CN108202775A - 一种双驱双臂、同心四轴小型矿用机器人履带式移动平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种双驱双臂、同心四轴小型矿用机器人履带式移动平台，包括平台架以及设置在其左右两侧的行走履带组件，设置在前端的摆臂履带组件，行走履带组件包括：驱动主轴、驱动电机、驱动齿轮组、主履带轮、主履带以及导向轮；摆臂履带组件包括：摆臂轴、摆臂电机、摆臂齿轮组、摆臂履带轮、摆臂履带摆臂支撑板，且两支撑板前端合起固定着摆臂前轮；单侧履带组件的驱动电机设置在摆臂电机的下方空间平面上且投影分处驱动主轴两侧；左、右两侧的驱动电机、摆臂电机分别对应成轴对称分布。本发明的目的是提供一种双驱双臂、同心四轴小型矿用机器人履带式移动平台，方便矿井内复杂狭小空间使用，使之占用空间更小，移动更加方便，运动更加平稳。
Description
技术领域
本发明属于地面移动机器人技术领域，具体为一种双驱双臂、同心四轴小型矿用机器人履带式移动平台，能应对复杂的地形，狭小的空间环境路况进行行走，特别适用于矿井现场的勘察、搜救等任务中作为移动载体，为工作人员提供重要的第一手信息。
背景技术
在煤矿井下发生瓦斯***、塌方等事故后或是其它灾难环境下，周围环境受到严重破坏，受灾环境信息无法直接传送到救援指挥中心，救援人员无法从事救援行动，严重影响救援效率，救援人员承受巨大生命风险。那么迫切需要救援机器人在复杂环境下收集灾难环境信息，并把灾难环境信息传送给救援指挥中心，如此急需一种能在复杂矿井环境下进行移动的载物平台；而且在同等载物设备需求情况下，移动平台越小越灵活，越能适应复杂环境。
随着科学技术的不断进步，人类在自动化设备上的研发越来越智能，例如无人驾驶汽车、智能机器人等；但是在小型矿用机器人的开发应用上还存在较多需要改进的地方：
现有技术大多采用如下两种驱动方式。
1、中国专利申请号CN201610710117.8，公开号CN106275115A的专利，公开了一种六履带四摆臂救援机器人，其采用的传动模式参加其说明书附图3，其为锥齿轮传动，采用了并排平铺传动模式，其需要占用较多的横向平台空间，难以做到传动设备的精简化；而且同等电机驱动，锥齿轮传动力矩输出不及圆柱齿轮，其传动的平稳性低于圆柱齿轮。
2、中国专利申请号CN200920218549.2，公开号 CN201516604U，公开了一种模块化履带摇臂式煤矿井下探测机器人，其采用同步带进行传动，而同步带技术对于电机马达驱动间距有一定要求（需要主动轮、从动轮之间保持适当的距离才能使用同步带），其对空间的依耐性决定其不适合机器人平台小型化要求。
鉴于对现有技术的不足，申请人研发团队对小型矿用机器人平台进行了优化设计，使之占用空间更小，移动更加方便，运动更加平稳。
发明内容
本发明的目的是针对以上问题，提供一种双驱双臂、同心四轴小型矿用机器人履带式移动平台，方便矿井内复杂狭小空间使用，使之占用空间更小，移动更加方便，运动更加平稳。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：一种双驱双臂、同心四轴小型矿用机器人履带式移动平台，它包括平台架（1）以及设置在其左右两侧的行走履带组件，设置在前端的摆臂履带组件，其中，行走履带组件包括：处在内层的为实心结构的摆臂轴（6）以及套装在其上的空心驱动主轴（7），所述驱动主轴（7）安装在第一轴承座（8）与第二轴承座（9）之间固定可转动，且在第一轴承座（8）与第二轴承座（9）之间的驱动主轴（7）上套装有驱动副齿轮（71）并与驱动电机（4）末端的驱动齿轮（41）相啮合；驱动主轴（7）伸出平台架（1）的位置上设置有主履带轮（2）以及安装在其上的主履带（21），主履带（21）的另一端安装在导向轮（22）上。
摆臂履带组件包括：摆臂轴（6）以及，摆臂轴（6）内侧末端设置有摆臂副齿轮（61）与摆臂电机（5）上的摆臂齿轮（51）啮合；所述摆臂轴（6）外侧通过固定的摆臂履带轮（3）安装有摆臂履带（31）；摆臂履带轮（3）套装在驱动主轴（7）的外侧末端上，摆臂履带轮（3）两侧分别固定有摆臂内侧支撑板（36）和摆臂外侧支撑板（35），且两支撑板前端合起固定着摆臂前轮（32）；摆臂履带（31）安装在摆臂履带轮（3）和摆臂前轮（32）之间。
单侧履带组件的驱动电机（4）设置在摆臂电机（5)的下方空间平面上且投影分处驱动主轴（7）两侧；左、右两侧的驱动电机（4）、摆臂电机（5)分别对应成轴对称分布。
进一步的，所述驱动主轴（7）套装在摆臂轴（6）上，从内侧的第一轴承座（8）一直延伸到外侧的摆臂履带轮（3）处。
进一步的，所述主履带轮（2）与导向轮（22）之间通过支撑板张紧，且单个主履带（21）上的导向轮（22）为成组同轴分别设置在主履带（21）的两侧。
进一步的，所述摆臂外侧支撑板（35）靠外侧设置有凸台（351），且凸台（351）设置在摆臂轴（6）轴心线处。
进一步的，驱动主轴（7）套在摆臂轴（6）的两端处均设置有套筒轴承（72），且在外侧套筒轴承（72）处摆臂轴（6）上套有摆臂端封（34），摆臂端封（34）紧固在摆臂履带轮（3）上。
进一步的，在平台架（1）外侧的第二轴承座（9）处设置有轴封套（92），其紧固在第二轴承座（9）上。
进一步的，所述摆臂内侧支撑板（36）和摆臂外侧支撑板（35）之间摆臂履带（31）的内侧边沿处固定设置有拖带轮（33）。
进一步的，所述主履带轮（2）的外侧驱动主轴（7）上通过小圆螺母（23）固定。
进一步的，所述驱动电机（4）、摆臂电机（5）的电机端均朝向平台架（1）内侧。
进一步的，所述平台架（1）的分为处在前端的用于安装传动部件的传动区（11）以及处在末端的用于承载功能设备的扩展区（12）。
本发明的有益效果：本发明提供了一种双驱双臂、同心四轴小型矿用机器人履带式移动平台，方便矿井内复杂狭小空间使用，使之占用空间更小，移动更加方便，运动更加平稳。
1、采用了两个驱动，两个摆臂，双驱双臂设计，适用于不同路况需求，移动平台可适应性强。
2、采用了同心套筒轴的设计方式，同心四轴，而且驱动电机与摆臂电机的轴线与套筒轴的轴线平行设计，使得运动更加平稳，传动效率更高；不存在锥齿轮的轴向力问题，也不存在同步带传动效率低，运动不平稳的问题。
3、采用了上下两排电机交错叠加的形式，避免了锥齿轮水平并排占用较多空间，同时也不存在同步带对中心距的最小距离要求问题。
4、采用驱动主轴套装在摆臂轴上，从内侧的第一轴承座一直延伸到外侧的摆臂履带轮处，便于在驱动电机转动时实现摆臂履带的同步运动。
5、本发明主履带轮与导向轮之间通过支撑板张紧，且单个主履带上的导向轮为成组同轴分别设置在主履带的两侧，采用分开导向轮的设计，便于减轻重量，同时便于替换维护，降低成本。而且导向轮之间的空隙使得主履带运动时稳定性更好。
6、由于传动部件集中在驱动主轴、摆臂轴的轴心位置，整个装置重心可以设计落在驱动轴心线上，同心设计的移动平台可以做到更小更稳定，便于承载和在复杂地况移动。
7、本发明摆臂外侧支撑板靠外侧设置有凸台，且凸台设置在摆臂轴的轴心线处，而且凸台采用圆形台设计，盖住摆臂履带轮，驱动带轮转动时设备更加稳定。
8、本发明采用传动区与扩展区分开的方式，便于设备维护与快速装卸，通用性强，设备使用寿命更长和维护成本更低。
附图说明
图1为本发明立体结构示意图。
图2为图1中左视示意图。
图3为图1中俯视示意图。
图4为本发明内部结构剖视示意图。
图5为图4中A处局部放大示意图。
图6为本发明传动组件立体结构示意。
图7为图6中C向示意图。
图8为图6中B向示意图。
图中所述文字标注表示为：1、平台架；11、传动区；12、扩展区；13、机架；
2、主履带轮；21、主履带；22、导向轮；23、小圆螺母；
3、摆臂履带轮；31、摆臂履带；32、摆臂前轮；33、拖带轮；34、摆臂端封；35、摆臂外侧支撑板；351、凸台；36、摆臂内侧支撑板；
4、驱动电机；41、驱动齿轮；
5、摆臂电机；51、摆臂齿轮；
6、摆臂轴；61、摆臂副齿轮；
7、驱动主轴；71、驱动副齿轮；72、套筒轴承；
8、第一轴承座；81、第一轴承；9、第二轴承座；91、第二轴承；92、轴封套。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
如图1-图5所示，本发明的具体结构为：一种双驱双臂、同心四轴小型矿用机器人履带式移动平台，它包括平台架1以及设置在其左右两侧的行走履带组件，设置在前端的摆臂履带组件，其中，行走履带组件包括：处在内层的为实心结构的摆臂轴6以及套装在其上的空心驱动主轴7，所述驱动主轴7安装在第一轴承座8与第二轴承座9之间固定可转动，且在第一轴承座8与第二轴承座9之间的驱动主轴7上套装有驱动副齿轮71并与驱动电机4末端的驱动齿轮41相啮合；驱动主轴7伸出平台架1的位置上设置有主履带轮2以及安装在其上的主履带21，主履带21的另一端安装在导向轮22上。
摆臂履带组件包括：摆臂轴6以及，摆臂轴6内侧末端设置有摆臂副齿轮61与摆臂电机5上的摆臂齿轮51啮合；所述摆臂轴6外侧通过固定的摆臂履带轮3安装有摆臂履带31；摆臂履带轮3套装在驱动主轴7的外侧末端上，摆臂履带轮3两侧分别固定有摆臂内侧支撑板36和摆臂外侧支撑板35，且两支撑板前端合起固定着摆臂前轮32；摆臂履带31安装在摆臂履带轮3和摆臂前轮32之间。
单侧履带组件的驱动电机4设置在摆臂电机5的下方空间平面上且投影分处驱动主轴7两侧；左、右两侧的驱动电机4、摆臂电机5分别对应成轴对称分布。采用了上下两排电机交错叠加的形式，避免了锥齿轮水平并排占用较多空间，同时也不存在同步带对中心距的最小距离要求问题。
优选的，所述驱动主轴7套装在摆臂轴6上，从内侧的第一轴承座8一直延伸到外侧的摆臂履带轮3处。
优选的，所述主履带轮2与导向轮22之间通过支撑板张紧，且单个主履带21上的导向轮22为成组同轴分别设置在主履带21的两侧。
优选的，所述摆臂外侧支撑板35靠外侧设置有凸台351，且凸台351设置在摆臂轴6轴心线处。凸台采用圆形台设计，盖住摆臂履带轮，驱动带轮转动时设备更加稳定。
如图4、图5所示，优选的，驱动主轴7套在摆臂轴6的两端处均设置有套筒轴承72，且在外侧套筒轴承72处摆臂轴6上套有摆臂端封34，摆臂端封34紧固在摆臂履带轮3上。
优选的，在平台架1外侧的第二轴承座9处设置有轴封套92，其紧固在第二轴承座9上。
优选的，所述摆臂内侧支撑板36和摆臂外侧支撑板35之间摆臂履带31的内侧边沿处固定设置有拖带轮33。
优选的，所述主履带轮2的外侧驱动主轴7上通过小圆螺母23固定。
优选的，所述驱动电机4、摆臂电机5的电机端均朝向平台架1内侧。如此设计，更方便车辆平台移动平稳。
如图6-8所示，为本发明传动组件结构示意图，图中显示驱动电机4、摆臂电机5均固定在机架13上。在整个机架13固定在平台架1上。
优选的，所述平台架1的分为处在前端的用于安装传动部件的传动区11以及处在末端的用于承载功能设备的扩展区12。本发明采用传动区与扩展区分开的方式，便于设备维护与快速装卸，通用性强，设备使用寿命更长和维护成本更低。
本发明为了叙述的简便性关于驱动电机4、摆臂电机5和电力控制以及供电***进行了略除，此处非为本发明的重点，且现有技术可以实现各个驱动的单独或者共同运转，故此处予以省略，不影响本发明的理解以及技术点保护。
具体使用时，如图1、图4、图5所示，通常情况下正常路况是，摆臂履带组件收回到车身后面，正常前进；但前进到遇到一般大小沟壑不平时，摆臂电机5开启，通过摆臂副齿轮51带动摆臂轴6转动，从而带动摆臂履带组件打开向前伸出，摆臂履带组件可以竖直方向360度转动，摆臂电机5的动作与行走履带组件相互隔离。本发明小型矿用机器人履带式移动平台的转弯与原地360转动通过左右驱动电机4的差速转动实现转向。平台架1的分为处在前端的用于安装传动部件的传动区11以及处在末端的用于承载功能设备的扩展区12，便于在平台架1上按需安装各种型号的设备，其通用性更强，而且不易损坏传动部件，对传动影响小。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种双驱双臂、同心四轴小型矿用机器人履带式移动平台，它包括平台架（1）以及设置在其左右两侧的行走履带组件，设置在前端的摆臂履带组件，其特征在于，
行走履带组件包括：处在内层的为实心结构的摆臂轴（6）以及套装在其上的空心驱动主轴（7），所述驱动主轴（7）安装在第一轴承座（8）与第二轴承座（9）之间固定可转动，且在第一轴承座（8）与第二轴承座（9）之间的驱动主轴（7）上套装有驱动副齿轮（71）并与驱动电机（4）末端的驱动齿轮（41）相啮合；驱动主轴（7）伸出平台架（1）的位置上设置有主履带轮（2）以及安装在其上的主履带（21），主履带（21）的另一端安装在导向轮（22）上；
摆臂履带组件包括：摆臂轴（6）以及，摆臂轴（6）内侧末端设置有摆臂副齿轮（61）与摆臂电机（5）上的摆臂齿轮（51）啮合；所述摆臂轴（6）外侧通过固定的摆臂履带轮（3）安装有摆臂履带（31）；摆臂履带轮（3）套装在驱动主轴（7）的外侧末端上，摆臂履带轮（3）两侧分别固定有摆臂内侧支撑板（36）和摆臂外侧支撑板（35），且两支撑板前端合起固定着摆臂前轮（32）；摆臂履带（31）安装在摆臂履带轮（3）和摆臂前轮（32）之间；
单侧履带组件的驱动电机（4）设置在摆臂电机（5)的下方空间平面上且投影分处驱动主轴（7）两侧；左、右两侧的驱动电机（4）、摆臂电机（5)分别对应成轴对称分布。
2.根据权利要求1所述的一种双驱双臂、同心四轴小型矿用机器人履带式移动平台，其特征在于，所述驱动主轴（7）套装在摆臂轴（6）上，从内侧的第一轴承座（8）一直延伸到外侧的摆臂履带轮（3）处。
3.根据权利要求1所述的一种双驱双臂、同心四轴小型矿用机器人履带式移动平台，其特征在于，所述主履带轮（2）与导向轮（22）之间通过支撑板张紧，且单个主履带（21）上的导向轮（22）为成组同轴分别设置在主履带（21）的两侧。
4.根据权利要求1所述的一种双驱双臂、同心四轴小型矿用机器人履带式移动平台，其特征在于，所述摆臂外侧支撑板（35）靠外侧设置有凸台（351），且凸台（351）设置在摆臂轴（6）轴心线处。
5.根据权利要求1所述的一种双驱双臂、同心四轴小型矿用机器人履带式移动平台，其特征在于，驱动主轴（7）套在摆臂轴（6）的两端处均设置有套筒轴承（72），且在外侧套筒轴承（72）处摆臂轴（6）上套有摆臂端封（34），摆臂端封（34）紧固在摆臂履带轮（3）上。
6.根据权利要求1所述的一种双驱双臂、同心四轴小型矿用机器人履带式移动平台，其特征在于，在平台架（1）外侧的第二轴承座（9）处设置有轴封套（92），其紧固在第二轴承座（9）上。
7.根据权利要求1所述的一种双驱双臂、同心四轴小型矿用机器人履带式移动平台，其特征在于，所述摆臂内侧支撑板（36）和摆臂外侧支撑板（35）之间摆臂履带（31）的内侧边沿处固定设置有拖带轮（33）。
8.根据权利要求1所述的一种双驱双臂、同心四轴小型矿用机器人履带式移动平台，其特征在于，所述主履带轮（2）的外侧驱动主轴（7）上通过小圆螺母（23）固定。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种双驱双臂、同心四轴小型矿用机器人履带式移动平台，其特征在于，所述驱动电机（4）、摆臂电机（5）的电机端均朝向平台架（1）内侧。
10.根据权利要求1-8任意一项所述的一种双驱双臂、同心四轴小型矿用机器人履带式移动平台，其特征在于，所述平台架（1）的分为处在前端的用于安装传动部件的传动区（11）以及处在末端的用于承载功能设备的扩展区（12）。
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