击发生解体，但问题是车轮传来的冲击会被刚性车架传递给内部的机械、电子组件，造成内部组件的早期损坏。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种具有多重抗冲击结构，抗冲击效果好，使用寿命长的抗冲击轮式机器人。

本发明提供的一种抗冲击轮式机器人，包括车体；所述车体沿行驶方向的两侧对称的安装有轮组，所述轮组包括车轮和中心设有车轮轴承的支撑组件；

所述车体包括底拼板与顶拼板，所述底拼板与所述顶拼板之间沿行驶方向的两侧分离的设置有侧拼板，所述底拼板与所述顶拼板之间沿行驶方向的两端分离的设置有端拼板，各所述拼板均通过螺栓与所述支撑组件固定连接，各所述拼板彼此之间相邻的边经由橡胶减震条连接；

所述车体上沿竖直方向贯通的设置有容纳槽，所述容纳槽内设置有机械摇臂，所述机械摇臂的一端通过轴杆与容纳槽可转动连接，所述车体内设置有可驱动轴杆双向转动的舵机组件；所述机械摇臂远离轴杆的一端设置有摄像头组件。

优选的，各所述拼板的材质均为碳纤维材质。

优选的，所述车轮的顶部与底部在高度方向上分别突出所述车体的顶拼板和底拼板。

优选的，所述轮组设置有可驱动其双向转动的驱动机构，所述车体内设置有电控组件，所述驱动机构与所述电控组件电连接。

优选的，所述车轮的轴心上设置有与所述车轮轴承套接的传动轴；所述驱动机构包括驱动电机，所述驱动电机的输出轴通过弹性联轴器与所述传动轴传动连接。

优选的，所述电控组件包括固定设置于所述车体内的安装架，所述安装架上固定安装有电控板，所述安装架上位于所述电控板的一侧固定安装有电池模组，所述车体内固定设置有通讯模组，所述电池模组及所述通讯模组均与所述电控板电连接。

优选的，两块所述端拼板上均设置有两组距离传感器组件，任一所述端拼板上设置有气体传感器组件，所述距离传感器组件与所述气体传感器组件均与所述电控组件电连接。

优选的，所述车体的外壁面上均匀喷涂有一层防火隔热漆。

优选的，所述支撑组件包括：具有与各所述拼板分别接触的接触面的轴承座和与所述轴承座的所述接触面对置夹紧固定各所述拼板的橡胶防撞块。

相对于现有技术而言，本发明的有益效果是：

本发明的抗冲击轮式机器人设置有两级抗冲击减震结构，第一级减震结构由车轮和橡胶防撞块构成，当机器人抛投着地的瞬间，车轮会与地面直接接触，吸收碰撞过程中产生的冲击力，所有车轮在碰撞瞬间会压缩，在弹起过程中会吸收掉一部分冲击力，起到第一级抗冲击减震效果；

第二级减震构成为，利用轮组的支撑组件(轴承座)连接各拼板而构成车体，因此车体形成无骨架(刚性车架)的结构。在从车轮传递来的冲击通过支撑组件传递至组成车体的拼板，使各拼板可获得更大的形变，延长形变应力的作用时间，从而传递至车体(各拼板)的冲击很大程度上被车体(各拼板)变形吸收，而传递至内部组件的冲击显著降低，有效起到第二级抗冲击减震效果。同时，在各板的连接处安装有橡胶减震条，进一步提高了车体的抗冲击效果。因此本发明的机器人与以往的有骨架(刚性车架)的机器人车体相比，能够有效分散行使时所收到的冲击，确保内部组件长期稳定工作，具有良好的抗冲击性。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本发明的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例提供的一种抗冲击轮式机器人的结构示意图；

图2为抗冲击轮式机器人的内部结构示意图；

图3为轮组的结构示意图；

图4为支撑组件与车体的安装结构示意图；

图5为驱动机构的结构示意图；

图6为电控组件的结构示意图。

图中标号：1、车体；2、轮组；3、驱动机构；4、电控组件；5、摄像头组件；6、距离传感器组件；7、气体传感器组件。

11、底拼板；12、顶拼板；13、侧拼板；14、端拼板；15、橡胶减震条；

21、车轮；22、车轮轴承；23、支撑组件；24、传动轴；31、驱动电机；32、弹性联轴器；33、带轮；34、传动带；

41、安装架；42、电控板；43、电池模组；44、通讯模组；

231、轴承座；232、橡胶防撞块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

请参考图1～图4，本发明的实施例提供了一种抗冲击轮式机器人，包括车体1；车体1沿行驶方向的两侧对称的安装有轮组2，轮组2包括车轮21和中心设有车轮轴承22的支撑组件23；

车体1包括底拼板11与顶拼板12，底拼板11与顶拼板12之间沿行驶方向的两侧分离的设置有侧拼板13，底拼板11与顶拼板12之间沿行驶方向的两端分离的设置有端拼板14，各拼板均通过螺栓与支撑组件23固定连接，各拼板彼此之间相邻的边经由橡胶减震条15连接。

在本实施例中，车体1的行驶方向是指机器人向前或向后直线行驶的方向。各拼板指底拼板11、顶拼板12、侧拼板13和端拼板14。

机器人的抗冲击分两级完成，第一级由车轮21来完成，当机器人抛投着地的瞬间，车轮21会与地面直接接触，吸收碰撞过程中产生的冲击力，所有车轮21在碰撞瞬间会压缩，在弹起过程中会吸收掉一部分冲击力，其余大部分的冲击力会通过支撑组件23传递到车体1上。

第二级抗冲击的车体1采用了各拼板拼接的无骨架结构，包括上、下、左、右、前、后六块互相独立的拼板，各拼板分别通过螺栓与支撑组件23固定连接。机器人抛投承受冲击力时，车体1可获得更大的形变，延长形变应力的作用时间，减小应力的破坏力，起到极佳的抗冲击减震效果。且车体1各拼接板的拼接处安装有橡胶减震条15，可以起到很好的缓冲作用，进一步的提高了机器人抛投的抗冲击性能。

在一优选实施例中，各拼板的材质均为碳纤维材质。

在本实施例中，各拼板的材质采用碳纤维材质，利用碳纤维材质的弹性特点，构成整车抗冲击的基础，使车体1具有优良的抗冲击性能。

碳纤维是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。碳纤维质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有高硬度、高强度、重量轻、高耐化学性、耐高温的特性。碳纤维具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性。适用于车体1对轻质、高强及弹性的要求。

在一优选实施例中，如图1所示，车轮21的顶部与底部在高度方向上分别突出车体1的顶拼板12和底拼板11。

在本实施例中，火灾现场环境复杂，机器人抛投着地后，很难控制其哪面朝上，车轮21的顶面与底面突出车体1的设置，使得无论车体1哪面朝上，机器人均可正常驱动。为增强机器人跨越障碍的性能，轮组2的前端与后端均可突出车体1设置，在遇到障碍物时，使车轮21首先与障碍物接触，并跨过障碍物。提高了机器人的行驶性能。

在一优选实施例中，如图2所示，轮组2设置有可驱动其双向转动的驱动机构3，车体内设置有电控组件4，驱动机构3与电控组件4电连接。

在一优选实施例中，如图3和图5所示，车轮21的轴心上设置有与车轮轴承22套接的传动轴24；驱动机构3包括驱动电机31，驱动电机31的输出轴通过弹性联轴器32与传动轴24传动连接。

在本实施例中，各个车轮21之间通过传动带34传动连接，实现了机器人的多轮驱动，提高了机器人轮组2的抓地力，使机器人在复杂的火灾现场具有优越的行驶性能。

弹性联轴器32通常由金属圆棒线切割而成，常用的材质有铝合金、不锈钢、工程塑料。弹性联轴器32运用平行或螺旋切槽系统来适应各种偏差和精确传递扭矩。一体成型的设计，使弹性联轴器32实现了零间隙地传递扭矩和无须维护的优势。

在一优选实施例中，如图2和图6所示，电控组件4包括固定设置于车体1内的安装架41，安装架41上固定安装有电控板42，安装架41上位于电控板42的一侧固定安装有电池模组43，车体1内固定设置有通讯模组44，电池模组43及通讯模组44均与电控板42电连接。

在本实施例中，通过电控板42连接机器人的各个部件，实现对机器人的控制。电控板42是电脑控制器的核心元件，通常由硬件和软件组成，用于设备和系统的自动化控制。

通讯模组44用于机器人的信息传输，设置有无线电通讯模块和WIFI模块。无线电通讯模块设置有580MHz天线和2.4GHz天线，用于信息传输，为防止两个频段的互相干扰，两天线之间用碳纤维板隔开；WIFI模块设置有WIFI天线，用于信息传输。采用无线电台通讯和网络通讯相结合的方式，无线通信在保证单机通讯距离符合要求的同时，以中继方式，保证信号在穿墙、跨障之后的衰减弥补和较远距离的传输要求。

在一优选实施例中，如图2所示，车体1上设置有摄像头组件5，用于获取火灾现场的信息，给救援部署提供有力辅助，摄像头组件5与电控组件4电连接。

在本实施例中，摄像头组件5包括视频组件和音频组件。视频组件包括可见光摄像头和红外摄像头，用于采集现场的视频信息；音频组件包括扬声器和拾音器，通过拾音器采集现场的音频信息，通过扬声器向现场播放音频信息，实现与火灾现场被困人员的沟通，增加了救援的成功率。

为增强摄像头组件5的视频组件的视野角度，可在车体1上设置机械摇臂，将视频组件安装在机械摇臂上，通过驱动机械摇臂升高，使视频组件获得更广的视野角度。

因机器人抛投后，朝上面不确定，因此在车体1上设置有沿竖直方向贯通车体1的容纳槽，机械摇臂的一端通过轴杆与容纳槽可转动连接，车体1内设置有可驱动轴杆双向转动的舵机组件；摄像头组件5设置于机械摇臂远离轴杆的一端。机器人抛投前，机械摇臂收纳在容纳槽内，可对摄像头组件5起到保护的作用。机器人抛投着地后，可通过舵机组件驱动机械摇臂向车体1朝上的一面转动升起，将摄像头组件5升起至正常作业位置。

舵机组件是一种位置(角度)伺服的驱动器，舵机包括外壳、电路板、驱动马达、减速器与位置检测元件。其工作原理是由接收机发出讯号给舵机，经由电路板上的IC驱动无核心马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回讯号，判断是否已经到达定位。

在一优选实施例中，如图1所示，两块端拼板14上均设置有两组距离传感器组件6，任一端拼板14上设置有气体传感器组件7。

在本实施例中，两块端拼板14上设置的距离传感器组件6分别用于探测车体1前后的地面上的障碍物，将检测到的信号传递给电控组件4，由电控组件4控制机器人的动作。

气体传感器组件7设置于车体1前后的任意一块端拼板14上，用于检测火灾现场的气体。气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理以及仪表显示部分。气体传感器是一种将气体的成份、浓度等信息转换成可以被人员、仪器仪表、计算机等利用的信息的装置。

在一优选实施例中，车体1的外壁面上均匀喷涂有一层防火隔热漆，起到了阻燃隔热的作用。机器人使用的所有橡胶件中均掺有阻燃剂，可起到阻燃的作用。

在一优选实施例中，如图3和图4所示，支撑组件23包括：具有与各拼板分别接触的接触面的轴承座231和与轴承座231的接触面对置夹紧固定各拼板的橡胶防撞块232。

在本实施例中，各拼板通过螺栓与轴承座231固定连接，实现了各拼板之间的拼接，在机器人承受冲击力时，车轮21通过轴承座231将冲击力传递到车体1上，通过各拼板的形变化解冲击力，结构牢固，设计合理，缓冲效果好。

在本说明书的描述中，术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种抗冲击轮式机器人，其特征在于，包括车体(1)；所述车体(1)沿行驶方向的两侧对称的安装有轮组(2)，所述轮组(2)包括车轮(21)和中心设有车轮轴承(22)的支撑组件(23)；

所述车体(1)包括底拼板(11)与顶拼板(12)，所述底拼板(11)与所述顶拼板(12)之间沿行驶方向的两侧分离的设置有侧拼板(13)，所述底拼板(11)与所述顶拼板(12)之间沿行驶方向的两端分离的设置有端拼板(14)，各所述拼板均通过螺栓与所述支撑组件(23)固定连接，各所述拼板彼此之间相邻的边经由橡胶减震条(15)连接；

所述车体(1)上沿竖直方向贯通的设置有容纳槽，所述容纳槽内设置有机械摇臂，所述机械摇臂的一端通过轴杆与容纳槽可转动连接，所述车体(1)内设置有可驱动轴杆双向转动的舵机组件；所述机械摇臂远离轴杆的一端设置有摄像头组件(5)。

2.根据权利要求1所述的抗冲击轮式机器人，其特征在于，各所述拼板的材质均为碳纤维材质。

3.根据权利要求2所述的轮式机器人，其特征在于，所述车轮(21)的顶部与底部在高度方向上分别突出所述车体(1)的顶拼板(12)和底拼板(11)。

4.根据权利要求3所述的抗冲击轮式机器人，其特征在于，所述轮组(2)设置有可驱动其双向转动的驱动机构(3)，所述车体内设置有电控组件(4)，所述驱动机构(3)与所述电控组件(4)电连接。

5.根据权利要求4所述的抗冲击轮式机器人，其特征在于，所述车轮(21)的轴心上设置有与所述车轮轴承(22)套接的传动轴(24)；所述驱动机构(3)包括驱动电机(31)，所述驱动电机(31)的输出轴通过弹性联轴器(32)与所述传动轴(24)传动连接。

6.根据权利要求5所述的抗冲击轮式机器人，其特征在于，所述电控组件(4)包括固定设置于所述车体(1)内的安装架(41)，所述安装架(41)上固定安装有电控板(42)，所述安装架(41)上位于所述电控板(42)的一侧固定安装有电池模组(43)，所述车体(1)内固定设置有通讯模组(44)，所述电池模组(43)及所述通讯模组(44)均与所述电控板(42)电连接。

7.根据权利要求6所述的抗冲击轮式机器人，其特征在于，两块所述端拼板(14)上均设置有两组距离传感器组件(6)，任一所述端拼板(14)上设置有气体传感器组件(7)，所述距离传感器组件(6)与所述气体传感器组件(7)均与所述电控组件(4)电连接。

8.根据权利要求7所述的轮式机器人，其特征在于，所述车体(1)的外壁面上均匀喷涂有一层防火隔热漆。

9.根据权利要求1所述的轮式机器人，其特征在于，所述支撑组件(23)包括：具有与各所述拼板分别接触的接触面的轴承座(231)和与所述轴承座(231)的所述接触面对置夹紧固定各所述拼板的橡胶防撞块(232)。

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