CN111497955B - 减震单元及消防机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种减震单元，用于对消防机器人的车体进行减震，所述车体包括负重轮，其特征在于，所述减震单元包括：一个摆臂，具有两个分支并适于绕位于所述两个分支相接处的转轴旋转，所述转轴固定于所述车体，所述摆臂的一个分支的一个端部与所述负重轮铰接；以及，第一和第二阻尼器，所述第一和第二阻尼器的各自一端分别固定于所述车体，所述第一和第二阻尼器的各自另一端分别连接于所述两个分支。本发明显著提高了减震单元的承载能力，进而改善了消防机器人的减震效果。

Description

减震单元及消防机器人

技术领域

本发明涉及适用于工业领域，尤其涉及一种改进减震功能的减震单元及采用该减震单元的的消防机器人。

背景技术

消防机器人具有穿越障碍物能力强、与地面接触面积大等优点，在救火救灾现场，消防机器人被越来越多的投入使用。火灾现场的地面状况一般十分复杂，分布着较多障碍物，但当路面状况不佳或需要穿越障碍物时，消防机器人会受到外界冲击，从而使得消防机器人的车体震动，直接影响车体上安装设备的平稳运行和可靠工作，有时甚至会损坏设备内部电气元件，导致设备失灵。在现有技术中，普通的消防机器人只有单一悬挂系统或减震结构，其减震效果有限；而减震效果较好的减震系统结构又较为复杂、不仅对机械加工和组装工艺要求很高，并且由于附加了各类阻尼器和传感器等，维修流程复杂，成本高、实用性不强。

发明内容

本发明的实施例旨在改进消防机器人的减震结构。

根据本发明的一个方面，提供了一种减震单元，用于对消防机器人的车体进行减震，所述车体包括负重轮，其特征在于，所述减震单元包括：一个摆臂，具有两个分支并适于绕位于所述两个分支相接处的转轴旋转，所述转轴固定于所述车体，所述摆臂的一个分支的一个端部与所述负重轮铰接；以及，第一和第二阻尼器，所述第一和第二阻尼器的各自一端分别固定于所述车体，所述第一和第二阻尼器的各自另一端分别连接于所述两个分支。

根据本发明的一个实施例，在上述减震单元中，所述两个分支包括第一分支和第二分支，所述第二分支的一端与负重轮铰接，另一端与所述转轴连接；所述第一分支沿所述转轴的中心点向外延伸，所述第二分支和第二分支彼此之间呈一预设角度。

根据本发明的一个实施例，在上述减震单元中，第一阻尼器连接于所述第一分支的远离所述转轴的一端并与所述第一分支垂直，且所述第二阻尼器连接于所述第二分支的远离所述转轴的一端并与所述第二分支垂直。

根据本发明的一个实施例，在上述减震单元中，所述减震单元进一步包括限位器，其固定于所述车体，所述限位器设置于所述摆臂的所述两个分支之间，以将所述摆臂的旋转限制在一预设角度范围内。

根据本发明的一个实施例，在上述减震单元中，所述第一和第二阻尼器均为压缩弹簧组件。

根据本发明的另一方面，提供了一种消防机器人，包括车体和四组如上述的任一项所述的减震单元，分别为第一减震单元、第二减震单元、第三减震单元、第四减震单元，其中，所述车体进一步包括履带、驱动轮和四个负重轮，其中所述第一至第四减震单元分别与所述四个负重轮中的其中一个铰接。

根据本发明的一个实施例，在上述消防机器人中，所述驱动轮位于所述车体的第一端，所述第四减震单元设置于所述车体中靠近所述第一端的位置，所述第一减震单元设置于所述车体中靠近与所述第一端相对的第二端的位置，所述第二减震单元和所述第三减震单元彼此并排地设置于所述第一端和第二端之间。

根据本发明的一个实施例，在上述消防机器人中，所述第一减震单元中的所述摆臂两个分支之间的夹角为锐角，所述第二减震单元和所述第三减震单元的所述摆臂两个分支之间的夹角为直角，所述第四减震单元中的所述摆臂两个分支之间的夹角为钝角。

根据本发明的一个实施例，在上述消防机器人中，所述第四减震单元中的所述转轴位于所述履带夹角角平分线靠近底部的半区。

根据本发明的一个实施例，在上述消防机器人中，所述第一减震单元和第四减震单元中所述第一和第二阻尼器的弹簧刚度大于所述第二减震单元和第三减震单元中所述第一和第二阻尼器的弹簧刚度。

应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本发明提供进一步的解释。

附图说明

包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。

附图中：

图1是根据本发明的一个优选实施例的减震组件的示意图。

图2是根据本发明的一个优选实施例的消防机器人的剖视图。

附图标记说明：

1 减震单元

10 摆臂

11 转轴

12 第一分支

14 第二分支

22 第一阻尼器

24 第二阻尼器

30 负重轮

40 限位器

3 车体

31 履带

32 驱动轮

100 第一减震单元

200 第二减震单元

300 第三减震单元

400 第四减震单元

具体实施方式

现在将详细参考附图描述本发明的实施例。现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。

参考图1和图2来更详细地讨论本发明的基本原理和优选实施例。减震单元1主要用于对消防机器人的车体3进行减震，其中，车体3包括负重轮30，如图所示，减震单元1主要包括一个摆臂和两个阻尼器。车体3上固定有转轴11，摆臂铰接于转轴11，摆臂可以整体绕转轴11旋转；摆臂的一个端部与负重轮30铰接。摆臂上还具有两个分支，两个阻尼器的一端分别固定于车体3，两个阻尼器的另一端分别连接于两个分支。也就是说，摆臂采用双分支结构，在两个分支上分别安装一个阻尼器，阻尼器可以是例如油压阻尼器。当负重轮30在行进时遇到前行障碍或地面不平时，负重轮30会带动摆臂产生相对于车体3的运动，而两个阻尼器并联同时会对摆臂施加一个反作用力，用于吸收前行撞击和行走震动能量。本发明提供的减震单元具有承载能力大，减震效果好，使用寿命长等优点。采用双阻尼器的并联结构，一方面并联阻尼器可震以增大系统的刚度，另一方面可以增大减震单元的承载能力。

具体的，在如图1所述的实施例中，摆臂包括第一分支12和第二分支14。第二分支14的一端与负重轮30铰接，另一端与转轴11连接；第一分支12沿转轴11的中心点向外延伸，第一分支12和第二分支14彼此之间呈一预设角度。例如，摆臂的两个分支可以是一体成型制造，其中第一分支12和第二分支14之间可以呈90度角以使摆臂呈L形。作为一个优选的实施例，为了最大限度的发挥阻尼器的缓冲减震作用，第一阻尼器22连接于第一分支12的远离转轴11的一端并与第一分支12垂直，且第二阻尼器24连接于第二分支14的远离转轴11的一端并与第二分支14垂直。阻尼器安装于摆臂的分支的远离转轴11的端部，可以完全利用摆臂分支的力臂长度，增大力矩，从而使阻尼器更好地发挥其阻尼效果；阻尼器垂直于摆臂分支安装使得阻尼器受力减小，有利于保护阻尼器；并且，通过多次试验和仿真测试表明，采用这样的安装方式，可以保证减震单元实现理想的减震效果。

此外，优选地，可以为每一个摆臂配备限位器40以保证阻尼器的正常使用。减震单元1中的限位器40固定于车体3，限位器40能够将摆臂的旋转限制在一预设角度范围内，从而防止冲击载荷超过阻尼器的行程而破坏阻尼器，对阻尼器起到保护的作用。优选的，阻尼器为压缩弹簧组件。实验证明，在减震单元1中的阻尼器采用压缩弹簧，压缩弹簧的寿命更长，并且相比于采用拉伸弹簧会实现更好的减震功能。

以上所讨论的减震单元1可以适用于消防机器人，从而帮助行进中的消防机器人提升减震效果。如图2所示，该消防机器人可以包括车体3和四组减震单元1，分别为第一减震单元100、第二减震单元200、第三减震单元300、第四减震单元400，其中，车体3进一步包括履带31、驱动轮32和负重轮30。驱动轮32位于车体3的第一端，第四减震单元400设置于车体3中靠近第一端的位置，第一减震单元设置于车体3中远离第一端的位置，第二减震单元200和第三减震单元300位于车体3的中间位置。也就是说，沿车体3前进方向布置四个负重轮30，对每一个负重轮30均安装有双弹簧并联摆臂构成的减震单元。每一个摆臂采用双分支结构，在两个分支上分别安装一个阻尼器，当摆臂发生相对车体运动时，两个并联的阻尼器给摆臂提供支反力。

下面结合附图对本发明做进一步说明。驱动轮32驱动消防机器人沿第一方向运动(例如，图2中从右向左的方向)，当消防机器人通过附着凸起物的路面时，障碍物会对负重轮30施加一个与前进方向相反的作用力(图2中从左向右的方向)，该作用力会通过负重轮30带动摆臂旋转从而压缩阻尼器，而处于压缩状态的两个阻尼器同时会对摆臂施加一个反作用力，用于吸收前行撞击和行走震动能量，从而推动负重轮30继续向第一方向前进。也就是说，当行进中的消防机器人遇障碍物时，在障碍物对负重轮30施加的反作用力的作用下，摆臂会绕着转轴11沿着逆时针旋转并同时压缩第一阻尼器22和第二阻尼器24；两个阻尼器能够吸收动能、降低震动，并且处于压缩状态的两个阻尼器在压缩状态下可以与摆臂相抵持，避免摆臂旋转的角度过大。采用双阻尼器的并联结构，一方面并联阻尼器可以增大系统的刚度，另一方面可以增大减震单元的承载能力。

在图2所示的实施例中，消防机器人中从左到右依次为：第一减震单元100、第二减震单元200、第三减震单元300、第四减震单元400。四组减震单元中的摆臂采用不同的结构设计以改善整车的抗震性能。具体的，第一减震单元100中的摆臂两分支之间的夹角为锐角，第二减震单元200和第三减震单元300的摆臂两分支之间的夹角为直角，第四减震单元400中的摆臂两分支之间的夹角为钝角。摆臂两分支之间的夹角度数的确定需要综合考虑其位于消防机器人中的位置以及减震性能的要求。例如，由于第一减震单元100安装于车体3的前端部，空间较小，因此其摆臂的两分支之间呈锐角以减小体积；并且，位于摆臂上端的分支进一步弯折并向上延伸，以保证阻尼器与摆臂分支的连接部分相互垂直设置。也就是说，在第一减震单元100、第二减震单元200和第三减震单元300中，阻尼器与前摆臂、中间摆臂分支之间均为垂直摆臂分支安装，垂直摆臂分支安装使得阻尼器受力减小，有利于保护阻尼器。与其他三组减震单元不同，在第四减震单元400中，阻尼器和与之相连接的摆臂分支之间为锐角布置，保证在阻尼器达到最大行程时，阻尼器与摆臂分支之间仍为锐角，有效改善了因摆臂旋转而造成的阻尼器支反力臂迅速减小的情况，提升了减震性能。此外，第四减震单元400中的转轴位于履带31夹角角平分线靠近底部的半区。也就是说，后摆臂的旋转中心位于履带夹角角平分线左下半区，使摆臂所受的合外力通过摆臂旋转中心后侧，确保摆臂逆时针旋转，从而使阻尼器只会被压缩而不至于被拉伸，从而有效保护了阻尼器。

进一步地，在保证阻尼器安全使用的条件下，对四组减震单元的阻尼器采用不同刚度的弹簧以改善整车的震动性能。具体的，由于车体3的端部最先与障碍物发生碰撞，所以安装在车体3两端的减震单元需要具备更强的抗震能力。因此，在一个具体的实施例中，第一减震单元100和第四减震单元400中两个阻尼器的弹簧刚度大于第二减震单元200和第三减震单元300中两个阻尼器的弹簧刚度。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。此外，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。“包括”一词不排除其它权利要求或说明书中未列出的装置或步骤；本文描述中的“第一”、“第二”仅为描述方便区分不同的对象，不具有实际意义，不表示这两个对象之间有实质的不同，而且也并不表示任何特定的顺序。

本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。

Claims (8)

1.一种减震单元(1)，用于对消防机器人的车体(3)进行减震，所述车体(3)包括负重轮(30)，其特征在于，所述减震单元(1)包括：

一个摆臂，具有两个分支(12,14)并适于绕位于所述两个分支(12,14)相接处的转轴(11)旋转，所述转轴(11)固定于所述车体(3)，所述摆臂的一个分支(14)的一个端部与所述负重轮(30)铰接；以及，

第一和第二阻尼器(22,24)，所述第一和第二阻尼器(22,24)的各自一端分别固定于所述车体(3)，所述第一和第二阻尼器(22,24)的各自另一端分别连接于所述两个分支(12,14)；

所述两个分支(12,14)包括第一分支(12)和第二分支(14)，所述第二分支(14)的一端与负重轮(30)铰接，另一端与所述转轴(11)连接；所述第一分支(12)沿所述转轴(11)的中心点向外延伸，所述第一分支(12)和第二分支(14)彼此之间呈一预设角度；

第一阻尼器(22)连接于所述第一分支(12)的远离所述转轴(11)的一端并与所述第一分支(12)垂直，且所述第二阻尼器(24)连接于所述第二分支(14)的远离所述转轴(11)的一端并与所述第二分支(14)垂直。

2.如权利要求1所述的减震单元(1)，其特征在于，进一步包括：限位器(40)，其固定于所述车体(3)，所述限位器(40)设置于所述摆臂的所述两个分支(12,14)之间，以将所述摆臂的旋转限制在一预设角度范围内。

3.如权利要求1所述的减震单元(1)，其特征在于，所述第一和第二阻尼器(22,24)均为压缩弹簧组件。

4.一种消防机器人，其特征在于，包括车体(3)和四组如权利要求1至3中的任一项所述的减震单元(1)，分别为第一减震单元(100)、第二减震单元(200)、第三减震单元(300)、第四减震单元(400)，其中，所述车体(3)进一步包括履带(31)、驱动轮(32)和四个负重轮(30)，其中所述第一至第四减震单元分别与所述四个负重轮中的其中一个铰接。

5.如权利要求4所述的消防机器人，其特征在于，所述驱动轮(32)位于所述车体(3)的第一端，所述第四减震单元(400)设置于所述车体(3)中靠近所述第一端的位置，所述第一减震单元(100)设置于所述车体(3)中靠近与所述第一端相对的第二端的位置，所述第二减震单元(200)和所述第三减震单元(300)彼此并排地设置于所述第一端和第二端之间。

6.如权利要求5所述的消防机器人，其特征在于，所述第一减震单元(100)中的所述摆臂两个分支之间的夹角为锐角，所述第二减震单元(200)和所述第三减震单元(300)的所述摆臂两个分支之间的夹角为直角，所述第四减震单元(400)中的所述摆臂两个分支之间的夹角为钝角。

7.如权利要求5所述的消防机器人，其特征在于，所述第四减震单元(400)中的所述转轴位于所述履带(31)夹角角平分线靠近底部的半区。

8.如权利要求5所述的消防机器人，其特征在于，所述第一减震单元(100)和第四减震单元(400)中所述第一和第二阻尼器的弹簧刚度大于所述第二减震单元(200)和第三减震单元(300)中所述第一和第二阻尼器的弹簧刚度。

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