CN206717834U - 机器人装置用行走缓冲机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种机器人装置用行走缓冲机构，包括均匀分布在车体四周的轮胎，所述车体两侧对称设有缓冲组件，所述缓冲组件分为X形架，螺钉穿过所述X形架的中心将其固定在所述车体侧壁，所述X形架底部的两个支架分别转动连接有动杆，所述动杆的另一端固定有步进电机，所述步进电机的输出端同轴心转动连接所述轮胎，所述X形架上部的两个所述支架设有弹簧。本实用新型所述的机器人装置用行走缓冲机构，此种行走机构取代了传统的履带式行走缓冲机构，且增加了缓冲结构，保证了行走过程中的灵活性和安全稳定性，传回的画质较清晰，能够适用于较恶略的工作环境。

Description

机器人装置用行走缓冲机构

技术领域

本实用新型属于预警勘探领域，尤其是涉及一种机器人装置用行走缓冲机构。

背景技术

众所周知，矿井勘探作业任务受到各种因素的影响较大相对来说十分繁重，所以对于机器人所要选择可搭载的移动机构来说所要满足的条件就会变得比较苛刻和严格，因为机器人在执行一些特定的任务时可能要承受非常大的压力，与此同时，它们的工作环境也十分的恶劣，例如环境湿度大、腐蚀性较大等，因此对机器人的移动机构的稳定性要求极高，比较常见且应用比较广泛的移动机构的形式大多为履带式，因为这种形式的移动机构受地形等因素的影响小，基本能适合各种路况，但是这种形式的移动机构当遇到路面情况比较恶劣的情况下，机构中所搭载的数字高清摄像头便会受到路况的影响而引起震动幅度较大，因而引起摄像头很难准确地对焦，在这种情况下高清摄像头的性能得不到展示，因而降低了所采集图像信息的准确性，与此同时，现在的矿井中环境检测设备多为手持式或者是固定状态的结点式，而在有可能威胁到人身安全的工作区域，往往要借助机器人来代替人来完成一些特殊的工作，基于机器人的体积可以做到很小，当其执行某些隐秘的动作或特殊的任务时要做到安静无声，并且控制起来方便，更想要的是能达到对比人工来说能收到更好的效果，从而能完全代替人去执行这些任务或工作，所以在跟踪、安防用到的监控、或者应对火灾、地震以及瘟疫等灾害时，它都能成为中坚力量，代替人类去完成危险或是人类根本就完成不了的任务，同时，随着人类对新兴能源开发与利用越来越重视，它们也正在越来越多的被 利用到能源的开发当中去，随着科技的进步，智能设备的发展也变得日趋强大，目前对于那些可以进行远程监控，并且具有功率损耗率较低和传输数据尤为快速的智能设备的发展有着十分广阔的前景，所以，在当前的机器人研发领域中，能做到既智能又安全的机器人已然成为了研发的重点和热点。针对此种情况，本实用新型提出了一种机器人装置用行走缓冲机构，通过轮式的行走缓冲机构取代传统的履带式，结构简单且行动方便，底盘为悬浮式设计，从而能适应井下各种复杂的路况，且连杆弹簧组合的缓冲机构结构形式简单，缓冲效果较好，能够在保证清晰画面的同时节约成本。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种机器人装置用行走缓冲机构，以提高井下勘探过程的灵活性和安全稳定性，缓冲效果较好，能够在保证清晰画面的同时节约成本。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种机器人装置用行走缓冲机构，包括均匀分布在车体四周的轮胎，所述车体两侧对称设有缓冲组件，所述轮胎通过所述缓冲组件与所述车体侧壁固定，所述缓冲组件分为X形架，螺钉穿过所述X形架的中心将其固定在所述车体侧壁，所述X形架底部的两个支架分别转动连接有动杆，所述动杆的另一端固定有步进电机，所述步进电机的输出端同轴心转动连接所述轮胎，所述X形架上部的两个所述支架设有弹簧，所述弹簧的另一端通过所述动杆分别连接所述轮胎。

进一步的，所述动杆靠近所述轮胎处通过螺栓固定连接有支杆，所述支杆的另一端转动连接所述弹簧，所述弹簧的长度大于其压缩后的长度小于所述弹簧的最大拉伸长度。

进一步的，所述弹簧两端通过销轴分别与所述X形架和所述支杆转动连 接，所述X形架底部的两个所述支架同样通过所述销轴与所述动杆转动连接，所述销轴的轴线垂直于所述轮胎的转动轴心。

进一步的，所述步进电机分别与控制系统电连接，置于同一缓冲组件的前后两个所述轮胎的所述步进电机并联，控制系统控制同侧的两个所述轮胎同向同速转动。

相对于现有技术，本实用新型所述的机械手和机器人装置具有以下优势：

(1)本实用新型所述的机器人装置，可远程操控的井下预警机器人，此种机器人取代了传统的履带式行走缓冲机构，且增加了缓冲结构，保证了行走过程中的灵活性和安全稳定性，传回的画质较清晰，对井下复杂的路况适应性较强，能够分析出井下的多种危险情况，以便工作人员及时撤离，保证了工作人员的安全，减少人员伤亡的概率。

(2)本实用新型所述的行走缓冲机构包括均匀分布在所述车体四周的轮胎，所述车体两侧对称设有缓冲组件，所述轮胎通过所述缓冲组件与所述车体侧壁固定，所述缓冲组件分为X形架，螺钉穿过所述X形架的中心将其固定在所述车体侧壁，所述X形架底部的两个支架分别转动连接有动杆，所述动杆的另一端固定有步进电机，所述步进电机的输出端同轴心转动连接所述轮胎，所述X形架上部的两个所述支架设有弹簧，所述弹簧的另一端通过动杆分别连接所述轮胎。通过轮式的行走缓冲机构取代传统的履带式，结构简单且行动方便，底盘为悬浮式设计，从而能适应井下各种复杂的路况，且动杆弹簧组合的缓冲机构结构形式简单，缓冲效果较好，能够在保证清晰画面的同时节约成本。

(3)本实用新型所述的动杆靠近所述轮胎处通过螺栓固定连接有支杆，所述支杆的另一端转动连接所述弹簧，所述弹簧的长度大于其压缩后的长度 小于所述弹簧的最大拉伸长度。使弹簧在正常状态下处于伸长状态但没到极限，当遇到复杂路况时，弹簧根据颠簸的情况伸长或收缩来保持车体平稳，缓冲效果较好，实用性较强。

(4)本实用新型所述的弹簧两端通过销轴分别与所述X形架和所述支杆转动连接，所述X形架底部的两个所述支架同样通过所述销轴与所述动杆转动连接，所述销轴的轴线垂直于所述轮胎的转动轴心。保证在工作时车体早运动过程中前后的弹簧正常工作，必须使转动轴统一，保证达到更好的缓冲效果。

(5)本实用新型所述的步进电机分别与所述控制系统电连接，置于同一缓冲组件的前后两个所述轮胎的所述步进电机并联，控制系统控制同侧的两个所述轮胎同向同速转动。与传统四轮车体转向采用差速机构所不同的是，该车体的转向方式是将控制同侧前后轮转动的电机并联在一起，转向时，同侧的前后两轮同步转动，而另一侧的两个轮按相反方向转动，从而使得车体可以原地转向，这种方式对比差速转向的方式更加快捷，而且还能减小转弯半径，更加适合在井下等狭小空间更快捷的为工人服务。

(6)本实用新型所述的机械臂还包括与所述车体通过所述螺栓可拆卸连接的手臂座板，所述手臂座板通过底座连接法兰转动连接驱动臂座，所述驱动臂座上设有大臂电机，所述大臂电机的输出轴上固定连接所述大臂，所述大臂通过转动轴与所述小臂座转动连接，所述小臂座上固设有腕部电机齿轮箱，所述腕部电机齿轮箱的齿轮通过旋转臂电机驱动，所述腕部电机齿轮箱的另一端通过小臂旋转法兰固定连接腕部中心轴，所述腕部中心轴的端部通过固定的前爪法兰和与所述前爪法兰转动连接的手腕前端旋转法兰来转动连接所述卡爪机构。将大臂和小臂的结构细化，保证实现机械臂的多自由度运动，实现机械臂抓取的准确度和灵活性。

(7)本实用新型所述的大臂和所述连杆之间相互平行，所述大臂和所述连杆轴传动轴之间的夹角随所述大臂运动增减，所述第一连杆和所述第二连杆的轴线相互平行且与所述大臂电机的输出轴的轴线平行，所述旋转臂电机的输出轴的轴线垂直于所述第一连杆的轴线，所述腕部电机齿轮箱内的齿轮的轴线平行于所述旋转臂电机的输出轴的轴线，所述腕部中心轴的轴线同样与所述旋转臂电机的输出轴的轴线平行。通过此种形式实现控制的自动化，进一步对主要部分的相互位置关系做进一步限制，提高工作时抓取的精确度。

(8)本实用新型所述的数据采集设备包括置于所述车体周围分布的多个超声波传感器和红外测距传感器，所述车体上还设有温湿度传感器、夏普光学粉尘传感器和有害气体传感器，所述摄像装置同样与所述控制系统电连接。利用超声波测距的方式，在车体车身的左侧、左前、前方、右前和右侧共装有5个HC-SR04超声波传感器，通过不断采集距离参数，找到合适的行走路径，采用DHT11温湿度传感器和夏普光学粉尘传感器，能为工人播报当前环境的温度、湿度以及空气质量，其中，DHT11温湿度传感器温度测量范围为0～50℃，湿度为20％～90％RH；夏普光学粉尘传感器最小粒子检出值为0.8微米，可以检测极为细小的颗粒，且具有极低的电流消耗，输出的是一个模拟电压正比于所测得的粉尘浓度，而有害气体传感器则实时检测各项有害气体的浓度，摄像头采用CMOS图像传感器，像素为30万，帧率为30fps，摄像头上的云台通过13kgN/cm扭力的舵机进行控制，旋转角度为360°，俯仰角度为150°，主要用来采集周围环境的视频像。

(9)本实用新型所述的车体内还设有WIFI模块，所述WIFI模块与所述控制系统电连接，通过所述WIFI模块将采集信号回传至上位机。Wi-Fi模块用于上位机、手机和机器人的数据交流，Wi-Fi模块通过串口与控制系统相连，把通过Wi-Fi接收到的命令发送给下位机进而执行相应的指令， Wi-Fi还接有一个通用USB摄像头，摄像头所采集的数据不经单片机处理传给上位机或手机，进而对环境进行实时监控。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的机器人装置整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例所述的机器人装置驱动机构结构示意图；

图3为本实用新型实施例所述的机器人装置机械臂结构示意图。

附图标记说明：

1-行走缓冲机构；2-车体；3-机械臂；4-卡爪机构；5-摄像装置；6-旋转台；101-轮胎；102-弹簧；103-动杆；104-X形架；105-支杆；106-步进电机；301-手臂座板；302-底座连接法兰；303-大臂电机；304-驱动臂座；305-连杆轴传动轴；306-第一连杆轴；307-连杆；308-大臂；309-第二连杆轴；310-小臂座；311-旋转臂电机；；312-腕部电机齿轮箱；313-小臂旋转法兰；314-腕部中心轴；315-前爪法兰；316-手腕前端旋转法兰；317-转动轴；401-手指支撑；402-绕线轮；403-手指；404-绕线电机。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附 图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1所示机器人装置，包括车体2和置于其上与其转动连接的机械臂3，所述车体2上还设有行走缓冲机构1，所述车体2上通过旋转台6转动连接有摄像装置5，所述车体2内设有控制系统，且所述车体2还设有数据采集设备，所述数据采集设备与所述控制系统电连接；

所述机械臂3包括大臂308和小臂，所述大臂308和所述小臂之间通过连杆机构转动连接，所述小臂的另一端转动连接有卡爪机构4，所述卡爪机构4包括手指支撑401，所述手指支撑401内固定有绕线电机404，所述绕线电机404的输出端同轴心转动连接有绕线轮402，所述绕线轮402上的线穿过所述手指支撑401的中心孔分别与多个环形分布的手指403底部的孔连接，所述手指403通过固定在所述手指支撑401端部的手指跟部件与其转动 连接。可远程操控的井下预警机器人，此种机器人取代了传统的履带式行走缓冲机构，且增加了缓冲结构，保证了行走过程中的灵活性和安全稳定性，传回的画质较清晰，对井下复杂的路况适应性较强，能够分析出井下的多种危险情况，以便工作人员及时撤离，保证了工作人员的安全，减少人员伤亡的概率。

其中，所述行走缓冲机构1包括均匀分布在所述车体2四周的轮胎101，所述车体2两侧对称设有缓冲组件，所述轮胎101通过所述缓冲组件与所述车体2侧壁固定，所述缓冲组件分为X形架104，螺钉穿过所述X形架104的中心将其固定在所述车体2侧壁，所述X形架104底部的两个支架分别转动连接有动杆103，所述动杆103的另一端固定有步进电机106，所述步进电机106的输出端同轴心转动连接所述轮胎101，所述X形架104上部的两个所述支架设有弹簧102，所述弹簧102的另一端通过所述动杆103分别连接所述轮胎101。通过轮式的行走缓冲机构1取代传统的履带式，结构简单且行动方便，底盘为悬浮式设计，从而能适应井下各种复杂的路况，且动杆弹簧组合的缓冲机构结构形式简单，缓冲效果较好，能够在保证清晰画面的同时节约成本。

其中，所述动杆103靠近所述轮胎101处通过螺栓固定连接有支杆105，所述支杆105的另一端转动连接所述弹簧102，所述弹簧102的长度大于其压缩后的长度小于所述弹簧102的最大拉伸长度。使弹簧102在正常状态下处于伸长状态但没到极限，当遇到复杂路况时，弹簧102根据颠簸的情况伸长或收缩来保持车体平稳，缓冲效果较好，实用性较强。

其中，所述弹簧102两端通过销轴分别与所述X形架104和所述支杆105转动连接，所述X形架104底部的两个所述支架同样通过所述销轴与所述动杆103转动连接，所述销轴的轴线垂直于所述轮胎101的转动轴心。保证在 工作时车体2在运动过程中前后的弹簧102正常工作，必须使转动轴统一，保证达到更好的缓冲效果。

其中，所述步进电机106分别与所述控制系统电连接，置于同一缓冲组件的前后两个所述轮胎101的所述步进电机106并联，控制系统控制同侧的两个所述轮胎101同向同速转动。与传统四轮车体转向采用差速机构所不同的是，该车体2的转向方式是将控制同侧前后轮转动的电机并联在一起，转向时，同侧的前后两轮同步转动，而另一侧的两个轮按相反方向转动，从而使得车体2可以原地转向，这种方式对比差速转向的方式更加快捷，而且还能减小转弯半径，更加适合在井下等狭小空间更快捷的为工人服务。

其中，所述机械臂3还包括与所述车体2通过所述螺栓可拆卸连接的手臂座板301，所述手臂座板301通过底座连接法兰302转动连接驱动臂座304，所述驱动臂座304上设有大臂电机303，所述大臂电机303的输出轴上固定连接所述大臂308，所述大臂308通过转动轴317与小臂座310转动连接，所述小臂座310上固设有腕部电机齿轮箱312，所述腕部电机齿轮箱312的齿轮通过旋转臂电机311驱动，所述腕部电机齿轮箱312的另一端通过小臂旋转法兰313固定连接腕部中心轴314，所述腕部中心轴314的端部通过固定的前爪法兰315和与所述前爪法兰315转动连接的手腕前端旋转法兰316来转动连接所述卡爪机构4。将大臂308和小臂的结构细化，保证实现机械臂3的多自由度运动，实现机械臂3抓取的准确度和灵活性。

其中，所述连杆机构包括连接在所述大臂电机303的输出轴上的连杆轴传动轴305，所述连杆轴传动轴305的另一端通过第一连杆轴306与所述连杆307转动连接，所述连杆307通过第二连杆轴309与所述小臂座310转动连接。

其中，所述大臂308和所述连杆307之间相互平行，所述大臂308和所 述连杆轴传动轴305之间的夹角随所述大臂308运动增减，所述第一连杆轴306和所述第二连杆轴309的轴线相互平行且与所述大臂电机303的输出轴的轴线平行，所述旋转臂电机311的输出轴的轴线垂直于所述第一连杆轴306的轴线，所述腕部电机齿轮箱312内的齿轮的轴线平行于所述旋转臂电机311的输出轴的轴线，所述腕部中心轴314的轴线同样与所述旋转臂电机311的输出轴的轴线平行。通过此种形式实现控制的自动化，进一步对主要部分的相互位置关系做进一步限制，提高工作时抓取的精确度。

其中，所述数据采集设备包括置于所述车体2周围分布的多个超声波传感器和红外测距传感器，所述车体2上还设有温湿度传感器、夏普光学粉尘传感器和有害气体传感器，所述摄像装置5同样与所述控制系统电连接。利用超声波测距的方式，在车体2车身的左侧、左前、前方、右前和右侧共装有5个HC-SR04超声波传感器，通过不断采集距离参数，找到合适的行走路径，采用DHT11温湿度传感器和夏普光学粉尘传感器，能为工人播报当前环境的温度、湿度以及空气质量，其中，DHT11温湿度传感器温度测量范围为0～50℃，湿度为20％～90％RH；夏普光学粉尘传感器最小粒子检出值为0.8微米，可以检测极为细小的颗粒，且具有极低的电流消耗，输出的是一个模拟电压正比于所测得的粉尘浓度，而有害气体传感器则实时检测各项有害气体的浓度，摄像头采用CMOS图像传感器，像素为30万，帧率为30fps，摄像头上的云台通过13kgN/cm扭力的舵机进行控制，旋转角度为360°，俯仰角度为150°，主要用来采集周围环境的视频像。

其中，所述车体2内还设有WIFI模块，所述WIFI模块与所述控制系统电连接，通过所述WIFI模块将采集信号回传至上位机。Wi-Fi模块用于上位机、手机和机器人的数据交流，Wi-Fi模块通过串口与控制系统相连，把通过Wi-Fi接收到的命令发送给下位机进而执行相应的指令，Wi-Fi还接有一个通用USB摄像头，摄像头所采集的数据不经单片机处理传给上位机或手机， 进而对环境进行实时监控。

本实用新型的工作原理：如图1所示机器人装置，检查各部分是否正常工作，启动控制系统，将其与各部分电连接，在使用时，通过控制系统控制步进电机106工作，根据摄像装置5拍摄的画面控制小车运动，转向时，同侧的前后两轮同步转动，而另一侧的两个轮按相反方向转动，减小了转弯半径，便于在狭小复杂的环境中工作，在行进过程中，车体2上设置的超声波传感器、红外测距传感器、温湿度传感器、夏普光学粉尘传感器和有害气体传感器采集勘探环境的各项参数，经控制系统预设的范围比较，将信息通过Wi-Fi模块回传至上位机，使人远程了解到勘探现场的环境进行远程勘探分析，在小车前行过程中，行走缓冲机构1的设计通过简单的结构达到较好的车体2缓冲效果，保证摄像装置5拍摄画面的清晰度，并且车体2内部个部分的零部件不会因为振动影响使用效果，在行进到一定位置后，对目标物进行抓取时，通过底座连接法兰的302转动带动其上的机械臂3转动至目标物，然后通过连杆307的作用带动小臂向下接近目标物，在接近目标物附近后，启动绕线电机404带动绕线轮402工作，使手指403张开，控制机械臂3再向前运动，包裹住目标物后使绕线电机404反向工作，抓紧并使机械臂3回收，完成后控制小车转向，返回。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种机器人装置用行走缓冲机构，其特征在于：包括均匀分布在车体(2)四周的轮胎(101)，所述车体(2)两侧对称设有缓冲组件，所述轮胎(101)通过所述缓冲组件与所述车体(2)侧壁固定，所述缓冲组件分为X形架(104)，螺钉穿过所述X形架(104)的中心将其固定在所述车体(2)侧壁，所述X形架(104)底部的两个支架分别转动连接有动杆(103)，所述动杆(103)的另一端固定有步进电机(106)，所述步进电机(106)的输出端同轴心转动连接所述轮胎(101)，所述X形架(104)上部的两个所述支架设有弹簧(102)，所述弹簧(102)的另一端通过所述动杆(103)分别连接所述轮胎(101)。

2.根据权利要求1所述的机器人装置用行走缓冲机构，其特征在于：所述动杆(103)靠近所述轮胎(101)处通过螺栓固定连接有支杆(105)，所述支杆(105)的另一端转动连接所述弹簧(102)，所述弹簧(102)的长度大于其压缩后的长度小于所述弹簧(102)的最大拉伸长度。

3.根据权利要求2所述的机器人装置用行走缓冲机构，其特征在于：所述弹簧(102)两端通过销轴分别与所述X形架(104)和所述支杆(105)转动连接，所述X形架(104)底部的两个所述支架同样通过所述销轴与所述动杆(103)转动连接，所述销轴的轴线垂直于所述轮胎(101)的转动轴心。

4.根据权利要求3所述的机器人装置用行走缓冲机构，其特征在于：所述步进电机(106)分别与控制系统电连接，置于同一缓冲组件的前后两个所述轮胎(101)的所述步进电机(106)并联，控制系统控制同侧的两个所述轮胎(101)同向同速转动。