一種履-臂混合式可重構機器人的製作方法
2023-07-10 22:49:41 1
一種履-臂混合式可重構機器人的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種履-臂混合式可重構機器人。可重構機器人佔用空間小，作業時可選擇有利的工作構態，在星球探測、軍事空投等領域具有獨特優勢。本發明包括履帶行星輪式組件、車體組件、機械臂組件和機械手組件；車體組件驅動履帶行星輪式組件和機械臂組件，機械臂組件驅動機械手組件；機械手組件包括控制電機、爪盤、螺紋軸和手爪組件；車體組件包括驅動電機、前板、固定軸、臂座和肩關節舵機；機械臂組件包括大臂、臂關節舵機、中臂、肘關節舵機、小臂、腕關節舵機、輔助輪軸和輔助輪。本發明在未知惡劣地形環境中，可通過雙螺旋防脫落機械手組件穩定可靠連接，實現多機器人協同操作，增強了機器人系統的作業能力。
【專利說明】一種履-臂混合式可重構機器人
【技術領域】
[0001]本發明屬於機器人【技術領域】，涉及可重構機器人，具體涉及一種履-臂混合式可重構機器人。
【背景技術】
[0002]隨著移動機器人在戰場、醫療、服務等領域的廣泛應用和星球探測時代的來臨，對未知環境中自主移動機器人的需求日益增長。履帶式機器人因具有良好的地形適應能力，已開發的單節雙履帶式、雙節四履帶式、多節多履帶式、多節輪履複合式以及可重構式等，已成為移動機器人領域研宄的熱點。可重構機器人由於在運輸過程中，佔用空間小，作業時可根據不同周圍環境，選擇有利的工作構態，在某些特定領域如星球探測、軍事空投等具有獨特優勢。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種履-臂混合式可重構機器人，該機器人在運輸過程中，佔用空間小，作業時可以根據不同環境，選擇有利的工作構態；且遇到障礙時，履帶行星輪式結構可助其越障。同時，在未知地形環境中，該機器人可以通過雙螺旋防脫落機械手組件的穩定可靠連接，實現多機器人系統的重構與協同工作，增加機器人系統的作業能力。
[0004]本發明採用的技術方案如下:
本發明包括履帶行星輪式組件、車體組件、機械臂組件和機械手組件。所述的履帶行星輪式組件和機械臂組件設置在車體組件的兩側；所述的機械臂組件與車體組件連接構成轉動副。
[0005]所述的履帶行星輪式組件包括行星架、中心軸、中心齒輪、支撐軸、過渡齒輪、主動輪軸、主動齒輪、驅動輪和履帶。所述的行星架通過軸承支承在中心軸上，中心齒輪固接於中心軸上；所述的車體組件驅動中心軸；三根支撐軸沿圓周均布，且均通過軸承支承在行星架上，每根支撐軸與一個過渡齒輪固接；三個過渡齒輪均與中心齒輪構成齒輪副；三根主動輪軸沿圓周均布，且均通過軸承支承在行星架上；每根主動輪軸的中部固接有一個主動齒輪，兩端分別固接有一個驅動輪；每個主動齒輪與對應的一個過渡齒輪構成齒輪副；所述的履帶套置在六個驅動輪上。
[0006]所述的機械手組件包括控制電機、爪盤、第一錐齒輪、第二錐齒輪、螺紋軸和手爪組件。所述的機械臂組件驅動爪盤；所述控制電機的底座固接在爪盤上，第一錐齒輪固接於控制電機的輸出軸上；兩根螺紋軸相對設置，且均通過軸承支承在爪盤上；兩根螺紋軸均固接有第二錐齒輪，兩個第二錐齒輪均與第一錐齒輪構成齒輪副；兩個手爪組件對中設置，所述的手爪組件包括手爪、滑動軸、壓簧、限位銷和緩衝墊片；兩個手爪組件的手爪底部分別與對應的一個螺紋軸構成螺紋副，且兩個手爪組件的手爪均與爪盤的滑道通過滑動副連接；所述手爪的多個滑槽分別與一根滑動軸的一端通過滑動副連接，所有滑動軸的另一端均與緩衝墊片固接；每根滑動軸的限位槽內嵌有一根限位銷，所有限位銷均固接在手爪上；套置在滑動軸上的壓簧兩端分別壓緊緩衝墊片和手爪；兩個手爪組件的緩衝墊片相對設置。
[0007]所述的車體組件包括驅動電機、前板、固定軸、臂座和肩關節舵機。所述的臂座通過四根固定軸與前板固定，驅動電機的底座固接於前板上，驅動電機的輸出軸與履帶行星輪式組件的中心軸固接；兩個肩關節舵機的底座均固定在臂座上；兩個肩關節舵機驅動機械臂組件。
[0008]所述的機械臂組件包括大臂、臂關節舵機、中臂、肘關節舵機、小臂、腕關節舵機、輔助輪軸和輔助輪。所述臂關節舵機和肘關節舵機的底座分別固接於中臂的一端，臂關節舵機的輸出軸與大臂固接；肘關節舵機的輸出軸與小臂固接；所述腕關節舵機的底座固接於小臂上，腕關節舵機驅動機械手組件；所述的輔助輪軸固接於小臂的伸出杆上，輔助輪與輔助輪軸鉸接；所述的車體組件驅動大臂兩側的兩塊驅動板。
[0009]本發明的有益效果:
1、本發明的履帶行星輪式組件結合了履帶和外行星輪系的優點，可較好地適應非結構化地形環境；
2、本發明的機械手採用雙螺旋防脫落結構，在機器人單體作業時，可有效可靠地抓取物體，在多機器人協同作業時，可穩定可靠地連接，並利用自鎖螺紋實現了冗餘鎖定；
3、本發明採用模塊化設計方法，單體機器人可獨立行駛、越障和作業；
4、本發明在未知惡劣地形環境中，可通過雙螺旋防脫落機械手組件穩定可靠連接，實現多機器人協同操作，較大地增強了機器人系統的作業能力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1為本發明的整體結構立體圖；
圖2為本發明中履帶行星輪式組件的結構立體圖；
圖3為本發明中履帶行星輪式組件的傳動原理圖；
圖4為本發明中車體組件的結構立體圖；
圖5為本發明中機械臂組件的結構立體圖；
圖6為本發明中機械手組件的結構立體圖；
圖7為本發明中機械手組件的傳動原理圖；
圖8為本發明中手爪組件的各個零件立體圖；
圖9為本發明在平坦地形的行駛狀態示意圖；
圖10為本發明的爬坡狀態示意圖；
圖11為本發明的越障狀態示意圖；
圖12為本發明的工作狀態立體圖；
圖13為本發明實現雙體重構機器人的結構立體圖；
圖14為本發明實現四體重構機器人的結構立體圖。
[0011]圖中:1、履帶行星輪式組件，2、車體組件，3、機械臂組件，4、機械手組件；1-1、行星架，1-2、中心軸，1-3、中心齒輪，1-4、支撐軸，1-5、過渡齒輪，1-6、主動輪軸，1_7、主動齒輪，1-8、驅動輪，1-9、履帶，1-10、第一軸承，1-11、第二軸承，1-12、第三軸承；2_1、驅動電機，2-2、前板，2-3、固定軸，2-4、臂座，2-5、肩關節舵機；3_1、大臂，3_2、臂關節舵機，3_3、中臂，3-4、肘關節舵機，3-5、小臂，3-6、腕關節舵機，3-7、輔助輪軸，3-8、輔助輪；4_1、控制電機，4-2、爪盤，4-3、第一錐齒輪，4-4、第二錐齒輪，4-5、螺紋軸，4-6、手爪，4-7、滑動軸，4-8、壓簧，4-9、第四軸承，4-10、限位銷，4-11、緩衝墊片。
【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖及實施例對本發明作進一步說明。
[0013]如圖1所示，一種履-臂混合式可重構機器人，包括履帶行星輪式組件1、車體組件2、機械臂組件3和機械手組件4。履帶行星輪式組件I和機械臂組件3設置在車體組件2的兩側，且均與車體組件2連接構成轉動副；機械手組件4與機械臂組件3連接構成轉動副。
[0014]如圖2和3所示，履帶行星輪式組件I包括行星架1-1、中心軸1-2、中心齒輪1_3、支撐軸1-4、過渡齒輪1-5、主動輪軸1-6、主動齒輪1-7、驅動輪1-8和履帶1_9。行星架1_1通過第一軸承1-10支承在中心軸1-2上，中心齒輪1-3固接於中心軸1-2上；三根支撐軸
1-4沿圓周均布，且分別通過第二軸承1-11支承在行星架1-1上，每根支撐軸1-4與一個過渡齒輪1-5固接；三個過渡齒輪1-5均與中心齒輪1-3構成齒輪副；三根主動輪軸1-6沿圓周均布，且分別通過第三軸承1-12支承在行星架1-1上；每根主動輪軸1-6的中部固接有一個主動齒輪1-7，兩端分別固接有一個驅動輪1-8 ;每個主動齒輪1-7與對應的一個過渡齒輪1-5構成齒輪副；履帶1-9套置在六個驅動輪1-8上。
[0015]如圖4所示，車體組件2包括驅動電機2-1、前板2-2、固定軸2_3、臂座2_4和肩關節舵機2-5。臂座2-4通過四根固定軸2-3與前板2-2固定，驅動電機2_1的底座固接於前板2-2上，驅動電機2-1的輸出軸與履帶行星輪式組件的中心軸1-2固接；兩個肩關節舵機
2-5的底座均固定在臂座2-4上。
[0016]如圖5所示，機械臂組件3包括大臂3-1、臂關節舵機3-2、中臂3_3、肘關節舵機
3-4、小臂3-5、腕關節舵機3-6、輔助輪軸3-7和輔助輪3_8。臂關節舵機3_2和肘關節舵機3-4的底座分別固接於中臂3-3的一端，臂關節舵機3-2的輸出軸與大臂3-1固接；肘關節舵機3-4的輸出軸與小臂3-5固接；腕關節舵機3-6的底座固接於小臂3-5上；輔助輪軸3-7固接於小臂3-5的伸出杆上，輔助輪3-8與輔助輪軸3-7鉸接；大臂3_1兩側的兩塊驅動板分別與車體組件的一個肩關節舵機2-5的輸出軸固接。
[0017]如圖6、7和8所示，機械手組件4包括控制電機4-1、爪盤4_2、第一錐齒輪4_3、第二錐齒輪4-4、螺紋軸4-5、第四軸承4-9和手爪組件。爪盤4-2與腕關節舵機3_6的輸出軸固接；控制電機4-1的底座固接在爪盤4-2上，第一錐齒輪4-3固接於控制電機4-1的輸出軸上；兩根螺紋軸4-5相對設置，且分別通過第四軸承4-9支承在爪盤4-2上；兩根螺紋軸4-5均固接有第二錐齒輪4-4，兩個第二錐齒輪4-4均與第一錐齒輪4-3構成齒輪副；兩個手爪組件對中設置，手爪組件包括手爪4-6、滑動軸4-7、壓簧4-8、限位銷4-10和緩衝墊片4-11 ;兩個手爪組件的手爪4-6底部分別與對應的一個螺紋軸4-5構成螺紋副，且兩個手爪組件的手爪4-6均與爪盤4-2的滑道通過滑動副連接；手爪4-6的四個滑槽分別與一根滑動軸4-7的一端通過滑動副連接，四根滑動軸4-7的另一端均與緩衝墊片4-11固接，固接在手爪4-6上的四根限位銷4-10頭部分別嵌入對應一根滑動軸4-7的限位槽內；套置在滑動軸4-7上的壓簧4-8兩端分別壓緊緩衝墊片4-11和手爪4-6 ;兩個手爪組件的緩衝墊片4-11相對設置。
[0018]該履-臂混合式可重構機器人的工作原理是:
該履-臂混合式可重構機器人具有兩種工作模式:單體作業模式和多體作業模式。
[0019]單體作業模式:如圖9和10所示，在平坦地形或斜坡地形時，履帶行星輪式組件的履帶1-9與地面的摩擦力驅動該履-臂混合式可重構機器人正常行駛，輔助輪3-8用於支撐機械臂組件3和機械手組件4 ;如圖11所示，該履-臂混合式可重構機器人可以通過履帶行星輪式組件I適應環境，在遇到障礙時，履帶1-9轉速減緩，驅動輪1-8驅動整個履帶行星輪式組件I繞中心軸1-2轉動，克服障礙。如圖12所示，行駛至指定工作地點後，該履-臂混合式可重構機器人通過機械臂組件3轉換成工作狀態，並通過機械手組件4完成相關任務。
[0020]多體作業模式:當遇到未知環境時，多個履-臂混合式可重構機器人可通過機械手組件4的穩定可靠連接，可實現如圖13所示的雙體作業模式，也可實現如圖14所示的多個機器人的協同工作，增加機器人系統的作業能力。
【權利要求】
1.一種履-臂混合式可重構機器人，包括履帶行星輪式組件、車體組件、機械臂組件和機械手組件，其特徵在於:所述的履帶行星輪式組件和機械臂組件設置在車體組件的兩側；所述的機械臂組件與車體組件連接構成轉動副； 所述的履帶行星輪式組件包括行星架、中心軸、中心齒輪、支撐軸、過渡齒輪、主動輪軸、主動齒輪、驅動輪和履帶；所述的行星架通過軸承支承在中心軸上，中心齒輪固接於中心軸上；所述的車體組件驅動中心軸；三根支撐軸沿圓周均布，且均通過軸承支承在行星架上，每根支撐軸與一個過渡齒輪固接；三個過渡齒輪均與中心齒輪構成齒輪副；三根主動輪軸沿圓周均布，且均通過軸承支承在行星架上；每根主動輪軸的中部固接有一個主動齒輪，兩端分別固接有一個驅動輪；每個主動齒輪與對應的一個過渡齒輪構成齒輪副；所述的履帶套置在六個驅動輪上； 所述的機械手組件包括控制電機、爪盤、第一錐齒輪、第二錐齒輪、螺紋軸和手爪組件；所述的機械臂組件驅動爪盤；所述控制電機的底座固接在爪盤上，第一錐齒輪固接於控制電機的輸出軸上；兩根螺紋軸相對設置，且均通過軸承支承在爪盤上；兩根螺紋軸均固接有第二錐齒輪，兩個第二錐齒輪均與第一錐齒輪構成齒輪副；兩個手爪組件對中設置，所述的手爪組件包括手爪、滑動軸、壓簧、限位銷和緩衝墊片；兩個手爪組件的手爪底部分別與對應的一個螺紋軸構成螺紋副，且兩個手爪組件的手爪均與爪盤的滑道通過滑動副連接；所述手爪的多個滑槽分別與一根滑動軸的一端通過滑動副連接，所有滑動軸的另一端均與緩衝墊片固接；每根滑動軸的限位槽內嵌有一根限位銷，所有限位銷均固接在手爪上；套置在滑動軸上的壓簧兩端分別壓緊緩衝墊片和手爪；兩個手爪組件的緩衝墊片相對設置。
2.根據權利要求1所述的一種履-臂混合式可重構機器人，其特徵在於:所述的車體組件包括驅動電機、前板、固定軸、臂座和肩關節舵機；所述的臂座通過四根固定軸與前板固定，驅動電機的底座固接於前板上，驅動電機的輸出軸與履帶行星輪式組件的中心軸固接；兩個肩關節舵機的底座均固定在臂座上；兩個肩關節舵機驅動機械臂組件。
3.根據權利要求1所述的一種履-臂混合式可重構機器人，其特徵在於:所述的機械臂組件包括大臂、臂關節舵機、中臂、肘關節舵機、小臂、腕關節舵機、輔助輪軸和輔助輪；所述臂關節舵機和肘關節舵機的底座分別固接於中臂的一端，臂關節舵機的輸出軸與大臂固接；肘關節舵機的輸出軸與小臂固接；所述腕關節舵機的底座固接於小臂上，腕關節舵機驅動機械手組件；所述的輔助輪軸固接於小臂的伸出杆上，輔助輪與輔助輪軸鉸接；所述的車體組件驅動大臂兩側的兩塊驅動板。
【文檔編號】B62D55/02GK104477262SQ201410705072
【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】王黎喆, 胡明, 田芳菲, 錢萍, 秦玉冬 申請人:浙江理工大學