CN110341818B - 一种移动机器人及其履带式底盘 - Google Patents

Abstract

一种移动机器人及其履带式底盘，该移动机器人包括履带式底盘，该履带式底盘包括车架、主履带模块及悬挂机构，该悬挂机构分别设置在车架两侧的主履带模块中，包括具有多个互相啮合行星轮的铰接部件，该多个行星轮分别顺序安装在车架的铰接侧板上，且该多个行星轮的轴心位于同一直线上，其主动轮与安装在该车架上的步进电机连接；克里斯蒂悬挂件，分别与该车架及该铰接部件连接，位于该铰接部件下方并与该履带的内侧抵接，该克里斯蒂悬挂件相对于该车架分别具有一收起位置和一下放位置；以及张紧部件，与该铰接部件耦合，位于该铰接部件上方并与该履带的内侧抵接，该张紧部件对应于该收起位置和下放位置分别有一张紧位置和放松位置。

Description

一种移动机器人及其履带式底盘

技术领域

本发明涉及一种移动机器人，特别是一种应用于移动机器人的履带式底盘及具有其的移动机器人。

背景技术

随着科学技术的不断发展，移动机器人逐渐从室内结构环境走向室外非结构环境，在野外环境侦查、排雷防爆、核污染探测和城市废墟搜救等复杂环境领域得到广泛的应用。

履带摆臂底盘具有优秀的越障能力，面向复杂地面环境通过性较强，被广泛应用于移动机器人领域。该类底盘通常使用刚性悬架，不具备减震能力，在快速通过复杂路面时，车体震动较大，会减少车体搭载的激光雷达、摄像头等昂贵精密设备的使用寿命，同时剧烈的颠簸也会影响设备采集信息的准确程度，造成采集误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述缺陷，提供一种移动机器人及其履带式底盘。

为了实现上述目的，本发明提供了一种履带式底盘，包括车架和安装在所述车架两侧的主履带模块，所述车架上设置有主履带驱动电机，所述主履带模块包括驱动轮和包覆在所述驱动轮上的履带，所述驱动轮与所述主履带驱动电机连接，其中，所述履带式底盘还包括：

悬挂机构，分别设置在所述车架两侧的所述主履带模块中，所述悬挂机构包括：

铰接部件，包括多个互相啮合的行星轮，所述多个行星轮分别顺序安装在所述车架的铰接侧板上，且所述多个行星轮的轴心位于同一直线上，所述多个行星轮中的主动轮与安装在所述车架上的步进电机连接；

克里斯蒂悬挂件，分别与所述车架及所述铰接部件连接，位于所述铰接部件下方并与所述履带的内侧抵接，所述克里斯蒂悬挂件相对于所述车架分别具有一收起位置和一下放位置；以及

张紧部件，与所述铰接部件耦合，位于所述铰接部件上方并与所述履带的内侧抵接，所述张紧部件对应于所述收起位置和下放位置分别有一张紧位置和放松位置。

上述的履带式底盘，其中，所述克里斯蒂悬挂件包括承重轮、克里斯蒂摆臂和克里斯蒂减震器，所述克里斯蒂减震器的两端分别与所述行星轮及所述承重轮铰接，所述克里斯蒂摆臂的一端与所述承重轮的轮轴连接，所述克里斯蒂摆臂的另一端与和所述车架的悬挂侧板铰接，所述承重轮与所述履带的内侧抵接。

上述的履带式底盘，其中，所述克里斯蒂悬挂件包括一对承重轮、克里斯蒂摆臂和克里斯蒂减震器，所述一对承重轮通过连接臂连接，所述克里斯蒂减震器的一端与所述行星轮铰接，所述克里斯蒂减震器的另一端与所述克里斯蒂摆臂连接，所述克里斯蒂摆臂的一端与所述车架的悬挂侧板铰接，所述克里斯蒂摆臂的另一端与所述连接臂的中点铰接，所述一对承重轮与所述履带的内侧抵接。

上述的履带式底盘，其中，所述多个行星轮包括多个第一行星轮，每个所述第一行星轮间设置有第二行星轮，所述第一行星轮的直径大于所述第二行星轮的直径，每个所述第一行星轮对应设置一个所述克里斯蒂悬挂件。

上述的履带式底盘，其中，所述步进电机通过蜗轮蜗杆机构与所述主动轮连接，所述蜗轮蜗杆机构包括互相啮合的蜗轮和蜗杆，所述步进电机与所述蜗杆连接，所述蜗轮与所述主动轮连接且同轴设置，所述蜗杆的导程角小于与所述蜗轮的啮合轮齿间的当量摩擦角。

上述的履带式底盘，其中，所述张紧部件包括第一张紧件，所述第一张紧件包括第一齿轮齿条组、第一支撑架和第一支撑轮，所述第一齿轮齿条组包括互相啮合的第一齿轮和第一齿条，所述第一齿条的顶端与所述第一支撑架的中点连接，所述第一支撑架的两端分别安装有所述第一支撑轮，且两端的所述第一支撑轮分别与对应的所述履带的内侧抵接，所述第一齿轮分别与两侧的所述多个行星轮中的一个行星轮同轴连接。

上述的履带式底盘，其中，所述张紧部件还包括第二张紧件，所述第二张紧件包括第二齿轮齿条组、第二支撑架和第二支撑轮，所述第二齿轮齿条组包括互相啮合的第二齿轮和第二齿条，所述第二齿条的顶端与所述第二支撑架的一端连接，所述第二支撑轮安装在所述第二支撑架的另一端并与所述履带的内侧抵接，所述第二齿轮安装在所述铰接侧板上且与所述多个行星轮中的一个行星轮同轴连接。

上述的履带式底盘，其中，所述张紧部件的所述张紧位置与所述放松位置与所述克里斯蒂悬挂件的所述收起位置与所述下放位置同步，且所述张紧位置与所述放松位置间的高度差与所述收起位置与所述下放位置的高度差相等。

上述的履带式底盘，其中，所述履带式底盘还包括前摆臂履带模块和后摆臂履带模块，分别设置在所述车架两侧的主履带模块前后两端的外侧，并分别与安装在所述车架上的前摆臂驱动电机和后摆臂驱动电机对应连接。

为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种移动机器人，其中，包括上述的履带式底盘。

本发明的技术效果在于：

与现有技术相比，本发明通过行星轮系同步旋转下放克里斯蒂悬挂件，增加了摆臂履带底盘的快速行驶平顺性，通过参数耦合的齿轮齿条张紧件，实现克里斯蒂悬挂件升降过程中主履带包覆力的一致，避免了脱带情况的出现，优化了减震性能。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明一实施例的结构示意图；

图2为本发明一实施例的立体结构示意图；

图3为图2的局部放大图；

图4为本发明一实施例的克里斯蒂悬挂件结构示意图；

图5为本发明另一实施例的克里斯蒂悬挂件结构示意图；

图6为本发明一实施例的张紧部件结构示意图；

图7为本发明一实施例的悬挂机构位于下放位置示意图；

图8为本发明一实施例的悬挂机构位于收起位置示意图。

其中，附图标记

1 车架

11 铰接侧板

12 悬挂侧板

2 前摆臂履带模块

3 后摆臂履带模块

4 主履带模块

41 驱动轮

42 履带

5 悬挂机构

51 克里斯蒂悬挂件

511 承重轮

512 克里斯蒂摆臂

513 克里斯蒂减震器

52 铰接部件

521 第一行星轮

522 第二行星轮

53 张紧部件

531 第一张紧件

5311 第一齿轮齿条组

5312 第一支撑架

5313 第一支撑轮

532 第二张紧件

5321 第二齿轮齿条组

5322 第二支撑架

5323 第二支撑轮

6 主履带驱动电机

7 前摆臂驱动电机

8 后摆臂驱动电机

9 步进电机

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

本发明的移动机器人，配置有对颠簸敏感的履带式底盘。该移动机器人例如可以是：履带式侦查机器人、履带式测绘机器人、履带式视频采集机器人、履带式探测机器人等。该履带式底盘通过步进电机9驱动行星轮系旋转收放克里斯蒂悬挂件51，在不影响履带式摆臂底盘越障性能的同时减少底盘在快速行进过程中的整机震动，提高车载精密设备的信息采集精度，增加设备使用寿命。通过齿轮齿条张紧机构，在收放克里斯蒂悬挂件51的同时，实时对称张紧两侧橡胶履带42，能够有效保证履带42包覆力一致，避免脱带现象的发生。该移动机器人其他部件的组成、结构、功用等均为较成熟的现有技术，故在此不再赘述，下面仅对本发明的履带式底盘予以详细说明。

参见图1及图2，图1为本发明一实施例的结构示意图，图2为本发明一实施例的立体结构示意图。本发明的履带式底盘，为对称分布式结构，包括车架1和安装在所述车架1两侧的主履带模块4，所述车架1上设置有主履带驱动电机6，所述主履带模块4包括驱动轮41和包覆在所述驱动轮41上的履带42，所述驱动轮41与所述主履带驱动电机6连接。所述履带式底盘还包括：悬挂机构5，分别设置在所述车架1两侧的所述主履带模块4中，该车架1两侧分别设置有铰接侧板11和悬挂侧板12，该铰接侧板11和悬挂侧板12互相平行，该悬挂机构5设置在铰接侧板11和悬挂侧板12之间。所述悬挂机构5包括：铰接部件52，包括多个互相啮合的行星轮，所述多个行星轮分别顺序安装在所述车架1的铰接侧板11上，且所述多个行星轮的轴心位于同一直线上，所述多个行星轮中的主动轮与安装在所述车架1上的步进电机9连接，所述步进电机9通过具有自锁功能的蜗轮蜗杆机构与所述主动轮连接，所述蜗轮蜗杆机构包括互相啮合的蜗轮和蜗杆，所述步进电机9与所述蜗杆连接，所述蜗轮与所述主动轮连接且同轴设置，所述蜗杆的导程角小于与所述蜗轮的啮合轮齿间的当量摩擦角，可实现反向自锁，即只能由蜗杆带动蜗轮，而不能由蜗轮带动蜗杆。当步进电机9驱动蜗杆旋转时，蜗杆带动蜗轮通过传动轴驱动行星轮系中的主动轮旋转。该主动轮为单侧铰接部件52提供旋转动力，进而带动单侧克里斯蒂悬挂件51实现摆动动作。本实施例的行星轮的齿轮优选为尼龙材料，尼龙综合性能良好，重量较轻，其中所述多个行星轮包括多个第一行星轮521，每个所述第一行星轮521间设置有第二行星轮522，所述第一行星轮521的直径大于所述第二行星轮522的直径，每个所述第一行星轮521对应设置一个所述克里斯蒂悬挂件51；克里斯蒂悬挂件51分别与所述车架1及所述铰接部件52连接，位于所述铰接部件52下方并与所述履带42的内侧抵接，所述克里斯蒂悬挂件51相对于所述车架1分别具有一收起位置和一下放位置；以及张紧部件53，与所述铰接部件52耦合，位于所述铰接部件52上方并与所述履带42的内侧抵接，所述张紧部件53对应于所述收起位置和下放位置分别有一张紧位置和放松位置。

所述履带式底盘还可包括前摆臂履带模块2和后摆臂履带模块3，分别设置在所述车架1两侧的主履带模块4前后两端的外侧，并分别与安装在所述车架1上的前摆臂驱动电机7和后摆臂驱动电机8对应连接。前摆臂履带模块2和后摆臂履带模块3可通过摆动辅助越障，提高底盘在复杂地形的通过能力。所述克里斯蒂悬挂件51和配套铰接部件52为对称排布，且每侧不少于三组。可以根据履带42底盘的实际长度增加悬挂件组数，实现底盘快速行进过程中减震的目的。

参见图3及图4，图3为图2的局部放大图，图4为本发明一实施例的克里斯蒂悬挂件结构示意图。克里斯蒂悬挂件51具有独立减震、减震行程短、反应灵敏的特点，当机具快速行驶过程中，地形起伏冲击会造成克里斯蒂悬挂件51绕摆臂转动，能够有效吸收冲击从而达到底盘减震的目的。本实施例的克里斯蒂悬挂件51具有制作成本低廉、技术门槛低、各摆臂相互独立的特点。所述克里斯蒂悬挂件51包括承重轮511、克里斯蒂摆臂512和克里斯蒂减震器513，所述克里斯蒂减震器513的两端分别与所述行星轮及所述承重轮511铰接，所述克里斯蒂摆臂512的一端与所述承重轮511的轮轴连接，所述克里斯蒂摆臂512的另一端与和所述车架1的悬挂侧板12铰接，所述承重轮511与所述履带42的内侧抵接。履带式底盘前进时，每组克里斯蒂悬挂件51独立工作，承重轮511绕克里斯蒂摆臂512转动，克里斯蒂减震器513吸收冲击。

参见图5，图5为本发明另一实施例的克里斯蒂悬挂件结构示意图。本实施例的所述克里斯蒂悬挂件51包括一对承重轮511、克里斯蒂摆臂512和克里斯蒂减震器513，所述一对承重轮511通过连接臂连接，所述克里斯蒂减震器513的一端与所述行星轮铰接，所述克里斯蒂减震器513的另一端与所述克里斯蒂摆臂512连接，所述克里斯蒂摆臂512的一端与所述车架1的悬挂侧板12铰接，所述克里斯蒂摆臂512的另一端与所述连接臂的中点铰接，所述一对承重轮511与所述履带42的内侧抵接。

参见图6，图6为本发明一实施例的张紧部件结构示意图。本实施例中，所述张紧部件53包括第一张紧件531，所述第一张紧件531包括第一齿轮齿条组5311、第一支撑架5312和第一支撑轮5313，所述第一齿轮齿条组5311包括互相啮合的第一齿轮和第一齿条，所述第一齿条的顶端与所述第一支撑架5312的中点连接，可以保证第一支撑架5312两侧受力平衡，所述第一支撑架5312的两端分别安装有所述第一支撑轮5313，且两端的所述第一支撑轮5313分别与对应的所述履带42的内侧抵接，所述第一齿轮分别与两侧的所述多个行星轮中的其中一个行星轮同轴连接。所述张紧部件53还可包括第二张紧件532，所述第二张紧件532包括第二齿轮齿条组5321、第二支撑架5322和第二支撑轮5323，所述第二齿轮齿条组5321包括互相啮合的第二齿轮和第二齿条，所述第二齿条的顶端与所述第二支撑架5322的一端连接，所述第二支撑轮5323安装在所述第二支撑架5322的另一端并与所述履带42的内侧抵接，所述第二齿轮安装在所述铰接侧板11上且与所述多个行星轮中的一个行星轮同轴连接，可以节省底盘内部空间。当行星轮旋转时对应的齿轮啮合齿条，进而带动相应的支撑架和支撑轮实现上升及下降动作。该张紧部件53结构简单、调整方便，可在悬挂调整过程中实时张紧履带42，保证履带42的包覆力始终一致。悬挂机构5高度调整过程优选在底盘低速行进中实现，这样才可保证松弛履带42传导至张紧件。

其中，所述张紧部件53的所述张紧位置与所述放松位置与所述克里斯蒂悬挂件51的所述收起位置与所述下放位置同步，且所述张紧位置与所述放松位置间的高度差与所述收起位置与所述下放位置的高度差相等。克里斯蒂悬挂件51收起造成的底盘降低高度和履带42放松长度是固定的，可根据克里斯蒂悬挂件51和底盘的尺寸参数计算确定，张紧部件53的齿轮齿条组可以根据履带42需要张紧的长度设置，以实现当克里斯蒂悬挂件51完全收起和下放的时候，张紧部件53可以完全伸出和收起，始终保持履带42的张紧程度和包覆力一致，避免脱带现象的发生。

参见图7及图8，图7为本发明一实施例的悬挂机构位于下放位置示意图，图8为本发明一实施例的悬挂机构位于收起位置示意图。当底盘需要快速行进时，所述步进电机9通过蜗轮蜗杆机构为两侧行星轮提供旋转动力，行星轮带动每个克里斯蒂减震器513的铰接点同步下移，实现每个克里斯蒂悬挂件51的下放动作，使悬挂机构5位于下放位置，进而撑起底盘，提升底盘的离地间隙。因为蜗轮蜗杆可以自锁，因此当悬挂机构5受到冲击时，齿轮受力不会直接传导至电机轴，可以保证步进电机9的使用寿命。底盘行进过程中张紧部件53为两侧履带42持续提供张紧力，悬挂高度与张紧高度耦合。当底盘需要低速越障时，所述步进电机9通过蜗轮蜗杆为两侧行星轮提供旋转动力，行星轮同步转动带动每个克里斯蒂减震器513的铰接点同步上移，实现每个克里斯蒂悬挂件51的收起动作，使悬挂机构5位于收起位置进而减小底盘离地间隙，降低重心。

本发明履带式底盘内部结构排布紧凑，可主动调整离地间隙并且占用空间较小，可适用于多种履带式底盘，行星轮在悬挂机构5提升和下降过程中旋转带动两侧克里斯蒂悬挂件51整组收起下放，操作简单方便，并且克里斯蒂减震器513不会在克里斯蒂悬挂件51的收起过程中额外承担受力，可延长悬挂机构5的使用寿命。本实施例的铰接部件52包括四个相同的第一行星轮521和三个相同的第二行星轮522，因为齿轮传动的特性，可以保证在一个驱动源的情况下四个大的第一行星轮521转向转速一致，进而可以实现克里斯蒂悬挂件51的同步提升与下放。当克里斯蒂悬挂件51进行收起或下放动作时，克里斯蒂减震器513的一端随其与行星轮的铰接点进行同步上升和下降，克里斯蒂摆臂512绕其与车架1的悬挂侧板12的铰接点摆动，进而实现克里斯蒂悬挂件51的收起与下放动作。当克里斯蒂悬挂件51处于下放状态，底盘通过复杂地形时，行星轮与克里斯蒂减震器513的连接处会受到冲击，本发明的蜗轮蜗杆机构具有反向自锁的特性，蜗轮不能带动蜗杆转动，进而不会对与蜗杆连接的步进电机9轴造成冲击，可延长步进电机9的使用寿命。

本发明能够在履带式底盘快速行进时，通过行星轮同步旋转下放克里斯蒂悬挂件，主动提升底盘离地间隙，以适应小幅度起伏地形，解决了现有技术的履带底盘在快速行进过程中震动过大的问题，提高了车载精密设备的信息采集精度，增加了设备使用寿命。另外本发明的履带式底盘还可设置前后摆臂履带模块，当底盘需要跨越较高垂直障碍时，前后摆臂履带模块可辅助越障，同时通过行星轮同步旋转收起克里斯蒂悬挂件，减小底盘离地间隙，降低底盘重心，减少翘头情况的出现，提高底盘的越障稳定性。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种履带式底盘，包括车架和安装在所述车架两侧的主履带模块，所述车架上设置有主履带驱动电机，所述主履带模块包括驱动轮和包覆在所述驱动轮上的履带，所述驱动轮与所述主履带驱动电机连接，其特征在于，所述履带式底盘还包括：

悬挂机构，分别设置在所述车架两侧的所述主履带模块中，所述悬挂机构包括：

铰接部件，包括互相啮合的多个行星轮，所述多个行星轮分别顺序安装在所述车架的铰接侧板上，且所述多个行星轮的轴心位于同一直线上，所述多个行星轮中的主动轮与安装在所述车架上的步进电机连接；

克里斯蒂悬挂件，分别与所述车架及所述铰接部件连接，位于所述铰接部件下方并与所述履带的内侧抵接，所述克里斯蒂悬挂件相对于所述车架分别具有一收起位置和一下放位置；以及

张紧部件，与所述铰接部件耦合，位于所述铰接部件上方并与所述履带的内侧抵接，所述张紧部件对应于所述收起位置和下放位置分别有一张紧位置和放松位置。

2.如权利要求1所述的履带式底盘，其特征在于，所述克里斯蒂悬挂件包括承重轮、克里斯蒂摆臂和克里斯蒂减震器，所述克里斯蒂减震器的两端分别与所述行星轮及所述承重轮铰接，所述克里斯蒂摆臂的一端与所述承重轮的轮轴连接，所述克里斯蒂摆臂的另一端与所述车架的悬挂侧板铰接，所述承重轮与所述履带的内侧抵接。

3.如权利要求1所述的履带式底盘，其特征在于，所述克里斯蒂悬挂件包括一对承重轮、克里斯蒂摆臂和克里斯蒂减震器，所述一对承重轮通过连接臂连接，所述克里斯蒂减震器的一端与所述行星轮铰接，所述克里斯蒂减震器的另一端与所述克里斯蒂摆臂连接，所述克里斯蒂摆臂的一端与所述车架的悬挂侧板铰接，所述克里斯蒂摆臂的另一端与所述连接臂的中点铰接，所述一对承重轮与所述履带的内侧抵接。

4.如权利要求2或3所述的履带式底盘，其特征在于，所述多个行星轮包括多个第一行星轮和第二行星轮，相邻所述第一行星轮间设置所述第二行星轮，所述第二行星轮与第一行星轮啮合，所述第一行星轮的直径大于所述第二行星轮的直径，每个所述第一行星轮对应设置一个所述克里斯蒂悬挂件。

5.如权利要求1、2或3所述的履带式底盘，其特征在于，所述步进电机通过蜗轮蜗杆机构与所述主动轮连接，所述蜗轮蜗杆机构包括互相啮合的蜗轮和蜗杆，所述步进电机与所述蜗杆连接，所述蜗轮与所述主动轮连接且同轴设置，所述蜗杆的导程角小于与所述蜗轮的啮合轮齿间的当量摩擦角。

6.如权利要求1、2或3所述的履带式底盘，其特征在于，所述张紧部件包括第一张紧件，所述第一张紧件包括第一齿轮齿条组、第一支撑架和第一支撑轮，所述第一齿轮齿条组包括互相啮合的第一齿轮和第一齿条，所述第一齿条的顶端与所述第一支撑架的中点连接，所述第一支撑架的两端分别安装有所述第一支撑轮，且两端的所述第一支撑轮分别与对应的所述履带的内侧抵接，所述第一齿轮分别与两侧的所述多个行星轮中的一个行星轮同轴连接。

7.如权利要求6所述的履带式底盘，其特征在于，所述张紧部件还包括第二张紧件，所述第二张紧件包括第二齿轮齿条组、第二支撑架和第二支撑轮，所述第二齿轮齿条组包括互相啮合的第二齿轮和第二齿条，所述第二齿条的顶端与所述第二支撑架的一端连接，所述第二支撑轮安装在所述第二支撑架的另一端并与所述履带的内侧抵接，所述第二齿轮安装在所述铰接侧板上且与所述多个行星轮中的一个行星轮同轴连接。

8.如权利要求7所述的履带式底盘，其特征在于，所述张紧部件的所述张紧位置与所述放松位置与所述克里斯蒂悬挂件的所述收起位置与所述下放位置同步，且所述张紧位置与所述放松位置间的高度差与所述收起位置与所述下放位置的高度差相等。

9.如权利要求1、2或3所述的履带式底盘，其特征在于，所述履带式底盘还包括前摆臂履带模块和后摆臂履带模块，分别设置在所述车架两侧的主履带模块前后两端的外侧，并分别与安装在所述车架上的前摆臂驱动电机和后摆臂驱动电机对应连接。

10.一种移动机器人，其特征在于，包括上述权利要求1-9中任意一项所述的履带式底盘。

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