CN107651030A - 驱动内置的缓冲摇动履带移动平台及具有其的机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种驱动内置的缓冲摇动履带移动平台及具有其的机器人，该移动平台包括中间车体、履带单元、缓冲式差动平衡装置；中间车体包括车架、驱动电机、转动组件；转动组件包括：旋转座、旋转筒、中间轴、第一挠性件轮；履带单元包括履带架、第一履带驱动轮、第二挠性件轮、第一挠性件、第一履带轮、第一履带；缓冲式差动平衡装置包括横摆杆、连杆一、连杆二、弹性元件；本发明驱动电机内置使得履带单元结构得以简化，且驱动电机及电器元件的安装与布置都更加方便；缓冲式差动平衡装置上采用了缓冲装置，很好的缓解了履带通过障碍物时的冲击与震动，保证了机器人的电气***的稳定运行。

Description

驱动内置的缓冲摇动履带移动平台及具有其的机器人

技术领域

本发明涉及一种驱动内置的缓冲摇动履带移动平台及具有其的机器人，属于移动机器人机构技术领域。

背景技术

履带式行走机构具有地形适应性强，越障性能好等优点，在移动机器人领域得到了广泛应用。为了获得更好的移动性能，研究人员对可变形的履带式行走机构进行了研究，也提出了一些很好的技术方案，比如，中国矿业大学提出了一种摇杆式双梯形履带机器人(申请号：CN201310728759.7)，该机器人的驱动电机外置，设于履带单元上，使得履带单元结构较为复杂，且需要电机需要进行单独的防护设计，而且还要将电机电源线、编码器线缆引入到主车体中。该机器人虽安装了差动平衡装置，但没有缓冲效果，在单侧履带通过障碍时，会出现较大的冲击与震动，这对机器人的电气***的稳定运行影响较大。因此，设计一种驱动内置且具有缓冲作用的摇动履带机器人移动平台具有重要意义。

发明内容

发明目的：为了解决上述问题，提出了一种驱动内置的缓冲摇动履带移动平台及具有其的机器人。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

驱动内置的缓冲摇动履带移动平台，包括：中间车体、履带单元、缓冲式差动平衡装置；所述中间车体包括：车架、驱动电机、转动组件；所述驱动电机为两个，两个所述驱动电机与所述车架相连；所述转动组件为两个，两个转动组件对称设置在车架的两侧，且转动组件包括：旋转座、旋转筒、中间轴、第一挠性件轮；所述旋转座一端与车架固定，并且两个转动组件的旋转座同轴线；所述旋转筒与旋转座可枢转地相连，构成转动副，在旋转筒的圆柱面上设有开口；所述中间轴设于旋转筒的内部，且中间轴与旋转筒可枢转地相连，构成转动副，中间轴与驱动电机的输出轴相连，通过驱动电机带动中间轴转动；所述第一挠性件轮与所述中间轴同轴相连，并且第一挠性件轮处于所述旋转筒的开口处；

所述履带单元为两个，两个履带单元对称设置在中间车体的两侧，且履带单元包括：履带架、第一履带驱动轮、第二挠性件轮、第一挠性件、第一履带轮、第一履带；所述履带架内侧与旋转筒相连；所述第一履带驱动轮与履带架相连；所述第二挠性件轮与第一履带驱动轮同轴相连；所述第一挠性件穿过旋转筒上的开口并连接第一挠性件轮与第二挠性件轮，实现挠性件传动；所述第一履带轮与履带架相连；所述第一履带包围在第一履带轮与第一履带驱动轮的外面。

所述缓冲式差动平衡装置与中间车体、两个履带单元相连，且差动平衡装置包括：横摆杆、连杆一、连杆二、弹性元件；所述横摆杆中部与中间车体一端中部可枢转地相连，构成转动副；所述连杆一的一端与横摆杆的一端以球副相连，连杆一的另一端与一个履带单元的履带架以球副相连；所述连杆二的一端与横摆杆的另一端以球副相连，连杆二的另一端与另一个履带单元的履带架以球副相连；所述弹性元件为两个，两个弹性元件对称设置在横摆杆的两端，弹性元件的一端与横摆杆相连，弹性元件的另一端与车架相连，车架通过两个弹性元件对横摆杆两端进行限位。

进一步的，所述旋转筒一端设有轴颈，所述轴颈设于所述旋转座的轴孔内，在轴颈前端设有轴向限位挡片，轴颈后端与旋转筒之间形成轴肩，轴向限位挡片和轴肩贴靠于旋转座的两侧，通过轴向限位挡片和轴肩对旋转筒进行轴向定位。

进一步的，所述旋转筒与所述中间轴之间设有轴承；中间轴为中空轴，所述驱动电机的输出轴伸入中间轴内并与中间轴通过键连接；驱动电机的输出轴后端设有限位轴肩，限位轴肩贴靠于中间轴一端端面，输出轴前端设有螺母，螺母位于中间轴另一端的限位槽内，通过输出轴限位轴肩和螺母对中间轴进行轴向定位。

进一步的，所述履带单元还包括：第二履带驱动轮、第三挠性件轮、第四挠性件轮、第二挠性件、第二履带轮、第二履带；所述第二履带驱动轮与履带架相连；所述第三挠性件轮与第一履带驱动轮同轴相连；所述第四挠性件轮与第二履带驱动轮同轴相连；所述第二挠性件连接第三挠性件轮与第四挠性件轮，实现挠性件传动；所述第二履带轮与履带架相连；所述第二履带包围在第二履带轮与第二履带驱动轮的外面。

进一步的，所述第一挠性件轮、第二挠性件轮、第三挠性件轮、第四挠性件轮均为链轮，所述第一挠性件、第二挠性件均为链条。

进一步的，所述第一挠性件轮、第二挠性件轮、第三挠性件轮、第四挠性件轮均为同步带轮，所述第一挠性件、第二挠性件均为同步带。

进一步的，所述弹性元件包括弹簧连接座、压缩弹簧、弹簧压缩筒，弹簧连接座与横摆杆相连，压缩弹簧的一端与弹簧连接座相连；弹簧压缩筒与中间车体的车架相连，弹簧压缩筒设有盲孔，压缩弹簧的另一端置于弹簧压缩筒的盲孔内。

进一步的，所述弹性元件包括弹簧挂座、弹簧连接环、拉伸弹簧，弹簧挂座与中间车体的车架相连，弹簧连接环与弹簧挂座相连，拉伸弹簧一端与弹簧连接环相连，拉伸弹簧另一端与横摆杆相连。

一种移动机器人，所述移动机器人包括上述的驱动内置的缓冲摇动履带移动平台。

采用本发明的技术方案具有以下有益效果：(1)所述驱动电机内置使得履带单元结构得以简化，且驱动电机及电器元件的安装与布置都更加方便；(2)所述缓冲式差动平衡装置上采用了缓冲装置，很好的缓解了履带通过障碍物时的冲击与震动，保证了机器人的电气***的稳定运行。

附图说明

图1为本发明移动平台实施例一的三维结构示意图；

图2为图1中I处的局部放大图；

图3为图1所示实施例的俯视图；

图4为图1所示实施例的局部剖视图；

图5为图4中II处的局部放大图；

图6为图1所示移动平台的履带单元的三维结构示意图；

图7为图6所示履带单元的另一三维结构示意图；

图8为本发明履带单元的另一实施例的三维结构图；

图9为本发明移动平台实施例二的三维结构示意图；

图10为图9中III处的局部放大图；

图11为图9所示实施例通过起伏地形时的状态图；

图12为图11中Ⅳ处的局部放大图；

图13为图11中Ⅴ处的局部放大图；

图14为具有图1所示移动平台的机器人的结构示意图；

附图标记：

100-移动平台；

1-中间车体；

11-车架；

12-驱动电机；

121-电机输出轴，122-键，123-螺母，124-连接板；

13-转动组件；

131-旋转座，132-旋转筒，133-中间轴，134-第一挠性件轮，135-轴向限位挡片，136-轴承，137-定位端盖，138-螺钉；

1321-开口，1322-轴颈；1323-轴肩；

1331-限位槽；

1361-轴承一，1362-轴承二；

2-履带单元；

20-履带组件；201-第一履带组件；202-第二履带组件；

21-履带架，22-第一履带驱动轮，23-第一挠性件轮，24-第一挠性件，25-第一履带轮，26-第一履带，27-第三挠性件轮，28-第四挠性件轮，29-第二挠性件，210-第二履带驱动轮，211-第二履带轮，212-第二履带；

3-缓冲式差动平衡装置；

31-横摆杆，32-连杆一，33-连杆二，34-弹性元件；

341-弹簧连接座，342-压缩弹簧，343-弹簧压缩筒，344-弹簧挂座，345-弹簧连接环，346-拉伸弹簧；

4-云台，5-传感单元。

具体实施方式：

下面结合图1-图14详细描述根据本发明实施例的驱动内置的缓冲摇动履带移动平台及具有其的机器人，并进一步说明本发明，通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明实施例一的驱动内置的缓冲摇动履带移动平台，该移动平台100包括：中间车体1、履带单元2、缓冲式差动平衡装置3。

图3、图4、图5中，中间车体1包括：车架11、驱动电机12、转动组件13；驱动电机12为两个，两个驱动电机12与车架11相连；具体的，驱动电机12通过连接板124与车架11相连；转动组件13为两个，两个转动组件对称设置在车架的两侧；转动组件13包括旋转座131、旋转筒132、中间轴133、第一挠性件轮134；旋转座131一端与车架11固定，并且两个转动组件13的旋转座131同轴线；旋转筒132与旋转座131可枢转地相连，构成转动副，在旋转筒132的圆柱面上设有开口1321；中间轴133设于旋转筒132的内部，且中间轴133与旋转筒132可枢转地相连，构成转动副；中间轴133与驱动电机12的输出轴121相连，通过驱动电机带动中间轴转动；第一挠性件轮134与中间轴133同轴相连，并且第一挠性件轮134处于旋转筒132的开口处。

进一步，如图5所示,旋转座131通过螺钉与车架11侧面连接。所述旋转筒132一端设有轴颈1322，轴颈1322设于旋转座131的轴孔内，在轴颈1322前端设有轴向限位挡片135，轴颈1322后端与旋转筒132之间形成轴肩1323，轴向限位挡片135和轴肩1323贴靠于旋转座131的两侧，通过轴向限位挡片135和轴肩1323对旋转筒132进行轴向定位。在实施例一中，轴向限位挡片135与旋转筒132的轴颈1322前端端面通过螺钉138连接。

优选地，如图5所示，旋转筒132与中间轴133之间设有轴承136，具体地在中间轴133两端均设有一个轴承，分别设有轴承一1361和轴承二1362；中间轴133为中空轴，驱动电机12的输出轴121伸入中间轴133内并与中间轴133通过键连接，具体的，中间轴133内壁设有键槽，输出轴121外圆上的键与中间轴133的键槽配合；驱动电机12的输出轴121后端设有限位轴肩，限位轴肩贴靠于中间轴133一端端面，输出轴121前端设有螺母123，螺母123位于中间轴133另一端的限位槽1331内，通过输出轴121限位轴肩和螺母123对中间轴133进行轴向定位。

可选地，中空轴133与第一挠性件轮134可加工为一体，可为通过焊接或过盈配合连接在一起，也可进行一体化加工，这样结构更为简洁，如图5所示的实施例为一体化加工。该实施例中，旋转筒132一端外径一端小、一端外径较大，旋转筒132外径小的一端设有轴颈1322端与旋转座131可枢转地相连，旋转筒132的另一端内部可容纳第一挠性件轮134。轴承一1361位于轴颈1322处，轴承二1362位于螺母123处，轴承一1361和轴承二1362分别与旋转筒132内壁配合，轴承一1361的直径小于轴承二1362的直径，且轴承一1361和轴承二1362的外侧分别受到旋转筒132内壁凸起的轴向限位，这样中空轴133就被定位在旋转筒132内。本实施例的装配时，轴承、中空轴133、第一挠性件轮134可从旋转筒132的大径端装入。

如图6-7所示，履带单元2为两个，两个履带单元2对称设置在中间车体1的两侧。履带单元2包括：履带架21、第一履带驱动轮22、第二挠性件轮23、第一挠性件24、第一履带轮25和第一履带26。履带架21内侧与旋转筒133端部相连；第一履带驱动轮22与履带架21相连；第二挠性件轮23与第一履带驱动轮22同轴相连；第一挠性件24穿过开口1321连接第一挠性件轮134与第二挠性件轮23，实现挠性件传动；第一履带轮25与履带架21相连；第一履带26包围在第一履带轮25与第一履带驱动轮22的外面。优选的，履带单元2还包括第二履带驱动轮210、第三挠性件轮27、第四挠性件轮28、第二挠性件29、第二履带轮211、第二履带212。第二履带驱动轮210与履带架21相连；第三挠性件轮27与第一履带驱动轮22同轴相连；第四挠性件轮28与第二履带驱动轮210同轴相连；第二挠性件29连接第三挠性件轮与第四挠性件轮，实现挠性件传动；第二履带轮211与履带架21相连；第二履带212包围在第二履带轮211与第二履带驱动轮210的外面。通过上述结构，履带单元2中的第一履带驱动轮22、第一履带轮25和第一履带26构成了第一履带组件201；履带单元2中的第二履带驱动轮210、第二履带轮211、第二履带212构成了第二履带组件202，第二履带组件202与第一履带组件20均成倒梯形。第一履带组件201与中件轴133之间通过第一挠性件轮134、第二挠性件轮23、第一挠性件24实现了挠性传动；第二履带组件202与第一履带组件201之间通过第三挠性件轮27、第四挠性件轮28、第二挠性件29实现了挠性传动。

本实施例一中，挠性件传动采用链条传动。即：第一挠性件轮、第二挠性件轮、第三挠性件轮、第四挠性件轮均为链轮，第一挠性件、第二挠性件均为链条。如图8所示，挠性件传动也可以采用同步带传动。即：第一挠性件轮、第二挠性件轮、第三挠性件轮、第四挠性件轮均为同步带轮，第一挠性件、第二挠性件均为同步带。

如图1、2、9、10所示，缓冲式差动平衡装置3与中间车体1的车架11、两个履带单元2相连，缓冲式差动平衡装置3包括：横摆杆31、连杆一32、连杆二33、弹性元件34，横摆杆31中部与中间车体1一端中部可枢转地相连，构成转动副；连杆一32的一端与横摆杆31的一端以球副相连，连杆一32的另一端与一个履带单元2的履带架21以球副相连；连杆二33的一端与横摆杆31的另一端以球副相连，连杆二33的另一端与另一个履带单元2的履带架21以球副相连；弹性元件34为两个，两个弹性元件对称设置在横摆杆31的两端，弹性元件34的一端与横摆杆31相连，弹性元件34的另一端与车架11相连，车架11通过两个弹性元件34对横摆杆31两端进行限位。

图1、2所示的实施例一中，弹性元件34包括弹簧连接座341、压缩弹簧342、弹簧压缩筒343，弹簧连接座341与横摆杆31的一端相连，且压缩弹簧342的一端与弹簧连接座341相连；弹簧压缩筒343与中间车体1的车架11相连，弹簧压缩筒343设有盲孔，压缩弹簧342的另一端置于弹簧压缩筒343的盲孔内。采用此技术方案，当横摆杆31的发生摆动时，其中一侧的弹性元件34的压缩弹簧342发生压缩，对横摆杆31的摆动产生阻尼缓冲作用，另一侧弹性元件34的压缩弹簧342脱离弹簧压缩筒343的盲孔底部，且受到弹簧压缩筒343的内壁导向不会脱离弹簧压缩筒343。

图9至13所示的实施例二中，弹性元件34包括弹簧挂座344、弹簧连接环345、拉伸弹簧346，弹簧挂座344与中间车体1的车架11相连，弹簧连接环345与弹簧挂座344相连，拉伸弹簧346一端挂连在弹簧连接环345上，拉伸弹簧34另一端挂连在横摆杆31的一端。采用此技术方案，当移动平台100在不平整地形移动时，履带单元2带动缓冲式差动平衡装置3运动，造成横摆杆31摆动，如图11所示，当横摆杆31的发生摆动时，其中一侧的弹性元件34的拉伸弹簧346在弹簧挂座344与横摆杆31发生拉伸(如图11中的Ⅴ处，详见图13)对横摆杆31的摆动产生阻尼缓冲作用；另一侧弹性元件34的拉伸弹簧346的一端向弹簧连接环345运动，不产生拉伸运动，且拉伸弹簧346不脱离弹簧连接环345(如图11中的Ⅳ处，详见图12)。

通过上述技术方案，转动组件13的旋转筒132的一端与旋转座131形成了转动副，实现了转动组件13相对中间车体1中部的转动；旋转筒132的另一端与履带单元2连接，这样履带单元2就可以通过转动组件13与中间箱体发生相对转动。中空轴133通过轴承一1361、轴承1362及定位端盖137与旋转筒132实现了支撑与轴向定位；这样驱动电机12固定在中间车体1的车架11内，其输出轴121就可驱动中空轴133与第一挠性件轮134在旋转筒132内转动；又因旋转筒132设有开口1321，第一挠性件就可以通过开口1321将动力由第一挠性件轮134传递给履带单元2的第一履带组件201；又通过第二挠性件传动将动力传递给了第一履带组件202，实现了履带单元的运动。缓冲式差动平衡装置3与中间车体1、两个履带单元2相连，实现了两个履带单元2与中间车体1的联动。缓冲式差动平衡装置3的弹性元件34对横摆杆31的摆动可产生阻尼缓冲作用，即实现了中间车体1对两个履带单元2的阻尼缓冲作用。采用这种方案，当移动平台在不平整的地形上移动时，两个履带单元2因地形的不平通过转动组件13其相对中间车体1发生摆动时，存在一定的阻尼缓冲作用；可减少因为履带单元2的快速摆动带来的冲击。因此，通过本发明的技术方案，可将驱动电机安装与中间车体的内部，这样可使履带单元结构得以简化，且驱动电机及电器元件的安装与布置都更加方便，且能将动力传递给两个相对主车体发生摆动的履带单元；也实现了移动平台在复杂地形移动时，对履带单元的阻尼缓冲作用，因此可为移动平台提供良好的减震作用。

此外，本发明还提出了一种机器人，其包括上述的驱动内置的缓冲摇动履带移动平台；如图14为采用了图1所示的移动平台100的移动机器人，移动机器人上设有电源单元、控制单元、云台4、传感单元5等。对于移动机器人的其他构成，已为现有技术，且为本领域的普通技术人员熟知，故不再详细描述。由于使用上述的驱动内置的缓冲摇动履带移动平台的缘故，能有实现机器人的内置驱动及缓冲、减震作用。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.驱动内置的缓冲摇动履带移动平台，其特征在于，所述驱动内置的缓冲摇动履带移动平台包括：

中间车体，所述中间车体包括：

车架；

驱动电机，所述驱动电机为两个，两个所述驱动电机与所述车架相连；

转动组件，所述转动组件为两个，两个转动组件对称设置在车架的两侧，且转动组件包括：

旋转座，所述旋转座一端与车架固定，并且两个转动组件的旋转座同轴线；

旋转筒，所述旋转筒与旋转座可枢转地相连，构成转动副，在旋转筒的圆柱面上设有开口；

中间轴，所述中间轴设于旋转筒的内部，且中间轴与旋转筒可枢转地相连，构成转动副，中间轴与驱动电机的输出轴相连，通过驱动电机带动中间轴转动；

第一挠性件轮，所述第一挠性件轮与所述中间轴同轴相连，并且第一挠性件轮处于所述旋转筒的开口处；

履带单元，所述履带单元为两个，两个履带单元对称设置在中间车体的两侧，且履带单元包括：

履带架，所述履带架内侧与旋转筒相连；

第一履带驱动轮，所述第一履带驱动轮与履带架相连；

第二挠性件轮，所述第二挠性件轮与第一履带驱动轮同轴相连；

第一挠性件，所述第一挠性件穿过旋转筒上的开口并连接第一挠性件轮与第二挠性件轮，实现挠性件传动；

第一履带轮，所述第一履带轮与履带架相连；

第一履带，所述第一履带包围在第一履带轮与第一履带驱动轮的外面；

缓冲式差动平衡装置，所述缓冲式差动平衡装置与中间车体、两个履带单元相连，且差动平衡装置包括：

横摆杆，所述横摆杆中部与中间车体一端中部可枢转地相连，构成转动副；

连杆一，所述连杆一的一端与横摆杆的一端以球副相连，连杆一的另一端与一个履带单元的履带架以球副相连；

连杆二，所述连杆二的一端与横摆杆的另一端以球副相连，连杆二的另一端与另一个履带单元的履带架以球副相连；

弹性元件，所述弹性元件为两个，两个弹性元件对称设置在横摆杆的两端，弹性元件的一端与横摆杆相连，弹性元件的另一端与车架相连，车架通过两个弹性元件对横摆杆两端进行限位。

2.根据权利要求1所述的驱动内置的缓冲摇动履带移动平台，其特征在于：所述旋转筒一端设有轴颈，所述轴颈设于所述旋转座的轴孔内，在轴颈前端设有轴向限位挡片，轴颈后端与旋转筒之间形成轴肩，轴向限位挡片和轴肩贴靠于旋转座的两侧，通过轴向限位挡片和轴肩对旋转筒进行轴向定位。

3.根据权利要求1所述的驱动内置的缓冲摇动履带移动平台，其特征在于：所述旋转筒与所述中间轴之间设有轴承；中间轴为中空轴，所述驱动电机的输出轴伸入中间轴内并与中间轴通过键连接；驱动电机的输出轴后端设有限位轴肩，限位轴肩贴靠于中间轴一端端面，输出轴前端设有螺母，螺母位于中间轴另一端的限位槽内，通过输出轴限位轴肩和螺母对中间轴进行轴向定位。

4.根据权利要求1所述的驱动内置的缓冲摇动履带移动平台，其特征在于：所述履带单元还包括：

第二履带驱动轮，所述第二履带驱动轮与履带架相连；

第三挠性件轮，所述第三挠性件轮与第一履带驱动轮同轴相连；

第四挠性件轮，所述第四挠性件轮与第二履带驱动轮同轴相连；

第二挠性件，所述第二挠性件连接第三挠性件轮与第四挠性件轮，实现挠性件传动；

第二履带轮，所述第二履带轮与履带架相连；

第二履带，所述第二履带包围在第二履带轮与第二履带驱动轮的外面。

5.根据权利要求4所述的驱动内置的缓冲摇动履带移动平台，其特征在于：所述第一挠性件轮、第二挠性件轮、第三挠性件轮、第四挠性件轮均为链轮，所述第一挠性件、第二挠性件均为链条。

6.根据权利要求4所述的驱动内置的缓冲摇动履带移动平台，其特征在于：所述第一挠性件轮、第二挠性件轮、第三挠性件轮、第四挠性件轮均为同步带轮，所述第一挠性件、第二挠性件均为同步带。

7.根据权利要求1所述的驱动内置的缓冲摇动履带移动平台，其特征在于：所述弹性元件包括弹簧连接座、压缩弹簧、弹簧压缩筒，弹簧连接座与横摆杆相连，压缩弹簧的一端与弹簧连接座相连；弹簧压缩筒与中间车体的车架相连，弹簧压缩筒设有盲孔，压缩弹簧的另一端置于弹簧压缩筒的盲孔内。

8.根据权利要求1所述的驱动内置的缓冲摇动履带移动平台，其特征在于：所述弹性元件包括弹簧挂座、弹簧连接环、拉伸弹簧，弹簧挂座与中间车体的车架相连，弹簧连接环与弹簧挂座相连，拉伸弹簧一端与弹簧连接环相连，拉伸弹簧另一端与横摆杆相连。

9.一种移动机器人，其特征在于所述移动机器人包括权利要求1至8中任意一项所述的驱动内置的缓冲摇动履带移动平台。