CN111872915A - 基于摆动式履带轮的越障勘探机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于摆动式履带轮的越障勘探机器人，包括机架、行走装置和夹持装置，所述夹持装置安装于机架上用于夹持取样，所述行走装置包括安装于机架上的行走轮组件、越障组件以及动力组件，所述越障组件的主动端转动配合安装于机架上以使得从动端可围绕主动端转动进而翻越障碍，所述动力组件安装于机架上用于驱动行走轮组件和越障组件运行进而实现机器人的越障行驶；本发明中在机器人行走过程中行走轮组件为机器人提供动力用于驱动机器人行走，越障组件沿着机器人行走方向转动不断改变机器人底盘高度，大大提高了机器人对路况的适应能力，提高了机器人的越障能力，提高了勘探效率并有效降低人工劳动强度。

Description

基于摆动式履带轮的越障勘探机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种基于摆动式履带轮的越障勘探机器人。

背景技术

勘探条件下地形路况通常较为复杂，地势崎岖不平，传统机器人在此环境下不易通过，难以适应崎岖的路况，因此对于地势复杂的地貌勘探通常需要人工手持设备勘探，该勘探方式导致效率极其低下，且劳动强度大。

因此需要一种应用于上述崎岖路况的勘探机器人，该勘探机器人越障能力较强，适应于崎岖的路况。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于摆动式履带轮的越障勘探机器人，该勘探机器人越障能力较强，适应于崎岖的路况。

本发明的基于摆动式履带轮的越障勘探机器人，包括机架、行走装置和夹持装置，所述夹持装置安装于机架上用于夹持取样，所述行走装置包括安装于机架上的行走轮组件、越障组件以及动力组件，所述越障组件具有一主动端，所述越障组件的主动端转动配合安装于机架上以使得从动端可围绕主动端转动进而翻越障碍，所述动力组件安装于机架上用于驱动行走轮组件和越障组件运行进而实现机器人的越障行驶。

进一步，所述越障组件设置有两组并分设于机架的横向两侧，所述越障组件设置于行走轮组件前侧，所述越障组件包括越障摆臂、分别固定安装于越障摆臂两端的主动越障带轮和从动越障带轮以及与主动越障带轮和从动越障带轮传动配合的越障履带，所述主动越障带轮转动配合安装于机架上并可被动力组件驱动转动。

进一步，所述行走轮组件包括行走架、安装于行走架上呈三角布置的三个行走带轮以及与三个行走带轮传动配合的行走履带，所述行走架转动配合安装于机架上并可被动力组件驱动转动，至少一个行走带轮作为主动行走带轮被动力组件驱动转动。

进一步，所述动力组件包括第一驱动件以及第一传动件，所述第一传动件包括主动链轮、从动链轮、与主动链轮和从动链轮传动配合的链条以及主动传动带轮和传动带，所述第一驱动件驱动主动越障带轮转动，所述主动链轮与主动越障带轮传动配合，所述从动链轮与主动传动带轮传动配合，所述传动带与主动传动带轮以及其中一个行走带轮传动配合。

进一步，所述夹持装置包括机械臂以及安装于机械臂末端的夹持组件，所述机械臂可驱动夹持组件转换方位，所述夹持组件包括至少两个夹持臂以及夹持驱动组件，所述夹持驱动组件驱动各夹持臂相互靠近或远离形成夹持或打开状态。

进一步，所述动力组件还包括第二驱动件，所述第二驱动件驱动行走架转动。

进一步，所述动力组件还包括第三驱动件和第三传动件，所述第三传动件包括与行走架转动配合的转轴以及外套于转轴上与转轴转动配合的轴套，所述从动链轮与转轴传动配合，所述主动传动带轮与转轴传动配合，所述第三驱动件驱动转轴转动，所述轴套与行走架传动配合，所述第二驱动件驱动轴套转动。

进一步，所述机械臂包括由若干根顺序连接的摆臂构成的折叠臂以及连接于折叠臂最末端的转动臂，所述折叠臂头部转动配合安装于机架上，若干根所述摆臂转动配合且转动角度可调，所述转动臂包括顺序连接的若干个舵机，所述夹持组件安装于转动臂末端并可被若干个舵机驱动转动。

进一步，所述机架为盒状结构，所述机架内沿竖向设置有若干个夹层，所述动力组件安装于最下方的夹层内。

进一步，所述夹持装置还包括安装于机械臂末端或者夹持组件上的摄像头。

本发明的有益效果：

本发明中在机器人行走过程中行走轮组件为机器人提供动力用于驱动机器人行走，越障组件沿着机器人行走方向转动，当越障组件的从动端摆动至下方时，将机器人头部支撑起来便于翻越障碍，该结构大大提高了机器人对路况的适应能力，提高了机器人的越障能力，适用于爬坡、爬台阶以及崎岖不平的路况，降低了在复杂路况的勘探难度，提高了勘探效率并有效降低人工劳动强度。

本发明中通过动力组件可驱动越障组件以及行走架运行，行走轮组件中行走带轮既可实现公转，同时动力组件驱动行走带轮自传并驱动行走履带转动进而驱动机器人行走，该结构的行走轮组件通过自传和公转的方式实现对机器人的驱动，同时三角布置的行走履带在公转时不断的变化机器人尾部的底盘高度，结合越障组件既保证了机器人良好的机动性能，也大大提高了机器人的越障能力。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明整体结构示意图；

图2为越障组件结构示意图；

图3为夹持装置结构示意图；

图4为夹持组件结构示意图；

图5为行走轮组件结构示意图；

图6为动力组件俯视结构示意图；

图7为动力组件立体结构示意图；

图8为剖视结构示意图；

图9为动力组件局部立体结构示意图；

具体实施方式

图1为本发明整体结构示意图；图2为越障组件结构示意图；图3为夹持装置结构示意图；图4为夹持组件结构示意图；图5为行走轮组件结构示意图；图6为动力组件俯视结构示意图；图7为动力组件立体结构示意图；图8为剖视结构示意图；图9为动力组件局部立体结构示意图；

如图所示：本实施例的基于摆动式履带轮的越障勘探机器人，包括机架10、行走装置和夹持装置20，所述夹持装置安装于机架上用于夹持取样，所述行走装置包括安装于机架上的行走轮组件30、越障组件40以及动力组件50，所述越障组件具有一主动端，所述越障组件的主动端转动配合安装于机架上以使得从动端可围绕主动端转动进而翻越障碍，所述动力组件安装于机架上用于驱动行走轮组件和越障组件运行进而实现机器人的越障行驶。越障行驶含义为机器人可正常行驶并且具有一定翻越障碍的能力；结合图1所示，机架为类似长方体结构，越障组件为类似于摆臂结构，越障组件安装于机架横向两侧并靠近头部位置，行走轮组件安装于机架的横向两侧并靠近尾部位置，夹持装置可以为剪刀式夹持结构或者水平横移式夹持结构，在机器人行走过程中行走轮组件为机器人提供动力用于驱动机器人行走，越障组件沿着机器人行走方向向前转动，当越障组件的从动端摆动至下方时，将机器人头部支撑起来改变底盘高度便于翻越障碍，该结构大大提高了机器人对路况的适应能力，提高了机器人的越障能力，适用于爬坡、爬台阶以及崎岖不平的路况，降低了在复杂路况的勘探难度，提高了勘探效率并有效降低人工劳动强度。

本实施例中，所述越障组件设置有两组并分设于机架的横向两侧，所述越障组件设置于行走轮组件30前侧，所述越障组件包括越障摆臂41、分别固定安装于越障摆臂两端的主动越障带轮42和从动越障带轮43以及与主动越障带轮和从动越障带轮传动配合的越障履带44，所述主动越障带轮转动配合安装于机架上并可被动力组件驱动转动。横向为机器人的宽度方向，纵向为机器人的长度方向，纵向与机器人的行走方向一致，竖向为机器人的高度方向；前侧为纵向靠近机器人头部一侧，越障组件设置于靠近机器人头部位置；结合图1和图2所示，越障摆臂为长条形摆臂结构，越障摆臂中部开设有减重孔以实现机器人的轻量化设计，越障摆臂的主动端开设有圆形阵列布置的安装孔，越障摆臂主动端与主动越障带轮通过该安装孔螺接实现二者的固定连接，在越障摆臂的从动端开设有圆形阵列布置的腰型孔，越障摆臂的从动端与从动越障带轮43通过该腰型孔螺接实现二者的固定连接，腰型孔的设置利于从动越障带轮与越障摆臂从动端的装配，主动越障带轮42和从动越障带轮43外圆周向阵列设置有横槽，通过横槽提高与越障履带的装配效果；该结构在实际行走过程中，越障摆臂转动并驱动从动越障带轮43以及越障履带转动，通过转动不断的改变机器人的底盘高度进而提高越障能力，而且通过履带式结构提高机器人越障时的抓地能力，提高机器人的机动性。

本实施例中，所述行走轮组件包括行走架31、安装于行走架上呈三角布置的三个行走带轮32以及与三个行走带轮传动配合的行走履带33，所述行走架转动配合安装于机架上并可被动力组件驱动转动，至少一个行走带轮作为主动行走带轮被动力组件驱动转动。结合图5所示，行走架有两块三角板构成，两块三角板对行走带轮呈轴向夹持状，三个行走带轮转动配合安装于两块三角板之间，三个行走带轮分布于三角板三角处，三角板上平行于三角边开设有减重槽；通过动力组件可驱动行走架转动，此时使得行走带轮实现公转，同时动力组件驱动行走带轮自传并驱动行走履带转动进而驱动机器人行走，该结构的行走轮组件通过自传和公转的方式实现对机器人的驱动，同时三角布置的行走履带在公转时不断的变化机器人尾部的底盘高度，即保证了机器人良好的机动性能，也大大提高了机器人的越障能力。

本实施例中，所述动力组件包括第一驱动件51以及第一传动件52，所述第一传动件包括主动链轮521、从动链轮522、与主动链轮和从动链轮传动配合的链条523以及主动传动带轮524和传动带525，所述第一驱动件驱动主动越障带轮转动，所述主动链轮与主动越障带轮传动配合，所述从动链轮与主动传动带轮524传动配合，所述传动带525与主动传动带轮524以及其中一个行走带轮32传动配合。结合图6所示，第一驱动件为电机配合双输出减速器，第一驱动件安装于机架上靠近头部的横向中部位置，减速器的两个输出端通过中间传动轴分别与两组越障组件中的主动越障带轮传动配合，主动链轮521传动配合于中间传动轴上，主动链轮521通过链条523将第一驱动件的动力同步传动至从动链轮522处，并通过从动链轮522驱动主动传动带轮524转动，进而通过传动带525将动力传动至其中一个行走带轮32处，使得行走带轮32转动并驱动行走履带转动，其中从动链轮522布置于机架侧壁靠近机尾处，主动链轮521布置于机架的侧壁靠近机头处，链条523传动长度较长，因此增设张紧链轮526，张紧链轮与链条啮合，其中张紧链轮526可竖向滑动安装于机架的侧壁上调节对链条的张紧力；本结构通过第一驱动件51将动力同步传动至行走轮组件30和越障组件40处，该动力源即可驱动越障组件40转动翻越障碍，也可驱动行走带轮32以及行走履带33转动实现机器人的动力行走，提高了机器人的行走可靠性，并有效提高了机器人的行走和越障能力。

本实施例中，所述夹持装置包括机械臂21以及安装于机械臂末端的夹持组件22，所述机械臂可驱动夹持组件转换方位，所述夹持组件包括至少两个夹持臂221以及夹持驱动组件222，所述夹持驱动组件驱动各夹持臂相互靠近或远离形成夹持或打开状态。机械臂转换方位含义为机械臂可驱动夹持组件以X、Y、Z轴移动或者以X、Y、Z轴为中心转动中若干个自由度的转换，机械臂驱动夹持组件22方位转换利于适配复杂地形采样，结合图4所示，夹持组件22具有一U型夹持基座223，夹持驱动组件222安装于夹持基座上，夹持臂221末端转动配合安装于夹持基座上形成剪刀夹持结构，夹持驱动组件222包括夹持驱动电机2221、安装于夹持基座上的夹持主动齿轮2222以及两个相互啮合的夹持从动齿轮2223，夹持主动齿轮与其中一个夹持从动齿轮啮合，两个夹持从动齿轮分别与两个夹持臂末端传动配合，即夹持从动齿轮转动时可驱动夹持臂摆动形成剪刀式夹持状或打开状，其中夹持臂221由用于执行夹持动作的夹持块2211以及连接于夹持块尾部的驱动杆2212组成，驱动杆与夹持块转动配合，二者之间的夹角可调，夹持块内侧贴合有橡胶垫层，夹持块上可连驱动电机驱动转动调节夹持块与驱动杆的夹角，本实施例中在夹持块上开设有安装槽2224，在该安装槽内和夹持基座上安装有角度调整带轮，两个角度调整带轮通过角度调整皮带2225传动配合，其中安装于夹持基座上的角度调整带轮为主动轮通过外设驱动，安装于夹持块上的角度调整带轮转动配合安装于夹持块上，驱动杆2212具有两根分别转动配合安装于夹持块两侧，该结构的夹持装置夹持效果良好，利于远程采样，提高勘探效率。

本实施例中，所述动力组件还包括第二驱动件53，所述第二驱动件53驱动行走架31转动。结合图6和图7以及图9所示，第二驱动件53通过第二传动齿轮对531将动力传递至行走架上，在运行过程中，通过行走履带转动以及行走架的转动为机器人提供向前行走的动力，同时行走架的转动不断的改变机器人尾部的底盘高度，提高机器人的通过能力，进而提高越障能力。

本实施例中，所述动力组件还包括第三驱动件54和第三传动件55，所述第三传动件包括与行走架转动配合的转轴551以及外套于转轴上与转轴转动配合的轴套552，所述从动链轮522与转轴551传动配合，所述主动传动带轮524与转轴551传动配合，所述第三驱动件驱动转轴转动，所述轴套与行走架传动配合，所述第二驱动件驱动轴套转动。轴套或转轴通过轴承座转动配合安装于机架上，结合图9所示，第三驱动件54通过第三传动齿轮对541将动力传动至转轴上，第三传动齿轮对541中两个齿轮啮合，其中一个齿轮与第三驱动件54的转子传动配合，另一个齿轮与转轴传动配合；第二传动齿轮对531中两个齿轮啮合，其中一个齿轮与第二驱动件53的转子传动配合，另个一齿轮与轴套552传动配合，本实施例中第二驱动件与第三驱动件均采用电机，另外在轴套上还外套有夹持套，夹持套由两个固定安装于轴套上的套环553构成，两个套环轴向夹持于行走架中位于内侧的三角板上并与三角板固定连接；第一驱动件和第三驱动件均用于驱动转轴转动进而用于驱动行走带轮32转动，在路况较好的情况下，可只通过第一驱动件提供动力，在路况复杂的情况下，可开启第三驱动件补充动力提高机器人的机动性能；本实施例中通过转轴以及轴套的简单配合实现了三个动力源向行走带轮32以及行走架的动力传递，其结构简单紧凑，利于空间布局，且可靠性和稳定性高。

本实施例中，所述机械臂包括由若干根顺序连接的摆臂211构成的折叠臂以及连接于折叠臂最末端的转动臂，所述折叠臂头部转动配合安装于机架上，若干根所述摆臂转动配合且转动角度可调，所述转动臂包括顺序连接的若干个舵机212，所述夹持组件安装于转动臂末端并可被若干个舵机驱动转动。结合图3所示，摆臂211设置有两个，每个摆臂均通过电机配合蜗轮蜗杆减速器2111驱动转动，电机安装于摆臂上，蜗轮蜗杆减速器安装于摆臂铰接处，蜗轮蜗杆减速器的输出端将动力传递至摆臂的铰接处驱动相应的摆臂转动，本实施例中转动臂包括三个舵机，三个舵机顺序相连，其中夹持组件安装于机械臂末端并通过三个舵机驱动分别实现以X轴、Y轴以及Z轴为中心轴的转动，通过该结构的机械臂可实现多个自由度的转换，提高夹持组件的灵活性，利于适应复杂地形的采样操作。

本实施例中，所述机架10为盒状结构，所述机架内沿竖向设置有若干个夹层11，所述动力组件安装于最下方的夹层内。在机架内部水平增设若干个隔板形成夹层，本实施例中设置有两个夹层，行走轮组件30和越障组件40均安设于机架的两侧壁上，机架内部的夹层架构利于提高整个机器人框架的结构强度和刚度，另外夹层便于携带或安装其他勘探需要的设备，在机架侧壁、行走架以及越障摆臂上均开设有减重孔，第一驱动件51竖向安设，故第一驱动件穿出机架顶部外露设置，当然可在机架顶部设置安装罩将第一驱动件罩住，此处不再赘述；

本实施例中，所述夹持装置还包括安装于机械臂21末端或者夹持组件22上的摄像头23。结合图3所示，摄像头将采集到的图像实时传动给上位机控制器，以便于工作人员实时观察相应的环境进而相适应的控制夹持组件夹持取样。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于摆动式履带轮的越障勘探机器人，其特征在于：包括机架、行走装置和夹持装置，所述夹持装置安装于机架上用于夹持取样，所述行走装置包括安装于机架上的行走轮组件、越障组件以及动力组件，所述越障组件具有一主动端，所述越障组件的主动端转动配合安装于机架上以使得从动端可围绕主动端转动进而翻越障碍，所述动力组件安装于机架上用于驱动行走轮组件和越障组件运行进而实现机器人的越障行驶。

2.根据权利要求1所述的基于摆动式履带轮的越障勘探机器人，其特征在于：所述越障组件设置有两组并分设于机架的横向两侧，所述越障组件设置于行走轮组件前侧，所述越障组件包括越障摆臂、分别固定安装于越障摆臂两端的主动越障带轮和从动越障带轮以及与主动越障带轮和从动越障带轮传动配合的越障履带，所述主动越障带轮转动配合安装于机架上并可被动力组件驱动转动。

3.根据权利要求2所述的基于摆动式履带轮的越障勘探机器人，其特征在于：所述行走轮组件包括行走架、安装于行走架上呈三角布置的三个行走带轮以及与三个行走带轮传动配合的行走履带，所述行走架转动配合安装于机架上并可被动力组件驱动转动，至少一个行走带轮作为主动行走带轮被动力组件驱动转动。

4.根据权利要求3所述的基于摆动式履带轮的越障勘探机器人，其特征在于：所述动力组件包括第一驱动件以及第一传动件，所述第一传动件包括主动链轮、从动链轮、与主动链轮和从动链轮传动配合的链条以及主动传动带轮和传动带，所述第一驱动件驱动主动越障带轮转动，所述主动链轮与主动越障带轮传动配合，所述从动链轮与主动传动带轮传动配合，所述传动带与主动传动带轮以及其中一个行走带轮传动配合。

5.根据权利要求1所述的基于摆动式履带轮的越障勘探机器人，其特征在于：所述夹持装置包括机械臂以及安装于机械臂末端的夹持组件，所述机械臂可驱动夹持组件转换方位，所述夹持组件包括至少两个夹持臂以及夹持驱动组件，所述夹持驱动组件驱动各夹持臂相互靠近或远离形成夹持或打开状态。

6.根据权利要求4所述的基于摆动式履带轮的越障勘探机器人，其特征在于：所述动力组件还包括第二驱动件，所述第二驱动件驱动行走架转动。

7.根据权利要求6所述的基于摆动式履带轮的越障勘探机器人，其特征在于：所述动力组件还包括第三驱动件和第三传动件，所述第三传动件包括与行走架转动配合的转轴以及外套于转轴上与转轴转动配合的轴套，所述从动链轮与转轴传动配合，所述主动传动带轮与转轴传动配合，所述第三驱动件驱动转轴转动，所述轴套与行走架传动配合，所述第二驱动件驱动轴套转动。

8.根据权利要求5所述的基于摆动式履带轮的越障勘探机器人，其特征在于：所述机械臂包括由若干根顺序连接的摆臂构成的折叠臂以及连接于折叠臂最末端的转动臂，若干根所述摆臂转动配合且转动角度可调，所述转动臂包括顺序连接的若干个舵机，所述夹持组件安装于转动臂末端并可被若干个舵机驱动转动。

9.根据权利要求1所述的基于摆动式履带轮的越障勘探机器人，其特征在于：所述机架为盒状结构，所述机架内沿竖向设置有若干个夹层，所述动力组件安装于最下方的夹层内。

10.根据权利要求5所述的基于摆动式履带轮的越障勘探机器人，其特征在于：所述夹持装置还包括安装于机械臂末端或者夹持组件上的摄像头。

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