CN114161405A - 一种巡迹机器人的传动系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人巡迹领域，提供一种巡迹机器人的传动系统，系统采用凸轮、方向杆这一偏置凸轮连杆机构控制巡迹机器人转向，利用凸轮推动方向杆，带动转向轴、转向轮转动，改变机器人的前进方向，可以准确控制机器人的运行轨迹，具有重复稳定性强的特点；系统利用第二直齿轮和第一直齿轮把主动轮轴与凸轮轴联接，实现了机器人转向控制与主动轮前进的同步，保证机器人巡迹准确性不受运转速度的影响；系统利用定滑轮和变径绕线轴将重物砝码的直线运动转化为主动轮轴的转动，当绕线在变径绕线轴大径端时，机器人的动力扭矩更大，当绕线在变径绕线轴小径端时，动力扭矩变小，但可以行进更多里程，仅改变绕线位置，就可以改变机器人驱动力的大小。

Description

一种巡迹机器人的传动系统

技术领域

本发明属于机器人巡迹领域，具体地说是一种巡迹机器人的传动系统。

背景技术

定轨巡迹是机器人行进中的常用功能。现常用的红外对管检测轨迹路线巡迹、全场定位控制机器人行进距离巡迹等电路控制方法，存在巡迹精度低、难以准确重复巡迹、受场地光照条件影响大等问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述技术的不足之处，提供一种巡迹机器人的传动系统，使用该传动系统的机器人重复巡迹精度高、动力可调、巡迹精度不受机器人运转速度影响。

本发明的目的是通过以下技术措施实现的。

一种巡迹机器人的传动系统，包括支撑杆座、底板、侧板、第一直齿轮、主动轮、第二直齿轮、第一陶瓷轴承、重物砝码、顶部滑轮座、定滑轮、滑轮轴、支撑杆、第二陶瓷轴承、从动轮、第三直齿轮、第四直齿轮、凸轮、主动轮轴、凸轮轴、变径绕线轴、方向杆、转向台、第三陶瓷轴承、转向轮、转向轴， 所述支撑杆座、侧板通过螺纹孔连接在底板上，主动轮轴、凸轮轴、变径绕线轴通过第一陶瓷轴承装配在侧板上，所述凸轮设于凸轮轴一端，所述主动轮设于主动轮轴的一端，从动轮通过第二陶瓷轴承装配于主动轮轴的另一端，所述转向轮设于转向轴上，转向轴通过第三陶瓷轴承装配于转向台上，所述第二直齿轮通过螺纹连接在主动轮轴上，第一直齿轮通过螺纹连接在凸轮轴上，所述第二直齿轮和第一直齿轮啮合，第四直齿轮通过止动螺钉连接在凸轮轴上，第三直齿轮通过止动螺钉连接在变径绕线轴上，所述第四直齿轮和第三直齿轮啮合，所述方向杆通过基孔制配合连接在转向轴上，所述方向杆和凸轮组成偏置凸轮连杆机构，利用凸轮推动方向杆，带动转向轴、转向轮转动，所述支撑杆固定于支撑杆座上，支撑杆顶部设有顶部滑轮座、滑轮轴、定滑轮，将吊装重物砝码的绳子经定滑轮缠到变径绕线轴上，重物砝码在重物筒内运动。

系统采用凸轮、方向杆这一偏置凸轮连杆机构控制巡迹机器人转向，利用凸轮推动方向杆，带动转向轴、转向轮转动，改变机器人的前进方向，可以准确控制机器人的运行轨迹，具有重复稳定性强的特点。系统利用第二直齿轮和第一直齿轮把主动轮轴与凸轮轴联接，实现了机器人转向控制与主动轮前进的同步，保证机器人巡迹准确性不受运转速度的影响。

机器人利用定滑轮和变径绕线轴将重物砝码的直线运动转化为主动轮轴的转动。传动系统以定滑轮、变径绕线轴、第一陶瓷轴承、第三陶瓷轴承等机构完成动力传递，当绕线在变径绕线轴大径端时，机器人的动力扭矩更大；当绕线在变径绕线轴小径端时，动力扭矩变小，但可以行进更多里程。仅改变绕线位置，就可以改变机器人驱动力的大小（以适应不同工况）。

在上述技术方案中，所述重物筒由重物筒卡、重物筒杆、重物筒固定板组成，所述重物筒固定板固定于两侧板之间，所述重物筒杆有4根，呈圆周分布固定于重物筒固定板上，所述重物筒卡套设于4根重物筒杆上，同时重物筒卡端部与支撑杆固定连接。

在上述技术方案中，所述第一直齿轮和第二直齿轮齿数比为3.8，保证主动轮轴与凸轮轴的转速比为定值3.8，控制转向轮转向角与主动轮行进距离的匹配，实现了巡迹不受机器人运转速度影响的功能。

本发明巡迹机器人的传动系统，设计巧妙，用偏置凸轮连杆机构控制巡迹机器人转向，实现了重复精准巡迹；以定滑轮、变径轴、陶瓷轴承机构完成动力传递，仅改变绕线位置，就可以改变机器人驱动力的大小；用齿轮将主动轮轴与凸轮轴联结，实现了巡迹不受机器人运转速度影响的功能。

附图说明

图1是本发明巡迹机器人的结构装配主视图。

图2是本发明巡迹机器人的结构装配侧视图。

图3是本发明巡迹机器人的结构装配俯视图。

图4是本发明巡迹机器人的传动系统的机械机构运动简图。

其中：1-支撑杆座、2-底板、3-侧板、4-齿轮轴套、5-第一直齿轮、6-主动轮、7-主动轮轴套、8-第二直齿轮、9-第一陶瓷轴承、14-重物筒卡、15-重物砝码、11-顶部滑轮座、13-定滑轮、12-滑轮轴、10-支撑杆、16-重物筒杆、18-从动轮轴套、17-第二陶瓷轴承、19-凸轮轴套、20-从动轮、21-第三直齿轮、22-重物筒固定板、23-第四直齿轮、24-凸轮、25-主动轮轴、26-凸轮轴、27-变径绕线轴、28-方向杆、29-转向台盖、30-转向台、31-第三陶瓷轴承、32-转向轮、33-转向轴。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/ 或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至3所示，本发明实施例提供了一种巡迹机器人的传动系统，包括支撑杆座1、底板2、侧板3、齿轮轴套4、第一直齿轮5、主动轮6、主动轮轴套7、第二直齿轮8、第一陶瓷轴承9、重物筒卡14、重物砝码15、顶部滑轮座11、定滑轮13、滑轮轴12、支撑杆10、重物筒杆16、从动轮轴套18、第二陶瓷轴承17、凸轮轴套19、从动轮20、第三直齿轮21、重物筒固定板22、第四直齿轮23、凸轮24、主动轮轴25、凸轮轴26、变径绕线轴27、方向杆28、转向台盖29、转向台30、第三陶瓷轴承31、转向轮32、转向轴33。所述支撑杆座1、侧板3通过螺纹孔连接在底板2上，主动轮轴25、凸轮轴26、变径绕线轴27通过第一陶瓷轴承9装配在侧板3上，所述凸轮24设于凸轮轴26一端，所述主动轮6设于主动轮轴25的一端，从动轮20通过第二陶瓷轴承17装配于主动轮轴25的另一端，所述转向轮32设于转向轴33上，转向轴33通过第三陶瓷轴承31装配于转向台30上，所述第二直齿轮8通过螺纹连接在主动轮轴25上，第一直齿轮5通过螺纹连接在凸轮轴26上，所述第二直齿轮8和第一直齿轮5啮合，第四直齿轮23通过止动螺钉连接在凸轮轴26上，第三直齿轮21通过止动螺钉连接在变径绕线轴27上，所述第四直齿轮23和第三直齿轮21啮合，所述方向杆28通过基孔制配合连接在转向轴33上，所述方向杆28和凸轮24组成偏置凸轮连杆机构，利用凸轮24推动方向杆28，带动转向轴33、转向轮32转动，所述支撑杆10固定于支撑杆座1上，支撑杆10顶部设有顶部滑轮座11、滑轮轴12、定滑轮13，将吊装重物砝码15的绳子经定滑轮13缠到变径绕线轴27上，重物砝码15在重物筒内运动。

在上述实施例中，所述重物筒由重物筒卡14、重物筒杆16、重物筒固定板22组成，所述重物筒固定板22固定于两侧板3之间，所述重物筒杆16有4根，呈圆周分布固定于重物筒固定板22上，所述重物筒卡14套设于4根重物筒杆16上，同时重物筒卡14端部与支撑杆10固定连接。

在上述实施例中，所述第一直齿轮5和第二直齿轮8齿数比为3.8，保证主动轮轴25与凸轮轴26的转速比为定值3.8，控制转向轮32转向角与主动轮6行进距离的匹配。

在上述实施例中，第一直齿轮5为M1×114钢制直齿轮，第二直齿轮8为M1×30钢制直齿轮，第一陶瓷轴承9为GB/T 276-94 625陶瓷轴承、第二陶瓷轴承17为GB/T 276-94628-4陶瓷轴承，第三直齿轮21为M0.8×45铅黄铜直齿轮，第四直齿轮23为M0.8×18铅黄铜直齿轮，第三陶瓷轴承31为GB/T 276-94 6701陶瓷轴承。

如图4所示，本实施例巡迹机器人的传动系统利用定滑轮13和变径绕线轴27将重物砝码10的直线运动转化为主动轮轴25的转动，采用凸轮24、方向杆28这一偏置凸轮连杆机构控制转向轴33转动，改变转向轮32摆动角度，控制机器人的前进方向，利用第二直齿轮8和第一直齿轮5把主动轮轴25与凸轮轴26联接，实现了机器人转向控制与主动轮前进的同步，保证机器人巡迹准确性不受运转速度的影响。具体传动方式如下：

（1）重力势能转化为机械能

巡迹机器人为前轮（转向轮32）转向、单边后轮（主动轮6）驱动的三轮结构。势能传递系统以重物砝码15的重力为驱动力，将重物砝码15悬吊在顶部滑轮座11上定滑轮13的一侧，绳子经定滑轮13改变力的作用方向后缠在变径绕线轴27上。当绕线在变径绕线轴27大径端时，机器人的动力扭矩更大；当绕线在变径绕线轴27小径端时，动力扭矩变小，但可以行进更多里程。仅改变绕线位置，就可以改变机器人驱动力的大小（以适应不同工况）。重物砝码15下落时，其重力转化为变径绕线轴27的转矩。后经第三直齿轮21和第四直齿轮23、第一直齿轮5和第二直齿轮8两组一级齿轮传动将动力传递到主动轮6上。

（2）变速

在重物砝码15提供的势能有限 ，竖直下落的行程固定这一前提下，为了机器人能够行驶更多的里程，变径绕线轴27旋转的速度传递给主动轮轴25时就要利用齿轮组进行加速。且重物砝码15质量较大，变径绕线轴27提供的转矩也远超小车平稳运行所需。因此采用第三直齿轮21和第四直齿轮23、第一直齿轮5和第二直齿轮8两组一级直齿轮传动，在保证机器人行进所需的基本动力前提下，延长机器人的行进里程，保证了较高的机械传动效率。

（3）偏置凸轮连杆机构控制前进方向

在机器人的工作轨迹确定后，采用反转法计算出凸轮廓线。由于凸轮轴26与主动轮轴25通过第一直齿轮5和第二直齿轮8联结，两轴的转速比恒为3.8。即偏置凸轮连杆机构完成一次运动行程，主动轮6转动7.6周。机器人巡迹行驶过程中偏置凸轮连杆机构的运动与主动轮的转动通过齿轮刚性联结，凸轮形状固定，巡迹轨道确定，机器人沿着固定轨迹运行，巡迹不受机器人运转速度快慢的影响。

本实施例巡迹机器人的运动过程如下：

步骤一、重物砝码吊装

将吊装重物砝码15的绳子逆时针缠到变径绕线轴27上，重物砝码15在重物筒内上升到指定位置，巡迹机器人的传动系统储存定量的重力势能。此时机器人的主动轮6已经具备带动系统运行的转矩。

步骤二、机器人出发定位

机器人出发前要完成偏置凸轮连杆机构回原点和机器人出发点定位两个步骤。重物砝码15吊起后，推开偏置凸轮连杆机构的滑块(方向杆28)，将凸轮24复位到小径处，此时转向轮32处于转弯状态。然后将机器人放置在出发点。

步骤三、机器人运行完成能量转化

将机器人放置后，取下重物筒内的卡簧，系统在重物砝码15重力作用下开始运行，主动轮轴25左侧为主动轮6、右侧为从动轮20。凸轮24推动方向杆28，带动转向轴33、转向轮32转动，机器人依照预订轨迹运行，直至势能耗尽。

本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。

以上所述方法，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种巡迹机器人的传动系统，其特征在于：包括支撑杆座、底板、侧板、第一直齿轮、主动轮、第二直齿轮、第一陶瓷轴承、重物砝码、顶部滑轮座、定滑轮、滑轮轴、支撑杆、第二陶瓷轴承、从动轮、第三直齿轮、第四直齿轮、凸轮、主动轮轴、凸轮轴、变径绕线轴、方向杆、转向台、第三陶瓷轴承、转向轮、转向轴， 所述支撑杆座、侧板通过螺纹孔连接在底板上，主动轮轴、凸轮轴、变径绕线轴通过第一陶瓷轴承装配在侧板上，所述凸轮设于凸轮轴一端，所述主动轮设于主动轮轴的一端，从动轮通过第二陶瓷轴承装配于主动轮轴的另一端，所述转向轮设于转向轴上，转向轴通过第三陶瓷轴承装配于转向台上，所述第二直齿轮通过螺纹连接在主动轮轴上，第一直齿轮通过螺纹连接在凸轮轴上，所述第二直齿轮和第一直齿轮啮合，第四直齿轮通过止动螺钉连接在凸轮轴上，第三直齿轮通过止动螺钉连接在变径绕线轴上，所述第四直齿轮和第三直齿轮啮合，所述方向杆通过基孔制配合连接在转向轴上，所述方向杆和凸轮组成偏置凸轮连杆机构，利用凸轮推动方向杆，带动转向轴、转向轮转动，所述支撑杆固定于支撑杆座上，支撑杆顶部设有顶部滑轮座、滑轮轴、定滑轮，将吊装重物砝码的绳子经定滑轮缠到变径绕线轴上，重物砝码在重物筒内运动。

2.按照权利要求1所述的巡迹机器人的传动系统，其特征在于：所述重物筒由重物筒卡、重物筒杆、重物筒固定板组成，所述重物筒固定板固定于两侧板之间，所述重物筒杆有4根，呈圆周分布固定于重物筒固定板上，所述重物筒卡套设于4根重物筒杆上，同时重物筒卡端部与支撑杆固定连接。

3.按照权利要求1所述的巡迹机器人的传动系统，其特征在于：所述第一直齿轮和第二直齿轮齿数比为3.8，保证主动轮轴与凸轮轴的转速比为定值3.8，控制转向轮转向角与主动轮行进距离的匹配。

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