CN209739204U - 一种新型气动轮式避障机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及移动机器人领域，提供了一种新型气动轮式避障机器人。本装置由气缸A，气缸B，机架，单向轴承轮，电磁换向阀，单片机，超声波模块，红外探头，继电器模块等组成。根据单向轮只能单向转动的特点，两侧水平气缸伸出缩回过程中，前后轮由于所受滚动摩擦和静摩擦力大小的不同，而实现前进动作。转向时，利用单侧竖直方向和水平方向气缸的配合工作和差速转向，使装置转动一个角度，重复操作以达到转向避障的目的。所述机器人将机械、电气、流体三方面的技术融合，利用的气体驱动方式，使整个装置的各个动作更容易控制，装置经济实用，可行性高，实用性强，具有一定的市场前景和良好的经济效益。

Description

一种新型气动轮式避障机器人

技术领域

本发明设计了一种新型气动轮式避障机器人，涉及机器人研究领域，该机器人较传统的轮式机器人可以省去复杂的电机***和相关的机械连接装置，使得轮式机器人结构变得简单，特别是采用气动驱动，特别适合工业生产环境下将其装备于柔性制造***(FMS)中，高效完成很多人类无法完成的任务，提高工作效率，解放人力。

背景技术

为了解决狭小空间或危险环境条件下，人类难以或不能进行工作的现实问题，人们设计出各种形式的可避障自主行走机器人。现有的自动避障机器人大部分设计成靠电机驱动前行的形式，这种装置要用到控制电机，内部机械传动结构复杂，造价和后期维护成本较高，特别是在复杂环境中由于放射性、腐蚀性物质的存在，很有可能损坏电机和机器人本体，影响机器人工作的正常进行；并且在工作过程中，由于连续工作、冲击震动的影响，将大大降低某些重要零件的寿命。因此本发明设计出一种新型气动轮式避障机器人，以采用轮式前进、气体驱动的方式完成自动避障和智能控制的目的，采用前后四个轮子前进，较传统机器人，其动作速度更快，在某些紧急工作条件下，起到至关重要的作用，另外由于气动***成本低，控制简单，灵活性强，仅需要气源特别适合装备于现代工业生产***中，本装置自动化程度高，操作简单，维护便捷，较传统的电机驱动机器人的成本降低很多，产品经济实用，质量可靠，具有广阔的市场前景和良好的经济效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种质量可靠，动作迅捷的气动轮式避障机器人。较传统避障机器人装置可以大幅度提高使用寿命，安全可靠；同时利用轮式前进速度快的特点，可以提高机器人的工作效率和工作质量，采用气源作为驱动介质，特别适合装备于现代工业生产***中。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：一种新型气动轮式避障机器人主要包括单向轴承轮A，尼龙套A，轴A，腿架A，腿架B，气缸A，滑轨，尼龙套B，气缸连接架，气缸支架，轴B，继电器模块，电磁阀，超声波模块，超声波模块支架，红外探头支架，机架，电控底板，降压模块，单片机，气缸B，单向轴承轮B，红外探头，尼龙套C，尼龙套D，铜螺柱；所述一种新型气动轮式避障机器人整体为门型结构，左右两侧结构相同，以其中一侧为例：一种新型气动轮式自主避障装置的滑轨通过螺钉和螺母与机架连接，滑轨整体保持水平，气缸支架通过螺钉和螺母与机架连接，气缸B与气缸支架通过自身的螺母连接，气缸A通过螺钉与气缸连接架连接，气缸B伸出端通过螺母与气缸连接件连接，气缸连接件通过螺钉和螺母与滑轨连接。单向轴承轮A通过键连接在轴A上，然后通过左右尼龙套A和尼龙套B固定在腿架A的中间，从而形成机器人的前腿，前腿通过螺钉和螺母与滑轨外侧连接。同理，单向轴承轮B通过键连接在轴B上，然后通过左右两尼龙套C和尼龙套D固定在腿架B的中间，从而形成机器人的后腿，后腿通过螺钉和螺母与滑轨内侧连接。超声波模块支架通过螺钉和螺母与机架的上表面连接，将其固定在整个装置的左端，电控底板通过铜螺柱与机架上表面连接，固定在机架正上方，降压模块通过胶粘的方式固定在电控底板上，用来向单片机供电，继电器模块与电控底板连接，单片机通过铜螺柱与电控底板连接，固定在整个装置的后端，电磁换向阀通过螺钉与机架上表面连接，固定在机架上表面左侧，红外探头支架通过胶粘的方式固定在机架下表面左侧，红外探头通过胶粘的方式固定在红外探头支架上，且与水平方向成45°角。

进一步的，所述机架为“门”型板体结构，在机架左、右两侧设有大小不同的孔和条形孔，方便与滑轨内侧连接，机架上表面设有安装孔，方便通过铜螺柱与电控底板连接。

进一步的，所述腿架A为U型板体结构，在其两侧两端部开有同心圆形孔，用于轴A的径向固定。

进一步的，所述气缸支架为L型板体结构，正面和侧面设有安装孔，方便与机架和气缸B连接。

进一步的，所述气缸连接架为L型板体结构，正面和侧面设有圆孔，方便与气缸A，气缸B和滑轨外侧连接。

本装置通过使用轮式前进的方法来提升避障机器人的动作速度，同时由于利用气体驱动，电气控制的方法，使得整体结构简单，性能稳定，便于后期维护，特别适合装备于现代工业生产***中，经济实用，具有广阔的市场前景和良好的经济效益。

附图说明

图1为一种新型气动轮式避障机器人的的轴测图。

图2为一种新型气动轮式避障机器人的机架部分的轴侧图。

图3为一种新型气动轮式避障机器人的单侧腿架部分的正视图。

附图标记：

1-单向轴承轮A，2-尼龙套A，3-轴A，4-腿架A，5-腿架B，6-气缸A，7- 滑轨，8-尼龙套B，9-气缸连接架，10-气缸支架，11-轴B，12-继电器模块，13- 电磁换向阀，14-超声波模块，15-超声波模块支架，16-红外探头支架，17-机架， 18-电控底板，19-降压模块，20-单片机，21-气缸B，22-单向轴承轮B，23- 红外探头，24-尼龙套C，25-尼龙套D，26-铜螺柱

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1～图3所示，一种新型气动轮式避障机器人主要包括：单向轴承轮 A1，尼龙套A2，轴A3，腿架A4，腿架B5，气缸A6，滑轨7，尼龙套B8，气缸连接架9，气缸支架10，轴B11，继电器模块12，电磁换向阀13，超声波模块14，超声波模块支架15，红外探头支架16，机架17，电控底板18，降压模块19，单片机20，气缸B21，单向轴承轮B22，红外探头23，尼龙套C24，尼龙套D25；所述一种新型气动轮式避障机器人整体为门型结构，左右两侧结构相同，以其中一侧为例：一种新型气动轮式自主避障装置的滑轨7通过螺钉和螺母与机架17连接，滑轨整体保持水平，气缸支架10通过螺钉和螺母与机架连接，气缸B21与气缸支架10通过自身的螺母连接，气缸A6通过螺钉与气缸连接架9连接，气缸B21伸出端通过螺母与气缸连接件9连接，气缸连接件9 通过螺钉和螺母与滑轨7连接。单向轴承轮A1通过键连接在轴A3上，然后通过左右尼龙套A2和尼龙套B8固定在腿架A4的中间，从而形成机器人的前腿，前腿通过螺钉和螺母与滑轨7外侧连接。同理，单向轴承轮B22通过键连接在轴B11上，然后通过左右两尼龙套C24和尼龙套D25固定在腿架B5的中间，从而形成机器人的后腿，后腿通过螺钉和螺母与滑轨7内侧连接。超声波模块支架15通过螺钉和螺母与机架17的上表面连接，将其固定在整个装置的左端，电控底板18通过铜螺柱26与机架17上表面连接，固定在机架17正上方，降压模块19通过胶粘的方式固定在电控底板18上，用来向单片机供电，继电器模块12与电控底板18连接，单片机20通过铜螺柱与电控底板18连接，固定在整个装置的后端，电磁换向阀13通过螺钉与机架17上表面连接，固定在机架17上表面左侧，红外探头支架16通过胶粘的方式固定在机架17下表面左侧，红外探头23通过胶粘的方式固定在红外探头支架16上，且与水平方向成45°角。

进一步的，所述机架17为“门”型板体结构，在机架17左、右两侧设有大小不同的孔和条形孔，方便与滑轨7内侧连接，机架17上表面设有安装孔，方便通过铜螺柱26与电控底板18连接。

进一步的，所述腿架A4为U型板体结构，在其两侧两端部开有同心圆形孔，用于轴A3的径向固定。

进一步的，所述气缸支架10为L型板体结构，正面和侧面设有安装孔，方便与机架和气缸B21连接。

进一步的，所述气缸连接架9为L型板体结构，正面和侧面设有圆孔，方便与气缸A6，气缸B21和滑轨7外侧连接。

本发明的工作过程大致如下：

当机器人所在环境中，左右两侧距离适中且前方无障碍物时，装置两侧的气缸B21伸出，气缸B21伸出带动气缸连接件9动作，从而引起与气缸连接件 9连接的滑轨7外侧伸出，前腿的单向轴承轮A1受到的滚动摩擦力比后腿上的单向轴承轮B22受到的静摩擦力小得多，进而使固定在滑轨7外侧上的前腿前进，后腿不动。然后两侧的气缸B21缩回，利用地面对前腿上的单向轴承轮A1 的静摩擦力远大于后腿上的单向轴承轮B22受到的滚动摩擦力，从而带动后腿前进，前腿保持不动，进而实现整个的前进动作。当机器人所处环境的左侧距离障碍物较近时，需要装置进行右转动作，这时处在右侧的气缸A伸出到地面，将右侧两腿撑起，与前进动作不同的是，然后只有左侧的气缸B21伸出，处在右侧的气缸B缩回，利用地面对左侧和对右侧的力矩之差，使机器人向右转动一个角度，重复以上顺序，直到装置左侧和障碍物达到安全距离时，处在右侧的气缸A缩回，完成右转动作，继续前进。当机器人右侧距离障碍物较近时，需要装置进行左转动作，其动作原理和右转时相同。在整个工作过程中，超声模块14和红外探头23检测装置距离前方，左侧和右侧的距离，按照预先编写的程序，控制电磁换向阀13的工作状态，从而改变左右两侧气缸A和气缸B 的动作顺序，来实现机器人的前进、左转和右转动作，并在不同环境下，动作过程中不断调整，实现自主避障的目的与效果。与现有技术相比，本发明将机械、电气、流体三方面的技术融合，利用的气体驱动方式，使整个装置的各个动作更容易控制，与传统的足式机器人相比，由于轮子收到的滚动摩擦比传统机器人收到的滑动摩擦小得多，所以在前进过程中，在惯性的作用下，整个装置每前进一步之后还能滑行一步，从而提高了机器人的动作速度和工作效率，是一种新型高效的自动避障装置。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种新型气动轮式避障机器人，主要包括：单向轴承轮A，尼龙套A，轴A，腿架A，腿架B，气缸A，滑轨，尼龙套B，气缸连接架，气缸支架，轴B，继电器模块，电磁阀，超声波模块，超声波模块支架，红外探头支架，机架，电控底板，降压模块，单片机，气缸B，单向轴承轮B，红外探头，尼龙套C，尼龙套D，铜螺柱；其特征在于：所述一种新型气动轮式避障机器人整体为门型结构，左右两侧结构相同，以其中一侧为例：一种新型气动轮式自主避障装置的滑轨通过螺钉和螺母与机架连接，滑轨整体保持水平，气缸支架通过螺钉和螺母与机架连接，气缸B与气缸支架通过自身的螺母连接，气缸A通过螺钉与气缸连接架连接，气缸B伸出端通过螺母与气缸连接件连接，气缸连接件通过螺钉和螺母与滑轨连接，单向轴承轮A通过键连接在轴A上，然后通过左右尼龙套A和尼龙套B固定在腿架A的中间，从而形成机器人的前腿，前腿通过螺钉和螺母与滑轨外侧连接，同理，单向轴承轮B通过键连接在轴B上，然后通过左右两尼龙套C和尼龙套D固定在腿架B的中间，从而形成机器人的后腿，后腿通过螺钉和螺母与滑轨内侧连接，超声波模块支架通过螺钉和螺母与机架的上表面连接，将其固定在整个装置的左端，电控底板通过铜螺柱与机架上表面连接，固定在机架正上方，降压模块通过胶粘的方式固定在电控底板上，继电器模块与电控底板连接，单片机通过铜螺柱与电控底板连接，固定在整个装置的后端，电磁换向阀通过螺钉与机架上表面连接，固定在机架上表面左侧，红外探头支架通过胶粘的方式固定在机架下表面左侧，红外探头通过胶粘的方式固定在红外探头支架上，且与水平方向成45°角。

2.根据权利要求1所述的一种新型气动轮式避障机器人，其特征在于：所述机架为门型板体结构，在机架左、右两侧设有大小不同的孔和条形孔，机架上表面设有安装孔。

3.根据权利要求1所述的一种新型气动轮式避障机器人，其特征在于：所述腿架A为U型板体结构，在其两侧两端部开有同心圆形孔。

4.根据权利要求1所述的一种新型气动轮式避障机器人，其特征在于：所述气缸支架为L型板体结构，正面和侧面设有安装孔。

5.根据权利要求1所述的一种新型气动轮式避障机器人，其特征在于：所述气缸连接架为L型板体结构，正面和侧面设有圆孔。