CN112744305A - 一种履带机器人翻转臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种履带机器人翻转臂，包括：摆臂，前端通过翻转驱动电机驱动转动，其两端分别转动安装有驱动轮和从动轮；所述驱动轮通过驱动电机驱动转动，所述从动轮与驱动轮之间通过履带连接。本发明结构紧凑小巧、结构布局合理、传动平稳、力矩强劲，为地面履带式机器人越障提供一种新型有效的设计思路及方案，最大限度的提高履带机器人的越障性能；具备同比体积设计输出力矩最大，耐冲击，耐振动等优点；本发明的位置姿态精准定位及实时读取，可以适用于不用类型的履带机器人本体。

Description

一种履带机器人翻转臂

技术领域

本发明涉及机械机构领域，尤其涉及一种履带机器人翻转臂。

背景技术

履带式机器人类型也比较多，目前中型的履带式机器人大都无摆臂结构，越障能力一般，为进一步提高履带式机器人的越障能力，需增加摆臂驱动机构。对于双摆臂履带机器人而言，行走和摆臂共四套驱动传动装置，会占用底盘宝贵的空间，并增加机器人***的重量、体积，如何从设计上统筹布局行走和摆臂的传动装置，如何实现大负载驱动并追求结构简单化、轻量化，是机器人设计领域的难题。

目前,摆臂式履带机器人由单摆臂或双摆臂构成,其具备良好的移动能力和地形适应性,越来越广泛应用到环境恶劣的抢险救灾、安全巡检、军事侦察与排险等重要场合。履带机器人工作时,其摆臂关节可以围绕机器人正反旋转,遇到崎岖地形时,可以有效支撑起机器人移动平台,实现越障攀爬等功能。在通过空间狭小、地面松软的环境时,摇臂呈下放回收状态,有效增大了履带的接地面积,减轻对地压力,保证机器人平稳通过。此种摆臂式机器人采用集成设计思路，将左右翻转臂设计成捆绑形式，同时摆动同时停止，此种设计机器人越障能力受到一定程度的限制，左右翻转臂联动设计较左右翻转臂独立摆动越障能力较差。

发明内容

发明目的：本发明针对上述不足，提出了一种可以解决履带式机器人高速、平稳通过砂石、泥泞、坑洼、杂草等复杂路面上的履带机器人翻转臂。

技术方案：

一种履带机器人翻转臂，包括：

摆臂，前端通过翻转驱动电机驱动转动，其两端分别转动安装有驱动轮和从动轮；

所述驱动轮通过驱动电机驱动转动，所述从动轮与驱动轮之间通过履带连接。

所述翻转驱动电机为无框电机，其电机轴与所述摆臂前端固定连接。

所述翻转驱动电机包括电机定子和电机转子；所述电机定子固定在所述固定座内，所述电机轴通过轴承安装在所述固定座内，在所述电机轴上与所述电机定子相对应位置处安装有电机转子。

在所述电机轴上固定安装有编码器磁环，在所述固定座内相对应位置处设置有用于采集所述编码器磁环信息获取所述电机轴转动角度的编码器读头。

所述电机轴为中空结构，其内穿设有通过所述驱动电机驱动转动的驱动轴，所述驱动轴与所述驱动轮固定连接。

在所述固定座内与所述电机轴连接有谐波减速机，所述谐波减速机的输出端与所述摆臂前端固定连接；所述谐波减速机为中空结构，所述驱动轴穿过所述谐波减速机与所述驱动轮固定连接。

所述摆臂前端开设有通孔，所述驱动轴穿过所述通孔后连接固定有驱动轮转接板，驱动轮转接板与所述驱动轮固定连接。

所述摆臂包括摆臂座、摆臂调节杆以及从动杆；

所述摆臂座为中空结构，其与所述谐波减速机的输出端固定连接；所述驱动轴穿过所述摆臂座与所述驱动轮固定连接；

所述摆臂调节杆垂直于所述电机轴方向安装在所述摆臂座的外侧壁上，在所述摆臂调节杆上沿垂直所述传动轴方向对称设置有若干腰型孔；

在所述从动杆上设置有与所述腰型孔相对应的螺孔，所述从动杆与所述摆臂调节杆通过螺栓固定连接，并通过调整所述螺栓在所述腰型孔内的位置调整所述摆臂调节杆与所述从动杆之间的距离；所述从动轮转动安装在所述从动杆末端。

在所述摆臂座外侧壁为台阶型结构，其在其台阶处沿周向均匀设置有若干凸台，所述摆臂调节杆前端开设有与所述凸台相对应的安装槽，所述摆臂调节杆通过所述安装槽与所述凸台的配合固定安装在所述摆臂座上。

在所述配合轴承外装有骨架油封，所述骨架油封的外圈与所述固定座相配合，其内圈与所述摆臂座相配合。

在所述摆臂座与所述固定座之间还设置有泛塞封，所述泛塞封的外圈与所述摆臂座相配合，其内圈与所述固定座相配合。

在所述摆臂调节杆上沿垂直所述传动轴方向还设置有若干条形槽，在所述从动杆上对应设置有与所述条形槽相对应的凸条，所述摆臂调节杆与所述从动杆之间通过所述条形槽与所述凸条的配合实现定位连接。

所述驱动轮为链轮，所述履带中部沿周向上设置有与所述驱动轮上齿相对应的齿槽。

所述从动轮为两个，分别转动安装在所述摆臂两侧，在所述履带内侧面位于两个所述从动轮内的位置处沿周向均匀设置有若干挡条。

在所述摆臂中部上下两侧分别固定有滚轮架，在所述滚轮架面向所述履带的端面上沿轴向转动安装有若干与所述履带配合的滚轮。

所述滚轮有两排，对称设置在所述滚轮架面向所述履带的端面上

有益效果：

1、本发明采用模块化设计思路，翻转臂与机器人本体之间采用法兰连接，可以快速拆卸及更换；本发明的翻转臂采用IP67防护设计；

2、本发明结构紧凑小巧、结构布局合理、传动平稳、力矩强劲，为地面履带式机器人越障提供一种新型有效的设计思路及方案，最大限度的提高履带机器人的越障性能；具备同比体积设计输出力矩最大，耐冲击，耐振动等优点；

3、本发明可以实现位置姿态的精准定位及实时读取，可以适用于不用类型的履带机器人本体。

附图说明

图1为本发明的履带机器人独立摆臂等轴示意图。

图2为本发明的翻转驱动组件的剖视图。

图3为本发明的固定座的剖视图。

图4为本发明的传动轴的结构示意图。

图5为本发明的翻转驱动组件的示意图图。

图6为本发明的摆臂座的等轴测视图。

图7为本发明的履带机器人翻转臂的侧视图。

图8为本发明的履带示意图。

其中，10为驱动组件，20为驱动轮组件，30为翻转驱动组件，40为履带，50为从动轮组件，60为履带支撑组件；

31、固定座，32、谐波减速机，33、传动轴，34、第一轴承，35、电机定子，36、电机转子，37、锁紧环，38、螺母，39、套筒，310、第二轴承，311、轴承座，312、编码器读头，313、编码器磁环，314、第三轴承，315、第一骨架油封，316、摆臂座，317、第四轴承，318、第二骨架油封，319、摆臂调节杆，320、泛塞封，321、孔用弹性挡圈；

31-1、减速机安装槽，31-2、无框电机槽；33-1、螺纹孔，33-2、轴承配合面，33-3、轴用弹性挡圈槽，33-4、外螺纹；316-1、凸台，316-2、旋转密封面，316-3、减速机安装面，316-4、轴承安装槽；319-1、腰型孔，319-2、条形槽；

51、从动轮，52、从动杆；61、滚轮架，62、滚轮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

图1为本发明的关节式履带机器人独立摆臂等轴示意图。如图1所示，本发明的履带机器人翻转臂包括驱动组件10、驱动轮组件20、翻转驱动组件30、履带40、从动轮组件50以及履带支撑组件60。

图2为本发明的履带机器人翻转臂的剖视图。如图2所示，本发明的翻转驱动组件30包括固定座31、谐波减速机32、传动轴33、电机定子35、电机转子36、摆臂座316以及摆臂调节杆319。

如图3所示，固定座31为中空结构，在其中空结构内一端设有减速机安装槽31-1，其内通过螺栓固定安装有谐波减速机32，另一端设有无框电机槽31-2，其内通过销孔定位安装有电机定子35；在固定座31的中空结构内壁位于电机定子35端面处还通过螺栓固定有锁紧环37，用于将电机定子35压紧在固定座31的减速机安装槽31-1内。

本发明通过上述设计的固定座31，可以减少外力撞击固定座31时剪力传到谐波减速及32的固定螺栓上，从而增强了翻转臂的可靠性；

在固定座31的中空结构内还穿设有传动轴33，如图4所示，传动轴33包括其前端的轴承配合面33-2以及其外侧壁上沿轴向均匀设置的若干螺纹孔33-1；谐波减速机32的输入端通过螺栓与传动轴33末端固定连接，将电机动能传递到谐波减速机32内部；转动轴33靠近谐波减速机32的一端(即其末端)通过第一轴承34装配在固定座31内，保障传动轴33与固定座31的同心度；传动轴33穿过电机定子35，其外侧壁上与电机定子35相对应位置处通过螺栓与螺纹孔33-2的配合固定安装有电机转子36，用于防止电机转子36在圆周方向窜动，加强动能传递效率；在传动轴33前端外套设有套筒39，套筒39的端面通过轴用弹性挡圈33-4安装有第二轴承310，第二轴承310的外圈与轴承座311相配合，轴承座311通过螺栓固定安装在固定座31内，轴承座311与固定座31设计同心度配合，保障了电机转子36与电机定子35的同心度，保障电机输出的平稳性。

在本发明中，电机转子36和电机定子35构成了无框电机，该无框电机与履带机器人内的控制模块连接，并通过控制模块控制启停。

在本发明中，在轴承座311上还通过螺栓固定有编码器读头312，编码器读头312与履带机器人内的控制模块连接，相对应地，在套筒310外侧壁相对应位置处通过螺栓固定安装有编码器磁环313，通过编码器读头312采集编码器磁环313信息获取得到传动轴33转动角度，进而得到本发明的履带机器人翻转臂翻转角度，控制模块通过反馈记录编码器的角度实时读取履带机器人翻转臂的位置姿态。

在本发明中，编码器读头312及编码器磁环313采用的是绝对值编码器读头和绝对值编码器磁环。

在本发明中，在传动轴33外侧壁上位于电机转子36两端均设置有螺纹段，在螺纹段上通过螺纹配合安装有螺母38，以防止电机转子36的轴向窜动。

在谐波减速机32的输出端设置有摆臂座316，如图5所示，摆臂座316套设在固定座31外，其内侧壁与固定座31配合形成旋转密封面316-2；摆臂座316也为中空结构，其中空结构包括其中间的减速机安装面316-3及在减速机安装面316-3外设置的轴承安装槽316-4；其减速机安装面316-3与谐波减速机32的输出法兰通过螺栓固定连接，在其轴承安装槽316-4内安装有第三轴承314；第三轴承314的外圈与固定座31相配合连接，其内圈下部与谐波减速机32的输出法兰相配合连接，内圈上部与摆臂座316的轴承安装槽316-4相配合连接。在本发明中，在第三轴承314外装有第一骨架油封315，第一骨架油封315的外圈与固定座31相配合，其内圈与摆臂座316相配合；在摆臂座316与固定座31之间还设置有泛塞封320，泛塞封320的外圈与摆臂座316相配合，其内圈与固定座31相配合。

通过前述设计的摆臂座316，使得机器人翻转臂受到外部径向载荷冲击时，通过前述设计的轴承安装槽316-4装配第三轴承314，可以实现冲击力首先由固定座31承担，保障其内谐波减速机32不受冲击载荷及振动的破坏，恰到其份的规避了谐波减速机32不耐冲击及振动的缺点，再通过装配的第一骨架油封315及泛塞封320等旋转密封器件，将翻转臂的防护性能提升到IP67。

在摆臂座316的外侧壁上通过螺栓固定连接有垂直于传动轴33方向的摆臂调节杆319，在摆臂调节杆319上沿垂直传动轴33方向对称设置有若干腰型孔319-1。

在本发明中，在摆臂座316外侧壁为台阶型结构，其在其台阶处沿周向均匀设置有若干凸台，摆臂调节杆319前端开设有与前述凸台相对应的安装槽，摆臂调节杆319安装槽与凸台的配合，再通过螺栓固定安装在摆臂座316的凸台处，通过前述结构设计可以有效地将摆臂调节杆319受到冲击力传递到摆臂座316上，防止固定的螺栓受到剪切力。

本发明的谐波减速机32也为中空结构，传动轴33也为中空结构，在摆臂座316的中心位置装有第四轴承317，第四轴承317通过孔用弹性挡圈321固定连接，其在第四轴承317的外侧装有第二骨架油封318。

本发明通过履带机器人内的控制模块控制无框电机，从而使得电机转子36转动，从而带动传动轴33转动，进而可以将转矩传递至谐波减速机32，再通过谐波减速机32带动摆臂座316转动，从而带动摆臂调节杆319与从动杆52的转动，最终实现整个摆臂的翻转。

如图1、7所示，驱动组件10包括驱动电机及减速机，驱动电机的电机轴与减速机的输入端固定连接，减速机与固定座31通过螺栓固定连接，减速机的输出端与驱动轴输入端通过平键连接。

在本发明中，驱动电机与履带机器人内的控制模块连接，并通过控制模块控制启停。

如图1、7所示，驱动轮组件20包括驱动轴、驱动轮转接板以及履带驱动轮，驱动轴穿过传动轴33、谐波减速机32及摆臂座316，其输入端通过轴承装配在减速机上，其输出端与第四轴承317相配合。驱动轴的输出端通过花键与驱动轮转接板连接，驱动轮转接板通过螺栓固连有履带驱动轮，履带驱动轮采用链轮。

如图7所示，从动轮组件50包括从动杆52及从动轮51，在从动杆52上设置有相对应的螺孔，从动杆52与摆臂调节杆319通过螺栓固定连接，并通过调整螺栓在摆臂调节杆319上的腰型孔319-1内的位置调整摆臂调节杆319与从动杆52之间的距离；在从动杆52的另一端设置有从动轴承，在从动轴承两侧分别通过孔用弹性挡圈固定；在从动轴承内转动安装有从动轴，在从动轴两端分别固定安装有从动轮51，且从动轴两端的端部分别通过螺栓固定有止窜垫，防止从动轮51轴向窜动。

在本发明中，在摆臂调节杆319上沿垂直传动轴33方向还设置有若干条形槽319-2，在从动杆52上对应设置有与条形槽319-2相对应的凸条，摆臂调节杆319与从动杆52之间通过条形槽319-2与凸条的配合实现定位连接，防止二者之间偏移。

如图1、7、8所示，履带40中部沿周向上设置有与履带驱动轮上齿相对应的齿槽，履带40套设在履带驱动轮及从动轮51外，履带40外侧中部周向上设置的齿槽与履带驱动轮上齿相配合，通过履带驱动轮转动带动履带40运动，进而带动从动轮51转动。在履带40内侧面位于两个从动轮51内的位置处沿周向均匀设置有若干挡条，用于阻挡石子、杂草等进入履带40内部，且两个从动轮51分别挡住履带40挡条外，有效的防止了履带40脱带。

在本发明中，通过调整螺栓在摆臂调节杆319上的腰型孔319-1内的位置调整摆臂调节杆319与从动杆52之间的距离，进而调节履带40的张紧度。

如图7所示，履带支撑组件60包括滚轮架61及滚轮62，滚轮架61有两个，分别通过螺栓固定安装在从动杆52上下两侧，在滚轮架61的面向履带40的端面上沿轴向固定有若干转轴，在转轴上转动安装有滚轮62，滚轮62与履带40接触，并随着履带40运动而转动。在本发明中，转轴有两排，对称设置在滚轮架61面向履带40的端面上。

本发明通过滚轮架61固化履带40传动结构的外形，避免履带40在砂石、泥泞、坑洼路面行驶过程中由于履带40受到过度冲击导致履带40被拉长导致脱带现象发生，同时滚轮架61也可以有效阻碍石子、杂草等进入履带40内部。

本发明通过履带机器人内的控制模块控制驱动电机转动，驱动电机的电机轴将转矩传递至减速机，从而驱动穿设在传动轴33内的驱动轴转动，驱动轴通过驱动轮转接板带动驱动轮转动，进而带动履带的运动及从动轮51转动，从而可以实现履带行走。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种履带机器人翻转臂，其特征在于：包括：

摆臂，前端通过翻转驱动电机驱动转动，其两端分别转动安装有驱动轮和从动轮；

所述驱动轮通过驱动电机驱动转动，所述从动轮与驱动轮之间通过履带连接。

2.根据权利要求1所述的履带机器人翻转臂，其特征在于：所述翻转驱动电机为无框电机，其电机轴与所述摆臂前端固定连接。

3.根据权利要求2所述的履带机器人翻转臂，其特征在于：所述翻转驱动电机包括电机定子和电机转子；所述电机定子固定在所述固定座内，所述电机轴通过轴承安装在所述固定座内，在所述电机轴上与所述电机定子相对应位置处安装有电机转子。

4.根据权利要求3所述的履带机器人翻转臂，其特征在于：在所述电机轴上固定安装有编码器磁环，在所述固定座内相对应位置处设置有用于采集所述编码器磁环信息获取所述电机轴转动角度的编码器读头。

5.根据权利要求3所述的履带机器人翻转臂，其特征在于：所述电机轴为中空结构，其内穿设有通过所述驱动电机的驱动轴，所述驱动轴与所述驱动轮固定连接。

6.根据权利要求5所述的履带机器人翻转臂，其特征在于：在所述固定座内与所述电机轴连接有谐波减速机，所述谐波减速机的输出端与所述摆臂前端固定连接；所述谐波减速机为中空结构，所述驱动轴穿过所述谐波减速机与所述驱动轮固定连接。

7.根据权利要求5或6所述的履带机器人翻转臂，其特征在于：所述摆臂前端开设有通孔，所述驱动轴穿过所述通孔后连接固定有驱动轮转接板，驱动轮转接板与所述驱动轮固定连接。

8.根据权利要求6所述的履带机器人翻转臂，其特征在于：所述摆臂包括摆臂座、摆臂调节杆以及从动杆；

所述摆臂座为中空结构，其与所述谐波减速机的输出端固定连接；所述驱动轴穿过所述摆臂座与所述驱动轮固定连接；

所述摆臂调节杆垂直于所述电机轴方向安装在所述摆臂座的外侧壁上，在所述摆臂调节杆上沿垂直所述传动轴方向对称设置有若干腰型孔；

在所述从动杆上设置有与所述腰型孔相对应的螺孔，所述从动杆与所述摆臂调节杆通过螺栓固定连接，并通过调整所述螺栓在所述腰型孔内的位置调整所述摆臂调节杆与所述从动杆之间的距离；所述从动轮转动安装在所述从动杆末端。

9.根据权利要求8所述的履带机器人翻转臂，其特征在于：在所述摆臂座外侧壁为台阶型结构，其在其台阶处沿周向均匀设置有若干凸台，所述摆臂调节杆前端开设有与所述凸台相对应的安装槽，所述摆臂调节杆通过所述安装槽与所述凸台的配合固定安装在所述摆臂座上。

10.根据权利要求8所述的履带机器人翻转臂，其特征在于：在所述配合轴承外装有骨架油封，所述骨架油封的外圈与所述固定座相配合，其内圈与所述摆臂座相配合。

11.根据权利要求8所述的履带机器人翻转臂，其特征在于：在所述摆臂座与所述固定座之间还设置有泛塞封，所述泛塞封的外圈与所述摆臂座相配合，其内圈与所述固定座相配合。

12.根据权利要求8所述的履带机器人翻转臂，其特征在于：在所述摆臂调节杆上沿垂直所述传动轴方向还设置有若干条形槽，在所述从动杆上对应设置有与所述条形槽相对应的凸条，所述摆臂调节杆与所述从动杆之间通过所述条形槽与所述凸条的配合实现定位连接。

13.根据权利要求1所述的履带机器人翻转臂，其特征在于：所述驱动轮为链轮，所述履带中部沿周向上设置有与所述驱动轮上齿相对应的齿槽。

14.根据权利要求1所述的履带机器人翻转臂，其特征在于：所述从动轮为两个，分别转动安装在所述摆臂两侧，在所述履带内侧面位于两个所述从动轮内的位置处沿周向均匀设置有若干挡条。

15.根据权利要求1所述的履带机器人翻转臂，其特征在于：在所述摆臂中部上下两侧分别固定有滚轮架，在所述滚轮架面向所述履带的端面上沿轴向转动安装有若干与所述履带配合的滚轮。

16.根据权利要求15所述的履带机器人翻转臂，其特征在于：所述滚轮有两排，对称设置在所述滚轮架面向所述履带的端面上。

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