CN104647343A - 一种微小型翻转爬楼梯机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微小型翻转爬楼梯机器人，基于机器人较小的整体尺寸，在现有机器人基础上增加摆臂组件和翻转驱动组件，改变原有的动力传递方式，在外部指令的控制下选择相应的模式，使本发明在完成平地行驶的基础上能够完成较大的翻转运动，借助这种翻转运动，实现爬楼梯的功能。

Description

一种微小型翻转爬楼梯机器人

技术领域

本发明涉及侦查、搜救、探测等领域，具体涉及一种微小型翻转爬楼梯机器人。

背景技术

微小型地面移动机器人由于其能在复杂、狭窄、危险的区域工作，被广泛应用于侦查、搜救、探测等领域。目前，微小型地面移动机器人的主要工作模式是操作者将机器人放置或投至在目标附近，通过遥控或者遥操作的工作方式达到预期的效果。由此可见，便携性和越障性能是评价微小型地面移动机器人的重要指标，因此在此类机器人设计过程中，对微小型地面移动机器人的体积、质量及机构方面的设计提出了严格的要求。

目前，微小型地面移动机器人一般具有便于携带的特点，其中一些微小型地面移动机器人具有一定的越障性能，但均不能攀越楼梯、废墟等障碍物。在城市环境中，楼梯作为一种常见的障碍，通常情况下目标所在楼层是不确定的，因此需要微小型地面移动机器人具有翻转爬楼梯功能，从而完成任务。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种微小型翻转爬楼梯机器人，微小型翻转爬楼梯机器人在现有机器人技术上，增加摆臂组件和翻转驱动组件，改变原有的动力传递方式，使得其以底盘翻转的方式完成爬楼梯的功能。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种微小型翻转式爬楼梯机器人，包括壳体、前轮、后轮、控制模块、电源、行驶电机、行驶电机支架、同步带、同步带轮和传动轴；

还包括，翻转驱动组件和摆臂组件；

所述控制模块根据外部指令选择行驶电机或翻转驱动组件；

连接关系：行驶电机通过电机支架固联于壳体内部，同步带轮与传动轴(10)固联，行驶电机通过传动轴带动同步带轮旋转，同步带轮通过同步带将运动传递到后轮；翻转驱动组件固定在壳体内部并驱动与其固连的摆臂组件绕平行于行驶电机轴线的轴旋转。

所述翻转驱动组件包括翻转电机，翻转电机支架，主动轮，从动轮，翻转轴，所述摆臂组件具体包括摆臂，摆臂耳轴和横梁；摆臂的左摆臂和右摆臂分别与翻转轴的两端固定连接，左摆臂和右摆臂之间连接横梁。

所述翻转电机采用具备关节模式和无限旋转模式的舵机。

平地行驶模式下，行驶电机通过传动轴带动同步带轮旋转，同步带轮通过同步带将运动传递到后轮，完成平地机动动作。

翻转模式下，翻转电机通过主动轮将扭矩和转速传递到从动轮，从动轮带动翻转轴转动，翻转抽通过摆臂耳轴，将扭矩传递给摆臂，使得带动摆臂绕翻转轴转动；此时，摆臂与机器人本体发生相对转动，摆臂的自由端接触地面，迫使后轮上抬，机器人本体以前轮着地点为旋转中心旋转，直到机器人本体重心位置越过前轮着地点，在重力作用下机器人本体落向地面，机器人本体完成180°翻转。

机器人能成功攀爬楼梯要求为：其中，l为机器人本体前后轮轴距，H为台阶高度。

有益效果：

可以看出，本发明提供的微型翻转爬楼梯机器人，基于机器人较小的整体尺寸，增加摆臂组件和翻转驱动组件，改变原有的动力传递方式，使得可以完成较大的翻转运动，借助这种翻转运动，实现爬楼梯的功能。

附图说明

图1为机器人整体结构图。

图2为机器人整体结构图(去掉顶盖)。

图3为行驶驱动组件结构图。

图4为翻转驱动组件结构图。

图5为摆臂组件结构图。

图6为机器人***框图。

图7为机器人爬楼梯过程图。

其中，1-壳体，2-前轮，3-后轮，4-控制电路，5-电源，6-行驶电机，7-行驶电机支架，8-同步带，9-同步带轮，10-传动轴，11-翻转电机，12-翻转电机支架，13-主动轮，14-从动轮，15-翻转轴，16-摆臂，17-摆臂耳轴，18-横梁

具体实施方式

本发明提供了一种微小型翻转爬楼梯机器人，其核心思想是在普通轮式底盘的基础上，加装了摆臂组件和翻转驱动组件，改变行驶中动力传递的方式，使得微小型机器人具有爬楼梯的功能。

下面结合附图并举实施例，对本发明的进行详细描述：

如图1所示，一种微小型翻转盘楼梯机器人，其结构包括：壳体1，前轮2，后轮3，控制模块4，电源5，行驶电机6，行驶电机支架7，同步带8，同步带轮9，传动轴10，翻转驱动组件和摆臂组件。

翻转驱动组件具体包括翻转电机11，翻转电机支架12，主动轮13，从动轮14，翻转轴15；摆臂组件具体包括摆臂16，摆臂耳轴17，横梁18。翻转驱动组件固定在壳体1内部并驱动与其固连的摆臂组件绕平行于行驶电机6轴线的轴旋转。

除摆臂组件之外的其他部件组成了机器人本体。

如图2、图3所示，所述行驶电机6通过电机支架7固定在壳体1内部。同步带轮9与传动轴10固联，行驶电机6通过传动轴10带动前轮2旋转，同时将转速传递到同步带轮9，通过同步带8将速度和扭矩传递到后轮3。

如图4所示，所述翻转电机11通过翻转电机支架12固定在壳体1上，主动轮13与翻转电机11上的舵盘固联，从动轮14与翻转轴15固联，翻转电机11通过主动轮13将扭矩和转速传递到从动轮14，从而带动翻转轴15转动。其中翻转轴15安装在壳体1侧面中心位置，与传动轴10平行，可与壳体1发生相对转动。其中，翻转电机11采用具备关节模式和无限旋转模式的舵机；无限旋转模式下可通过齿轮组带动旋转轴15及摆臂16绕壳体1中心旋转；主动轮13和从动轮14采用1:1的传动比，结合舵机关节模式的定位功能，可实现摆臂16和壳体1任意相对角度的定位。

如图5所示，所述摆臂16的左摆臂和右摆臂分别与翻转轴15的两端固定连接，左摆臂和右摆臂之间连接横梁18。

如图6所示，所述控制模4块根据外部指令选择平地行驶模式或翻转模式，具体包含电压转换模块、行为控制模块以及电机驱动模块。其中行为控制模块包含平地行驶模式和翻转模式的切换功能。电压转换模块将电池提供的电压转换为12v和5v电压，其中，为无线通讯模块和行为控制模块提供5v电压，为电机驱动模块提供12v电压；行为控制模块根据接收的指令调用控制电路4内部子程序，生成运动控制信号；电机驱动模块将运动控制信号进行转换及放大，驱动相应电机旋转。

首先由遥控终端发出指令，无线通讯模块接收遥控终端发出的指令，并将指令传递给行为控制模块，行为控制模块生成相应的运动控制信号并输送给电机驱动模块，电机驱动模块将运动控制信号进行转换及放大，传输给相应电机和执行机构，最终完成各种运动。

机器人根据遥控终端的指令执行平地行驶模式及翻转模式的切换。

平地行驶模式下，遥控终端输出平地行驶指令，通过无线通讯模块传输至行为控制模块，行为控制模块生成平地行驶控制信号，并输送给电机驱动模块，电机驱动模块将接收的平地行驶控制信号转换及放大，传输给行驶电机6完成平地行驶运动，即使得机器人左右车轮同时正向或反向旋转，实现机器人前进、后退；左右车轮向相反方向旋转，实现机器人转弯动作，此时车轮与地面发生侧向滑动。具体为摆臂16被定位在合适的角度位置，所述合适角度根据应用需求，提前设定好。行驶电机6通过电机支架7固联于壳体1，行驶电机6与前轮2同轴，同步带轮9与传动轴10固联，行驶电机6通过传动轴10带动同步带轮9旋转，同步带轮9通过同步带8将运动传递到后轮3，完成平地机动动作。

翻转模式下，遥控终端输出翻转运动指令，通过无线通讯模块传输至行为控制模块，行为控制模块生成翻转运动控制信号，并输送给电机驱动模块，电机驱动模块将接收的翻转运动控制信号转换及放大，传输给翻转电机11完成翻转运动，具体翻转如下：

初始状态如图7(a)所示，摆臂16平行于地面。翻转电机11接收到转换及放大后的翻转运动控制信号翻转，通过主动轮13将扭矩和转速传递到从动轮14，从动轮14带动翻转轴15转动，翻转抽15通过摆臂耳轴17，将扭矩传递给摆臂16，使得带动摆臂16绕翻转轴15转动。此时，摆臂16与机器人本体发生相对转动，摆臂16的自由端接触地面，迫使后轮3上抬，机器人本体以前轮2着地点为旋转中心旋转，如图7(b)所示。直到机器人本体重心位置越过前轮2着地点，在重力作用下机器人本体落向地面，机器人本体完成180°翻转，后轮3落在上一阶台阶上，如图7(c)(d)所示。此时后轮3位于机器人本体前部，摆臂16与机器人本体继续相对转动，摆臂16自由端支撑到地面上，机器人本体将以后轮3着地点为旋转中心，如图7(e)所示。直到机器人本体重心位置越过后轮2着地点，如图7(f)所示。在重力作用下机器人本体落向地面，前轮2落在上一阶台阶上，机器人本体完成360°翻转，如图7(g)(h)所示。

继续依次循环，完成循环翻转动作。

此外，机器人能否成功攀爬楼梯，取决于机器人本体相对于台阶的尺寸。一般要求其中，l为机器人本体前后轮轴距，H为台阶高度。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种微小型翻转式爬楼梯机器人，包括壳体(1)、前轮(2)、后轮(3)、控制模块(4)、电源(5)、行驶电机(6)、行驶电机支架(7)、同步带(8)、同步带轮(9)和传动轴(10)；

其特征在于，还包括，翻转驱动组件和摆臂组件；

所述控制模块根据外部指令选择行驶电机(6)或翻转驱动组件；

连接关系：行驶电机(6)通过电机支架(7)固联于壳体(1)内部，同步带轮(9)与传动轴(10)固联，行驶电机(6)通过传动轴(10)带动同步带轮(9)旋转，同步带轮(9)通过同步带(8)将运动传递到后轮(3)；翻转驱动组件固定在壳体(1)内部并驱动与其固连的摆臂组件绕平行于行驶电机(6)轴线的轴旋转。

2.如权利要求1所述的一种微小型翻转式爬楼梯机器人，其特征在于，所述翻转驱动组件包括翻转电机(11)，翻转电机支架(12)，主动轮(13)，从动轮(14)，翻转轴(15)，所述摆臂组件具体包括摆臂(16)，摆臂耳轴(17)和横梁(18)；摆臂(16)的左摆臂和右摆臂分别与翻转轴(15)的两端固定连接，左摆臂和右摆臂之间连接横梁(18)。

3.如权利要求2所述的一种微小型翻转式爬楼梯机器人，其特征在于，所述翻转电机(11)采用具备关节模式和无限旋转模式的舵机。

4.如权利要求1所述的一种微小型翻转式爬楼梯机器人，其特征在于，平地行驶模式下，行驶电机(6)通过传动轴(10)带动同步带轮(9)旋转，同步带轮(9)通过同步带(8)将运动传递到后轮(3)，完成平地机动动作。

5.权利要求1所述的一种微小型翻转式爬楼梯机器人，其特征在于，翻转模式下，翻转电机(11)通过主动轮(13)将扭矩和转速传递到从动轮(14)，从动轮(14)带动翻转轴(15)转动，翻转抽(15)通过摆臂耳轴(17)，将扭矩传递给摆臂(16)，使得带动摆臂(16)绕翻转轴(15)转动；此时，摆臂(16)与机器人本体发生相对转动，摆臂(16)的自由端接触地面，迫使后轮(3)上抬，机器人本体以前轮(2)着地点为旋转中心旋转，直到机器人本体重心位置越过前轮(2)着地点，在重力作用下机器人本体落向地面，机器人本体完成180°翻转。

6.权利要求5所述的一种微小型翻转式爬楼梯机器人，其特征在于，机器人能成功攀爬楼梯要求为：其中，l为机器人本体前后轮轴距，H为台阶高度。