CN204296896U - 履-臂混合式可重构机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种履-臂混合式可重构机器人。可重构机器人占用空间小,作业时可选择有利的工作构态,在星球探测、军事空投等领域具有独特优势。本实用新型包括履带行星轮式组件、车体组件、机械臂组件和机械手组件;车体组件驱动履带行星轮式组件和机械臂组件,机械臂组件驱动机械手组件;机械手组件包括控制电机、爪盘、螺纹轴和手爪组件;车体组件包括驱动电机、前板、固定轴、臂座和肩关节舵机;机械臂组件包括大臂、臂关节舵机、中臂、肘关节舵机、小臂、腕关节舵机、辅助轮轴和辅助轮。本实用新型在未知恶劣地形环境中,可通过双螺旋防脱落机械手组件稳定可靠连接,实现多机器人协同操作,增强了机器人系统的作业能力。
Description
技术领域
本实用新型属于机器人技术领域,涉及可重构机器人,具体涉及一种履-臂混合式可重构机器人。
背景技术
随着移动机器人在战场、医疗、服务等领域的广泛应用和星球探测时代的来临,对未知环境中自主移动机器人的需求日益增长。履带式机器人因具有良好的地形适应能力,已开发的单节双履带式、双节四履带式、多节多履带式、多节轮履复合式以及可重构式等,已成为移动机器人领域研究的热点。可重构机器人由于在运输过程中,占用空间小,作业时可根据不同周围环境,选择有利的工作构态,在某些特定领域如星球探测、军事空投等具有独特优势。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足,提供一种履-臂混合式可重构机器人,该机器人在运输过程中,占用空间小,作业时可以根据不同环境,选择有利的工作构态;且遇到障碍时,履带行星轮式结构可助其越障。同时,在未知地形环境中,该机器人可以通过双螺旋防脱落机械手组件的稳定可靠连接,实现多机器人系统的重构与协同工作,增加机器人系统的作业能力。
本实用新型采用的技术方案如下:
本实用新型包括履带行星轮式组件、车体组件、机械臂组件和机械手组件。所述的履带行星轮式组件和机械臂组件设置在车体组件的两侧;所述的机械臂组件与车体组件连接构成转动副。
所述的履带行星轮式组件包括行星架、中心轴、中心齿轮、支撑轴、过渡齿轮、主动轮轴、主动齿轮、驱动轮和履带。所述的行星架通过轴承支承在中心轴上,中心齿轮固接于中心轴上;所述的车体组件驱动中心轴;三根支撑轴沿圆周均布,且均通过轴承支承在行星架上,每根支撑轴与一个过渡齿轮固接;三个过渡齿轮均与中心齿轮构成齿轮副;三根主动轮轴沿圆周均布,且均通过轴承支承在行星架上;每根主动轮轴的中部固接有一个主动齿轮,两端分别固接有一个驱动轮;每个主动齿轮与对应的一个过渡齿轮构成齿轮副;所述的履带套置在六个驱动轮上。
所述的机械手组件包括控制电机、爪盘、第一锥齿轮、第二锥齿轮、螺纹轴和手爪组件。所述的机械臂组件驱动爪盘;所述控制电机的底座固接在爪盘上,第一锥齿轮固接于控制电机的输出轴上;两根螺纹轴相对设置,且均通过轴承支承在爪盘上;两根螺纹轴均固接有第二锥齿轮,两个第二锥齿轮均与第一锥齿轮构成齿轮副;两个手爪组件对中设置,所述的手爪组件包括手爪、滑动轴、压簧、限位销和缓冲垫片;两个手爪组件的手爪底部分别与对应的一个螺纹轴构成螺纹副,且两个手爪组件的手爪均与爪盘的滑道通过滑动副连接;所述手爪的多个滑槽分别与一根滑动轴的一端通过滑动副连接,所有滑动轴的另一端均与缓冲垫片固接;每根滑动轴的限位槽内嵌有一根限位销,所有限位销均固接在手爪上;套置在滑动轴上的压簧两端分别压紧缓冲垫片和手爪;两个手爪组件的缓冲垫片相对设置。
所述的车体组件包括驱动电机、前板、固定轴、臂座和肩关节舵机。所述的臂座通过四根固定轴与前板固定,驱动电机的底座固接于前板上,驱动电机的输出轴与履带行星轮式组件的中心轴固接;两个肩关节舵机的底座均固定在臂座上;两个肩关节舵机驱动机械臂组件。
所述的机械臂组件包括大臂、臂关节舵机、中臂、肘关节舵机、小臂、腕关节舵机、辅助轮轴和辅助轮。所述臂关节舵机和肘关节舵机的底座分别固接于中臂的一端,臂关节舵机的输出轴与大臂固接;肘关节舵机的输出轴与小臂固接;所述腕关节舵机的底座固接于小臂上,腕关节舵机驱动机械手组件;所述的辅助轮轴固接于小臂的伸出杆上,辅助轮与辅助轮轴铰接;所述的车体组件驱动大臂两侧的两块驱动板。
本实用新型的有益效果:
1、本实用新型的履带行星轮式组件结合了履带和外行星轮系的优点,可较好地适应非结构化地形环境;
2、本实用新型的机械手采用双螺旋防脱落结构,在机器人单体作业时,可有效可靠地抓取物体,在多机器人协同作业时,可稳定可靠地连接,并利用自锁螺纹实现了冗余锁定;
3、本实用新型采用模块化设计方法,单体机器人可独立行驶、越障和作业;
4、本实用新型在未知恶劣地形环境中,可通过双螺旋防脱落机械手组件稳定可靠连接,实现多机器人协同操作,较大地增强了机器人系统的作业能力。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构立体图;
图2为本实用新型中履带行星轮式组件的结构立体图;
图3为本实用新型中履带行星轮式组件的传动原理图;
图4为本实用新型中车体组件的结构立体图;
图5为本实用新型中机械臂组件的结构立体图;
图6为本实用新型中机械手组件的结构立体图;
图7为本实用新型中机械手组件的传动原理图;
图8为本实用新型中手爪组件的各个零件立体图;
图9为本实用新型在平坦地形的行驶状态示意图;
图10为本实用新型的爬坡状态示意图;
图11为本实用新型的越障状态示意图;
图12为本实用新型的工作状态立体图;
图13为本实用新型实现双体重构机器人的结构立体图;
图14为本实用新型实现四体重构机器人的结构立体图。
图中:1、履带行星轮式组件,2、车体组件,3、机械臂组件,4、机械手组件; 1-1、行星架,1-2、中心轴,1-3、中心齿轮,1-4、支撑轴,1-5、过渡齿轮,1-6、主动轮轴,1-7、主动齿轮,1-8、驱动轮,1-9、履带,1-10、第一轴承,1-11、第二轴承,1-12、第三轴承;2-1、驱动电机,2-2、前板,2-3、固定轴,2-4、臂座,2-5、肩关节舵机;3-1、大臂,3-2、臂关节舵机,3-3、中臂,3-4、肘关节舵机,3-5、小臂,3-6、腕关节舵机,3-7、辅助轮轴,3-8、辅助轮;4-1、控制电机,4-2、爪盘,4-3、第一锥齿轮,4-4、第二锥齿轮,4-5、螺纹轴,4-6、手爪,4-7、滑动轴,4-8、压簧,4-9、第四轴承,4-10、限位销,4-11、缓冲垫片。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1所示,履-臂混合式可重构机器人,包括履带行星轮式组件1、车体组件2、机械臂组件3和机械手组件4。履带行星轮式组件1和机械臂组件3设置在车体组件2的两侧,且均与车体组件2连接构成转动副;机械手组件4与机械臂组件3连接构成转动副。
如图2和3所示,履带行星轮式组件1包括行星架1-1、中心轴1-2、中心齿轮1-3、支撑轴1-4、过渡齿轮1-5、主动轮轴1-6、主动齿轮1-7、驱动轮1-8和履带1-9。行星架1-1通过第一轴承1-10支承在中心轴1-2上,中心齿轮1-3固接于中心轴1-2上;三根支撑轴1-4沿圆周均布,且分别通过第二轴承1-11支承在行星架1-1上,每根支撑轴1-4与一个过渡齿轮1-5固接;三个过渡齿轮1-5均与中心齿轮1-3构成齿轮副;三根主动轮轴1-6沿圆周均布,且分别通过第三轴承1-12支承在行星架1-1上;每根主动轮轴1-6的中部固接有一个主动齿轮1-7,两端分别固接有一个驱动轮1-8;每个主动齿轮1-7与对应的一个过渡齿轮1-5构成齿轮副;履带1-9套置在六个驱动轮1-8上。
如图4所示,车体组件2包括驱动电机2-1、前板2-2、固定轴2-3、臂座2-4和肩关节舵机2-5。臂座2-4通过四根固定轴2-3与前板2-2固定,驱动电机2-1的底座固接于前板2-2上,驱动电机2-1的输出轴与履带行星轮式组件的中心轴1-2固接;两个肩关节舵机2-5的底座均固定在臂座2-4上。
如图5所示,机械臂组件3包括大臂3-1、臂关节舵机3-2、中臂3-3、肘关节舵机3-4、小臂3-5、腕关节舵机3-6、辅助轮轴3-7和辅助轮3-8。臂关节舵机3-2和肘关节舵机3-4的底座分别固接于中臂3-3的一端,臂关节舵机3-2的输出轴与大臂3-1固接;肘关节舵机3-4的输出轴与小臂3-5固接;腕关节舵机3-6的底座固接于小臂3-5上;辅助轮轴3-7固接于小臂3-5的伸出杆上,辅助轮3-8与辅助轮轴3-7铰接;大臂3-1两侧的两块驱动板分别与车体组件的一个肩关节舵机2-5的输出轴固接。
如图6、7和8所示,机械手组件4包括控制电机4-1、爪盘4-2、第一锥齿轮4-3、第二锥齿轮4-4、螺纹轴4-5、第四轴承4-9和手爪组件。爪盘4-2与腕关节舵机3-6的输出轴固接;控制电机4-1的底座固接在爪盘4-2上,第一锥齿轮4-3固接于控制电机4-1的输出轴上;两根螺纹轴4-5相对设置,且分别通过第四轴承4-9支承在爪盘4-2上;两根螺纹轴4-5均固接有第二锥齿轮4-4,两个第二锥齿轮4-4均与第一锥齿轮4-3构成齿轮副;两个手爪组件对中设置,手爪组件包括手爪4-6、滑动轴4-7、压簧4-8、限位销4-10和缓冲垫片4-11;两个手爪组件的手爪4-6底部分别与对应的一个螺纹轴4-5构成螺纹副,且两个手爪组件的手爪4-6均与爪盘4-2的滑道通过滑动副连接;手爪4-6的四个滑槽分别与一根滑动轴4-7的一端通过滑动副连接,四根滑动轴4-7的另一端均与缓冲垫片4-11固接,固接在手爪4-6上的四根限位销4-10头部分别嵌入对应一根滑动轴4-7的限位槽内;套置在滑动轴4-7上的压簧4-8两端分别压紧缓冲垫片4-11和手爪4-6;两个手爪组件的缓冲垫片4-11相对设置。
该履-臂混合式可重构机器人的工作原理是:
该履-臂混合式可重构机器人具有两种工作模式:单体作业模式和多体作业模式。
单体作业模式:如图9和10所示,在平坦地形或斜坡地形时,履带行星轮式组件的履带1-9与地面的摩擦力驱动该履-臂混合式可重构机器人正常行驶,辅助轮3-8用于支撑机械臂组件3和机械手组件4;如图11所示,该履-臂混合式可重构机器人可以通过履带行星轮式组件1适应环境,在遇到障碍时,履带1-9转速减缓,驱动轮1-8驱动整个履带行星轮式组件1绕中心轴1-2转动,克服障碍。如图12所示,行驶至指定工作地点后,该履-臂混合式可重构机器人通过机械臂组件3转换成工作状态,并通过机械手组件4完成相关任务。
多体作业模式:当遇到未知环境时,多个履-臂混合式可重构机器人可通过机械手组件4的稳定可靠连接,可实现如图13所示的双体作业模式,也可实现如图14所示的多个机器人的协同工作,增加机器人系统的作业能力。
Claims (3)
1. 履-臂混合式可重构机器人,包括履带行星轮式组件、车体组件、机械臂组件和机械手组件,其特征在于:所述的履带行星轮式组件和机械臂组件设置在车体组件的两侧;所述的机械臂组件与车体组件连接构成转动副;
所述的履带行星轮式组件包括行星架、中心轴、中心齿轮、支撑轴、过渡齿轮、主动轮轴、主动齿轮、驱动轮和履带;所述的行星架通过轴承支承在中心轴上,中心齿轮固接于中心轴上;所述的车体组件驱动中心轴;三根支撑轴沿圆周均布,且均通过轴承支承在行星架上,每根支撑轴与一个过渡齿轮固接;三个过渡齿轮均与中心齿轮构成齿轮副;三根主动轮轴沿圆周均布,且均通过轴承支承在行星架上;每根主动轮轴的中部固接有一个主动齿轮,两端分别固接有一个驱动轮;每个主动齿轮与对应的一个过渡齿轮构成齿轮副;所述的履带套置在六个驱动轮上;
所述的机械手组件包括控制电机、爪盘、第一锥齿轮、第二锥齿轮、螺纹轴和手爪组件;所述的机械臂组件驱动爪盘;所述控制电机的底座固接在爪盘上,第一锥齿轮固接于控制电机的输出轴上;两根螺纹轴相对设置,且均通过轴承支承在爪盘上;两根螺纹轴均固接有第二锥齿轮,两个第二锥齿轮均与第一锥齿轮构成齿轮副;两个手爪组件对中设置,所述的手爪组件包括手爪、滑动轴、压簧、限位销和缓冲垫片;两个手爪组件的手爪底部分别与对应的一个螺纹轴构成螺纹副,且两个手爪组件的手爪均与爪盘的滑道通过滑动副连接;所述手爪的多个滑槽分别与一根滑动轴的一端通过滑动副连接,所有滑动轴的另一端均与缓冲垫片固接;每根滑动轴的限位槽内嵌有一根限位销,所有限位销均固接在手爪上;套置在滑动轴上的压簧两端分别压紧缓冲垫片和手爪;两个手爪组件的缓冲垫片相对设置。
2.根据权利要求1所述的履-臂混合式可重构机器人,其特征在于:所述的车体组件包括驱动电机、前板、固定轴、臂座和肩关节舵机;所述的臂座通过四根固定轴与前板固定,驱动电机的底座固接于前板上,驱动电机的输出轴与履带行星轮式组件的中心轴固接;两个肩关节舵机的底座均固定在臂座上;两个肩关节舵机驱动机械臂组件。
3.根据权利要求1所述的履-臂混合式可重构机器人,其特征在于:所述的机械臂组件包括大臂、臂关节舵机、中臂、肘关节舵机、小臂、腕关节舵机、辅助轮轴和辅助轮;所述臂关节舵机和肘关节舵机的底座分别固接于中臂的一端,臂关节舵机的输出轴与大臂固接;肘关节舵机的输出轴与小臂固接;所述腕关节舵机的底座固接于小臂上,腕关节舵机驱动机械手组件;所述的辅助轮轴固接于小臂的伸出杆上,辅助轮与辅助轮轴铰接;所述的车体组件驱动大臂两侧的两块驱动板。
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CN104477262A (zh) * | 2014-11-27 | 2015-04-01 | 浙江理工大学 | 一种履-臂混合式可重构机器人 |
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