搖杆式輪履結合機器人的製作方法

2023-05-03 05:38:46 2

專利名稱：搖杆式輪履結合機器人的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種搖杆式輪履結合機器人，屬於移動機器人機構設計領域。
背景技術：
目前，具有搖杆結構的移動機器人多為輪式機器人，如美國研製的Rock系 列和FIDO等大量行星探測機器人的原理樣機及成功登陸火星的"索傑納"、"勇氣 號，，等火星車均是搖杆式的6輪獨立驅動機器人，在國內，中國礦業大學研製了 一種搖杆式四輪機器人，該機器人結構簡單，具有較強的越障性能及適應不平 整地形的性能。該機器人也存在缺點，如當機器人翻越與地面垂直且高度較大 的臺階時，尤其是臺階高度超過輪子直徑時，比較困難。目前， 一些履帶機器 人為了提高機器人翻越臺階、障礙的能力，採用了三角形履帶或輔助擺臂履帶 的形式，如美國irobot公司研製的packbot系列機器人和中國礦業大學研製的 CUMT-II型煤礦搜救機器人均採用了具有輔助擺臂履帶的履帶形式。但小型的履 帶機器人左右主履帶與機器人主體平臺固定，在不平整地面上移動時，機器人 主體平臺起伏較大、振動大。

實用新型內容
本實用新型的目的是為了解決上述的問題，提供一種搖杆式輪履結合機器 人，該機器人既具有搖杆式機器人較高的適應不平整地形的性能，又具有擺臂 履帶式機器人較高的翻越臺階、障礙的性能。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是
本實用新型由主箱體、聯接在主箱體上的差動平衡器與連接筒以及與差動 平衡器連接的左右兩對稱布置的行走部總成構成，差動平衡器的殼體固定在主 箱體的中間位置，兩對稱布置的連接筒的一端分別與差動平衡器的兩伸出軸連 接，其另一端支撐在與主箱體固聯的軸承座內，且與設在主箱體左右兩邊的行 走部總成的支架連接。所述的行走部總成呈W型，由驅動帶輪、從動帶輪、改 向輪、支撐輪、車輪、履帶、支架以及驅動減速電機構成，其支架呈W型，驅 動帶輪設在W型結構的中間的拐角處，驅動減速電機固定在支架上，且驅動減 速電機軸與驅動帶輪連接，從動帶輪安裝在W型結構的其它拐角處和端頭處，
改向輪亦安裝在W型支架上，履帶配合在驅動帶輪、從動帶輪上，改向輪壓在 履帶的外側，這樣履帶被支撐、改向成W型，前後均有一段抬起一定角度的履 帶，且抬起的履帶受設在其內部的支撐輪支撐，車輪設在W型支架底部拐角處 的從動帶輪外側，且與該從動帶輪同軸聯接，該車輪的直徑大於該從動帶輪的 直徑，且小於抬起一定角度的履帶的高度。連接筒與行走部總成的支架聯接時， 行走部總成的驅動減速電機置於連接筒中，且驅動減速電機的電源與控制電纜 從連接筒上設有的孔中穿出。
所述的差動平衡器將左右兩行走部總成的擺角進行線性平均，然後作用在 與差動平衡器殼體固聯的主箱體上，保證機器人在不平整地形上行進時，機器 人主箱體的相對平衡。該差動平衡器可採用軸向尺寸較小的行星齒輪式差動平 衡器。
採用上述方案與結構，兩行走部總成間通過差動平衡器連接，實現了搖杆 式機器人的功能，可以實現左右兩行走部在不平tf地面行走時搖動，以適應地 面的不平整性。每個行走部總成均有一臺驅動減速電機驅動，整個機器人由兩 臺電機驅動。帶輪與履帶將減速電機的動力傳動給車輪，在車輪前後均有一擺 起一定角度的履帶，該履帶抬起的高度比車輪的直徑大，因此機器人翻越臺階 的性能將大於只有車輪的機器人。
採用上述的方案，可以達到以下幾點有益效果(l)採用了搖杆結構，具 有搖杆式機器人較強的適應不平整地形的能力；(2)在車輪的外側各有一抬起 一定角度，且高度高於車輪直徑的履帶，增加了機器人翻越臺階、障礙的能力； (3)本實用新型只使用了兩臺驅動減速電機，機器人的行走系統結構簡單。


圖1為本實用新型一實施例的立體結構圖2為圖1所示實施例的行走部總成的立體結構圖3為圖1所示實施例的主箱體、差動平衡器及左右行走部總成聯接示意
圖4為圖1所示實施例拆除車輪後的機器人的立體圖； 圖中1、主箱體2、差動平衡器2-1、太陽齒輪2-2、行星齒輪2-3、 行星齒輪2-4、內齒輪2-5、系杆3、連接筒4、行走部總成5、軸承座6、驅 動帶輪7、從動帶輪8、從動帶輪9、改向輪IO、改向輪11、支撐輪12、車輪 13、履帶14、支架15、驅動減速電機16、固定座17、電纜
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
圖1為本實用新型一實施例的立體結構圖，為了清晰地展示其結構，將機 器人主箱體設為透明。圖1中，本實用新型由主箱體l、聯接在主箱體l上的差
動平衡器2與連接筒3以及與差動平衡器2連接的左右兩對稱布置的行走部總 成4構成，差動平衡器2的殼體固定在主箱體1的中間位置，兩對稱布置的連 接筒3的一端分別與差動平衡器2的兩伸出軸連接，其另一端支撐在與主箱體1 固聯的軸承座5上，且與設在主箱體1左右兩邊的行走部總成4的支架14連接。
圖2為行走部總成的立體結構圖，所述的行走部總成4呈W型，由驅動帶 輪6，從動帶輪7、 8，改向輪9、 10，支撐輪ll，車輪12，履帶13,支架14 以及驅動減速電機15構成，支架14呈W型，且該支架14分為兩層，層間通過 聯接塊聯接，驅動帶輪6設在W型結構的中間的拐角處，驅動減速電機15通過 固定座16固定在支架14上，且驅動減速電機軸與驅動帶輪6連接，從動帶輪7、 8安裝在W型結構的其它拐角處和端頭處，改向輪9、 IO亦安裝在W型支架上， 履帶13配合在驅動帶輪6、從動帶輪7、 8上，改向輪壓9、 IO在履帶的外側， 這樣履帶13被支撐、改向成W型，前後均有一段抬起一定角度的履帶，且抬起 的履帶受設在其內部的支撐輪11支撐，車輪12設在W型支架14底部拐角處的 從動帶輪8外側，且與該從動帶輪8同軸聯接，該車輪12的直徑大於該從動帶 輪8的直徑，且小於抬起一定角度的履帶的高度。所述的履帶13可採用同步帶， 驅動帶輪6，從動帶輪7、 8可採用與同步帶相配套的同步帶輪。
圖3為機器人主箱體、差動平衡器及左右行走部總成聯接示意圖，差動平 衡器2的殼體固定在主箱體1的中間位置，兩對稱布置的連接筒3的一端分別 與差動平衡器2的兩伸出軸連接，其另一端支撐在與主箱體1固聯的軸承座5 中，且連接筒3與軸承座5間設有軸承，連接筒3與行走部總成4的支架14聯 接時，連接筒3與設在主箱體1左右兩邊的行走部總成4的支架14連接。行走 部總成4的驅動減速電機15置於連接筒3中，且驅動減速電機15的電源與控 制電纜17從連接筒3上設有的孔中穿出。
所述的差動平衡器2為行星齒輪式差動平衡器，該行星齒輪式差動平衡器2 由太陽齒輪2-l，行星齒輪2-2、 2-3,內齒輪2-4以及系杆2-5構成，太陽齒 輪2-1同軸線地設在內齒輪2-4中間，兩相嚙合的行星齒輪2-2、 2-3設在太陽 齒輪2-l與內齒輪2-4之間，且分別與太陽齒輪2-1與內齒輪2-4嚙合。太陽
齒輪的軸與系杆的軸即為差動平衡器的兩伸出軸，如圖3所示。所述的差動平 衡器2將左右兩行走部總成4的擺角進行線性平均，然後作用在與差動平衡器2 殼體固聯的主箱體1上，保證機器人在不平整地形上行進時，機器人主箱體1 的相對平衡。
本實用新型可以將車輪拆除，獨立使用履帶，形成搖杆式履帶機器人，圖4 為為圖1所示實施例拆除車輪後的機器人的立體圖。
本實用新型採用了差分平衡器將機器人的左右行走部總成連接，左右行走 部總成可以獨立的搖動，且主箱體的轉角為左右兩行走部總成轉角的線性平均， 使機器人主箱體保持相對平衡，因此本實用新型為搖杆式機器人；採用了輪履 結合的行走機構，使得機器人適應不平整地面和翻越臺階、障礙的性能更強。 本實用新型適合在野外或災難之後的複雜地形環境，可以作為野外搜索、環境 探測及災難後搜救的移動機器人平臺。
權利要求1、一種搖杆式輪履結合機器人，包括主箱體(1)、差動平衡器(2)，其特徵在於差動平衡器(2)的殼體固定在主箱體(1)的中間位置，兩對稱布置的連接筒(3)的一端分別與差動平衡器(2)的兩伸出軸連接，其另一端支撐在與主箱體(1)固聯的軸承座(5)上且與設在主箱體(1)左右兩邊的行走部總成(4)的支架(14)連接；行走部總成(4)呈W型，其中支架(14)呈W型，驅動帶輪(6)設在W型結構的中間的拐角處，驅動減速電機(15)固定在支架(14)上，且減速電機軸與驅動帶輪(6)連接，從動帶輪(7)、(8)安裝在W型結構的其它拐角處和端頭處，改向輪(9)、(10)亦安裝在W型支架上，履帶(13)配合在驅動帶輪(6)、從動帶輪(7)、(8)上，改向輪壓(9)、(10)在履帶的外側，履帶(13)被支撐、改向成W型，其前後均有一段抬起一定角度的履帶，車輪(12)設在W型支架(14)底部拐角處的從動帶輪(8)外側，且與該從動帶輪(8)同軸聯接，該車輪(12)的直徑大於該從動帶輪(8)的直徑，且小於抬起一定角度的履帶的高度。
2、 根據權利要求1所述的搖杆式輪履結合機器人，其特徵在於所述的 連接筒(3)與設在主箱體(1)左右兩邊的行走部總成(4)的支架(14)連接時，行走 部總成(4)的驅動減速電機(15)置於連接筒(3)中，且驅動減速電機(15)的電源 與控制電纜(17)從連接筒(3)上設有的孔中穿出。
3、 根據權利要求1所述的搖杆式輪履結合機器人，其特徵在於所述的 履帶(13)可採用同步帶，驅動帶輪(6)，從動帶輪(7)、 (8)可採用與所述同步帶 相配套的同步帶輪。
4、 根據權利要求1所述的搖杆式輪履結合機器人，其特徵在於所述的 差動平衡器(2)可為行星齒輪式差動平衡器，由太陽齒輪(2-l),行星齒輪(2-2)、 (2-3)，內齒輪(2-4)以及系杆(2-5)構成，太陽齒輪(2-l)同軸線地設在內齒輪 (2-4)中部， 一對或多對相嚙合的行星齒輪(2-2)、 (2-3)設在太陽齒輪(2-l)與 內齒輪(2-4)之間，且分別與太陽齒輪(2-1)與內齒輪(2-4)嚙合；太陽齒輪(2-l) 的軸與系杆(2-5)的軸即為差動平衡器的兩伸出軸。
5、 根據權利要求1所述的搖杆式輪履結合機器人，其特徵在於所述的 支架(14)分為兩層，層間通過聯接塊聯接。
專利摘要一種搖杆式輪履結合機器人，由主箱體、差動平衡器與連接筒以及與兩左右對稱布置的行走部總成構成，差動平衡器的殼體固定在主箱體的中間位置，兩連接筒一端聯接了差動平衡器的兩伸出軸，另一端支撐在與主箱體固聯的軸承座內並連接了行走部總成。所述的行走部總成呈W型，驅動帶輪設在W型支架的中間的拐角處，驅動減速電機固定在支架上，且與驅動帶輪連接，履帶亦呈W型，前後均有一段抬起一定角度的履帶，車輪設在支架底部拐角處的從動帶輪外側，且與該從動帶輪同軸聯接。本實用新型既具有搖杆式機器人較高的適應不平整地形的性能，又具有擺臂履帶式機器人較高的翻越臺階、障礙的性能。
文檔編號B62D55/00GK201186680SQ20082003472
公開日2009年1月28日 申請日期2008年4月18日 優先權日2008年4月18日
發明者華 朱, 李允旺, 葛世榮 申請人:中國礦業大學