CN106275114A

CN106275114A - 移动机器人的复合式驱动***

Info

Publication number: CN106275114A
Application number: CN201610801347.5A
Authority: CN
Inventors: 张选琪; 刘振宁
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-09-05
Filing date: 2016-09-05
Publication date: 2017-01-04

Abstract

本发明涉及移动机器人技术，提供了一种移动机器人的复合式驱动***，具体是在一个成熟应用的履带式移动机器人的驱动机构上，增加了一个依赖移动机器人动摆赋予其作业位置的、具有偏心结构的、辅助履带运动的轮式运动机构；其支撑结构设置在移动机器人的动摆上；与履带驱动轮具有一定的偏心距；依赖履带驱动轮的动力；将履带驱动轮的运动，通过一个增速结构设置，传送给轮式运动机构；依赖移动机器人动摆的姿态，实现轮式运动机构的运动轮接触地面的踏面，作用优先于履带接触地面的踏面；实现同一驱动源的运动轮、在不改变驱动参数的前提下，达到运动轮以优于履带行走的模式的、快速行走的目的。

Description

移动机器人的复合式驱动***

技术领域

本发明涉及移动机器人技术，具体是提供一种移动机器人的复合式驱动***。

背景技术

移动机器人运动机构的主要应用方式体现在轮式、履带式、腿式及其三者的复合形式，轮式移动机器人的运动机构，结构简单、控制方便、运动灵活、速度快，但其在地形适应能力和越障方面的能力，限制了轮式移动机器人的应用范围；履带式机器人的运动机构，相对于轮式移动机器人，以其较好的地形适应和越障方面的能力，成为移动机器人运动机构应用的主要方向，但其相对复杂的结构和相对较低的运动速度限制了其运动反应速度；腿式移动机器人的运动机构，具有仿生学的特征，腿式运动机构能满足特殊场合的行走要求，适应环境能力较强，但是也存在机构繁多、控制复杂、运动缓慢、制造困难等弱点。

移动机器人各种运动机构的复合形式，是当前移动机器人运动机构研究和应用的主要方向，其中、履带式运动机构与轮式运动机构的复合形式是优选的应用方向，履带式移动机器人在极限和复杂环境中替代人类作业的应用前景毋容置疑，针对复杂路况的轮、履带结构的研究和应用，需要解决的是：现有的轮、履带结构的移动机器人在通过复杂路面时，轮、履带接触面容易嵌入碎石泥土等固体杂质，导致履带打滑以及轮轴变形等一系列问题。

发明内容

本发明既是要针对上述的问题，提供一种新颖的履带与车轮复合式移动机器人的驱动机构，使移动机器人同时具有轮式、履带式移动机器人的优点，在运动速度、越障能力和灵活性等方面，有较大的改进，以适用于多种场合的作业要求。

本发明要解决的技术问题

实现本发明的目的，即是要解决：在一个成熟应用的履带式移动机器人的驱动机构的基础上，增加一个依赖机器人动摆赋予作业位置的、具有偏心结构的、辅助履带运动的轮式机构，在不改变履带驱动参数的情况下，使得移动机器人具有更高的运动速度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是

在一个成熟应用的履带式移动机器人驱动机构上，增加了一个依赖机器人动摆赋予其作业位置的、具有偏心结构的、辅助履带运动的轮式机构；其支撑结构设置在机器人的动摆上；与履带驱动轮具有一定的偏心距；依赖履带驱动轮的动力；将履带驱动轮的运动，通过一个增速设置，传送给轮式运动机构；依赖机器人动摆的姿态，实现轮式运动机构的运动轮接触地面的踏面，作用优先于履带接触地面的踏面；实现同一驱动源的运动轮、以高于履带的速度运动。

有益效果

由于采用了依赖机器人动摆的姿态，实现轮式运动机构的运动轮接触地面的偏心结构，同时提高了运动轮的运动速度，使得本发明的移动机器人的复合式驱动***，以简单的结构、获得可观的效果。

附图说明

下列附图是本发明的一个实施例的附图

图1是以行轮着地行走的状态图

图2是履带和行轮同时着地的对比图

图3是图2的左视图

图4是行走驱动单元和动摆驱动单元的一体结构图

图5是行走驱动单元结构图

图6是动摆驱动单元结构图。

在图1、图2、图3中

1、履带前导轮 2、动摆I 3、履带导板 4、履带

5、履带驱动轮 6、动摆摆动角 7、行轮 8、行轮偏心距 L

9、行轮偏心角 10、大链轮I 101、传动链 11、小链轮

12、地面 13、本体 14、行轮支撑架 I15、履带压轮。

在图4、图5、图6中

2、动摆I 7、行轮 14、行轮支撑架I 141、行轮轴

16、轴端挡片1 7、行轮驱动小齿轮 171、螺栓II1 72、垫圈II

173、轴承I 174、螺栓III 175、垫圈III 18、行轮驱动大齿轮

181、螺栓IV 182、垫圈IV 19、行轮踏面 20、轴瓦

21、衬片 22、履带驱动轮座I 221、轴挡圈I 222、螺栓V

223、垫圈V 224、轴承II 23、谐波减速器I齿圈 24、轴承挡圈I

25、大链轮II 251、螺栓VI 252、垫圈VI 26、架板I

27、电位计轮 271、电位计 272、齿形带 273、顶丝I

274、螺钉IV 28、架板轴承I 29、结合筒 291、螺栓VII

292、垫圈VII 30、联轴套 301、平键I 302、平键II

31、动摆II 32、架板轴承II 33、履带随动轮座II

331、履带随动轮支撑轴 332、螺栓XIV 333、垫圈XIV

34、架板II 341、螺钉V 342、螺栓VIII 343、垫圈VIII

35、履带随动轮 351、轴承III 352、轴挡圈II 353、顶丝II

354、螺栓IX 355、垫圈IX 36、行轮支撑架II 37、轴承挡圈II

38、谐波减速器II齿圈 381、螺栓X 382、垫圈X

39、谐波减速器II波发生器 391、谐波减速器II柔性齿轮40、行星减速器

401、螺栓XI 402、垫圈XI 41、动摆驱动电机 411、螺栓XII

412、垫圈XII 42、履带驱动电机 421、螺栓XIII 422、垫圈XIII

423、平键III 424、谐波减速器I波发生器 425、谐波减速器I柔性齿轮

501、螺栓I 502、垫圈I 503、螺钉I。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1显示了本发明一个实施例的，以行轮着地行走的状态图，既是当机器人动摆I（2）和动摆II（31），向上收到极限位置时，因行轮（7）与履带驱动轮（5）及履带随动轮（35）所形成的行轮偏心距 L（8），使得行轮（7）的轮缘的行轮踏面（19），突出于履带驱动轮（5）和履带随动轮（35）上的履带，优先与地面接触，因此形成以行轮（7）着地行走的方式。

图 2 、图 3辅助图 1，显示了行轮着地时与履带形成的高度差，显示出偏心的构造形式，实现了行轮（7）优先于履带着地点的目的。

图 4 中所示的、行走驱动单元和动摆驱动单元，分别安装在结合筒（29）的两端，构成了依结合筒（29）成为一体的结构形式，一式两件，分别设置在移动机器人的前后两端、呈对角布置，即：如果行走驱动单元设置在I 、III象限的位置，则动摆驱动单元设置在I I、IV象限的位置，二者通过架板 I (26) 和架板 II (34) 组合成一体，并关联到移动机器人的本体(13)上。

图 5 显示了行走驱动单元的结构图，依图 5所示，履带驱动电机 ( 42 )，以螺栓XIII （421）和垫圈 XIII（422），连接到履带驱动轮座 I（22）上；谐波减速器I 齿圈（23）之定圈，以螺栓V （222）和垫圈 V（223）连接到履带驱动轮座 I（22）上；谐波减速器I 齿圈（23）之动圈，以螺钉（503）连接到履带驱动轮（5）上；轴承 II（224）和轴承挡圈I（24）串联安装在履带驱动轮座 I（22）上，并以轴挡圈I（221）定位；谐波减速器I波发生器（424）通过平键III（423）与履带驱动电机 ( 42 )的电机轴相关联；谐波减速器I 柔性齿轮（425）安装在谐波减速器I 齿圈（23）和谐波减速器I波发生器（424）之间；行轮驱动大齿轮（18）以螺栓IV （181）和垫圈IV（182）连接到履带驱动轮（5）上；履带驱动轮（5）套装在与履带驱动轮座I（22）相关联的轴承 II（224）上；大链轮 II（25）以螺栓VI（251）和垫圈 VI（252）连接到履带驱动轮（5）上，实现了履带驱动轮（5）的轴向限位；行轮支撑架 I（14）串联轴瓦（20）和衬片（21），以螺钉安装到动摆I（2）上；以螺栓 II（171）和垫圈II（172）将行轮驱动小齿轮（17）连接到行轮（7）上；将轴承 I（173）和行轮驱动小齿轮（17）串联安装到行轮支撑架 I（14）的行轮轴（141）上；以螺栓 II（171）和垫圈II（172）将轴端挡片（16）连接到行轮轴（141）上实现了行轮（7）在行轮支撑架 I（14）上的定位，至此，形成了本发明的行走驱动单元。

将上述的行走驱动单元上的履带驱动轮座 I（22）串联架板轴承 I （28）、架板 I（26）、动摆 I （2），以螺栓VII（291）和垫圈VII（292）连接到结合筒（29）上，完成了行走驱动单元和动摆驱动单元相关联的安装。

以顶丝I（273）将电位计（271）连接到电位计轮（27）上；以螺钉IV（274）将电位计轮（27）连接到架板 I （26）上；将齿形带（272）以螺钉和胶粘剂，固牢在动摆 I （2）上、与电位计轮（27）相关联的位置上，至此、完成了动摆运动状态检测传感器的安装。

图 6 显示了动摆驱动单元结构图，依图 6所示，以螺栓XII （411）和垫圈 XI（412）将动摆驱动电机 ( 41 )连接到结合筒（29）上；以螺栓XI（401）和垫圈 XI（402）将行星减速器（40）连接到谐波减速器II 波发生器（39）上；通过联轴套（30）和平键 I（301）将行星减速器（40）和谐波减速器II 波发生器（39）关联到动摆驱动电机 ( 41 )的输出轴上；将谐波减速器II柔性齿轮（391）安装在谐波减速器II 波发生器（39）和谐波减速器II齿圈（38）之间；以螺栓 X（381）、垫圈X （382）、串联动摆 II（31）将谐波减速器II 齿圈（38）之动圈，连接到结合筒（29）上；以螺栓XIV(332) 和垫圈XIV(333)，将谐波减速器II 齿圈（38）之定圈，连接到与大链轮 I （10）结为一体的履带随动轮座 I I（33）上；以螺钉 V（341）、螺栓 VIII（342）、垫圈VIII （343），将履带随动轮座 I I（33）连接到架板 II（34）上，并依赖架板轴承 II（32），关联到结合筒（29）上；以螺栓 IX（354）和垫圈IX（355）将一式两件的、另一件行轮驱动大齿轮（18），连接到履带随动轮（35）上；以轴承挡圈II（37）和顶丝II（353）、轴承III（351）和轴挡圈II （352）将履带随动轮（35）关联到履带随动轮（35）的支撑轴（331）上；以另一组螺栓 IX（354）和垫圈IX（355）连接大链轮 I （10）和履带随动轮（35）；按照上节[0015]段中、依图 5所示并描述的安装方法，将一式两件的、另一组的行轮支撑架 II（36）、轴瓦（20）、衬片 ( 21 )、行轮驱动小齿轮（17）、轴端挡片（16）、行轮（7）等零件，关联成为、依履带随动轮（35）随动的行轮（7）的运动、支撑设置结构。

至此，形成了本发明的动摆驱动单元，并完成了依结合筒（29）与行走驱动单元相关联的连接，形成了行走驱动单元和动摆驱动单元的一体结构。

按图 4 中所示和依其描述的方法将一式两件的行走驱动单元和动摆驱动单元的一体结构，分别设置在移动机器人的前后两端、呈对角布置，关联到移动机器人的本体(13)上，即构成了一台移动机器人本体的全部构成。

本发明的移动机器人的复合式驱动***，实现驱动移动机器人的功能原理如下：

履带驱动电机（42）依与结合筒（29）结为一体的驱动轮座 I（22）为支撑，驱动谐波减速器I波发生器（424）做回转运动、进而通过谐波减速器I 柔性齿轮（425），作用到谐波减速器I 齿圈（23）上，依履带驱动轮座 I（22）固定支撑的谐波减速器I 齿圈（23）的定圈，赋予连接到履带驱动轮（5）上的、谐波减速器I 齿圈（23）的动圈、在履带驱动电机（42）的驱动下、实现带动履带驱动轮（5）的回转运动；履带驱动轮（5）的回转运动，带动行轮驱动大齿轮（18）的运动，进而传动到行轮驱动小齿轮（17）上，带动依行轮支撑架 I（14）支撑的行轮（7）运动；机器人本体上、处于第I象限位置的、履带驱动轮（5）的回转运动，通过大链轮 II（25）、小链轮（11）、传动链（101）、大链轮 I（10）形成的传动链，带动机器人本体同侧的、处于第IV象限位置的、依动摆 II（31）做支撑的履带随动轮（35）的运动、并依其传动关系，带动与履带随动轮（35）相关联的行轮（7）做回转运动。

安装在动摆I（2）上的履带驱动轮（5）与履带前导轮（1）、履带压轮（15）、履带导板（3）形成实现履带（4）的主动驱动功能的设置。

安装在动摆 II（31）上的履带随动轮（35），依大链轮 I（10）的传动，与另一组履带前导轮（1）、履带压轮（15）、履带导板（3）形成实现另一组履带（4）的随动运动功能的设置。

动摆驱动电机（41）依结合筒（29）为支撑，通过行星减速器（40）关联到谐波减速器II 波发生器（39）上、并驱动谐波减速器II 波发生器（39）做回转运动、进而通过谐波减速器II柔性齿轮 ( 391 ) ，作用到谐波减速器II 齿圈 ( 38 )上，依与机器人架板 II（34）和履带随动轮座 I I（33）固定连接的、谐波减速器II 齿圈 ( 38 )的定圈，赋予连接到结合筒（29）上的、谐波减速器II 齿圈 ( 38 )的动圈、在动摆驱动电机（41）的驱动下、实现带动与结合筒（29）结为一体的动摆 II（31），依架板 II（34）和架板轴承 II（32）做支撑的回转摆动。

动摆I （2）的回转摆动姿态的位置检测，是由与电位计（271）相关联的结构设置，赋予电位计（271）检测动摆I （2）与架板 I（26）的相对运动而实现的。

、II 象限或III、IV象限的、由一组驱动单元和动摆驱动单元的一体结构为驱动设置所构成的、依与机器人本体（13）结合的架板 I（26）和架板 II（34）共同支撑的，移动机器人的前或后驱动的设置，形成了移动机器人以履带和轮的复合结构行走的运动方式。

应用本发明移动机器人的复合式驱动***的移动机器人，在通过简单路况地带时，将前、后的动摆向上完全收起，即实现以行轮（7）着地，在不改变驱动参数的前提下，达到行轮以优于履带行走模式的、快速行走的目的。

本发明移动机器人的复合式驱动***的移动机器人的主要特征是，行走驱动单元和动摆驱动单元是一体化结构；移动机器人行走驱动电机是由自带的码盘，实现闭环控制的；履带和轮行走模式的转化在于一个偏心结构；履带和轮行走模式依赖同一驱动***，实现不同的运动速度；传动链中应用了大速比、高效、小体积的谐波加速器和行星减速器；传动链中、低速重载荷的运动支撑，采用了滑动轴承的结构设置；移动机器人动摆运动状态的检测传感器，是依赖一个齿形带结构设置来完成工作的。

本发明移动机器人的复合式驱动***的应用目的，不限于实施例所表述的、成为主应用载体移动机器人的驱动***，同样可以应用在特种车辆、移动平台等以履带形成运动模式的主应用载体上。

本发明移动机器人的复合式驱动***，不限于实施例中所表述的结构形式和组合形式，同样可以是应用相似的功能部件、相似的组合方式，组合成的另一种复合式驱动***形式的装置。

Claims

1.一种移动机器人的复合式驱动***，是在一个成熟应用的履带式移动机器人驱动机构的基础上，增加了一个依赖机器人动摆赋予其作业位置的、具有偏心结构的、辅助履带运动的轮式行走机构；其支撑结构设置在机器人的动摆上；与履带驱动轮的轴心具有一定的偏心距；依赖履带驱动轮的动力；将履带驱动轮的运动，通过一个增速设置，传送给轮式运动机构；依赖机器人动摆的姿态，实现轮式运动机构的运动轮接触地面的踏面，作用优先于履带接触地面的踏面；实现同一驱动源的运动轮、在不改变驱动参数的前提下，达到运动轮以优于履带行走的模式的、快速行走的目的。

2.根据权利要求1所述的移动机器人的复合式驱动***，其特征是：行走驱动单元和动摆驱动单元是一体化的、同轴、相背的结构。

3.根据权利要求1所述的移动机器人的复合式驱动***，其特征是：履带和轮行走模式的转化在于一个偏心结构；履带和轮行走模式依赖于同一驱动链，输出不同的运动速度。

4.根据权利要求1所述的移动机器人的复合式驱动***，其特征是：由动摆的位置状态，赋予履带和轮行走模式转化的偏心结构实现其功能，动摆向上完全收起，即实现以行走轮着地，在不改变驱动参数的前提下，达到行走轮以优于履带行走模式的、快速行走的目的。

5.根据权利要求1所述的移动机器人的复合式驱动***，其特征是：传动链中应用了大速比、高效、小体积的谐波加速器和行星减速器。

6.根据权利要求1所述的移动机器人的复合式驱动***，其特征是：传动链中、低速重载荷的运动支撑，采用了滑动轴承的结构设置。

7.根据权利要求1所述的移动机器人的复合式驱动***，其特征是：动摆运动姿态的检测传感器，是依赖一个与齿形带相关的结构设置来实现其功能的。

8.根据权利要求1所述的移动机器人的复合式驱动***，其特征是：本发明复合式驱动***一式两件，应用在以移动机器人为主应用载体上时，前、后对角设置，即I 、III 象限或II 、IV象限的设备功能相同，移动机器人同侧的、II、III象限或I 、IV象限的、不同功能的驱动设备之间，是通过另一个、外挂的传动***来实现的。

9.根据权利要求1所述的移动机器人的复合式驱动***，其特征是：本发明移动机器人的复合式驱动***的应用目的，不限于实施例所表述的、成为主应用载体--移动机器人的驱动***，同样可以应用在特种车辆、移动平台等以履带形成运动模式的主应用载体上。

10.根据权利要求1所述的移动机器人的复合式驱动***，其特征是：本发明移动机器人的复合式驱动***，不限于实施例中所表述的结构形式和组合形式，同样可以是应用相似的功能部件、相似的组合方式，组合成的另一种复合式驱动***。