CN103010289A - 一种全向转向可升降的农用遥控移动机器人平台 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及全向转向可升降的农用遥控移动机器人平台。该平台由全向转向机构、液压升降***、车架台、车载电子设备、行走机构组成。全向转向装置由伺服电机驱动，通过小齿轮、大齿轮，将动力传给转向套，然后传递给车轮支架和轮毂电机式车轮，实现全向转向，同时液压升降装置在液压驱动的作用下可升降平台。其优点是：驱动电机和液压升降独立运动，可实现360度原地回转的同时调整车身的高度，以适应不同高度的农作物和地形环境；转向时转向阻力矩小，转向轻松灵活；采用轮毂电机车轮，电机和车轮一体，简化了平台结构。

Description

一种全向转向可升降的农用遥控移动机器人平台
技术领域
本发明涉及一种农用遥控移动机器人平台，特别是涉及一种全向转向可升降的农用遥控移动机器人平台。
背景技术
目前，农业机械化得到国家的极大关注。针对小麦、玉米、水稻、棉花等不同作物作业的农业机械相继出现，但是在教学和试验研究中，缺少一种结构合理、行走方便的农业移动机器人平台。
农用遥控移动机器人，在农业生产过程中能显著改善作业人员的安全性和舒适性，大大降低人们的劳动强度，特别是在施肥、喷药等危害人体健康的作业中，农业机器人试验和教学的平台非常必要。现有的遥控移动机器人在行走过程中还存在一些问题：一、转向困难。由于移动机器人转向的过程中受到较大的轴向力作用，转向阻力矩很大，所以大多数的农用移动机器人仍然采用对车辆结构的改进结构，即差分驱动轮系。这样的机器人能在不同曲率半径的圆弧或直线上运动，也能够原地旋转，但不能沿着轮子平面的法线方向运动，而且转向角小，难以实现全向转向，灵活性差，不适合农业生产的复杂环境。二、不能实现高度调节。不能针对不同高度的作物而适当调整车身高度，通用性差；对地形的适应性不好，尤其是在丘陵坡地，容易发生翻车事故。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题与缺陷，本发明通过采用液压升降装置和转向机构的合理配合，利用液压装置中的圆形柱塞既可以轴向移动又可以转动的特点，以减小转向阻力，实现全方位转向，同时可实现对移动机器人平台高度的调整。
本发明是通过如下方案实现的，一种全向转向可升降的农用遥控移动机器人平台，包括全向转向机构、液压升降***、车架台、车载电子设备、行走机构，所述的液压升降***包括液压缸、液压缸柱塞、液压油箱及液压驱动装置，所述的液压缸柱塞靠近液压缸一端的截面为圆形，靠近车轮支架一端的截面为正方形，液压缸由螺栓安装在车架台的台阶孔三内；所述的全向转向机构包括转向套、大齿轮、端盖、滚珠、伺服电机、小齿轮，大齿轮固定连接在转向套上，转向套上侧的下边缘圆周上开有安放滚珠的半圆槽，端盖上表面也开有相应的半圆槽，转向套上的半圆槽与端盖上表面的半圆槽之间安装有滚珠，为便于安装，将端盖剖切成两半并用螺栓连接在车架台的台阶孔一中，转向套与液压缸同轴且套装在液压缸外侧，转向套下端正方形孔和液压缸柱塞正方形轴轴向滑动配合，所述的大齿轮与小齿轮啮合，小齿轮与伺服电机的输出轴固定连接；所述的行走机构包括轮毂电机车轮、车轮支架，轮毂电机车轮的转轴与车轮支架采用固定连接，车轮支架与液压缸柱塞的正方形轴一端由螺栓固定连接。
所述的车载电子设备包括电池组、整机控制器、遥控信号接收器和无线通信模块，车载电子设备安装在车架台的上表面；所述的液压油箱及液压驱动装置安装在车架台的下表面；所述的全向转向机构、液压缸柱塞、液压缸和行走机构组成一个模块，该模块共有四个，分别安装在车架台的四个角上。
本发明具有以下优点：采用全向转向机构与液压升降***配合，驱动电机和液压升降同时独立运动，可实现360度原地回转的同时调整车身的高度，以适应不同高度的农作物和复杂的地形环境；采用伺服电机转向，转向角度可实现精确控制；该转向装置存在的一个突出的特点是受轴向力影响不大，转向阻力矩小，转向轻松灵活；采用轮毂电机的车轮，电机和车轮一体，简化了平台结构，增加了灵活性，在狭窄地形下的通过性加强，并且该电机具一定的负载牵引能力；采用蓄电池供电，无尾气排放，噪音小，无污染；采用模块化的设计，全向转向装置和液压升降***可以方便地与车架台装配和拆卸；采用遥控器接收设备，设计相应的遥控器，直接操作遥控器就可以实现各个车轮独立的升降和转向，灵活方便，降低了人们的劳动强度；安装了无线收发模块，可大大增强平台的通信能力，在平台上加装摄像头，编写相应的通信程序，便可实现计算机的远程操作；还可以增加移动机器人平台个数，实现多个平台的通信协作，协同完成任务。
本发明平台具有一定的负载能力，转向灵活，污染小；采用了开放式的体系结构，可以加装多种传感器，开发远程控制***，还可以对多机器人***进行试验和研究；因此，该平台具有很强的扩展性，很适合作为相关领域科学研究的开发、试验设备和教学平台。
附图说明
图1是农用遥控移动机器人平台的三维装配图。
图2是全向转向机构与液压升降装置的三维结构图。
图3是车架台的纵向剖面图。
图4是转向套的半剖视图。
以下是图中各部件的标号：
1轮毂电机车轮，2车轮支架，3转向套，4油箱与液压驱动设备，5液压升降装置，6大齿轮，7小齿轮，8车架台，9伺服电机，10电池组，11整机控制器，12遥控信号接收器，13无线通信模块，14端盖，15滚珠，16液压缸柱塞，17液压缸，18车架台台阶孔一，19车架台台阶孔二，20车架台台阶孔三，21半圆槽。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式进一步详细说明：
如图1所示，本发明包括全向转向机构、液压升降***、车架台架8、车载电子设备、油箱与液压驱动设4、行走机构。本发明采用板式车架，车载电子设备安装在车架台8上表面，油箱与液压驱动设备4安装在车架台8的下表面。
具体实施方案一：
如图1、图2、图3和图4所示，伺服电机9用螺栓连接在车架台8上，小齿轮7和伺服电机9动力输出轴采用平键连接，用圆螺母轴向固定小齿轮7。小齿轮7和大齿轮6啮合。转向套3与大齿轮6固定连接。转向套3下端半径小，在其下端内部开有正方形孔，该孔与液压缸柱塞16正方形轴一端滑动配合。转向套3中部空心，以便内部安装液压升降装置6。转向套3圆周侧面上开有四个槽，以便安装液压管。转向套3上端的下表面圆周上开有安装滚珠15的半圆槽21，端盖14的上表面上也开有与之对应的半圆槽，用螺栓将端盖14固定在车架台台阶孔一18中，为安装方便将端盖14刨切成两半。端盖14通过滚珠15将转向套3压入车架台台阶孔二19中，车架台台阶孔二19上表面和转向套3上表面采用间隙配合，不产生大的转动阻力矩，于是转向套3可以在车架台台阶孔二19中轻松转动。液压缸17用螺栓安装在车架台台阶孔三20中。液压缸柱塞16截面形状上端(液压缸一端)为圆形，下端为正方形，液压缸柱塞正方形一端和转向套3滑动配合。液压缸柱塞16和车轮支架2、车轮支架2和轮毂电机式车轮1的转轴间均采用螺栓连接。全向转向机构、液压缸柱塞16、液压缸17和行走机构组成一个模块，该模块共有四个，分别安装在车架台8的四个角上。
具体实施方式二：
如图1、图2所示，车载电子设备包括：电池组10、整车控制器11、遥控信号接收器12、无线通信模块13。电池组10负责整个遥控平台的供电；整机控制器11，一方面控制移动平台的运动，即控制轮毂电机车轮1的起停及转速、伺服电机9的转动、电磁阀的启闭和液压油泵的开关，另外一方面实现信号的交流，即实现对输入遥控信号和无线信号的接收和处理，同时可以通过无线通信模块13传递给远端的计算机和其他移动机器平台等。如果安装一定的传感器和GPS等还可是实现自适应升降和自动导航；遥控接收器12接收遥控信息实现人机信息交流，无线通信模块13收发无线信息实现机器与机器的信息交流。该农用遥控移动机器人平台的运动过程为：通过遥控信号接收器12或者无线通信模块13接收操作者的控制信号，传输到整机控制器11，整机控制器11控制伺服电机9转动带动小齿轮7转动，小齿轮7转动带动大齿轮6和转向套3转动，转向套3又带动液压缸柱塞16转动，进而使得车轮支架2和轮毂电机车轮1同步转动；通过遥控信号器或是通过无线通信模块接收的命令信号，在整机控制器11的作用下，电磁阀打开，液压泵泵油，液压缸柱塞16在液压缸17中上下运动同时和转向套3的正方形内孔上下滑动配合，实现该遥控平台的升降；该遥控平台的前进运动是通过整车控制器(11)发出控制信号，经过电机驱动电路，驱动轮毂电机车轮(1)转动而完成的。
根据上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更与修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种全向转向可升降的农用遥控移动机器人平台，包括全向转向机构、液压升降***、车架台(8)、车载电子设备、行走机构，其特征在于，所述的液压升降***包括液压缸(17)、液压缸柱塞(16)、液压油箱与液压驱动设备(4)，所述的液压缸柱塞(16)靠近液压缸(17)一端的截面为圆形，靠近车轮支架(2)一端的截面为正方形，液压缸(17)由螺栓固定在车架台(8)台阶孔3(20)内；所述的全向转向机构包括转向套(3)、大齿轮(6)、端盖(14)、滚珠(15)、伺服电机(9)、小齿轮(7)，大齿轮(6)固定连接在转向套(3)上，转向套(3)上侧的下边缘圆周上开有安放滚珠(15)的半圆槽(21)，端盖(14)上表面开有对应的半圆槽，转向套(3)上的半圆槽(21)与端盖(14)上表面的半圆槽之间安放有滚珠(15)，端盖(14)剖切成两半并用螺栓连接在车架台(8)的台阶孔1(18)中，转向套(3)与液压缸(17)同轴且套装在液压缸(17)外侧，转向套(3)下端正方形孔和液压缸柱塞(16)正方形轴轴向滑动配合，所述的大齿轮(6)与小齿轮(7)啮合，小齿轮(7)与伺服电机(9)的输出轴固定连接；所述的行走机构包括轮毂电机车轮(1)、车轮支架(2)，轮毂电机车轮(1)的转轴与车轮支架(2)固定连接，车轮支架(2)与液压缸柱塞(16)的正方形轴一端由螺栓固定连接；
所述的车载电子设备包括电池组(10)、整机控制器(11)、遥控信号接收器(12)和无线通信模块(13)，车载电子设备安装在车架台(8)的上表面；所述的液压油箱及液压驱动装置(4)安装在车架台(8)的下表面；
所述的全向转向机构、液压缸柱塞(16)、液压缸(17)和行走机构组成一个模块，该模块共有四个，分别安装在车架台(8)的四个角上。
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