CN109178140A - 一种轮式越障机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轮式越障机器人。所述轮式越障机器人包括：支架、越障轮、越障轮安装架、越障轮驱动机构、越障轮转向驱动机构、第一行走轮、第一行走轮转向驱动机构、第二行走轮、第二行走轮转向驱动机构和两个行走轮驱动机构，支架包括：第一支管、第二支管和第三支管，第一支管和第二支管相对布置在第一平面内，第三支管的一端安装在第一支管上。在有障碍、沟壑或台阶的路况下，越障轮安装架通过转轴相对于支架进行转动，越障轮跟随越障轮安装架转动并越过障碍物、沟壑或越至台阶顶面，通过越障轮驱动机构驱动越障轮转动，与第一行走轮或第一行走轮和第二行走轮共同转动，使轮式越障机器人能够越过障碍、沟壑和台阶。

Description

一种轮式越障机器人
技术领域
本发明涉及移动机器人领域，特别涉及一种轮式越障机器人。
背景技术
移动机器人是自动执行工作的机器装置。轮式机器人是目前最常使用的移动机器人。
现有的轮式机器人因其能耗低且效率高可用于多个领域，现有的轮式机器人包括多对并排布置的轮子，所有轮子均同时接触地面，但是，在遇到障碍物、沟壑或台阶时，现有的轮式机器人则很难越过障碍物、沟壑或台阶继续前进，这阻碍了轮式机器人的行进。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种轮式越障机器人。所述技术方案如下：
本发明提供了一种轮式越障机器人，所述轮式越障机器人包括：支架、越障轮、越障轮安装架、越障轮驱动机构、越障轮转向驱动机构、第一行走轮、第一行走轮转向驱动机构、第二行走轮、第二行走轮转向驱动机构和两个行走轮驱动机构，所述支架包括：第一支管、第二支管和第三支管，所述第一支管和所述第二支管相对布置在第一平面内，所述第三支管的一端安装在所述第一支管上，所述第三支管的另一端安装在所述第二支管上，所述第一支管上安装有第一安装架，所述第二支管上安装有第二安装架，所述第一行走轮转向驱动机构安装在所述第一安装架上，所述第二行走轮转向驱动机构安装在所述第二安装架上，
所述第一行走轮和所述第二行走轮分别可转动安装在两个行走轮轮轴上，每个所述行走轮轮轴的两端分别固定在行走轮轮叉上，所述行走轮轮叉分别与所述第一行走轮转向驱动机构的传动轴和所述第二行走轮转向驱动机构的传动轴连接；
所述两个行走轮驱动机构分别安装在所述第一行走轮和所述第二行走轮上，所述行走轮驱动机被配置为分别驱动所述第一行走轮和所述第二行走轮转动；
所述第二安装架上设置有转轴，所述越障轮安装架的一端可转动安装在所述转轴上，所述转轴的轴线与所述第一平面垂直布置，所述越障轮转向驱动机构固定在所述越障轮安装架的另一端上，且所述越障轮安装架的长度大于所述第一支管到所述第二支管的距离；
所述越障轮可转动安装在越障轮轮轴上，所述越障轮轮轴的两端分别固定在越障轮轮叉上，所述越障轮轮叉与所述越障轮转向驱动机构的传动轴连接；
所述越障轮驱动机构安装在所述越障轮上，所述越障轮驱动机被配置为驱动所述越障轮转动。
具体地，所述轮式越障机器人还包括摄像组件，所述摄像组件包括旋转座、伸缩杆和摄像头，所述旋转座安装在所述第一安装架或所述第二安装架上，所述伸缩杆的一端可转动安装在所述旋转座上，所述摄像头安装在所述伸缩杆的另一端上。
具体地，所述越障轮转向机构包括：步进电机、减速器、齿轮轴和传动齿轮，所述步进电机和所述减速器分别固定在所述越障轮安装架的另一端上，且所述步进电机的输出轴与所述减速器的输入轴连接，所述齿轮轴安装在所述减速器的输出轴上，所述传动齿轮同轴安装在所述越障轮轮叉，且所述齿轮轴与所述传动齿轮啮合。
具体地，所述第一安装架和所述第二安装架上分别开设有通孔，两个所述行走轮轮叉分别布置在所述第一支管和所述第二支管内，并分别穿过对应的所述通孔与所述第一行走轮转向驱动机构的传动轴和所述第二行走轮转向驱动机构的传动轴连接。
进一步地，所述越障轮安装架包括第一越障轮安装架和第二越障轮安装架，所述第一越障轮安装架的第一端和所述第二越障轮安装架的第一端连接，且所述第一越障轮安装架和所述第二越障轮安装架之间设有夹角。
具体地，所述第一安装架上设置有用于支撑所述第一越障轮安装架的第二端的支撑架。
具体地，所述第一行走轮转向驱动机构和所述第二行走轮转向驱动机构均包括行走轮步进电机和行走轮减速器，所述行走轮步进电机和所述行走轮减速器分别对应固定在所述第一安装架和所述第二安装架上，且所述行走轮步进电机的输出轴与所述行走轮减速器的输入轴连接，所述行走轮减速器的输出轴分别与对应的所述行走轮轮叉传动连接。
具体地，所述支架还包括第四支管和第五支管，所述第四支管的一端固定在所述第一支管与所述第三支管的连接处，所述第四支管的另一端固定在所述第二支管的底部，所述第五支管的一端固定在所述第二支管与所述第三支管的连接处，所述第五支管的另一端固定在所述第一支管的底部。
具体地，所述越障轮轮轴和两个所述行走轮轮轴上均设置有内部测量传感器，所述内部测量传感器包括：编码器、加速度计和陀螺仪。
具体地，所述支架和所述越障轮安装架上均设置有激光雷达。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明实施例提供的轮式越障机器人，在无障碍或沟壑的路况下，第一行走轮和第二行走轮一前一后单排布置，并分别通过两个行走轮驱动机构驱动第一行走轮和第二行走轮转动，可实现轮式越障机器人的前后移动，在有障碍、沟壑或台阶的路况下，越障轮安装架通过转轴相对于支架进行转动，越障轮跟随越障轮安装架转动并越过障碍物、沟壑或越至台阶顶面，通过越障轮驱动机构驱动越障轮转动，与第一行走轮或第一行走轮和第二行走轮共同转动，使轮式越障机器人能够越过障碍、沟壑和台阶，同时，在越障过程中，当轮式越障机器人发生较大的倾斜时，可通过越障轮转向机构驱动越障轮轮叉转动，并带动越障轮偏转，通过第一行走轮转向驱动机构驱动第一行走轮转动，并带动第一行走轮偏转，当时第二行走轮也着地时，还可通过第二行走轮转向驱动机构驱动第二行走轮转动，并带动第二行走轮偏转，从而实现轮式越障机器人的质心快速自动回正。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的轮式越障机器人的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的轮式越障机器人越台阶的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的轮式越障机器人的俯视结构示意图；
图4是本发明实施例提供的越障轮转向机构的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供一种轮式越障机器人，如图1至图3所示，该轮式越障机器人包括：支架、越障轮2、越障轮安装架3、越障轮驱动机构33、越障轮转向驱动机构4、第一行走轮5、第一行走轮转向驱动机构6、第二行走轮7、第二行走轮转向驱动机构8和两个行走轮驱动机构32，支架包括：第一支管9、第二支管10和第三支管11，第一支管9和第二支管10相对布置在第一平面内，第三支管11的一端安装在第一支管9上，第三支管11的另一端安装在第二支管10上，第一支管9上水平安装有第一安装架12，第二支管10上水平安装有第二安装架13，第一行走轮转向驱动机构6安装在第一安装架12上，第二行走轮转向驱动机构8安装在第二安装架13上。在实现时，第一支管9和第二支管10可以相对平行布置。
第一行走轮5和第二行走轮7分别可转动安装在两个行走轮轮轴14上，每个行走轮轮轴14的两端分别固定在行走轮轮叉15上，行走轮轮叉15分别与第一行走轮转向驱动机构6的传动轴和第二行走轮转向驱动机构8的传动轴连接。
两个行走轮驱动机构32分别安装在第一行走轮5和第二行走轮7上，行走轮驱动机32被配置为分别驱动第一行走轮5和第二行走轮7转动。
第二安装架13上设置有转轴16，越障轮安装架3的一端可转动安装在转轴16上，转轴16的轴线与第一平面垂直布置，越障轮转向驱动机构4固定在越障轮安装架3的另一端上，且越障轮安装架3的长度大于第一支管9到第二支管10的距离。
越障轮2可转动安装在越障轮轮轴17上，越障轮轮轴17的两端分别固定在越障轮轮叉18上，越障轮轮叉18与越障轮转向驱动机构4的传动轴连接。在实现时，越障轮2可通过转动套34可转动安装在越障轮轮轴17上。
越障轮驱动机构33安装在越障轮2上，越障轮驱动机构33被配置为驱动越障轮2转动。
在实现时，行走轮驱动机构32和越障轮驱动机构33均可以包括直流电机，具体可以为超声马达，使用超声马达能够省去减速器，从而减少了该轮式越障机器人的重量，更利于轮式越障机器人的移动和第一行走轮5、第二行走轮7以及越障轮2的快速启动。
具体地，该轮式越障机器人还可以包括摄像组件，摄像组件包括旋转座19、伸缩杆20和摄像头21，旋转座19安装在第一安装架12或第二安装架13上，伸缩杆20的一端可转动安装在旋转座19上，摄像头21安装在伸缩杆20的另一端上。摄像组件能够获取轮式越障机器人的外部环境和路况的影像特征，便于轮式越障机器人感知外部环境和路况，并将采集数据传回机载计算机进行处理。伸缩杆20可在旋转座19上旋转，使旋转座19可带动伸缩杆20调整摄像头21的朝向，通过伸缩杆20可调整摄像头21的高度，便于摄像组件获取多方位的外部环境和路况的影像特征。
具体地，越障轮安装架3可以包括第一越障轮安装架3a和第二越障轮安装架3b，且第一越障轮安装架3a和第二越障轮安装架3b之间设有夹角α，且夹角α可以为90～175°。这样能够有利于越障轮2通过越障轮安装架3越过障碍物。
如图4所示，越障轮转向机构4可以包括：步进电机22、减速器23、齿轮轴24和传动齿轮25，步进电机22和减速器23分别固定在越障轮安装架3的另一端上(即第一越障轮安装架3a的第二端)上，且步进电机22的输出轴与减速器23的输入轴连接，齿轮轴24安装在减速器23的输出轴上，传动齿轮25同轴安装在越障轮轮叉18，且齿轮轴24与传动齿轮25啮合。当轮式越障机器人的支架在越障过程中发生较大的倾斜时，可通过越障轮转向机构4驱动越障轮轮叉18转动，并带动越障轮2偏转，实现轮式越障机器人的质心快速自动回正功能。
具体地，第一安装架12和第二安装架13上分别开设有通孔，两个行走轮轮叉15分别布置在第一支管9和第二支管10内，并分别穿过对应的通孔与第一行走轮转向驱动机构6的传动轴和第二行走轮转向驱动机构8的传动轴连接。这样布置能够避免行走轮轮叉15受到外力的撞击，从而提高该轮式越障机器人的使用寿命，还能减小轮式越障机器人的体积。
进一步地，两个行走轮轮叉15分别与第一支管9和第二支管10之间设置有轴承(图中未示)。轴承能够支撑两个行走轮轮叉15在第一支管9和第二支管10内转动。
具体地，第一安装架12上设置有用于支撑第一越障轮安装架3a的第二端的支撑架26。支撑架26用于支撑第一越障轮安装架3a的第二端，防止支撑越障轮安装架3在非越障工况下发生晃动或移位，从而影响该轮式越障机器人的正常行进。
具体地，第一行走轮转向驱动机构6和第二行走轮转向驱动机构8均可以包括：行走轮步进电机(图中未示)和行走轮减速器(图中未示)，行走轮步进电机和行走轮减速器分别对应固定在第一安装架12和第二安装架13上，且行走轮步进电机的输出轴与行走轮减速器的输入轴连接，行走轮减速器的输出轴分别与对应的行走轮轮叉15传动连接。
具体地，支架还包括：第四支管29和第五支管30，第四支管29的一端固定在第一支管9与第三支管11的连接处，第四支管29的另一端固定在第二支管10的底部，第五支管30的一端固定在第二支管10与第三支管11的连接处，第五支管30的另一端固定在第一支管9的底部。第四支管29和第五支管30能够提高支架的受力能力。在实现时，第一支管9、第二支管10、第三支管11、第四支管29和第五支管30可以为一体式结构，并围成多个稳定的三角形结构，这样能够提高轮式越障机器人的受力能力。
具体地，支架还可以包括第六支管35，第六支管35的一端固定在第一支管9与第五支管30的连接处，第六支管35的另一端固定在第二支管10与第四支管29的连接处。第六支管35能够进一步提高轮式越障机器人的受力能力。
具体地，越障轮轮轴17和两个行走轮轮轴14上均设置有内部测量传感器28，内部测量传感器28可以包括：编码器、加速度计和陀螺仪。内部测量传感器28用于获知轮式越障机器人的自身运动状态和位置，从而便于使用者了解该轮式越障机器人是否发生倾斜。其中，陀螺仪可以为三轴陀螺仪，加速度计可以为三轴加速度计。
具体地，支架和越障轮安装架3上均可以设置有激光雷达(图中未示)。激光雷达用于对该轮式越障机器人四周路况进行探测。
在本实施例中，可通过单片机读取内部测量传感器和激光雷达传来的信息，再通过机载计算机对信息进行分析和处理，运算推理轮式越障机器人的即时运动状态，进而完成越障轮转向机构、第一行走轮转向驱动机构6以及第二行走轮转向驱动机构8的控制。
具体地，越障轮2、第一行走轮5和第二行走轮7均可以为弹性筛网轮，具体可以为直径可变的弹性筛网轮，弹性筛网轮能够在沙漠、浮尘软地面以及碎石路等复杂路况上顺利行进。
下面简单介绍一下本发明实施例提供的轮式越障机器人的工作原理，具体如下：
在无障碍或沟壑的路况下，轮式越障机器人的第一行走轮5和第二行走轮7着地，并分别通过两个行走轮驱动机构32驱动，在有障碍、沟壑或台阶的路况下，轮式越障机器人的越障轮安装架3通过转轴16相对于支架进行转动，越障轮2跟随越障轮安装架3转动并越过障碍物、沟壑或越至台阶顶面(此时的第二行走轮7可能悬空布置，第一行走轮5和越障轮2着地)，通过越障轮驱动机构33驱动越障轮2转动，与第一行走轮5或第一行走轮5和第二行走轮7共同转动，使轮式越障机器人能够越过障碍、沟壑和台阶，同时，在越障过程中，当轮式越障机器人发生较大的倾斜时，可通过越障轮转向机构4驱动越障轮轮叉18转动，并带动越障轮2偏转，通过第一行走轮转向驱动机构6驱动第一行走轮5转动，并带动第一行走轮5偏转，当时第二行走轮7也着地时，还可通过第二行走轮转向驱动机构8驱动第二行走轮7转动，并带动第二行走轮7偏转，从而实现轮式越障机器人的质心快速自动回正。
本发明实施例提供的轮式越障机器人，在无障碍或沟壑的路况下，第一行走轮和第二行走轮一前一后单排布置，并分别通过两个行走轮驱动机构驱动第一行走轮和第二行走轮转动，可实现轮式越障机器人的前后移动，在有障碍、沟壑或台阶的路况下，越障轮安装架通过转轴相对于支架进行转动，越障轮跟随越障轮安装架转动并越过障碍物、沟壑或越至台阶顶面，通过越障轮驱动机构驱动越障轮转动，与第一行走轮或第一行走轮和第二行走轮共同转动，使轮式越障机器人能够越过障碍、沟壑和台阶，同时，在越障过程中，当轮式越障机器人发生较大的倾斜时，可通过越障轮转向机构驱动越障轮轮叉转动，并带动越障轮偏转，通过第一行走轮转向驱动机构驱动第一行走轮转动，并带动第一行走轮偏转，当时第二行走轮也着地时，还可通过第二行走轮转向驱动机构驱动第二行走轮转动，并带动第二行走轮偏转，从而实现轮式越障机器人的质心快速自动回正。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种轮式越障机器人，其特征在于，所述轮式越障机器人包括：支架、越障轮、越障轮安装架、越障轮驱动机构、越障轮转向驱动机构、第一行走轮、第一行走轮转向驱动机构、第二行走轮、第二行走轮转向驱动机构和两个行走轮驱动机构，所述支架包括：第一支管、第二支管和第三支管，所述第一支管和所述第二支管相对布置在第一平面内，所述第三支管的一端安装在所述第一支管上，所述第三支管的另一端安装在所述第二支管上，所述第一支管上安装有第一安装架，所述第二支管上安装有第二安装架，所述第一行走轮转向驱动机构安装在所述第一安装架上，所述第二行走轮转向驱动机构安装在所述第二安装架上，
所述第一行走轮和所述第二行走轮分别可转动安装在两个行走轮轮轴上，每个所述行走轮轮轴的两端分别固定在行走轮轮叉上，所述行走轮轮叉分别与所述第一行走轮转向驱动机构的传动轴和所述第二行走轮转向驱动机构的传动轴连接；
所述两个行走轮驱动机构分别安装在所述第一行走轮和所述第二行走轮上，所述行走轮驱动机被配置为分别驱动所述第一行走轮和所述第二行走轮转动；
所述第二安装架上设置有转轴，所述越障轮安装架的一端可转动安装在所述转轴上，所述转轴的轴线与所述第一平面垂直布置，所述越障轮转向驱动机构固定在所述越障轮安装架的另一端上，且所述越障轮安装架的长度大于所述第一支管到所述第二支管的距离；
所述越障轮可转动安装在越障轮轮轴上，所述越障轮轮轴的两端分别固定在越障轮轮叉上，所述越障轮轮叉与所述越障轮转向驱动机构的传动轴连接；
所述越障轮驱动机构安装在所述越障轮上，所述越障轮驱动机构被配置为驱动所述越障轮转动。
2.根据权利要求1所述的轮式越障机器人，其特征在于，所述轮式越障机器人还包括摄像组件，所述摄像组件包括旋转座、伸缩杆和摄像头，所述旋转座安装在所述第一安装架或所述第二安装架上，所述伸缩杆的一端可转动安装在所述旋转座上，所述摄像头安装在所述伸缩杆的另一端上。
3.根据权利要求1所述的轮式越障机器人，其特征在于，所述越障轮转向机构包括：步进电机、减速器、齿轮轴和传动齿轮，所述步进电机和所述减速器分别固定在所述越障轮安装架的另一端上，且所述步进电机的输出轴与所述减速器的输入轴连接，所述齿轮轴安装在所述减速器的输出轴上，所述传动齿轮同轴安装在所述越障轮轮叉，且所述齿轮轴与所述传动齿轮啮合。
4.根据权利要求1所述的轮式越障机器人，其特征在于，所述第一安装架和所述第二安装架上分别开设有通孔，两个所述行走轮轮叉分别布置在所述第一支管和所述第二支管内，并分别穿过对应的所述通孔与所述第一行走轮转向驱动机构的传动轴和所述第二行走轮转向驱动机构的传动轴连接。
5.根据权利要求1所述的轮式越障机器人，其特征在于，所述越障轮安装架包括第一越障轮安装架和第二越障轮安装架，所述第一越障轮安装架的第一端和所述第二越障轮安装架的第一端连接，且所述第一越障轮安装架和所述第二越障轮安装架之间设有夹角。
6.根据权利要求5所述的轮式越障机器人，其特征在于，所述第一安装架上设置有用于支撑所述第一越障轮安装架的第二端的支撑架。
7.根据权利要求1所述的轮式越障机器人，其特征在于，所述第一行走轮转向驱动机构和所述第二行走轮转向驱动机构均包括行走轮步进电机和行走轮减速器，所述行走轮步进电机和所述行走轮减速器分别对应固定在所述第一安装架和所述第二安装架上，且所述行走轮步进电机的输出轴与所述行走轮减速器的输入轴连接，所述行走轮减速器的输出轴分别与对应的所述行走轮轮叉传动连接。
8.根据权利要求1所述的轮式越障机器人，其特征在于，所述支架还包括第四支管和第五支管，所述第四支管的一端固定在所述第一支管与所述第三支管的连接处，所述第四支管的另一端固定在所述第二支管的底部，所述第五支管的一端固定在所述第二支管与所述第三支管的连接处，所述第五支管的另一端固定在所述第一支管的底部。
9.根据权利要求1所述的轮式越障机器人，其特征在于，所述越障轮轮轴和两个所述行走轮轮轴上均设置有内部测量传感器，所述内部测量传感器包括：编码器、加速度计和陀螺仪。
10.根据权利要求1所述的轮式越障机器人，其特征在于，所述支架和所述越障轮安装架上均设置有激光雷达。
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