CN102424071B - 履带与车轮复合式移动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种履带与车轮复合式移动机器人。包括底板、履带行驶机构、车轮行驶机构和转换机构，所述底板包括履带底板和车轮底板，履带行驶机构安装在履带底板上构成履带底盘，车轮行驶机构安装在车轮底板上构成车轮底盘，所述转换机构为连接在履带底盘和车轮底盘之间的传动机构，转换机构主要由升降驱动电机与升降螺杆、升降螺母组成。本发明采用升降螺杆与升降螺母的螺旋传动来实现履带和车轮行驶方式的相互转换，避免了采用腿式结构所导致的机构复杂、运动控制的难度较大、可靠性低的问题，简化了结构，保证了机器人的灵活性、可靠性和越障性。采用双底盘结构，使得履带和车轮行驶机构的驱动系统相互独立、彼此不影响，从而增加了机器人的灵活性。

Description

履带与车轮复合式移动机器人

技术领域

本发明涉及的是一种移动机器人，具体地说是一种履带与车轮相结合的复合式移动机器人。

背景技术

车轮式、履带式、腿式移动机构是人们研究最多的、也是目前应用在移动机器人上的最为广泛的三种移动机构。轮式移动机器人结构简单、速度快，能耗低，但是它越障能力差，不适合于跨越沟壑、台阶、楼梯等障碍；履带式移动机器人越障性能、对地形的适应性和稳定性能都较强，适合在复杂路面上行驶，但是履带易磨损、消耗的功率也相对较大，并且行驶机构比较笨重；腿式移动机器人对地形的适应性很强，有出色的越野能力，但是结构比较复杂，运动控制的难度较大，而且移动速度较慢，实现相对较为困难。

为了使机器人能够适应多种复杂的环境，科研人员就把不同的机构进行复合，使不同机构发挥各自的优点，从而达到适应复杂的外界环境的目的。因而，复合式机构机器人已成为各国研究移动机器人的重点、热点。但是涉及到履带和轮式行驶机构复合的研究还相对较少，而且现有的轮履腿复合式移动机器人的履带和车轮都是共用一个驱动电机或者把履带轮简易的当成车轮来行驶，遇到障碍时通过腿式结构来越障，这样使得机器人的整体可靠性、灵活性降低，且控制复杂。例如申请号为200710177635.9的专利文件中公开的“一种步轮履复合式移动机器人”；申请号为200510004969.7的专利文件中公开的“小型轮履腿复合式移动机器人机构”；申请号为200810023572.6的专利文件中公开的“摇杆式轮履接合机器人”和申请号为200920014100.4的专利文件中公开的“一种可变形轮履式轮椅机器人”等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既能够保证机器人的灵活性、可靠性和越障性，又能够避免控制复杂的麻烦的履带与车轮复合式移动机器人。

本发明的目的是这样实现的：

包括底板、履带行驶机构、车轮行驶机构和转换机构，所述底板包括履带底板和车轮底板，履带行驶机构安装在履带底板上构成履带底盘，车轮行驶机构安装在车轮底板上构成车轮底盘，所述转换机构为连接在履带底盘和车轮底盘之间的传动机构，转换机构主要由升降驱动电机与升降螺杆、升降螺母组成。

本发明还可以包括：

1、车轮底盘在上层、履带底盘在下层，升降驱动电机与升降螺杆上半部分连接后固定安装在车轮底盘上，而升降螺母与升降螺杆下半部分通过螺纹传动并安装于履带底盘上。

2、车轮行驶机构与履带行驶机构各自独立设置直流减速电机。

3、升降驱动电机为涡轮蜗杆减速直流电机。

本发明提出了一款具有轮式车与履带车特点的复合式移动小车，通过履带结构与车轮结构的相互转换机构，使其在各种复杂路面行驶时能保持较快的速度和较高的稳定性。

本发明主要包括底板、履带行驶机构、车轮行驶机构和履带一车轮的转换机构。履带行驶机构包括履带轮及履带轮驱动电机，车轮行驶机构包括车轮及车轮驱动电机。车轮底盘在上层，履带底盘在下层。转换机构为履带底盘和车轮底盘的连接传动机构，主要由升降驱动电机与升降螺杆、升降螺母组成，其中，升降驱动电机与升降螺杆上半部分通过键连接、固定安装在车轮底盘上，而升降螺母与升降螺杆下半部分通过螺纹传动、并安装于履带底盘上。转换机构的升降驱动电机正反转即可带动升降螺杆转动，使升降螺母沿升降螺杆下半部分上下移动，带动履带底盘的上下移动，实现运动方式的转换。

当以车轮方式行驶时，车轮着地，履带底盘上升，履带悬空，此时，升降螺母处于升降螺杆下半部分顶端；当进行运动方式转换时，转换机构的升降驱动电机通电带动升降螺杆转动，升降螺母带动履带底盘便随着升降螺杆的转动而向下移动，直到履带与车轮同时接触地面，小车在履带和车轮的共同作用下运动；若以履带方式行驶，则升降驱动电机继续通电，升降螺母继续下移，直到到达升降螺杆下半部分底端，此时，履带着地，而车轮底盘被抬起，车轮悬空。通过转换机构的运动实现履带底盘和车轮底盘的位置变换，从而实现履带、车轮两种机构能够独立运行的目的。

本发明还具有这样一些特点：

1、车轮行驶机构车轮驱动电机为直流减速电机，它通过联轴器将动力传递到主动车轮轴，主动轮轴带动主动车轮运动，通过联动和差动控制车体左右两侧的主动车轮，实现车体进退和转向，从动车轮随动。主动车轮的驱动部分在车轮底板上面，而主动车轮和从动车轮的支撑部分在车轮底板的下面，在行驶机构转换过程中可以有效的利用空间，降低车体高度。

2、履带行驶机构履带轮驱动电机为直流减速电机，它通过联轴器将动力传递到主动履带轮轴，主动履带轮轴带动主动履带轮运动，通过联动和差动控制车体左右两侧的主动履带轮，实现车体进退和转向，从动履带轮随动。

3、转换机构升降驱动电机为涡轮蜗杆减速直流电机，它通过键连接将运动传递到升降螺杆，带动升降螺杆转动，升降螺杆上半部分两端分别有两个推力球轴承，实现对升降螺杆的支撑与限位，使其与转换机构升降驱动电机不发生相对位移。

本发明的优点是采用升降螺杆与升降螺母的螺旋传动来实现履带和车轮行驶方式的相互转换，这样避免了采用腿式结构所导致的机构复杂、运动控制的难度较大、可靠性低的问题，大大简化了移动机器人的结构，保证了机器人的灵活性、可靠性和越障性的。同时，采用双底盘结构，使得履带和车轮行驶机构的驱动系统相互独立、彼此不影响，从而增加了机器人的灵活性。

附图说明

图1是本发明的整体结构简图；

图2是本发明的俯视图；

图3是本发明的主视图；

图4是本发明的左视图；

图5是转换机构剖面图；

图6是转换机构升降螺杆结构简图；

图7是车轮行驶机构运动简图；

图8是履带行驶机构运动简图。

图9是采用具体实施方式二带传动的结构简图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

具体实施方式一：

结合图1，本发明的主要构成包括履带底盘、车轮底盘和履带一车轮的转换机构三个主要部分。

结合图2、图3、图4，履带行驶机构安装在履带轮行驶机构底板34上，履带轮驱动电机7为直流减速电机并与履带轮驱动电机支座6通过螺钉连接在一起，它通过主动履带轮联轴器5将动力传递到主动履带轮轴2，再由主动履带轮轴2通过键连接带动主动履带轮1运动，主动履带轮轴2由主动履带轮轴承3和安装于履带轮行驶机构底板34上面的主动履带轮轴承座4共同配合支撑。从动履带轮17通过键连接安装于从动履带轮轴18上，并随主动履带轮1运动，从动履带轮轴18由从动履带轮轴承19和安装于履带轮行驶机构底板34上面的从动履带轮轴承座20共同配合支撑。履带张紧轮14通过键连接安装于履带张紧轮轴13上，履带张紧轮轴13由履带张紧轮轴承45和安装于履带轮行驶机构底板34下面的履带张紧轮轴承座44共同配合支撑。

车轮行驶机构安装在车轮行驶机构底板28上，车轮驱动电机27为直流减速电机并与车轮驱动电机支座26通过螺钉连接在一起，它通过主动车轮联轴器25将动力传递到主动车轮传动轴23，主动车轮传动轴23通过一对指定减速比的主动齿轮24与从动齿轮41传动，将动力传递到主动车轮轴16，最后主动车轮轴16再通过法兰连接带动主动车轮15运动，主动车轮传动轴23由主动车轮传动轴承22和安装于车轮行驶机构底板28上面的主动车轮传动轴承座21共同配合支撑，主动车轮轴16由主动车轮轴承39和车轮行驶机构底板28下面的主动车轮轴承座40共同配合支撑。从动车轮33通过键连接安装于从动车轮轴32上，并随主动车轮15运动，从动车轮轴32由从动车轮轴承31和安装于车轮行驶机构底板28下面的从动车轮轴承座30共同配合支撑。

结合图5、图6，履带--车轮的转换机构是本发明的主体，包括升降驱动电机8，它由安装于车轮行驶机构底板28上面的升降驱动电机支座9支撑，升降螺杆10通过键与升降驱动电机8的减速机连接，由升降螺杆推力球轴承42和安装与升降螺杆支撑板11上面的升降螺杆轴承座43共同支撑。升降螺杆支撑板11由固定在车轮行驶机构底板28上面的升降螺杆支撑杆12支撑。升降螺母35与升降螺杆10通过螺纹传动，安装于履带轮行驶机构底板34上面。导向杆36通过安装于履带轮行驶机构底板34上面的导向杆直线轴承37和导向杆直线轴承座38实现导向。

结合图7、图8，当采用履带行驶机构运动时，车轮行驶机构被支起，此时车轮行驶机构底板28上各零件的重量通过升降螺杆推力球轴承42全部压在升降螺杆10上，而升降螺杆10与履带轮行驶机构底板34上的升降螺母35螺旋连接，即车轮行驶机构底板28上各零件的重量压在升降螺杆10与升降螺母35的螺旋接触面上。当采用车轮行驶机构运动时，履带行驶机构被支起，此时履带轮行驶机构底板34上的重量压在升降螺杆10与升降螺母35螺旋接触面上，而升降螺杆10上的两个六角螺母及轴垫圈压在升降螺杆推力球轴承42上，使得升降螺杆10保持悬空状态，这样相当于履带轮行驶机构底板上各零件的重量和升降螺杆10自身重量压在两个六角螺母与升降螺杆10的螺旋接触面上。

具体实施方式二：

结合图9，车轮行驶机构安装在车轮行驶机构底板28上，车轮驱动电机27为直流减速电机并与车轮驱动电机支座26通过螺钉连接在一起，它通过主动车轮联轴器25将动力传递到主动车轮传动轴23，主动车轮传动轴23通过一对指定减速比的主动齿轮24与从动齿轮41传动，将动力传递到主动车轮轴16，最后再带动主动车轮15运动，主动车轮传动轴23由由主动车轮传动轴承22和主动车轮传动轴承座21共同配合支撑，主动车轮轴16由主动车轮轴承39和主动车轮轴承座40共同配合支撑。

本发明的工作原理如下：

移动机器人在较为平坦的路面上行驶时，使用车轮行驶机构，此时履带行驶机构不工作而被支起，即保持悬空状态。当遇到比较崎岖的路面环境时，升降转换机构中的升降螺杆在直流减速电机的带动下而转动，从而使履带底盘及履带行驶机构的下降，以实现履带行驶机构工作，此时车轮移动机构被支起，即保持悬空状态，不再工作。这样通过转换机构便完成了车轮、履带两种不同行驶方式机构的转换，并最终达到实现两种机构能够独立运行的目的。

Claims (3)

1.一种履带与车轮复合式移动机器人，包括底板、履带行驶机构、车轮行驶机构和转换机构，其特征是：所述底板包括履带底板和车轮底板，履带行驶机构安装在履带底板上构成履带底盘，车轮行驶机构安装在车轮底板上构成车轮底盘，所述转换机构为连接在履带底盘和车轮底盘之间的传动机构，转换机构主要由升降驱动电机与升降螺杆、升降螺母组成；车轮底盘在上层、履带底盘在下层，升降驱动电机与升降螺杆上半部分连接后固定安装在车轮底盘上，而升降螺母与升降螺杆下半部分通过螺纹传动并安装于履带底盘上。

2.根据权利要求1所述的履带与车轮复合式移动机器人，其特征是：车轮行驶机构与履带行驶机构各自独立设置直流减速电机。

3.根据权利要求1或2所述的履带与车轮复合式移动机器人，其特征是：升降驱动电机为涡轮蜗杆减速直流电机。

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