CN113858962B - 导轨机器人、爬坡装置和能量回收方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种导轨机器人、爬坡装置和能量回收方法，导轨机器人爬坡装置包括爬坡机构和导轨机器人，导轨机器人包括机器人本体和驱动机构，机器人本体安装在驱动机构上。驱动机构包括驱动电机、第一同步带、能量回收装置、减速器、第二同步带和链轮；驱动电机、第一同步带、能量回收装置、减速器、第二同步带和链轮依次连接。爬坡机构包括导轨、链条和锁紧件，链条通过锁紧件固定在导轨上。导轨机器人的机构安装架底部设置有从动轮组，导轨机器人通过从动轮组夹合在导轨上，链轮与链条相啮合。导轨机器人在导轨做下坡运动时，通过链轮、第二同步带、减速器和能量回收装置之间的传动连接回收导轨机器人下坡时的重力势能，实现能量回收。

Description

导轨机器人、爬坡装置和能量回收方法

技术领域

本申请涉及机器人技术领域，特别涉及一种导轨机器人、爬坡装置和能量回收方法。

背景技术

目前常见的导轨机器人沿预先铺设的导轨行走，而它们只能适用于平坦的水平面，对于高度起伏比较大的场景，需要特定的机构辅助其爬坡，而爬坡时需要消耗巨大的能量，下坡时则需要通过电机来制动降低速度，这样上下爬坡都需要损耗能量，不利于机器人的续航。

发明内容

本申请的主要目的为提供一种导轨机器人、爬坡装置和能量回收方法，旨在解决现有导轨机器人上下坡损耗能量大、续航能力低的弊端。

为实现上述目的，本申请提供了一种导轨机器人，包括机器人本体和驱动机构，所述机器人本体安装在所述驱动机构上，所述驱动机构包括驱动电机、第一同步带、能量回收装置、减速器、第二同步带和链轮；

所述驱动电机、所述第一同步带、所述能量回收装置、所述减速器、所述第二同步带和所述链轮依次连接，所述能量回收装置用于在所述导轨机器人下坡时，通过所述链轮、所述第二同步带、所述减速器和所述能量回收装置之间的传动连接回收所述导轨机器人下坡时的重力势能。

本申请还提供了一种导轨机器人爬坡装置，包括爬坡机构和如上所述的导轨机器人，所述爬坡机构包括导轨、链条和锁紧件，所述链条通过所述锁紧件固定在所述导轨上；

所述导轨机器人的机构安装架底部设置有从动轮组，所述导轨机器人通过所述从动轮组夹合在所述导轨上，所述链轮与所述链条相啮合。

本申请还提供了一种导轨机器人的能量回收方法，应用于如上所述的导轨机器人爬坡装置，所述导轨机器人部署有继电器，所述导轨机器人的发电机通过所述继电器与所述导轨机器人的变压模块连接，所述能量回收方法包括：

监测所述导轨机器人是否在所述导轨上运动；

若所述导轨机器人在所述导轨上运动，则识别所述导轨机器人是否在所述导轨上做下坡运动；

若所述导轨机器人在所述导轨上做下坡运动，则通过所述继电器控制所述发电机与所述变压模块连通，实现对所述导轨机器人下坡时的能量回收。

本申请中提供的一种导轨机器人、爬坡装置和能量回收方法，导轨机器人爬坡装置包括爬坡机构和导轨机器人，导轨机器人包括机器人本体和驱动机构，机器人本体安装在驱动机构上。驱动机构包括驱动电机、第一同步带、能量回收装置、减速器、第二同步带和链轮；驱动电机、第一同步带、能量回收装置、减速器、第二同步带和链轮依次连接。爬坡机构包括导轨、链条和锁紧件，链条通过锁紧件固定在导轨上。导轨机器人的机构安装架底部设置有从动轮组，导轨机器人通过从动轮组夹合在导轨上，链轮与链条相啮合。应用时，控制系统监测到导轨机器人在导轨上做下坡运动时，通过继电器控制发电机与变压模块连通，通过链轮、第二同步带、减速器和能量回收装置之间的传动连接回收导轨机器人下坡时的重力势能，实现能量回收，同时能够提供一定的制动力，降低导轨机器人下坡时的能力损耗，大幅度提高导轨机器人的续航能力。

附图说明

图1是本申请一实施例中导轨机器人爬坡装置的整体结构图；

图2是本申请一实施例中导轨机器人爬坡装置的右视结构图；

图3是本申请一实施例中驱动机构的仰视结构图；

图4是本申请一实施例中驱动机构的右视结构图；

图5是本申请一实施例中驱动机构的左视结构图；

图6是本申请一实施例中导轨机器人的能量回收方法的流程示意图。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

参照图1至图5，本申请一实施例中提供了一种导轨机器人，包括机器人本体1和驱动机构，所述机器人本体1安装在所述驱动机构上，所述驱动机构包括驱动电机2、第一同步带3、能量回收装置、减速器5、第二同步带6和链轮7；

所述驱动电机2、所述第一同步带3、所述能量回收装置、所述减速器5、所述第二同步带6和所述链轮7依次连接，所述能量回收装置用于在所述导轨机器人下坡时，通过所述链轮7、所述第二同步带6、所述减速器5和所述能量回收装置之间的传动连接回收所述导轨机器人下坡时的重力势能。

本实施例中，导轨机器人包括机器人本体1和驱动机构，机器人本体1安装在驱动机构上，驱动机构包括驱动电机2、第一同步带3、能量回收装置、减速器5、第二同步带6和链轮7。驱动电机2、第一同步带3、能量回收装置、减速器5、第二同步带6和链轮7依次连接。当导轨机器人下坡时，在重力作用下链轮7自主运动，通过链轮7、第二同步带6、减速器5和能量回收装置之间的传动连接，将重力势能转化为能量回收装置的储备能量，储备能量可以用于导轨机器人上坡或做其他运动时电机的驱动能量，从而降低导轨机器人的能量损耗。另外，由于导轨机器人下坡时，能量回收装置转化重力势能时会对链轮7、第二同步带6和减速器5之间的传动造成一定的阻力，从而对导轨机器人下坡时形成制动，使得电机可以完全或部分参与导轨机器人下坡时的制动，降低导轨机器人下坡时的能力损耗，进一步提高导轨机器人的续航能力。

进一步的，所述能量回收装置包括发电机4、变压模块和储能电池，所述发电机4、所述变压模块和所述储能电池依次电性连接，所述储能电池与所述驱动电机2电性连接；

所述发电机4的一端轴体与所述第一同步带3连接，另一端轴体与所述减速器5连接。

本实施例中，能量回收装置包括发电机4、变压模块和储能电池，发电机4、变压模块和储能电池依次电性连接，储能电池则与驱动电机2电机连接。第一同步带3包括皮带和同步轮，皮带套设在同步轮上。发电机4的一端轴体与第一同步带3的同步轮连接，另一端轴体与减速器5连接，具体地同步轮、发电机4的两端轴体和减速器5设置有对应的键槽，同步轮、发电机4的轴体以及减速器5之间依次通过平键实现传动连接。在导轨机器人做上坡运动或者在平面上运动时，驱动电机2作为动力源，通过驱动电机2、第一同步带3、能量回收装置、减速器5、第二同步带6和链轮7之间的传动连接，实现导轨机器人在导轨10上运动；此时，发电机4的动力线与变压模块断开连接，因此不会产生电流，也不会产生阻力。当导轨机器人做下坡运动时，发电机4的动力线与变压模块连通，在重力作用下链轮7自主运动，通过链轮7、第二同步带6、减速器5和发电机4之前的传动连接，带动发电机4内部的转子转动，发电机4的内部磁场发生变化，动力线就会有电流产生，从而抑制转子转动，产生阻力(即对导轨机器人的下坡运动形成制动)。

进一步的，所述驱动机构还包括机构安装架8，所述机器人本体1安装在所述机构安装架8的顶部，所述变压模块和所述储能电池部署在所述机器人本体1内部。

优选的，还包括摄像头9，所述摄像头9安装在所述机器人本体1的顶部。

优选的，还包括陀螺仪，所述陀螺仪部署在所述机器人本体1内部，所述陀螺仪用于获取所述导轨机器人的运动状态。

本实施例中，驱动机构还包括机构安装架8，机器人本体1安装在机构安装架8的顶部。机器人本体1内部具有较大的安装控件，因此能量回收装置的变压模块和储能电池均部署在机器人本体1内部。优选的，导轨机器人还包括摄像头9和陀螺仪，摄像头9安装在机器人本体1的顶部，用于采集图像。优选的，储能电池与摄像头9电性连接，能量回收装置所回收的能量同样可以用于摄像头9的供能。陀螺仪部署在机器人本体1内部，用于获取导轨机器人的运动状态，即识别导轨机器人做上坡运动或下坡运动。

本申请一实施例还提供了一种导轨机器人爬坡装置，包括爬坡机构和如上所述的导轨机器人，所述爬坡机构包括导轨10、链条11和锁紧件，所述链条11通过所述锁紧件固定在所述导轨10上；

所述导轨机器人的机构安装架8底部设置有从动轮组，所述导轨机器人通过所述从动轮组夹合在所述导轨10上，所述链轮7与所述链条11相啮合。

本实施例中，导轨机器人爬坡装置包括爬坡机构和如上所述的导轨机器人，其中，爬坡机构包括导轨10、链条11和锁紧件，链条11通过锁紧件固定在导轨10上。导轨机器人的机构安装架8底部设置有从动轮组，导轨机器人通过该从动轮组夹合在导轨10上，以保证导轨机器人不会从导轨10上脱落。导轨机器人的链轮7与爬坡机构的链条11相啮合，链轮7转动时，借由链轮7与链条11之间的啮合，带动导轨机器人在导轨10上进行运动。并且，由于导轨机器人底部的从动轮组保证了导轨机器人不会从导轨10上脱落，因此导轨10在设置时可以具有较大的坡度，实现导轨机器人在大角度的导轨10上做爬坡运动。

进一步的，所述从动轮组包括轮组安装架12、成对设置的外侧从动轮13、内侧从动轮14和侧轮15，所述轮组安装架12的顶部与所述机构安装架8的底部固定连接，所述外侧从动轮13、所述内侧从动轮14和所述侧轮15均以所述链轮7为对称轴成对设置；

所述外侧从动轮13和所述内侧从动轮14均转动安装在所述轮组安装架12的内侧，所述导轨机器人安装在所述导轨10上时，所述外侧从动轮13和所述内侧从动轮14分别位于所述导轨10两侧，并且与所述导轨10的表面垂直抵接，以实现将所述导轨机器人夹合固定在所述导轨10上；

所述侧轮15转动安装在所述轮组安装架12的中间轴体上，所述导轨机器人安装在所述导轨10上时，所述侧轮15与所述导轨10的侧表面垂直抵接，以实现将所述导轨机器人夹合固定在所述导轨10上。

本实施例中，从动轮组包括轮组安装架12、成对设置的外侧从动轮13、内侧从动轮14和侧轮15，其中，轮组安装架12的横截面形状呈“Π”型，轮组安装架12的顶部与机构安装架8的底部固定连接；外侧从动轮13、内侧从动轮14和侧轮15均以链轮7为对称轴成对设置(即外侧从动轮13、内侧从动轮14和侧轮15均以沿长度方向的链条11为对称轴成对设置，均等分布在“Π”型轮组安装架12的两侧)。外侧从动轮13和内侧从动轮14均转动安装在轮组安装架12的内侧，导轨机器人安装在导轨10上时，外侧从动轮13和内侧从动轮14分别位于导轨10两侧，并且均与导轨10的表面垂直抵接，从而限制导轨机器人在X方向上的自由度(X方向是对应导轨10竖直设置)，实现将导轨机器人夹合固定在导轨10上；并且，当导轨机器人沿着导轨10往复运动时，外侧从动轮13、内侧从动轮14与导轨10表面为滚动接触，从而可以减少到导轨机器人与导轨10之间的摩擦力，降低能量损耗。侧轮15转动安装在轮组安装架12的中间轴体上，导轨机器人安装在导轨10上时，侧轮15与导轨10的侧表面垂直抵接，“Π”型轮组安装架12两侧的两个侧轮15夹合形成对导轨机器人在Y方向上自由度的限制(Y方向是对应导轨10竖直设置)，实现将导轨机器人夹合固定在导轨10上，保证导轨机器人在导轨10上的大角度爬坡。

进一步的，所述从动轮组设置有两组，两组所述从动轮组分别设置在所述机构安装架8沿所述导轨10长度方向的首尾两端。

优选的，单组所述从动轮组包括4个所述外侧从动轮13和4个所述内侧从动轮14，位于所述链轮7同一侧的2个所述外侧从动轮13和2个所述内侧从动轮14呈矩形分布。

本实施例中，从动轮组设置有两组，两组从动轮组分别设置在机构安装架8沿导轨10长度方向的首尾两端，以保证导轨机器人在运动过程中的平衡，提高导轨机器人的运动稳定性。优先的，单组从动轮包括4个外侧从动轮13和4个内侧从动轮14，位于链轮7同一侧(即位于“Π”型轮组安装架12单侧)的2个外侧从动轮13和2个内侧从动轮14呈矩形分布，提高导轨机器人夹合在导轨10上的稳固度。

参照图6，本申请一实施例还提供了一种导轨机器人的能量回收方法，应用于如上所述的导轨机器人爬坡装置，所述导轨机器人部署有继电器，所述导轨机器人的发电机4通过所述继电器与所述导轨机器人的变压模块连接，所述能量回收方法包括：

S1:监测所述导轨机器人是否在所述导轨10上运动；

S2:若所述导轨机器人在所述导轨10上运动，则识别所述导轨机器人是否在所述导轨10上做下坡运动；

S3:若所述导轨机器人在所述导轨10上做下坡运动，则通过所述继电器控制所述发电机4与所述变压模块连通，实现对所述导轨机器人下坡时的能量回收。

本实施例中，导轨机器人内部署有继电器，导轨机器人的发电机4通过继电器与导轨机器人的变压模块连接，以通过继电器控制能量回收装置的各硬件的连接状态。具体地，控制系统通过内置的陀螺仪监测导轨机器人是否在导轨10上开始运动。如果监测到导轨机器人开始在导轨10上运动，则继续通过陀螺仪识别导轨机器人是在导轨10上做上坡运动或下坡运动，或者是在做水平面运动。如果导轨机器人是在导轨10上做上坡运动或在导轨10上做水平面运动，则通过继电器控制发电机4与变压模块断开连接，并控制驱动电机2启动，通过与第一同步带3、发电机4、减速器5、第二同步带6之间的传动连接带动链轮7转动，通过链轮7与链条11的啮合，进而带动导轨机器人在导轨10上做上坡运动或水平面运动。而由于发电机4与变压模块之间断开连接，因此发电机4的动力线不会产生电流，不会产生阻力，影响导轨机器人的运动。如果控制系统识别到导轨机器人在导轨10上做下坡运动，则通过继电器控制发电机4与变压模块连接，此时在重力作用下，链轮7自主运动，通过与第二同步带6、减速器5和发电机4之间的传动连接，带动发电机4的转子转动，发电机4内部磁场发生变化，动力线就会有电流产生，从而抑制转子转动，产生阻力，实现对导轨机器人下坡时的制动，降低导轨机器人的能源损耗，提高其续航能力。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、装置、第一物体或者方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、装置、第一物体或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、装置、第一物体或者方法中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种导轨机器人，其特征在于，包括机器人本体和驱动机构，所述机器人本体安装在所述驱动机构上，所述驱动机构包括驱动电机、第一同步带、能量回收装置、减速器、第二同步带和链轮；

所述驱动电机、所述第一同步带、所述能量回收装置、所述减速器、所述第二同步带和所述链轮依次连接，所述能量回收装置用于在所述导轨机器人下坡时，通过所述链轮、所述第二同步带、所述减速器和所述能量回收装置之间的传动连接回收所述导轨机器人下坡时的重力势能；

所述能量回收装置包括发电机、变压模块和储能电池，所述发电机、所述变压模块和所述储能电池依次电性连接，所述储能电池与所述驱动电机电性连接；

所述发电机的一端轴体与所述第一同步带的同步轮连接，另一端轴体与所述减速器连接；

所述同步轮、所述发电机的两端轴体和减速器设置有对应的键槽，同步轮、发电机的轴体以及减速器之间依次通过平键实现传动连接。

2.根据权利要求1所述的导轨机器人，其特征在于，所述驱动机构还包括机构安装架，所述机器人本体安装在所述机构安装架的顶部，所述变压模块和所述储能电池部署在所述机器人本体内部。

3.根据权利要求1所述的导轨机器人，其特征在于，还包括摄像头，所述摄像头安装在所述机器人本体的顶部。

4.根据权利要求1所述的导轨机器人，其特征在于，还包括陀螺仪，所述陀螺仪部署在所述机器人本体内部，所述陀螺仪用于获取所述导轨机器人的运动状态。

5.一种导轨机器人爬坡装置，其特征在于，包括爬坡机构和权利要求1—4任一所述的导轨机器人，所述爬坡机构包括导轨、链条和锁紧件，所述链条通过所述锁紧件固定在所述导轨上；

所述导轨机器人的机构安装架底部设置有从动轮组，所述导轨机器人通过所述从动轮组夹合在所述导轨上，所述链轮与所述链条相啮合。

6.根据权利要求5所述的导轨机器人爬坡装置，其特征在于，所述从动轮组包括轮组安装架、成对设置的外侧从动轮、内侧从动轮和侧轮，所述轮组安装架的顶部与所述机构安装架的底部固定连接，所述外侧从动轮、所述内侧从动轮和所述侧轮均以所述链轮为对称轴成对设置；

所述外侧从动轮和所述内侧从动轮均转动安装在所述轮组安装架的内侧，所述导轨机器人安装在所述导轨上时，所述外侧从动轮和所述内侧从动轮分别位于所述导轨两侧，并且与所述导轨的表面垂直抵接，以实现将所述导轨机器人夹合固定在所述导轨上；

所述侧轮转动安装在所述轮组安装架的中间轴体上，所述导轨机器人安装在所述导轨上时，所述侧轮与所述导轨的侧表面垂直抵接，以实现将所述导轨机器人夹合固定在所述导轨上。

7.根据权利要求5所述的导轨机器人爬坡装置，其特征在于，所述从动轮组设置有两组，两组所述从动轮组分别设置在所述机构安装架沿所述导轨长度方向的首尾两端。

8.根据权利要求6所述的导轨机器人爬坡装置，其特征在于，单组所述从动轮组包括4个所述外侧从动轮和4个所述内侧从动轮，位于所述链轮同一侧的2个所述外侧从动轮和2个所述内侧从动轮呈矩形分布。

9.一种导轨机器人的能量回收方法，其特征在于，应用于权利要求5—8任一所述的导轨机器人爬坡装置，所述导轨机器人部署有继电器，所述导轨机器人的发电机通过所述继电器与所述导轨机器人的变压模块连接，所述能量回收方法包括：

监测所述导轨机器人是否在所述导轨上运动；

若所述导轨机器人在所述导轨上运动，则识别所述导轨机器人是否在所述导轨上做下坡运动；

若所述导轨机器人在所述导轨上做下坡运动，则通过所述继电器控制所述发电机与所述变压模块连通，实现对所述导轨机器人下坡时的能量回收。

Images