CN114654443A - 一种偏心半球轮式自适应机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种偏心半球轮式自适应机器人,包括前半体和后半体,前半体与后半体之间通过连接组件相连接;所述前半体上设有探测机构和控制单元;所述前半体和后半体的两侧均设有安装槽,安装槽内设有能够转动的轴式驱动器,轴式驱动器的侧部连接有偏转角驱动器,偏转角驱动器的外侧部设有行走轴,行走轴的端部设有偏心半球驱动器,偏心半球驱动器的两侧偏心连接有偏心板,偏心板的外部设有行走驱动器,行走驱动器外部设有行走半球,行走半球与偏心板经轴承相连接。本发明能够提高机器人行走在坑洼路段时的稳定性,方便对地貌信息的采集,还能够减轻机器人内部零件的震动。

Description

一种偏心半球轮式自适应机器人
技术领域
本发明涉及机器人领域,特别涉及一种偏心半球轮式自适应机器人。
背景技术
随着人工智能科技的不断发展,诞生了各种各样的人工智能机器人,这些机器人应用于生活、科研等各个领域。在地形勘测领域,也会使用到勘测机器人对环境的地形地貌信息进行采集。
为了方便机器人的行走,传统的勘测机器人一般都是通过普通的滚轮进行移动,而由于勘测环境的不同,一旦遇到一些崎岖路段或者坑洼路段,机器人的身体会随着路面的起伏上下晃动,因此现有的机器人的通过性和稳定性还不够理想。因此,研发一款可以提高机器人行走在坑洼路段时的通过性和稳定性,具有较强的地型自适应能力的机器人,成为了业界亟待解决的课题。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种偏心半球轮式自适应机器人。本发明可以提高机器人行走在坑洼路段时的通过性和稳定性,具有较强的地型自适应能力。
本发明的技术方案:一种偏心半球轮式自适应机器人,包括前半体和后半体,前半体与后半体之间通过连接组件相连接;
所述前半体上设有探测机构和控制单元;
所述前半体和后半体的两侧均设有安装槽,安装槽内设有能够转动的轴式驱动器,轴式驱动器的侧部连接有偏转角驱动器,偏转角驱动器的外侧部设有行走轴,行走轴的端部设有偏心半球驱动器,偏心半球驱动器的两侧偏心连接有偏心板,偏心板的外部设有行走驱动器,行走驱动器外部设有行走半球,行走半球与偏心板经轴承相连接;
探测机构监测前部的地形,将地形数据经控制单元发送至轴式驱动器、偏转角驱动器、偏心半球驱动器和行走驱动器;轴式驱动器驱动行走轴径向转动,偏转角驱动器驱动行走轴轴向转动,偏心半球驱动器驱动偏心板转动以调节行走半球的高度,行走驱动器用以调节行走半球的转速,从而调整到合适的姿势以通过前方地形。
前述的偏心半球轮式自适应机器人中,所述的探测机构包括设置在前半体前部的激光雷达和摄像头,所述的激光雷达和摄像头均与控制单元相连。
前述的偏心半球轮式自适应机器人中,所述连接组件包括设置在前半体上的两个侧连接块,连接组件还包括设置在后半体上的主连接块,侧连接块分别位于主连接块的两侧并与主连接块转动连接。
前述的偏心半球轮式自适应机器人中,所述主连接块和侧连接块均呈三棱柱状结构,并且主连接块和侧连接块的端部均设有倒角。
前述的偏心半球轮式自适应机器人中,所述行走轴的下端具有扁平部,偏心半球驱动器与扁平部连接,行走半球分布在扁平部的两侧。
前述的偏心半球轮式自适应机器人中,所述行走半球上具有切面和球面,行走半球的切面上设有圆形槽,偏心板设置在圆形槽内。
前述的偏心半球轮式自适应机器人中,所述摄像头内部集成有TOF传感器。
前述的偏心半球轮式自适应机器人中,所述前半体和后半体的周向均设有弧面。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1、本发明中,行走轴的端部设有偏心半球驱动器,偏心半球驱动器的两侧偏心连接有偏心板,偏心板的外部设有行走驱动器,行走驱动器外部设有行走半球,行走半球与偏心板经轴承相连接;当机器人行走至不平整的路段时,通过坑洼路段一侧的偏心半球驱动器带动偏心板转动,从而调节行走半球的高度,改变机器人位于坑洼处一侧的高度,能够使得机器人的前半体和后半体仍然保持在同一高度,不会随着路面的起伏上下晃动;此外,本发明中,前半体和后半体的两侧均设有安装槽,安装槽内设有能够转动的轴式驱动器,当机器人行走至弧状的路段,例如一些管道或者较小的隧道内时,可以启动轴式驱动器,轴式驱动器转动能够带动偏转角驱动器转动,最终带动行走半球在竖直平面内转动,从而改变机器人每条“腿”的开合角度,使得行走半球的切面与球面的交汇处或者位于下侧的行走半球的球面能够与管道的两侧内壁接触,从而实现机器人在管道内行走的效果,扩大了机器人的适用范围。由此可见,本发明具有优越的野外通过性和稳定性,地型自适应能力较强。
2、本发明中,前半体与后半体之间通过连接组件相连接,连接组件包括设置在前半体上的两个侧连接块,连接组件还包括设置在后半体上的主连接块,侧连接块分别位于主连接块的两侧并与主连接块转动连接;当机器人行走至坡度不同的路段时,侧连接块和主连接块之间能够发生相对转动,从而使得前半体与后半体之间发生相对转动,能够使得机器人的前半体和后半体均与自身所在路面的坡度相匹配,进而提高机器人在行走至坡度不同的路段时的稳定性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是本发明俯视的结构示意图;
图3是本发明中轴式驱动器与偏转角驱动器的装配图;
图4是本发明中行走轴的结构示意图;
图5是本发明中行走半球与偏心半球驱动器的装配图;
图6是本发明中行走半球的结构示意图。
附图中的标记为:1-前半体;2-摄像头;3-激光雷达;4-后半体;5-安装槽;6-轴式驱动器;7-偏转角驱动器;8-行走轴;801-扁平部;9-偏心半球驱动器;10-行走半球;11-侧连接块;12-主连接块;13-圆形槽;14-行走驱动器;15-偏心板;16-轴承。
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说明,但并不作为对本发明限制的依据。
实施例:一种偏心半球轮式自适应机器人,如附图1所示,包括前半体1和后半体4,所述前半体1和后半体4的周向均设有弧面,如附图2所示,前半体1与后半体4之间通过连接组件相连接,所述连接组件包括设置在前半体1上的两个侧连接块11,连接组件还包括设置在后半体4上的主连接块12,侧连接块11分别位于主连接块12的两侧并与主连接块12转动连接;所述主连接块12和侧连接块11均呈三棱柱状结构,并且主连接块12和侧连接块11的端部均设有倒角,设置倒角能够避免主连接块12或者侧连接块11转动时受到前半体1或者后半体4的阻碍。
所述前半体1上设有探测机构和控制单元,所述的探测机构包括设置在前半体前部的激光雷达3和摄像头2,所述的激光雷达3和摄像头2均与控制单元相连;所述摄像头2内部集成有TOF传感器,TOF传感器能够精确测算机器人周围物体、障碍、墙面或者地面距离,辅助机器人判断地形与位置,从而帮助机器人实现避障的作用。
所述前半体1和后半体4的两侧均设有安装槽5,如附图3所示,安装槽5内设有能够转动的轴式驱动器6,轴式驱动器6内置有两个驱动电机,驱动电机位于轴式驱动器6的两侧,并且驱动电机的输出轴与安装槽5内壁相连接,驱动电机启动时能够使得轴式驱动器6相对于安装槽5转动,轴式驱动器6的侧部连接有偏转角驱动器7,偏转角驱动器7的外侧部设有行走轴8,偏转角驱动器7内置有电机,电机的输出轴向下伸出并与行走轴8的上端面相连接,从而使得行走轴8能够相对偏转角驱动器7而转动,如附图4所示,所述行走轴8的下端具有扁平部801,如附图5所示,行走轴8的端部设有偏心半球驱动器9,偏心半球驱动器9与扁平部801连接,偏心半球驱动器9的两侧偏心连接有偏心板15,偏心半球驱动器9内置有两个偏心驱动电机,偏心驱动电机分别位于偏心半球驱动器9的两端,偏心驱动电机的输出轴与对应的偏心板15相连接,偏心板15的外部设有行走驱动器14,行走驱动器14外部设有行走半球10,行走驱动器14内置有轮毂电机,轮毂电机的输出轴与对应的行走半球10相连接,行走半球10分布在扁平部801的两侧,行走半球10与偏心板15经轴承16相连接;所述行走半球10上具有切面和球面,如附图6所示,行走半球10的切面上设有圆形槽13,偏心板15设置在圆形槽13内。
探测机构监测前部的地形,将地形数据经控制单元发送至轴式驱动器6、偏转角驱动器7、偏心半球驱动器9和行走驱动器14;轴式驱动器6驱动行走轴8径向转动,偏转角驱动器7驱动行走轴8轴向转动,偏心半球驱动器9驱动偏心板15转动以调节行走半球10的高度,行走驱动器14用以调节行走半球10的转速,从而调整到合适的姿势以通过前方地形。
工作原理:正常行驶时,机器人的四个脚即四个偏转角驱动器7和行走轴8均呈竖直状,行走半球10的切面与球面的交汇处作为滚动面并与地面接触,行走驱动器14带动行走半球10以切面的圆心为中心转动,从而实现正常行走的效果。
当机器人行走至不平整的路段时,例如机器人的其中一个或多个行走半球10行走至坑洼处,则偏心半球驱动器9带动偏心板15转动,使得偏心半球驱动器9位于偏心板15圆心的上方,而其他的偏心半球驱动器9位于偏心板15圆心的下方,即将机器人位于坑洼处的一侧向上抬起,从而保持机器人前半体1与后半体4的稳定性;当机器人的其中一个或者多个行走半球10行走至凸起处时,则偏心半球驱动器9带动偏心板15转动,使得偏心半球驱动器9位于偏心板15圆心的下方,而其他的偏心半球驱动器9则位于偏心板15圆心的上方,即使机器人位于凸起处的一侧下降,从而保持机器人前半体1与后半体4的稳定性;综上,通过偏心半球驱动器9能够控制偏心板15的转动,从而调节行走半球的高度,提高机器人在坑洼路段行走时的稳定性,同时也能够起到减震的效果。
在机器人行走的过程中,启动偏转角驱动器7,带动行走轴8转动,进而带动偏心半球驱动器9转动,最终行走半球10转动,即可实现机器人的转向。
当机器人行走至弧状的路段,例如一些管道或者较小的隧道内时,可以启动轴式驱动器6,轴式驱动器6转动能够带动偏转角驱动器7转动,最终带动行走半球10在竖直平面内转动,从而改变机器人每条“腿”的开合角度,使得行走半球10的切面与球面的交汇处或者位于下侧的行走半球10的球面能够与管道的两侧内壁接触,从而实现机器人在管道内行走的效果。
当机器人行走至坡度不同的路面时,例如机器人由平坦的路面行走至上坡路段时,机器人的前半体1行走至上坡路段,而机器人的后半体4仍然位于平坦的路段,侧连接块11和主连接块12之间发生相对转动,从而使得前半体1与后半体4之间发生相对转动,使得机器人的前半体1的倾斜角度与坡面相匹配,而机器人的后半体4的倾斜角度则与平坦的地面相匹配,当机器人完全移动到坡面上时,侧连接块11与主连接块12再次发生相对转动,前半体1与后半体4之间也发生相对转动,机器人的前半体1与后半体4的倾斜角度相同,均与坡面的角度相匹配,通过上述操作即可提高机器人在行走至坡度不同的路面时的稳定性。

Claims (8)

1.一种偏心半球轮式自适应机器人,其特征在于:包括前半体(1)和后半体(4),前半体(1)与后半体(4)之间通过连接组件相连接;
所述前半体(1)上设有探测机构和控制单元;
所述前半体(1)和后半体(4)的两侧均设有安装槽(5),安装槽(5)内设有能够转动的轴式驱动器(6),轴式驱动器(6)的侧部连接有偏转角驱动器(7),偏转角驱动器(7)的外侧部设有行走轴(8),行走轴(8)的端部设有偏心半球驱动器(9),偏心半球驱动器(9)的两侧偏心连接有偏心板(15),偏心板(15)的外部设有行走驱动器(14),行走驱动器(14)外部设有行走半球(10),行走半球(10)与偏心板(15)经轴承(16)相连接;
探测机构监测前部的地形,将地形数据经控制单元发送至轴式驱动器(6)、偏转角驱动器(7)、偏心半球驱动器(9)和行走驱动器(14);轴式驱动器(6)驱动行走轴(8)径向转动,偏转角驱动器(7)驱动行走轴(8)轴向转动,偏心半球驱动器(9)驱动偏心板(15)转动以调节行走半球(10)的高度,行走驱动器(14)用以调节行走半球(10)的转速,从而调整到合适的姿势以通过前方地形。
2.根据权利要求1所述的偏心半球轮式自适应机器人,其特征在于:所述的探测机构包括设置在前半体前部的激光雷达(3)和摄像头(2),所述的激光雷达(3)和摄像头(2)均与控制单元相连。
3.根据权利要求1所述的偏心半球轮式自适应机器人,其特征在于:所述连接组件包括设置在前半体(1)上的两个侧连接块(11),连接组件还包括设置在后半体(4)上的主连接块(12),侧连接块(11)分别位于主连接块(12)的两侧并与主连接块(12)转动连接。
4.根据权利要求3所述的偏心半球轮式自适应机器人,其特征在于:所述主连接块(12)和侧连接块(11)均呈三棱柱状结构,并且主连接块(12)和侧连接块(11)的端部均设有倒角。
5.根据权利要求1所述的偏心半球轮式自适应机器人,其特征在于:所述行走轴(8)的下端具有扁平部(801),偏心半球驱动器(9)与扁平部(801)连接,行走半球(10)分布在扁平部(801)的两侧。
6.根据权利要求1所述的偏心半球轮式自适应机器人,其特征在于:所述行走半球(10)上具有切面和球面,行走半球(10)的切面上设有圆形槽(13),偏心板(15)设置在圆形槽(13)内。
7.根据权利要求2所述的偏心半球轮式自适应机器人,其特征在于:所述摄像头(2)内部集成有TOF传感器。
8.根据权利要求1-7任一项所述的偏心半球轮式自适应机器人,其特征在于:所述前半体(1)和后半体(4)的周向均设有弧面。
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