CN101428652A - 冰雪面移动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及先进制造与自动化技术领域，具体地说是一种适用于冰雪面的移动机器人。包括车箱体、行走机构和摆臂机构，所述行走机构安装在车箱体两侧，左右对称；摆臂机构共四个在车箱体的前后设置，并在车箱体两侧左右对称；所述行走机构的主动链轮与车箱体前面的传动轴连接，安装在车箱体后面的输出轴通过轴承与从动链轮相连；摆臂机构的摆臂与车箱体的输出轴连接，位于前面的摆臂链轮通过轴套栓接在行走机构的主动链轮上，位于后面的摆臂链轮通过轴套与行走机构的从动链轮安装在一起。本发明在可以在低温环境下工作，具有可自主跨越冰裂缝，翻越雪坡和雪丘的爬坡和越障能力。

Description

冰雪面移动机器人

技术领域

本发明属于先进制造与自动化技术领域，具体地说是一种适用于冰雪面的移动机器人。

技术背景

随着自动化技术的不断发展，用于平坦地形、楼梯、管道等环境的移动机器人取了长足发展，有轮式、履带式、轮—腿—履带复合等结构。但适用于冰雪面的移动机器人却未见报道。随着极地科学考察的逐步深入，研制一种适用于冰雪面的移动机器人具有很大的必要性。这种机器人可自主跨越冰裂缝，翻越雪坡和雪丘，及在恶劣的天气下工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于冰雪面的移动机器人，它在可以在低温环境下工作，具有可自主跨越冰裂缝，翻越雪坡和雪丘的爬坡和越障能力。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：包括车箱体、行走机构和摆臂机构，所述行走机构安装在车箱体两侧，左右对称；摆臂机构共四个在车箱体的前后设置，并在车箱体两侧左右对称；所述行走机构的主动链轮与车箱体前面的传动轴连接，安装在车箱体后面的输出轴通过轴承与从动链轮相连；摆臂机构的摆臂与车箱体的输出轴连接，位于前面的摆臂链轮通过轴套栓接在行走机构的主动链轮上，位于后面的摆臂链轮通过轴套与行走机构的从动链轮安装在一起；

车箱体包括箱体、传动部分、控制部分和车箱体承重部分，所述传动部分和控制部分安装在箱体内，箱体的两个侧面各安装有车箱体承重部分，位于行走机构中间；所述传动部分由摆臂电机、行走电机、蜗轮蜗杆减速机、输出轴、行星减速机、伞齿轮、传动轴组成，蜗轮蜗杆减速机的输入轴与摆臂电机相连，蜗轮蜗杆减速机的输出轴与输出轴键连；行星减速机的输入轴与行走电机相连，行星减速机的输出轴与伞齿轮键连，伞齿轮的输出轴与传动轴键连；传动轴通过安装在车箱体上的轴承与箱体相连，输出轴通过轴承套接在传动轴内；所述车箱体承重部分由固定支架、活动支架、竖轴、横轴、承重轮轴承座、承重轮和弹簧组成，固定支架安装在车箱体的侧面，弹簧分别安装在固定支架两端的孔中，活动支架的轴穿过弹簧安装在固定支架上；竖轴固定在活动支架中部，横轴穿过竖轴中心、并与竖轴在垂直方向栓接，自由端安装有承重轮；承重轮通过承重轮轴承座安装在横轴上；

所述行走机构由主动链轮、从动链轮和行走履带三部分组成，主动链轮与从动链轮通过行走履带安装在一起；主动链轮与传动轴相连接；从动链轮通过轴承与输出轴相连；

所述摆臂机构由摆臂链轮、摆臂、通过摆臂履带与摆臂链轮安装在一起的摆臂从动轮组成，摆臂与车箱体输出轴栓接；前面的摆臂链轮与行走机构的主动链轮栓接，后面的摆臂链轮与行走机构的从动链轮栓接；摆臂从动轮通过轴承安装在摆臂上。

本发明具有如下优点：

1、履带适应性强，机器人运动平稳可靠。本发明冰雪面移动机器人的行走履带和摆臂履带均为链板式，可以适应多种地形；链轮齿的外部为尼龙，其余部分为硬铝，既保证了强度，又减轻了重量，还节省了润滑。履带节板上安装有防滑螺钉，可以有效的减少履带打滑。车箱体的承重部分在弹簧的作用下可以相对于车箱体上下移动，起到了很好的减震作用，因此机器人运动平稳可靠。

2、爬坡和越障功能更好。本发明冰雪面移动机器人前后都有摆臂机构，摆臂机构与车箱体的夹角由控制部件、电机、蜗轮蜗杆减速机、输出轴等确定，这样的结构更有利于爬雪坡和雪丘、越障和越过冰裂隙。所采用的蜗轮蜗杆减速机具有自锁功能，可以减轻电机负荷。

3、结构简单、灵活。本发明冰雪面移动机器人可以在恶劣的环境中完成复杂的工作，但是自身的结构简单。两个电机分别驱动左右两个行走机构，相同的速度实现前进和后退，差速实现转弯。

附图说明

图1-1为冰雪面移动机器人装配结构示意图。

图1-2为图1-1的俯视图。

图2为图1传动部分结构示意图。

图3-1为车箱体承重部分结构示意图。

图3-2为图3-1的左视图

图3-3为图3-1的俯视图。

图4-1为履带结构示意图。

图4-2为图4-1的左视图

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1-1、1-2、2所示，冰雪面移动机器人由车箱体1、行走机构2和摆臂机构3三部分组成，所述行走机构2共两个，安装在车箱体1两侧，左右对称。摆臂机构3共四个，在车箱体1的前后设置，并在车箱体1两侧左右对称。所述行走机构2的主动链轮11与车箱体1的传动轴10栓接，安装在车箱体1后面的输出轴通过轴承与从动链轮12相连，轴承用于定位；摆臂机构3的摆臂15与车箱体1的输出轴6栓接，位于前面的摆臂链轮14通过轴套栓接在行走机构2的主动链轮11上，位于后面的摆臂链轮14通过轴套栓接在行走机构2的从动链轮12上。

如图1-1、1-2、2所示，冰雪面移动机器人的车箱体1包括箱体、传动部分、控制部分和车箱体承重部分18，传动部分(为现有技术)和控制部分安装在箱体内，箱体的两个侧面各安装三个车箱体承重部分18，位于行走机构2中间。传动部分由摆臂电机4、行走电机7、蜗轮蜗杆减速机5、输出轴6、行星减速机8、伞齿轮9、传动轴10组成，蜗轮蜗杆减速机5的输入轴与摆臂电机4相连，蜗轮蜗杆减速机5的输出轴与输出轴6键连；行星减速机8的输入轴与行走电机7相连，行星减速机8的输出轴与伞齿轮9键连，伞齿轮9的输出轴与传动轴10键连。传动轴10通过安装在车箱体1上的轴承与箱体相连，轴承用于支撑。输出轴6用安装在传动轴10内的轴承来支撑，套接在传动轴10内。

如图3所示，车箱体承重部分18由固定支架19、活动支架20、竖轴21、横轴22、承重轮轴承座23、承重轮24和弹簧25组成。固定支架19安装在车箱体1的侧面，两个弹簧25分别安装在固定支架19两端的孔中，活动支架20的两个轴穿过弹簧25安装在固定支架19上。弹簧25伸缩，活动支架20即可相对于车箱体1移动。竖轴21固定在活动支架20中部，横轴22穿过竖轴21中心、并与竖轴21在垂直方向栓接，自由端安装有承重轮24。承重轮24通过承重轮轴承座23安装在横轴22上，两个深沟球轴承将承重轮轴承座23定位于横轴22上。因此，弹簧25伸缩，承重轮24将相对于车箱体1移动。

如图1-1、1-2、2所示，冰雪面移动机器人的行走机构2共两个左右对称，分别布置在车箱体1两侧。行走机构2由主动链轮11、从动链轮12和行走履带13三部分组成，主动链轮11与从动链轮12通过行走履带13安装在一起。车箱体传动轴10带动主动链轮11旋转，主动链轮11旋转带动行走履带13运动和从动链轮12旋转。左右两侧行走履带13运动速度相同时，冰雪面移动机器人向前或向后移动，左右两侧行走履带13运动速度不同时，冰雪面移动机器人转弯。主动链轮11、从动链轮12的轮齿采用硬铝材料，外部包裹有尼龙。

如图2所示，冰雪面移动机器人的摆臂机构3由摆臂链轮14、摆臂15、通过摆臂履带17与摆臂链轮14安装在一起的摆臂从动轮16组成。摆臂15与车箱体输出轴6栓接；前面的摆臂链轮14与行走机构2的主动链轮11栓接，后面的摆臂链轮14与行走机构2的从动链轮12栓接；摆臂从动轮16由安装在摆臂15上的轴承定位。摆臂链轮14旋转带动摆臂履带17运动和摆臂从动轮16转动；摆臂15转动，改变摆臂机构3与车箱体1的角度，同时摆臂履带17和摆臂从动轮16绕摆臂链轮14转动。摆臂链轮14的轮齿采用硬铝材料，外部包裹有尼龙。

如图4-1、4-2所示，履带(包括行走履带13和摆臂履带17)在条形胶带29的连接下组成，根据履带宽度不同，胶带数量增减。履带为链板式结构，具体由挡边26、链节27、压板28、胶带29、链板30和防滑螺钉31组成，与链轮啮合的链节27位与挡边26之间，安装在链板30上表面，整体呈凹形单元；通过压板28将所述单元栓接在胶带29上形成链板式履带；防滑螺钉31安装链板30下方，凸于链板30下表面，且相间设置在链板30的下表面两侧。挡边26用于可以挡在主动链轮11、从动链轮12、摆臂链轮14、摆臂从动轮16或承重轮24的两边，防止履带跑偏；链板30接地；防滑螺钉31可以进入到冰雪中，防止链板30打滑。

Claims (6)

1.一种冰雪面移动机器人，包括车箱体(1)、行走机构(2)和摆臂机构(3)；其特征在于：所述行走机构(2)安装在车箱体(1)两侧，左右对称；摆臂机构(3)共四个在车箱体(1)的前后设置，并在车箱体(1)两侧左右对称；所述行走机构(2)的主动链轮(11)与车箱体(1)前面的传动轴(10)连接，安装在车箱体(1)后面的输出轴(6)通过轴承与从动链轮(12)相连；摆臂机构(3)的摆臂(15)与车箱体(1)的输出轴(6)连接，位于前面的摆臂链轮(14)通过轴套栓接在行走机构(2)的主动链轮(11)上，位于后面的摆臂链轮(14)通过轴套与行走机构(2)的从动链轮(12)安装在一起。

2.按照权利要求1所述冰雪面移动机器人，其特征在于：车箱体(1)包括箱体、传动部分、控制部分和车箱体承重部分(18)，所述传动部分和控制部分安装在箱体内，箱体的两个侧面各安装有车箱体承重部分(18)，位于行走机构(2)中间；所述传动部分由摆臂电机(4)、行走电机(7)、蜗轮蜗杆减速机(5)、输出轴(6)、行星减速机(8)、伞齿轮(9)、传动轴(10)组成，蜗轮蜗杆减速机(5)的输入轴与摆臂电机(4)相连，蜗轮蜗杆减速机(5)的输出轴与输出轴(6)键连；行星减速机(8)的输入轴与行走电机(7)相连，行星减速机(8)的输出轴与伞齿轮(9)键连，伞齿轮(9)的输出轴与传动轴(10)键连；传动轴(10)通过安装在车箱体(1)上的轴承与箱体相连，输出轴(6)通过轴承套接在传动轴(10)内；所述车箱体承重部分(18)由固定支架(19)、活动支架(20)、竖轴(21)、横轴(22)、承重轮轴承座(23)、承重轮(24)和弹簧(25)组成，固定支架(19)安装在车箱体(1)的侧面，弹簧(25)分别安装在固定支架(19)两端的孔中，活动支架(20)的轴穿过弹簧(25)安装在固定支架(19)上；竖轴(21)固定在活动支架(20)中部，横轴(22)穿过竖轴(21)中心、并与竖轴(21)在垂直方向栓接，自由端安装有承重轮(24)；承重轮(24)通过承重轮轴承座(23)安装在横轴(22)上。

3.按照权利要求1所述冰雪面移动机器人，其特征在于：所述行走机构(2)由主动链轮(11)、从动链轮(12)和行走履带(13)三部分组成，主动链轮(11)与从动链轮(12)通过行走履带(13)安装在一起；主动链轮(11)与传动轴(10)相连接，从动链轮(12)通过轴承与输出轴(6)相连。

4.按照权利要求1所述冰雪面移动机器人，其特征在于：所述摆臂机构(3)由摆臂链轮(14)、摆臂(15)、通过摆臂履带(17)与摆臂链轮(14)安装在一起的摆臂从动轮(16)组成，摆臂(15)与车箱体输出轴(6)栓接；前面的摆臂链轮(14)与行走机构(2)的主动链轮(11)栓接，后面的摆臂链轮(14)与行走机构(2)的从动链轮(12)栓接；摆臂从动轮(16)通过轴承安装在摆臂(15)上。

5.按照权利要求3或4所述冰雪面移动机器人，其特征在于：所述主动链轮(11)、从动链轮(12)、摆臂链轮(14)的轮齿采用硬铝材料，外部包裹有尼龙。

6.按照权利要求1所述冰雪面移动机器人，其特征在于：所述履带包括行走履带(13)和摆臂履带(17)，履带为链板式结构，具体由挡边(26)、链节(27)、压板(28)、胶带(29)、链板(30)和防滑螺钉(31)组成，与链轮啮合的链节(27)位与挡边(26)之间，安装在链板(30)上表面，整体呈凹形单元；通过压板(28)将所述单元在胶带(29)的连接下组合在一起，形成链板式履带；防滑螺钉(31)安装链板(30)下方，凸于链板(30)下表面，且相间设置在链板(30)的下表面两侧。

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