一種欠驅動履帶式移動越障平臺的製作方法
2023-12-02 10:49:01
一種欠驅動履帶式移動越障平臺的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種欠驅動履帶式移動越障平臺。傳統的履帶式移動機器人通常採用全驅動越障方式，其運動模式或位姿變化在較大程度上依賴於傳感器所反饋的信息，對傳感器的精度要求較高，且電動機和傳感器的數量較多，控制算法也較複雜，存在滯後性。本發明包括車體組件、支架組件、前擺臂組件、後擺臂組件、同步帶組件和履帶；兩個支架組件對稱設置在車體組件兩側；支架組件的兩端分別鉸接有前擺臂組件和後擺臂組件；前擺臂組件通過同步帶組件帶動後擺臂組件同步擺動，且前擺臂組件與後擺臂組件通過履帶連接。本發明採用欠驅動的越障方式，減少了對控制系統的依賴，降低了成本，提高了移動越障平臺的穩定性和可靠性。
【專利說明】一種欠驅動履帶式移動越障平臺
【技術領域】
[0001]本發明屬於機器人【技術領域】，涉及移動機器人，具體涉及一種欠驅動履帶式移動越障平臺。
【背景技術】
[0002]履帶式移動機器人因其越野性能好，爬坡、越障、跨溝等能力較強，對非結構化地形環境具有較強適應性，應用較為廣泛。民用領域，履帶移動式機器人可執行反恐、排爆、救援等任務；軍用領域，履帶式移動機器人可進入危險區域進行作業，如排雷、敵後勘測、核汙染及生化汙染等區域。極端惡劣的環境對履帶式移動機器人的穩定性，可靠性、能耗、體積和重量等均提出了相應要求，傳統的履帶式移動機器人通常採用全驅動越障方式，其運動模式或位姿變化在較大程度上依賴於傳感器所反饋的信息，對傳感器的精度要求較高；另外，全驅動方式要求電動機和傳感器的數量較多，控制算法也較複雜，且存在一定的滯後性。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種欠驅動履帶式移動越障平臺，該平臺可根據執行任務的不同搭載不同的功能模塊；採用欠驅動的越障方式，減少了對控制系統的依賴，降低了成本，提高了移動越障平臺的穩定性和可靠性，使得其機械結構更加緊湊、靈活。
[0004]本發明採用的技術方案如下:
本發明包括車體組件、支架組件、前擺臂組件、後擺臂組件、同步帶組件和履帶；兩個支架組件對稱設置在車體組件兩側；所述支架組件的兩端分別鉸接有前擺臂組件和後擺臂組件；所述的前擺臂組件通過同步帶組件帶動後擺臂組件同步擺動。
[0005]所述的支架組件包括電機、第一錐齒輪、第二錐齒輪、第一支架、第一直齒輪、第二支架、前傳動軸和後傳動軸；所述的第一支架與車體組件的車體箱固接；第一支架和第二支架的一端均與前傳動軸鉸接，另一端均與後傳動軸鉸接；所述電機的底座固接於第一支架的電機座上，第一錐齒輪固接於電機的輸出軸上；所述的第二錐齒輪和第一直齒輪均固接於前傳動軸上，第二錐齒輪與第一錐齒輪構成齒輪副。
[0006]所述的前擺臂組件包括第一前擺臂、第二前擺臂、前帶輪、前輪軸、第二直齒輪、第一前限位銷和第二前限位銷；所述第一前擺臂和第二前擺臂的中部均與支架組件的前傳動軸鉸接；第一前擺臂和第二前擺臂的兩端均通過軸承支承在兩根前輪軸上，兩根前輪軸均固接有前帶輪；所述的第二直齒輪固接於一根前輪軸上，並與支架組件的第一直齒輪構成齒輪副；所述第一前限位銷的一端固接於第一前擺臂上，另一端嵌入第一支架的前限位槽內；所述第二前限位銷的一端固接於第二前擺臂上，另一端嵌入第二支架的前限位槽內。
[0007]所述的後擺臂組件包括第一後擺臂、第二後擺臂、後帶輪、後輪軸、第一後限位銷和第二後限位銷；所述的第一後擺臂和第二後擺臂的中部均與支架組件的後傳動軸鉸接；第一後擺臂和第二後擺臂的兩端均通過軸承支承在兩根後輪軸上，兩根後輪軸均固接有後帶輪；所述的後帶輪與前擺臂組件的前帶輪通過履帶連接；所述第一後限位銷的一端固接於第一後擺臂上，另一端嵌入第一支架的後限位槽內；所述第二後限位銷的一端固接於第二後擺臂上，另一端嵌入第二支架的後限位槽內。
[0008]所述的車體組件包括車體箱上端蓋，所述的車體箱上端蓋固接於車體箱上；車體組件的擴展槽口可安裝多種功能模塊。
[0009]所述的同步帶組件包括主動帶輪、從動帶輪、同步帶和張緊輪；所述的主動帶輪通過軸承支承在前傳動軸的一端，且主動帶輪的銷孔與第二前限位銷固接；所述的從動帶輪通過軸承支承在後傳動軸的一端，且從動帶輪的銷孔與第二後限位銷固接；所述的同步帶套置在主動帶輪和從動帶輪上，張緊輪張緊同步帶。
[0010]本發明的有益效果:
1、本發明可根據執行任務的不同，在擴展槽口更換不同的功能模塊，從而達到「一車多用」功能；
2、本發明採用外包絡履帶可變結構，在越障中可靈活地改變履帶形狀，且履帶與地面的接觸面積始終不變；
3、本發明採用欠驅動的越障方式，行駛和越障僅使用一個電機，結構簡單緊湊，且體積小，質量輕；
4、本發明的控制系統簡單，不需外加越障控制系統，減少了對傳感器的依賴，能耗低，穩定性好，適合在惡劣地形環境中的長期作業。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明的整體結構立體圖；
圖2為本發明的傳動系統原理圖；
圖3為本發明中車體組件的結構立體圖；
圖4為本發明中支架組件的結構立體圖；
圖5為本發明中前擺臂組件的結構立體圖；
圖6為本發明中後擺臂組件的各個零件結構立體圖；
圖7為本發明中第一支架的結構立體圖；
圖8為本發明中第二支架的結構立體圖；
圖9為本發明中同步帶組件的結構立體圖；
圖10為本發明中前擺臂組件與後擺臂組件的傳動原理圖；
圖11為本發明的行駛狀態示意圖；
圖12為本發明的行駛狀態原理圖；
圖13為本發明的越障狀態示意圖；
圖14本發明的越障狀態原理圖。
[0012]圖中:1、車體組件，2、支架組件，3、前擺臂組件，4、後擺臂組件，5、同步帶組件，6、履帶，1-1、車體箱，1-2、車體箱上端蓋，2-1、電機，2-2、第一錐齒輪，2-3、第二錐齒輪，2-4、第一支架，2-5、第一直齒輪，2-6、第二支架，2-7、前傳動軸，2-8、後傳動軸，3-1、第一前擺臂，3-2、第二前擺臂，3-3、前帶輪，3-4、前輪軸，3-5、第一軸承，3-6、第二直齒輪，3-7、第一前限位銷，3-8、第二前限位銷，4-1、第一後擺臂，4-2、第二後擺臂，4-3、後帶輪，4-4、後輪軸，4-5、第二軸承，4-6、第一後限位銷，4-7、第二後限位銷，5-1、主動帶輪，5-2、從動帶輪，5-3、第三軸承，5-4、同步帶，5-5、張緊輪。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖及實施例對本發明作進一步說明。
[0014]如圖1所示，一種欠驅動履帶式移動越障平臺，包括車體組件1、支架組件2、前擺臂組件3、後擺臂組件4、同步帶組件5和履帶6 ;兩個支架組件2對稱設置在車體組件I兩側；支架組件2的兩端分別鉸接有前擺臂組件3和後擺臂組件4 ;前擺臂組件3通過同步帶組件5帶動後擺臂組件4同步擺動，且前擺臂組件3與後擺臂組件4通過履帶6連接。
[0015]如圖2和3所示，車體組件I包括車體箱1-1和車體箱上端蓋1-2，車體箱上端蓋
1-2固接於車體箱1-1上；車體組件I的擴展槽口1-3可安裝多種功能模塊。
[0016]如圖2和4所示，支架組件2包括電機2-1、第一錐齒輪2_2、第二錐齒輪2_3、第一支架2-4、第一直齒輪2-5、第二支架2-6、前傳動軸2-7和後傳動軸2_8 ;第一支架2_4與車體組件的車體箱1-1固接；第一支架2-4和第二支架2-6的一端均與前傳動軸2-7鉸接，另一端均與後傳動軸2-8鉸接；電機2-1的底座固接於第一支架2-4的電機座上；第一錐齒輪2-2固接於電機2-1的輸出軸上；第二錐齒輪2-3和第一直齒輪2-5均固接於前傳動軸
2-7上，第二錐齒輪2-3與第一錐齒輪2-2構成齒輪副。
[0017]如圖2、5、7和8所示，前擺臂組件3包括第一前擺臂3_1、第二前擺臂3_2、前帶輪
3-3、前輪軸3-4、第一軸承3-5、第二直齒輪3-6、第一前限位銷3-7和第二前限位銷3_8;第一前擺臂3-1和第二前擺臂3-2的中部均與支架組件的前傳動軸2-7鉸接；第一前擺臂3-1和第二前擺臂3-2的兩端均通過第一軸承3-5支承在兩根前輪軸3-4上，兩根前輪軸3-4均固接有前帶輪3-3 ;第二直齒輪3-6固接於一根前輪軸3-4上，並與支架組件的第一直齒輪
2-5構成齒輪副；第一前限位銷3-7的一端固接於第一前擺臂3-1上，另一端嵌入第一支架
2-4的前限位槽內；第二前限位銷3-8的一端固接於第二前擺臂3-2上，另一端嵌入第二支架2-6的前限位槽內。
[0018]如圖2、6、7和8所示，後擺臂組件4包括第一後擺臂4_1、第二後擺臂4_2、後帶輪
4-3、後輪軸4-4、第二軸承4-5、第一後限位銷4-6和第二後限位銷4_7;第一後擺臂4_1和第二後擺臂4-2的中部均與支架組件的後傳動軸2-8鉸接；第一後擺臂4-1和第二後擺臂
4-2的兩端均通過第二軸承4-5支承在兩根後輪軸4-4上，兩根後輪軸4-4均固接有後帶輪
4-3 ;後帶輪4-3與前擺臂組件的前帶輪3-3通過履帶6連接；第一後限位銷4_6的一端固接於第一後擺臂4-1上，另一端嵌入第一支架2-5的後限位槽內；第二後限位銷4-7的一端固接於第二後擺臂4-2上，另一端嵌入第二支架2-6的後限位槽內。
[0019]如圖1、2和9所示，同步帶組件5包括主動帶輪5-1、從動帶輪5_2、第三軸承5_3、同步帶5-4和張緊輪5-5 ;主動帶輪5-1通過第三軸承5-3支承在前傳動軸2_7的一端，且主動帶輪5-1的銷孔與第二前限位銷3-8固接；從動帶輪5-2通過第三軸承5-3支承在後傳動軸2-8的一端，且從動帶輪5-2的銷孔與第二後限位銷4-7固接；同步帶5-4套置在主動帶輪5-1和從動帶輪5-2上，張緊輪5-5張緊同步帶5-4。
[0020]該欠驅動履帶式移動越障平臺的工作原理: 如圖2、4、5、10、11和12所示，在平坦地面時，電機2-1的動力通過第一錐齒輪2_2傳遞給第二錐齒輪2-3和前傳動軸2-7，前傳動軸2-7的動力經第一直齒輪2-5傳遞給第二直齒輪3-6，第二直齒輪3-6帶動前輪軸3-4和前帶輪3-3轉動，進而通過履帶6驅動該欠驅動履帶式移動越障平臺向前移動。
[0021]如圖2、10、13和14所示，在遇到障礙時，由於障礙對履帶6的作用使得履帶6和前帶輪3-3的轉速減慢，最終導致第二直齒輪3-6的轉速減慢。由於電機2-1的轉速不變，故第一直齒輪2-5的轉速也不變，因此第二直齒輪3-6在第一直齒輪2-5的作用下，沿第一直齒輪2-5周向向上移動，從而使前擺臂組件3圍繞前傳動軸2-7向上擺動，前擺臂組件的第二前擺臂3-2通過第二前限位銷3-8帶動主動帶輪5-1轉動，後擺臂組件4便在同步帶組件5的作用下與前擺臂組件3保持同步擺動。第二前限位銷3-8嵌在第二支架2-6的前限位槽內，第二後限位銷4-7嵌在第二支架2-6的後限位槽內，確保前擺臂組件3和後擺臂組件4擺動預定角度後不能再向上擺動，電機2-1的動力全部傳遞到履帶6上，驅動該欠驅動履帶式移動越障平臺越過障礙。該欠驅動履帶式移動越障平臺越過障礙後，在重力作用下，前擺臂組件3和後擺臂組件4恢復到水平狀態，繼續向前移動。
【權利要求】
1.一種欠驅動履帶式移動越障平臺，包括車體組件、支架組件、前擺臂組件、後擺臂組件、同步帶組件和履帶，其特徵在於:兩個支架組件對稱設置在車體組件兩側；所述支架組件的兩端分別鉸接有前擺臂組件和後擺臂組件；所述的前擺臂組件通過同步帶組件帶動後擺臂組件同步擺動； 所述的支架組件包括電機、第一錐齒輪、第二錐齒輪、第一支架、第一直齒輪、第二支架、前傳動軸和後傳動軸；所述的第一支架與車體組件的車體箱固接；第一支架和第二支架的一端均與前傳動軸鉸接，另一端均與後傳動軸鉸接；所述電機的底座固接於第一支架的電機座上，第一錐齒輪固接於電機的輸出軸上；所述的第二錐齒輪和第一直齒輪均固接於前傳動軸上，第二錐齒輪與第一錐齒輪構成齒輪副； 所述的前擺臂組件包括第一前擺臂、第二前擺臂、前帶輪、前輪軸、第二直齒輪、第一前限位銷和第二前限位銷；所述第一前擺臂和第二前擺臂的中部均與支架組件的前傳動軸鉸接；第一前擺臂和第二前擺臂的兩端均通過軸承支承在兩根前輪軸上，兩根前輪軸均固接有前帶輪；所述的第二直齒輪固接於一根前輪軸上，並與支架組件的第一直齒輪構成齒輪副；所述第一前限位銷的一端固接於第一前擺臂上，另一端嵌入第一支架的前限位槽內；所述第二前限位銷的一端固接於第二前擺臂上，另一端嵌入第二支架的前限位槽內； 所述的後擺臂組件包括第一後擺臂、第二後擺臂、後帶輪、後輪軸、第一後限位銷和第二後限位銷；所述的第一後擺臂和第二後擺臂的中部均與支架組件的後傳動軸鉸接；第一後擺臂和第二後擺臂的兩端均通過軸承支承在兩根後輪軸上，兩根後輪軸均固接有後帶輪；所述的後帶輪與前擺臂組件的前帶輪通過履帶連接；所述第一後限位銷的一端固接於第一後擺臂上，另一端嵌入第一支架的後限位槽內；所述第二後限位銷的一端固接於第二後擺臂上，另一端嵌入第二支架的後限位槽內。
2.根據權利要求1所述的一種欠驅動履帶式移動越障平臺，其特徵在於:所述的車體組件包括車體箱上端蓋，所述的車體箱上端蓋固接於車體箱上；車體組件的擴展槽口可安裝多種功能模塊。
3.根據權利要求1所述的一種欠驅動履帶式移動越障平臺，其特徵在於:所述的同步帶組件包括主動帶輪、從動帶輪、同步帶和張緊輪；所述的主動帶輪通過軸承支承在前傳動軸的一端，且主動帶輪的銷孔與第二前限位銷固接；所述的從動帶輪通過軸承支承在後傳動軸的一端，且從動帶輪的銷孔與第二後限位銷固接；所述的同步帶套置在主動帶輪和從動帶輪上，張緊輪張緊同步帶。
【文檔編號】B62D55/084GK104477268SQ201410707308
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月27日 優先權日:2014年11月27日
【發明者】胡明, 王黎喆, 張鵬, 錢萍, 秦玉冬 申請人:浙江理工大學