CN111267979A - 一种机器人履带轮的监测系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人履带轮的监测系统及其使用方法，涉及到机器人履带技术领域，包括安装在机器人腿部下端的第一履带轮和第二履带轮以及与第一履带轮和第二履带轮连接的履带，还包括履带轮外罩壳，设置在履带轮外罩壳内的张紧器和导带轮机构，张紧器抵于履带的上侧，导带轮机构抵于履带的下侧内壁，第一履带轮设置在履带轮外罩壳内，第二履带轮设置在履带轮外罩壳一侧，履带轮抬升机构设置在第二履带轮的上侧，第一履带轮驱动机构设置在第一履带轮内，第二履带轮驱动机构设置在第二履带轮内，履带轮抬升机构、第一履带轮驱动机构和第二履带轮驱动机构分别与控制器连接。其可以抬升第二履带轮，防止履带脱落，增强机器人的越野能力。

Description

一种机器人履带轮的监测系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及到机器人履带技术领域，尤其涉及到一种机器人履带轮的监测系统及其使用方法。

背景技术

机器人是自动控制机器(Robot的俗称，自动控制机器包括一切模拟人类行为或思想与模拟其他生物的机械(如机器狗，机器猫等)，狭义上对机器人的定义还有很多分类法及争议，有些电脑程序甚至也被称为机器人，在当代工业中，机器人指能自动执行任务的人造机器装置，用以取代或协助人类工作。

腿式机器人能够满足某些特殊的性能要求，但是由于其结构自由度太多，控制比较复杂，应用受到一定的限制。轮式移动机器人虽然移动速度较快，但其地形通过能力相对欠佳。履带式移动机器人能够很好地适应地面变化，具有相对良好的越障能力。

对于现有的履带式机器人，用于驱动履带的前履带与后履带轮之间的位置均是固定的，当履带经过障碍物或坎坷地形时，由于前履带轮的位置无法调节，运到一定高度的障碍物便难以跨越，严重影响工作效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机器人履带轮的监测系统及其使用方法，用于解决上述技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种机器人履带轮的监测系统，包括安装在机器人腿部的下端的第一履带轮和第二履带轮以及与所述第一履带轮和所述第二履带轮连接的履带，还包括履带轮外罩壳，关节连接结构、履带轮抬升机构、第一履带轮驱动机构、第二履带轮驱动机构、张紧器、导带轮机构和控制器，其中，所述第一履带轮设置在所述履带轮外罩壳内，所述第二履带轮设置在所述履带轮外罩壳的一侧，所述关节连接结构设置在所述履带轮外罩壳的上端，所述履带轮抬升机构的一端与所述第二履带轮连接，所述履带轮抬升机构的另一端与所述关节连接结构连接，所述第一履带轮驱动机构设置在所述第一履带轮内，用于驱动所述第一履带轮，所述第二履带轮驱动机构设置在所述第二履带轮内，用于驱动所述第二履带轮，所述张紧器设置在所述履带轮外罩壳内，且所述张紧器抵于所述履带的上侧，所述导带轮机构设置在所述履带轮外罩壳内，且所述导带轮机构抵于所述履带的下侧内壁，所述控制器分别与所述第一履带轮驱动机构、所述第二履带轮驱动机构和所述履带轮抬升机构信号连接。

作为优选，还包括两机电制动器，所述第一履带轮和所述第二履带轮上各设有一所述机电制动器，其中一所述机电制动器与所述第一履带轮驱动机构连接，另一所述机电制动器与所述第二履带轮驱动机构连接，且两所述机电制动器分别与所述控制器信号连接。

作为优选，所述履带轮抬升机构包括履带轮连接架、履带轮连接座、抬升支臂和液压缸，其中，所述履带轮连接架与所述第二履带轮转动地连接，所述履带轮连接架的上端设有所述履带轮连接座，所述抬升支臂的一端与所述履带轮连接座连接，所述抬升支臂的另一端与所述关节连接结构连接，所述液压缸设置在所述履带轮连接座与所述关节连接结构之间，所述液压缸连接所述履带轮连接座和所述关节连接结构，且所述液压缸与所述控制器信号连接。

作为进一步的优选，所述液压缸由上至下向靠近所述履带轮连接座的方向倾斜设置。

作为进一步的优选，还包括红外线传感器，所述红外线传感器设置在所述履带轮连接座上，且所述红外线传感器位于所述履带轮连接座远离所述关节连接结构的一侧，所述红外线传感器与所述控制器信号连接。

一种机器人履带轮的监测系统的使用方法，所述使用方法包括：

所述控制器控制所述第一履带轮和所述第二履带轮同步转动；

机电制动器检测所述第一履带轮或所述第二履带轮是否出现故障，若是，则所述控制器控制所述第一履带轮和所述第二履带轮停止转动。

作为进一步的优选，所述使用方法还包括：红外线传感器检测所述第二履带轮的前方是否有障碍物，若是，则所述控制器控制所述履带轮抬升机构抬升所述第二履带轮。

作为进一步的优选，所述控制器分别控制所述第一履带轮驱动机构和所述第二履带轮驱动机构，并通过所述第一履带轮驱动机构控制所述第一履带轮转动，所述第二履带轮驱动机构控制所述第二履带轮转动。

作为进一步的优选，当所述第一履带轮出现故障时，则所述控制器控制所述第二履带轮驱动机构，所述第二履带轮驱动机控制所述第二履带轮停止转动；当所述第二履带轮出现故障时，则所述控制器控制所述第一履带轮驱动机构，所述第一履带轮驱动机构控制所述第一履带轮停止转动。

作为进一步的优选，每一所述机电制动器中均设有警报器，当所述机电制动器检测到所述第一履带轮/所述第二履带轮出现故障时，则对应的所述警报器发出警报信号至所述控制器。

作为进一步的优选，检测机器人的行驶速度，当所述行驶速度为低速时，所述张紧器上抬以放松所述履带的张紧力；当所述行驶速度为高速时，所述张紧器下压以张紧所述履带；当红外线传感器检测到障碍物时，在经过所述障碍物时所述张紧器上抬以放松所述履带的张紧力，在通过所述障碍物后所述张紧器下压以张紧所述履带。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明中，通过在第二履带轮上履带轮抬升机构，并通过外部控制器控制履带轮抬升机构动作，实现对第二履带轮的抬升，同时履带轮抬升机构还能够实现对第二履带轮支撑和固定，在经过障碍物或坎坷地面上，能够自动抬升第二履带轮，提高机器人的越野能力；同时设置的张紧器和导带轮机构能够实现对履带松紧度的调整，当第二履带轮抬升或经过坎坷地面时，张紧器和导带轮机构调整履带的松紧度，能够防止履带出现脱落现象。

附图说明

图1是本发明机器人履带轮的监测系统的立体图；

图2是本发明中履带轮抬升机构的结构示意图；

图3是本发明中张紧器的结构示意图；

图4是本发明中导带轮机构的结构示意图。

图中：1、第二履带轮；2、履带；3、履带轮外罩壳；4、关节连接结构；5、履带轮抬升机构；51履带轮连接架；52、履带轮连接座；53、抬升支臂；54、液压缸；6、导带轮机构；61、导带轮；62、固定连接杆；63、导带轮凸线；64、连接板；65、第一连接杆；66、弹簧连杆；7、张紧器；71、组合板；72、轮盘；73、导轨副；74、滑杆；75、固定杆；76、连接片；8、红外线传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

图1是本发明机器人履带轮的监测系统的立体图；图2是本发明中履带轮抬升机构的结构示意图；图3是本发明中张紧器的结构示意图；图4是本发明中导带轮机构的结构示意图。请参见图1至图4所示，示出了一种较佳实施例，示出的一种机器人履带轮的监测系统，包括安装在机器人腿部的下端的第一履带轮(图中未示出)和第二履带轮1以及与第一履带轮和第二履带轮1连接的履带2，还包括履带轮外罩壳3，关节连接结构4、履带轮抬升机构5、第一履带轮驱动机构(图中未示出)、第二履带轮驱动机构(图中未示出)、张紧器7、导带轮机构6和控制器(图中未示出)，其中，第一履带轮设置在履带轮外罩壳3内，第二履带轮1设置在履带轮外罩壳3的一侧，关节连接结构4设置在履带轮外罩壳3的上端，履带轮抬升机构5的一端与第二履带轮1连接，履带轮抬升机构5的另一端与关节连接结构4连接，第一履带轮驱动机构设置在第一履带轮内，用于驱动第一履带轮，第二履带轮驱动机构设置在第二履带轮1内，用于驱动第二履带轮，张紧器7设置在履带轮外罩壳3内，且张紧器7抵于履带2的上侧，导带轮机构6设置在履带轮外罩壳3内，且导带轮机构6抵于履带2的下侧内壁，控制器分别与第一履带轮驱动机构、第二履带轮驱动机构和履带轮抬升机构5信号连接。本实施例中的第一履带轮驱动机构和第二履带轮驱动机构均为无框电机，通过将无框电机固定在第一履带轮/第二履带轮1的一侧，并将无框电机的输出轴与第一履带轮/第二履带轮1的车轮轴传动连接，实现无框电机对第一履带轮/第二履带轮1的驱动。本实施例中的第一履带轮驱动机构和第二履带轮驱动机构分别与机器人上电源装置电连接。本实施例中的履带轮外罩壳3包括两个侧板和一个连接板，其中，两侧板并排设置，两侧板的上端通过连接板连接，而关节连接结构4设置在连接板上，第一履带轮、张紧器7和导带轮机构6均是设置在两侧板之间。其中，第一履带轮的出轮轴的两端与两侧板连接，张紧器7和导带轮机构6均是与两侧板连接。本实施例中的履带轮抬升机构5用于向上/向下抬升第二履带轮1，当第二履带轮1的前端有障碍物时，此时履带轮抬升机构5会向上抬升第二履带轮，并通过张紧器7和导带轮机构6对履带的松紧度进行适当调整。本实施例中的控制器用于控制第一履带轮、第二履带轮1和履带轮抬升机构5的动作，本实施例中的控制器单独设置，使用者可以通过控制器从机器人外部控制第一履带轮及第二履带轮1的运转。

进一步，作为一种较佳的实施方式，机器人履带轮的监测系统还包括两机电制动器(图中未示出)，第一履带轮和第二履带轮1上各设有一机电制动器，其中一机电制动器与第一履带轮驱动机构连接，另一机电制动器与第二履带轮驱动机构连接，且两机电制动器分别与控制器信号连接。本实施例中的机电制动器用于制动第一履带轮驱动机构和第二履带轮驱动机构，机电制动器可以监测第一履带轮及第二履带轮1的状态，当第一履带轮/第二履带轮1出现故障时，对应的机电制动器会向控制器发出警报信号，并同时发出警示声音，使用者可通过控制器控制第一履带轮/第二履带轮1停止转动。

进一步，作为一种较佳的实施方式，履带轮抬升机构5包括履带轮连接架51、履带轮连接座52、抬升支臂53和液压缸54。其中，履带轮连接架51与第二履带轮1转动地连接，履带轮连接架51的上端设有履带轮连接座52，抬升支臂53的一端与履带轮连接座52连接，抬升支臂53的另一端与关节连接结构4连接，液压缸54设置在履带轮连接座52与关节连接结构4之间。液压缸54连接履带轮连接座52和关节连接结构4，且液压缸54与控制器信号连接。本实施例中，履带轮连接座52与履带轮连接架51固定连接，抬升支臂53的一端与履带轮连接座52转动地连接，抬升支臂53的另一端与关节连接结构4转动地连接，液压缸54与关节连接结构4固定连接。其中，液压缸54中的液压杆与履带轮连接座52连接，且液压缸54倾斜设置。当第二履带轮1的前端出现障碍物时，控制器会向液压缸54发送控制液压杆收缩信号，此时液压缸54控制液压杆收缩，使得液压杆带动履带轮连接座52向上抬升，从而使得第二履带轮1上升并越过障碍物。然后控制器再控制液压缸54的液压杆延伸，使得液压杆推动履带轮连接座52带动第二履带轮1下降至原位置，然后液压缸54停止运转，此时的液压缸54对履带轮连接座52具有倾斜向下的支撑力，用于固定履带轮连接座52，防止履带轮连接座52上下晃动。本实施例中，履带轮连接架51与履带轮连接座52之间设有减震弹簧，起到对第二履带轮1的缓冲作用。本实施例中的抬升支臂53包括两第一连杆、两第二连杆和两第三连杆，其中，两第一连杆的一端与履带轮连接座52的一侧连接，两第二连杆的一端与履带轮连接座52的另一侧连接，其中，两第一连杆平行，两第二连杆平行，其中一第一连杆通过一第三连杆与其中一第二连杆连接，另一第一连杆通过另一第三连杆与另一第二连杆连接，且两第三连杆平行，每一连杆的另一端和每一第二连杆的另一端分别与关节连接结构4连接。

进一步，作为一种较佳的实施方式，液压缸54由上至下向靠近履带轮连接座52的方向倾斜设置。

进一步，作为一种较佳的实施方式，机器人履带轮的监测系统还包括红外线传感器8，红外线传感器8设置在履带轮连接座52上，且红外线传感器8位于履带轮连接座52远离关节连接结构4的一侧，红外线传感器8与控制器信号连接。本实施例中的红外线传感器8用于检测第二履带轮1前端的障碍物，当检测到第二履带轮1的前端有障碍物时，红外线传感器8会向控制器发送信号，控制器再控制液压缸54上的液压杆收缩。

下面说明本发明较佳的使用方法：

一种机器人履带轮的监测系统的使用方法，使用方法包括：

控制器控制第一履带轮和第二履带轮1同步转动。

机电制动器检测第一履带轮或第二履带轮1是否出现故障，若是，则控制器控制第一履带轮和第二履带轮1停止转动。

进一步，作为一种较佳的实施方式，机器人履带轮的监测系统的使用方法，该使用方法还包括：红外线传感器8检测第二履带轮1的前方是否有障碍物，若是，则控制器控制履带轮抬升机构5抬升第二履带轮1。

进一步，作为一种较佳的实施方式，控制器分别控制第一履带轮驱动机构和第二履带轮驱动机构，并通过第一履带轮驱动机构控制第一履带轮转动，第二履带轮驱动机构控制第二履带轮1转动。

进一步，作为一种较佳的实施方式，当第一履带轮出现故障时，则控制器控制第二履带轮驱动机构，第二履带轮驱动机控制第二履带轮1停止转动。当第二履带轮出现故障时，则控制器控制第一履带轮驱动机构，第一履带轮驱动机构控制第一履带轮停止转动。

进一步，作为一种较佳的实施方式，每一机电制动器中均设有警报器，当机电制动器检测到第一履带轮/第二履带轮1出现故障时，则对应的警报器发出警报信号至控制器。

进一步，作为一种较佳的实施方式，检测机器人的行驶速度，当行驶速度为低速时，张紧器7上抬以放松履带2的张紧力；当行驶速度为高速时，张紧器7下压以张紧履带2；当红外线传感器8检测到障碍物时，在经过障碍物时张紧器7上抬以放松履带2的张紧力，在通过障碍物后张紧器7下压以张紧履带2。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的保护范围及实施方式，

本发明在上述基础上还具有如下较佳的实施方式：

进一步，作为一种脚架的实施方式，张紧器7包括一呈“Π”型的组合板71、及设置在组合板71的内侧的两轮盘72、以及设置在组合板71的两侧的两导轨副73和与组合板71的上端连接的滑杆74，其中，组合板71通过滑杆74与履带轮外罩壳3的上侧内壁连接，即与连接板的下侧内壁连接。组合板71通过两导轨副73与履带轮外罩壳3的两侧内壁连接，即与两侧板的内侧壁连接。每一轮盘72分别抵于履带2的上侧。本实施例中，两轮盘72设置在组合板71的内侧，并与组合板71的两侧内壁相抵。而导轨副73包括直线导轨和滑动块，其中，直线导轨设置在履带轮外罩壳3的两侧内壁上，滑动块设置在直线导轨上，组合板71的两侧与滑动块连接，从而可实现组合板71的上下滑动。本实施例中的张紧器7还包括一呈“T”的双圆柱通管(图中未示出)，而滑杆74通过该双圆柱通管与组合板71滑动地连接，使得组合板71可以相对滑杆74上下滑动。本实施例中，在使用时，可通过导轨副73带动组合板71上下移动，实现对组合板71位置的调整，从而实现轮盘72对履带2的压紧程度的调整，实现对履带2的松紧度进行调整。

进一步，作为一种脚架的实施方式，张紧器7还包括一固定杆75和一连接片76，两轮盘72之间通过固定杆75连接，滑杆74的一端贯穿组合板71的上端并延伸至组合板71的内侧与固定杆75连接，滑杆74的另一端通过连接片76与履带轮外罩壳3的上侧内壁连接。本实施例中，固定杆75与两轮盘72转动地连接，当两轮盘72转动时，固定杆75处于静止状态。在其它的实施例中，固定杆75可与两轮盘72固定连接，实现两轮盘72的同步转动，且固定杆75可通过轴套与滑杆74的一端连接。本实施例中的连接片76为一板状结构，且连接片76的中部向外凸起，形成一凸起结构，该凸起结构与滑杆74的另一端连接，连接片76的两端设有螺纹孔，在螺纹孔内设有用于和履带轮外罩壳3的上侧内壁固定的螺钉。

进一步，作为一种脚架的实施方式，导带轮机构6包括两导带轮61、一连接杆套件和两固定连接杆62，其中，两导带轮61之间通过连接杆套件连接，连接杆套件分别与两固定连接杆62连接，每一固定连接杆62的两端分别与履带轮外罩壳3的两侧内壁连接，每一导带轮61的外缘的中部各设有一导带轮凸线63。本实施例中的导带轮61均为位移导带轮，本实施例中的两导带轮61并排设置，且两导带轮61在履带2内的位置可以自动调节。导带轮61用于下压履带2，防止履带2出现侧滑现象。本实施例中的两固定连接杆62与履带轮外罩壳3的两侧内壁固定连接。

进一步，作为一种较佳的实施方式，连接杆套件包括两连接板64、一第一连接杆65和一弹簧连杆66，其中，每一连接板64的一端分别与一导带轮61连接，每一连接板64的另一端分别与其中一固定连接杆62连接，第一连接杆65的两端连接两连接板64，弹簧连杆66的一端与第一连接杆65连接，弹簧连杆66的另一端与另一固定连接杆62连接。本实施例中，两连接板64的一端与两导带轮61转动连接，使得两导带轮61可以相对两连接板64转动，两连接板64的另一端与其中一固定连接杆62转动地连接。弹簧连杆66与第一连接杆65固定连接，且弹簧连杆66垂直于第一连接杆65。本实施例中，当履带2在转动的过程中，两导带轮61对履带2的下侧内壁进行下压，当履带2经过凹凸不平的地面时，导带轮61可以在弹簧连杆66的作用下进行上下移动。本实施例中，通过设置弹簧连杆66，可以起到减震的作用。

本发明中的机器人履带轮的监测系统可应用于四履带式爬行机器人和双履带式站立机器人，当应用于四履带式爬行机器人时，本发明中的履带轮的监测系统设置在机器人的两臂部及两腿部上；当应用于双履带式站立机器人时，本发明中的履带轮的监测系统设置在机器人的两腿部上。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种机器人履带轮的监测系统，包括安装在机器人腿部的下端的第一履带轮和第二履带轮以及与所述第一履带轮和所述第二履带轮连接的履带，其特征在于，还包括履带轮外罩壳、关节连接结构、履带轮抬升机构、第一履带轮驱动机构、第二履带轮驱动机构、张紧器、导带轮机构和控制器，其中，所述第一履带轮设置在所述履带轮外罩壳内，所述第二履带轮设置在所述履带轮外罩壳的一侧，所述关节连接结构设置在所述履带轮外罩壳的上端，所述履带轮抬升机构的一端与所述第二履带轮连接，所述履带轮抬升机构的另一端与所述关节连接结构连接，所述第一履带轮驱动机构设置在所述第一履带轮内，用于驱动所述第一履带轮，所述第二履带轮驱动机构设置在所述第二履带轮内，用于驱动所述第二履带轮，所述张紧器设置在所述履带轮外罩壳内，且所述张紧器抵于所述履带的上侧，所述导带轮机构设置在所述履带轮外罩壳内，且所述导带轮机构抵于所述履带的下侧内壁，所述控制器分别与所述第一履带轮驱动机构、所述第二履带轮驱动机构和所述履带轮抬升机构信号连接。

2.如权利要求1所述的机器人履带轮的监测系统，其特征在于，还包括两机电制动器，所述第一履带轮和所述第二履带轮上各设有一所述机电制动器，其中一所述机电制动器与所述第一履带轮驱动机构连接，另一所述机电制动器与所述第二履带轮驱动机构连接，且两所述机电制动器分别与所述控制器信号连接。

3.如权利要求1所述的机器人履带轮的监测系统，其特征在于，所述履带轮抬升机构包括履带轮连接架、履带轮连接座、抬升支臂和液压缸，其中，所述履带轮连接架与所述第二履带轮转动地连接，所述履带轮连接架的上端设有所述履带轮连接座，所述抬升支臂的一端与所述履带轮连接座连接，所述抬升支臂的另一端与所述关节连接结构连接，所述液压缸设置在所述履带轮连接座与所述关节连接结构之间，所述液压缸连接所述履带轮连接座和所述关节连接结构，且所述液压缸与所述控制器信号连接。

4.如权利要求3所述的机器人履带轮的监测系统，其特征在于，还包括红外线传感器，所述红外线传感器设置在所述履带轮连接座上，且所述红外线传感器位于所述履带轮连接座远离所述关节连接结构的一侧，所述红外线传感器与所述控制器信号连接。

5.一种机器人履带轮的监测系统的使用方法，其特征在于，包括权利要求1-4任意一项所述的机器人履带轮的监测系统，所述使用方法包括：

所述控制器控制所述第一履带轮和所述第二履带轮同步转动；

机电制动器检测所述第一履带轮或所述第二履带轮是否出现故障，若是，则所述控制器控制所述第一履带轮和所述第二履带轮停止转动。

6.如权利要求5所述的机器人履带轮的监测系统的使用方法，其特征在于，所述使用方法还包括：红外线传感器检测所述第二履带轮的前方是否有障碍物，若是，则所述控制器控制所述履带轮抬升机构抬升所述第二履带轮。

7.如权利要求5所述的机器人履带轮的监测系统的使用方法，其特征在于，所述控制器分别控制所述第一履带轮驱动机构和所述第二履带轮驱动机构，并通过所述第一履带轮驱动机构控制所述第一履带轮转动，通过所述第二履带轮驱动机构控制所述第二履带轮转动。

8.如权利要求5所述的机器人履带轮的监测系统的使用方法，其特征在于，当所述第一履带轮出现故障时，则所述控制器控制所述第二履带轮驱动机构，所述第二履带轮驱动机控制所述第二履带轮停止转动；当所述第二履带轮出现故障时，则所述控制器控制所述第一履带轮驱动机构，所述第一履带轮驱动机构控制所述第一履带轮停止转动。

9.如权利要求5所述的机器人履带轮的监测系统的使用方法，其特征在于，每一所述机电制动器中均设有警报器，当所述机电制动器检测到所述第一履带轮所述第二履带轮出现故障时，则对应的所述警报器发出警报信号至所述控制器。

10.如权利要求5所述的机器人履带轮的监测系统的使用方法，其特征在于，检测机器人的行驶速度，当所述行驶速度为低速时，所述张紧器上抬以放松所述履带的张紧力；当所述行驶速度为高速时，所述张紧器下压以张紧所述履带；当红外线传感器检测到障碍物时，在经过所述障碍物时所述张紧器上抬以放松所述履带的张紧力，在通过所述障碍物后所述张紧器下压以张紧所述履带。

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