CN206466049U - 室内外移动的陪伴型机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种室内外移动的陪伴型机器人，包括底盘，底盘左右两侧分别安装有驱动轮，每个驱动轮分别与主驱动装置传动连接，底盘前侧和后侧分别设置有甲类支撑轮，底盘上还安装有四个履带前进装置，履带前进装置包括一条履带，每条履带运行所在平面与驱动轮旋转平面平行或一致，每条履带分别与履带驱动装置连接，在每一侧驱动轮前方和后方分别设置一条履带，履带前进装置通过履带收放装置与底盘连接，履带收放装置用于使得履带前进装置在与地面接触并使得机器人通过履带前进装置前进的状态和使得履带前进装置脱离地面并使得机器人通过驱动轮前进的状态之间切换。该机器人可以适应室内运动、室外运动和爬楼梯等环境。

Description

室内外移动的陪伴型机器人

技术领域

本实用新型属于机器人的运动技术领域，特别是涉及一种室内外移动的陪伴型机器人。

背景技术

陪伴型机器人由于无法适应室外移动需求，因此只能以室内使用为出发点来设计，整体功能有限，基本处于玩具状态，其功能也大多可以用一台智能手机完成。但随着网络对人类工作生活的联系越来越紧密，单纯的手持设备将难以承载越来越复杂多样的需求，因此陪伴型机器人终将升级为“伙伴”型机器人。

发明内容

本实用新型为克服现有技术中存在的技术问题而提供室内外移动的陪伴型机器人，该室内外移动的陪伴型机器人可以适应室内运动、室外运动和爬楼梯等环境。

一种室内外移动的陪伴型机器人，包括底盘，底盘的左右两侧分别安装有驱动轮，每个驱动轮分别与一个主驱动装置传动连接，底盘的前侧和后侧分别设置有甲类支撑轮，底盘上还安装有四个履带前进装置，履带前进装置包括一条履带，每条履带运行所在平面与驱动轮旋转平面平行或一致，每条履带分别与各自的履带驱动装置连接，在每一侧的驱动轮的前方和后方分别设置一条履带，履带前进装置通过履带收放装置与底盘连接，履带收放装置用于使得履带前进装置在与地面接触并使得机器人通过履带前进装置前进的状态和使得履带前进装置脱离地面并使得机器人通过驱动轮前进的状态之间切换。

通过设置履带，可以利用履带的抓地力强和接触地面面积大的优点，适合在有楼梯的环境下或的地面凹凸不平的环境中行走，从而扩展了机器人的移动能力。当在室内进行运动的时候，又可以通过履带收放装置将履带前进装置收起，只利用驱动轮进行移动并辅以甲类辅助轮进行辅助支撑，避免机器人倾倒。从而大幅度的减少了机器人的占地面积，可以适应室内的空间狭小的特点。

而且，将同一侧的履带分成两段，在收起的时候，所占用的高度较小，也避免了对机器人其他结构的干扰。

优选的技术方案，其附加特征在于：底盘的前侧和后侧通过合页枢接有可转动支架，可转动支架上安装有甲类支撑轮，可转动支架用于当履带与地面接触时，甲类支撑轮与地面脱离；且用于履带前进装置完全收起时，甲类支撑轮与地面接触。

通过设置可转动支架，可以在履带与地面接触时，将甲类支撑轮与地面完全脱离，完全利用履带着地，从而充分的保证了履带的抓地力。而当履带脱离地面时，仅仅依靠两个驱动轮，难以完全确保稳定，可以利用甲类支撑轮进行辅助支撑。

进一步优选的技术方案，其附加特征在于：履带前进装置包括履带支架，履带支架上通过负重轮轴转动安装有负重轮，履带支架上还安装有履带驱动电机，履带驱动电机连接有减速箱，减速箱的出口设置有主动轮，履带绕过主动轮和负重轮，主动轮用于带动履带运动。

通过设置负重轮和履带，可以提高了爬坡环境下的抓地力，而主动轮可以使得每个履带前进装置均能够独立控制，以充分利用上楼梯时通过履带前进装置压在楼梯上的压力而带动陪伴型机器人上楼梯。

进一步优选的技术方案，其附加特征在于：可转动支架上还安装有金属支撑杆，金属支撑杆与舵机的输出端连接，舵机安装在舵机转动支架的一端，舵机转动支架的另一端安装有乙类支撑轮。

通过金属支撑杆上的舵机，控制乙类支撑轮是否伸出，可以在利用两轮驱动陪伴型机器人的情况下，使乙类支撑轮中的一者着地与驱动轮着地，从而形成三点支撑结构，以保证机器人在地面以较高速度行走的时候，能够稳定的运行。

再进一步优选的技术方案，其附加特征在于：舵机转动支架上还设置有反向支架，反向支架用于限制舵机将舵机转动支架相对于金属支撑杆打开时的打开角度。

通过设置反向支架来限制舵机转动支架的打开角度，可以利用反向支架来承担乙类支撑轮所受的压力，避免将较大的力矩传递到舵机上而造成舵机的损坏。

优选的技术方案，其附加特征在于：履带收放装置包括电动推杆，电动推杆的一端枢接在电动推杆安装架上，电动推杆安装架安装在底盘上，电动推杆与履带前进装置枢接。

通过电动推杆实现履带前进装置的收放，不但可以精确的调节履带前进装置的收放角度，而且，电动推杆、履带前进装置、底盘(电动推杆安装架固定安装在底盘上，故可以视为底盘的一部分)之间可以视为一个一杆可以伸缩的三杆机构，电动推杆具有自锁的功能，在利用履带前进的时候，可以保证履带前进装置的位置的稳定。

优选的技术方案，其附加特征在于：底盘上安装有轴承座甲，轴承座甲上转动安装有主驱动轮轴，主驱动轮轴的一端连接有驱动轮，主驱动轮轴的另一端通过联轴器甲连接有主驱动电机。

通过设置轴承座甲以承担驱动轮的重量，提高了轴的使用寿命。

优选的技术方案，其附加特征在于：底盘上还安装有红外测距模块。

通过设置红外测距模块，可以测量陪伴型机器人的周边是否具有台阶、裂缝等，以便于采取相应的措施，避免陪伴型机器人损坏。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的室内外移动的陪伴型机器人的结构示意图；

图2是实施例1中的底盘的主视图；

图3是实施例1中的底盘的俯视图；

图4是实施例1中的底盘的侧视图；

图5是实施例1中的履带前进装置的结构示意图；

图6是实施例1中的快速移动支撑装置在两个状态下转换的示意图；

图7是图1的左视图；

图8是实施例1在电动推杆完全推出的状态下的示意图；

图9实施例1在电动推杆部分推出状态下的示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并详细说明如下：

实施例1：

图1是本实用新型实施例1的室内外移动的陪伴型机器人的结构示意图；图2是实施例1中的底盘的主视图；图3是实施例1中的底盘的俯视图；图4是实施例1中的底盘的侧视图；图5是实施例1中的履带前进装置的结构示意图；图6是实施例1中的快速移动支撑装置在两个状态下转换的示意图；图7是图1的左视图；图8是实施例1在电动推杆完全推出的状态下的示意图；图9实施例1在电动推杆部分推出状态下的示意图。图中，各个附图标记表示的含义如下；1、底盘；2、轴承座甲；3、联轴器甲；4、主驱动电机；5、红外测距模块；6、主驱动轮；7、可转动支架；8、甲类万向轮；10、合页；11、履带支架；12、负重轮；13、负重轮轴；14、履带；15、主动轮；16、履带驱动电机；21、金属支撑杆；22、舵机转动支架；23、乙类万向轮；24、反向支架；25、舵机；32、竖直支架；33、角码；34、电动推杆支架；35、电动推杆；36、轴承座乙。

一种室内外移动的陪伴型机器人，包括底盘1，底盘1的左右两侧分别安装有驱动轮，每个驱动轮分别与一个主驱动装置传动连接，底盘1的前侧和后侧分别设置有甲类支撑轮，底盘1上还安装有四个履带14前进装置，履带14前进装置包括一条履带14，每条履带14运行所在平面与驱动轮旋转平面平行或一致，每条履带14分别与各自的履带14驱动装置连接，在每一侧的驱动轮的前方和后方分别设置一条履带14，履带14前进装置通过履带14收放装置与底盘1连接，履带14收放装置用于使得履带14前进装置在与地面接触并使得机器人通过履带14前进装置前进的状态和使得履带14前进装置脱离地面并使得机器人通过驱动轮前进的状态之间切换。

通过设置履带14，可以利用履带14的抓地力强和接触地面面积大的优点，适合在有楼梯的环境下或的地面凹凸不平的环境中行走，从而扩展了机器人的移动能力。当在室内进行运动的时候，又可以通过履带14收放装置将履带14前进装置收起，只利用驱动轮进行移动并辅以甲类辅助轮进行辅助支撑，避免机器人倾倒。从而大幅度的减少了机器人的占地面积，可以适应室内的空间狭小的特点。

而且，将同一侧的履带14分成两段，在收起的时候，所占用的高度较小，也避免了对机器人其他结构的干扰。

优选的，底盘1上安装有轴承座甲2，轴承座甲2上转动安装有主驱动轮轴，主驱动轮轴的一端连接有驱动轮，主驱动轮轴的另一端通过联轴器甲3连接有主驱动电机4。

通过设置轴承座甲2以承担驱动轮的重量，提高了轴的使用寿命。

具体说来，底盘1包括底盘1安装面板，底盘1安装面板可由五块金属板组成。中间一块用于安装主驱动电机4的支架和轴承座甲2。两侧的L形金属板作为延伸，以上三块金属板再以两块横向金属板连接在一起，以螺栓互相固定住。

每根主驱动轮轴由两个轴承支撑。轴承直接通过螺丝卡在轴承座甲2上。轴承座甲2通过螺丝固定到安装面板上。

联轴器甲3，通过顶丝拧紧卡住主驱动电机4的转动轴和驱动轮轴。具体可以选用梅花联轴器甲3，适当增加缓冲以免损坏轮轴、联轴器甲3或主驱动电机4。

主驱动电机4可选用步进电机或者大扭矩减速电机配合测速码盘使用。步进电机扭矩相对较小，但是控制精确，考虑到机器人的重量及需要一定的移动速度，为保证足够的驱动力，步进电机优先选择其中扭矩较大的型号。减速电机扭矩大，但是控制微小移动相对较为复杂。使用步进电机时，驱动轮的制动可通过本身的电磁制动，即通电状态下，不发送转动信号。或使用带自锁功能的减速电机。对制动要求高时可另外安装刹车装置，如电磁抱闸，刹车片等。

每个主驱动轮6可以使用免充气轮胎的轮子。两个轮子可以独立转动，通过不同速度不同方向可以使机器人灵活地移动或转动。

优选的，底盘1上还安装有红外测距模块5。

通过设置红外测距模块5，可以测量陪伴型机器人的周边是否具有台阶、裂缝等，以便于采取相应的措施，避免陪伴型机器人损坏。

具体的，红外测距模块5共四个，安装在塑料支架上，再通过螺丝安装到安装面板上。呈一个倾斜角度指向轮子前后的地面，通过测量距离变化判断是否有台阶，裂缝等。

优选的，底盘1的前侧和后侧通过合页10枢接有可转动支架7，可转动支架7上安装有甲类支撑轮，可转动支架7用于当履带14与地面接触时，甲类支撑轮与地面脱离；且用于履带14前进装置完全收起时，甲类支撑轮与地面接触。

通过设置可转动支架7，可以在履带14与地面接触时，将甲类支撑轮与地面完全脱离，完全利用履带14着地，从而充分的保证了履带14的抓地力。而当履带14脱离地面时，仅仅依靠两个驱动轮，难以完全确保稳定，可以利用甲类支撑轮进行辅助支撑。

具体的，可转动支架7，前后各一个，用合页10和螺丝连接到底盘1安装面板上。该支架可上下转动，用于进一步安装履带14的支架。

甲类支撑轮为甲类万向轮8，用于支撑底盘1。通过螺丝直接固定在可转动支架7上，可随着支架转动向底盘1内部收起。而且在陪伴型机器人转动的时候，在地面的摩擦力的作用下，万向轮相对于主驱动轮轴的角度也可以发生改变，减少了转动的阻力。

进一步优选的，履带14前进装置包括履带支架11，履带支架11上通过负重轮轴13转动安装有负重轮12，履带支架11上还安装有履带驱动电机16，履带驱动电机16连接有减速箱，减速箱的出口设置有主动轮15，履带14绕过主动轮15和负重轮12，主动轮15用于带动履带14运动。

通过设置负重轮12和履带14，可以提高了爬坡环境下的抓地力，而主动轮15可以使得每个履带14前进装置均能够独立控制，以充分利用上楼梯时通过履带14前进装置压在楼梯上的压力而带动陪伴型机器人上楼梯。

履带支架11，由三部分组成。中间为主体，头部一段斜向上，用于使履带14的头部略微向上倾斜，可以越过一些较小的障碍。中间一段具有竖直安装板，可以安装履带驱动电机16和主动轮15。三部分固定连接，具体说来可以以螺丝互相连接或焊接。

图中的负重轮12仅仅是示意性的表示，实际上负重轮12的直径和数量并不一定和图示完全相同。

负重轮轴13，可以通过轴承连接到履带支架11上，轴承固定安装在履带支架上。

由于要在台阶上承受机器人的重量，履带14要非常坚固且具有良好的摩擦力。

主动轮15通过第二联轴器连接到减速箱的转动轴上。主动轮15的转动带动整个履带14的转动。

履带驱动电机16和减速箱，通过金属支架连接到履带支架11上，以螺丝固定。由于机器人重量不低，履带14的转动速度可以先不要求太高，但电机及减速箱的配套需要优先考虑配置较大的扭矩，才能在台阶上使得机器人前行。

在平地移动时，特别是室内移动时，履带14长度太大，过于占用空间，摩擦过大，转向也不灵活，较小的空间内则几乎不能转向，且负担大，因此平地移动时应当驱动轮方式移动，履带14需要被收起来。考虑到爬楼梯的需要，60厘米为最小长度，实际中应当有70厘米左右，这样的长度即便完全竖立也依然过大，对机器人其他结构容易造成干扰。作为一个整体的重量也会比较大，用于收起履带14的电动推杆35也需要更大的拉力。最终考虑为将履带14分为前后两段，两侧共四段，每段35厘米以上，不超过45厘米。前面的两段履带14的支架可以固定在一起，后面的两段履带14的支架也固定在一起。

进一步优选的，可转动支架7上还安装有金属支撑杆21，金属支撑杆21与舵机25的输出端连接，舵机25安装在舵机转动支架22的一端，舵机转动支架22的另一端安装有乙类支撑轮。

通过金属支撑杆21上的舵机25，控制乙类支撑轮是否伸出，可以在利用两轮驱动陪伴型机器人的情况下，使乙类支撑轮中的一者着地与驱动轮着地，从而形成三点支撑结构，以保证机器人在地面以较高速度行走的时候，能够稳定的运行。

其中，金属支撑杆21可以通过螺丝直接固定到底盘1的可转动支架7上。舵机转动支架22，一端通过法兰盘固定在舵机25的输出轴上，可以用舵机25控制转动，另一端用安装乙类万向轮23。

乙类支撑轮为乙类万向轮23，由于是倾斜角度时，万向轮的轮子就要接触到地面，因此万向轮本身的连接杆和舵机转动支架22的总长度要比较长，且都要比较坚固。

舵机25，由于都是金属结构，因此需要大扭矩舵机25，如MG996R舵机25。

再进一步优选的，舵机转动支架上还设置有反向支架24，反向支架24用于限制舵机25将舵机转动支架22相对于金属支撑杆21打开时的打开角度。

通过设置反向支架24来限制舵机转动支架22的打开角度，可以利用反向支架24来承担乙类支撑轮所受的压力，避免将较大的力矩传递到舵机25上而造成舵机25的损坏。

反向支架24，通过螺丝固定在舵机转动支架22上，万向轮向前伸出时，反向支架24则向后转动，转动到位后，反向支架24上通过螺丝固定的橡胶垫则压在金属支撑杆21上。此时即使机器人向该万向轮上施加压力，其展开角度也被限制住，不会对舵机25造成损坏。

优选的，履带14收放装置包括电动推杆35，电动推杆35的一端枢接在电动推杆35安装架上，电动推杆35安装架安装在底盘1上，电动推杆35还与履带14前进装置枢接。

通过电动推杆35实现履带14前进装置的收放，不但可以精确的调节履带14前进装置的收放角度，而且，电动推杆35、履带14前进装置、底盘1(电动推杆35安装架固定安装在底盘1上，故可以视为底盘1的一部分)之间可以视为一个一杆可以伸缩的三杆机构，电动推杆35具有自锁的功能，在利用履带14前进的时候，可以保证履带14前进装置的位置的稳定。

电动推杆35安装架包括：竖直支架32、角码33、电动推杆35，

竖直支架32通过角码33和螺丝固定到底盘1安装面板上。角码33，左右各一个，保持竖直支架32的稳定。电动推杆支架34安装在竖直支架32的顶部，内有插销，可作为轴穿过电动推杆35固定端的安装孔。

电动推杆35，由于上下台阶时，推杆需要承受很大的重量，而电动推杆35速度越大力量越小，相对而言优先考虑力量。两个电动推杆35独立控制。

轴承座乙36，用于固定电动推杆35活动端，由于这一端的转动量较多，最好使用轴承以防磨损。两个并排使用，活动端的安装孔置于中间，以一根较短的轴穿过所有的孔，并以卡位轴套卡住轴，防止轴移出。

本实施例的动作原理如下：

在平地上移动时，履带14前进装置收起，依靠是左右两个主驱动轮6分别转动，前后辅以甲类万向轮8作为支撑。在履带14收起的情况下，整体占地面积也不宜太大，大体应当和一个成人所占用的面积相当。主驱动轮6不宜过小，否则移动速度太慢，且过于贴近地面，不适宜室外移动。也不宜过大，会占用过大的空间，抬高重心。由于驱动轮的尺寸不会太小，前后的辅助万向轮基本上会是底盘1上向地面的一个较大的凸起物，在上下台阶或其他较特殊的地面状况时，容易围成影响移动的障碍，可设计成类似飞机起落架那样可以收起的结构。结合履带14收放装置，可将两者结合，将甲类万向轮8固定在履带支架11上。履带14前进装置收起时，甲类万向轮8指向地面，可以作为支撑。履带14前进装置推出时，甲类万向轮8向底盘1中间收起，不会对移动造成障碍。主驱动轮6需要有测距模块辅助，随时知道前方是否有台阶裂缝等，防止跌落或卡住。

由于当履带14前进装置收起时，整体占地面积不能太大，因此前后的辅助万向轮自然安装的离底盘1中心较近。在陪伴型机器人低速移动时问题不大。但在室外运动时速度较大，如达到用户快步走的速度时，重心高且甲类万向轮8离中心近，则易发生翻到的情况。因此还需增加其他辅助结构，使得机器人可以较快移动的同时保持平稳。所以在可转动支架7上，增加一个金属支撑杆21，通过一个大扭矩舵机25控制一个乙类万向轮23。当低速移动时，万向轮通过舵机25折叠在金属支撑杆21上，不会造成干扰。当速度较快时，则通过舵机25将乙类万向轮23展开，然后将履带14推出一定角度(如45°，若完全推出则履带14会接触地面)，此时履带14未接触地面，而乙类万向轮23则接触地面作为支撑。由于在快速移动中，单纯依靠舵机25稳定几乎是不可能的，也极易损坏舵机25，因此当万向轮展开后，舵机25本身的转动支架要紧压在反向支架24上，中间设置橡胶垫作为缓冲，此时乙类万向轮23的压力由反向支架24承受而非舵机25来承受。此时由于乙类万向轮23的触地点离机器人重心较远，机器人前后方向的稳定性大大提高。电动推杆35的推力较大，可靠性较高，可以仅通过启动时间来推算两侧支架的张开角度，如要求较高则可另加光电开关或霍尔开关来定位。

尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，例如：①驱动电机和舵机还可以根据实际需要选择其他的型号。这些均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种室内外移动的陪伴型机器人，其特征在于：包括底盘，所述底盘的左右两侧分别安装有驱动轮，每个所述驱动轮分别与一个主驱动装置传动连接，所述底盘的前侧和后侧分别设置有甲类支撑轮，所述底盘上还安装有四个履带前进装置，所述履带前进装置包括一条履带，每条所述履带运行所在平面与所述驱动轮旋转平面平行或一致，每条所述履带分别与各自的履带驱动装置连接，在每一侧的驱动轮的前方和后方分别设置一条履带，所述履带前进装置通过履带收放装置与所述底盘连接，所述履带收放装置用于使得所述履带前进装置在与地面接触并使得所述机器人通过所述履带前进装置前进的状态和使得所述履带前进装置脱离所述地面并使得所述机器人通过驱动轮前进的状态之间切换。

2.根据权利要求1所述的室内外移动的陪伴型机器人，其特征在于：所述底盘的前侧和后侧通过合页枢接有可转动支架，所述可转动支架上安装有甲类支撑轮，所述可转动支架用于当所述履带与地面接触时，所述甲类支撑轮与地面脱离；且用于所述履带前进装置完全收起时，所述甲类支撑轮与所述地面接触。

3.根据权利要求2所述的室内外移动的陪伴型机器人，其特征在于：所述履带前进装置包括履带支架，所述履带支架上通过负重轮轴转动安装有负重轮，所述履带支架上还安装有履带驱动电机，所述履带驱动电机连接有减速箱，所述减速箱的出口设置有主动轮，所述履带绕过所述主动轮和所述负重轮，所述主动轮用于带动所述履带运动。

4.根据权利要求2所述的室内外移动的陪伴型机器人，其特征在于：所述可转动支架上还安装有金属支撑杆，所述金属支撑杆与舵机的输出端连接，所述舵机安装在舵机转动支架的一端，所述舵机转动支架的另一端安装有乙类支撑轮。

5.根据权利要求4所述的室内外移动的陪伴型机器人，其特征在于：所述转动支架上还设置有反向支架，所述反向支架用于限制所述舵机将所述舵机转动支架相对于所述金属支撑杆打开时的打开角度。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的室内外移动的陪伴型机器人，其特征在于：所述履带收放装置包括电动推杆，所述电动推杆的一端枢接在电动推杆安装架上，所述电动推杆安装架安装在所述底盘上，所述电动推杆与所述履带前进装置枢接。

7.根据权利要求1或2或3或4或5所述的室内外移动的陪伴型机器人，其特征在于：所述底盘上安装有轴承座甲，所述轴承座甲上转动安装有主驱动轮轴，所述主驱动轮轴的一端连接有驱动轮，所述主驱动轮轴的另一端通过联轴器甲连接有主驱动电机。

8.根据权利要求1或2或3或4或5所述的室内外移动的陪伴型机器人，其特征在于：所述底盘上还安装有红外测距模块。