CN221251508U - 模块化全地形越障移动机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了模块化全地形越障移动机器人，包括底盘和设在底盘顶部的上装部件，所述底盘前后端的两侧均安装有轮胎，位于底盘前端或者后端两侧的轮胎上安装有摆臂；所述底盘的内部开设有机械传动仓，其中四组轮胎分别由机械传动仓内部的驱动轮电机传动，所述摆臂由机械传动仓内部的摆臂电机驱动。本申请通过就是在前端或者后端的一对轮胎上增加一对摆臂，当遇到障碍物的时候可以驱动摆臂将机器人一端抬起，前轮或者后轮便可以跨越或者压过障碍物，本申请装配摆臂能够辅助机器人越过超过轮子直径的障碍，以便可以更好的通过障碍物高于轮径的复杂路面。

Description

模块化全地形越障移动机器人

技术领域

本实用新型涉及越障机器人技术领域，具体涉及模块化全地形越障移动机器人。

背景技术

移动机器人有很多种形态，当遇到障碍的情况下，人们又设计出很多种越障机器人，目前主流的移动机器人包括轮式、履带式和足式三种形式，履带式机器人承载能力强但由于其重量较大移动性能差，不适宜在复杂环境中进行搜救活动。腿足式机器人对于复杂路面的适应性较强，但受限于移动方式，速度较低且续航能力弱。轮式移动机器人机动性强，但在越障方面性能较弱。

其中移动机器人最常见的为轮式和履带式，根据任务不同轮式的悬挂***有各种不同形式，但其目的大都是让底盘抬高、或是调整底盘悬挂***构件让四轮抓地力均衡以便可以通过复杂路面，但是当障碍物高于轮径的情况下移动机器人就无法通过。

同时现有的移动机器人的结构和功能基本都是固定不变的，如行动执行部分是轮式或者是履带式，但是在不同地形和工况状态下轮胎并不是通用的，如在铺装路面行使的轮胎并不试用沙地和泥地。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于：如何实现机器人在障碍物高于自身轮径的情况下实现正常行走。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

模块化全地形越障移动机器人，包括底盘和设在底盘顶部的上装部件，所述底盘前后端的两侧均安装有轮胎，位于底盘前端或者后端两侧的轮胎上安装有摆臂；所述底盘的内部开设有机械传动仓，其中四组轮胎分别由机械传动仓内部的驱动轮电机传动，所述摆臂由机械传动仓内部的摆臂电机驱动。

本申请通过就是在前端或者后端的一对轮胎上增加一对摆臂，当遇到障碍物的时候可以驱动摆臂将机器人一端抬起，前轮或者后轮便可以跨越或者压过障碍物，本申请装配摆臂能够辅助机器人越过超过轮子直径的障碍，以便可以更好的通过障碍物高于轮径的复杂路面。

作为本实用新型进一步的方案：四组所述轮胎的轴心与设在机械传动仓内部的驱动轮连接轴连接，该驱动轮连接轴的一端设置第一锥形齿，所述第一锥形齿与相应的驱动轮电机上的第二锥型齿啮合连接。

作为本实用新型进一步的方案：所述摆臂电机的输出端连接到联轴器，其中联轴器的一端通过蜗轮传动连接有蜗杆，且蜗杆的两端通过连轴贯穿驱动轮连接轴并与相应的摆臂连接。

作为本实用新型进一步的方案：所述摆臂长度大于运行轮胎直径，且小于整车长度。

作为本实用新型进一步的方案：所述底盘的运行轮胎直径大于底盘结构部件高度，且位于同一侧的前后轮胎的前后总长尺寸大于底盘结构部件的总长尺寸。

作为本实用新型进一步的方案：所述轮胎采用蜂巢轮胎。

作为本实用新型进一步的方案：所述底盘的前后两端中间位置处均设有双目摄像机，其中底盘的行走端处在双目摄像机的上方还设有红外相机。

作为本实用新型进一步的方案：所述底盘的顶部从机器人的行走端往后依次设有激光雷达、GPS、通讯天线和图传天线，其中底盘的内部设有计算机，且激光雷达、GPS、通讯天线和图传天线均与计算机电连接。

作为本实用新型进一步的方案：所述摆臂呈矩形状结构，且两端为圆弧状结构。

作为本实用新型进一步的方案：所述底盘的内部且位于机械传动仓的一侧还设有电池仓。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

首先，本申请通过就是在前端或者后端的一对轮胎上增加一对摆臂，当遇到障碍物的时候可以驱动摆臂将机器人一端抬起，前轮或者后轮便可以跨越或者压过障碍物，本申请装配摆臂能够辅助机器人越过超过轮子直径的障碍，以便可以更好的通过障碍物高于轮径的复杂路面；

其次，本申请全地形越障移动机器人具有高适应性，利用蜂窝非充气轮胎提高机器人的抗摔落能力，使用四轮滑移转向的驱动底盘使机器人具有更强的动力和灵活性，利用自身安装的各种传感器探测现场情况，回传视频信息，帮助救援人员设计救援方案，对于在信号干扰无法遥控的区域，可以通过机器人平台上额外的激光雷达与相机完成地图构建，对增强灾害救援能力以及减少搜救人员受伤概率有着重要意义；

最后，本申请采用模块化结构，底盘运动部分，轮毂轮胎部分，上装部件，摆臂部件；每个部分可独立分开，根据任务不同装配不同任务模块，提高本申请的适应性和实用性，同时本申请内部设置机械传动仓，电池仓，电气控制仓布局结构，将各个仓体分隔开，利于后续的独立维修工作。

附图说明

图1为本实用新型实施例模块化全地形越障移动机器人的结构示意图；

图2为本实用新型实施例模块化全地形越障移动机器人的正视图；

图3为本实用新型实施例图1的仰视图；

图4为本实用新型实施例图3中A-A向剖视图；

图5为本实用新型实施例图3的部分内部结构示意图；

图6为本实用新型实施例机器人在移动到障碍物前的示意图；

图7为本实用新型实施例机器人前轮在爬升障碍物时的示意图；

图8为本实用新型实施例机器人前轮在爬升到障碍物上的示意图；

图9为本实用新型实施例机器人前轮爬升到障碍物且摆臂准备工作时的示意图；

图10为本实用新型实施例机器人摆臂支撑起后轮时的示意图；

图11为本实用新型实施例机器人整体爬升到障碍物上的示意图；

附图标记说明：1、底盘；2、上装部件；3、红外相机；4、双目摄像机；5、激光雷达；6、GPS；7、通讯天线；8、图传天线；9、轮胎；10、摆臂；11、器件控制仓；12、计算机；13、驱动器；14、机械传动仓；15、驱动轮电机；16、驱动轮连接轴；17、摆臂电机；18、联轴器；19、蜗杆；20、电池仓。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参照图1，模块化全地形越障移动机器人，包括有底盘1和安装在底盘1底部的上装部件2，其中底盘1前端的两侧、以及后端的两侧均安装有轮胎9，位于底盘1前端或者后端两侧的轮胎9上安装有摆臂10，即摆臂10设有两根，两根摆臂10的一端安装到轮胎9上，另一端不安装(如图1和图5所示)。

参照图1和图4，底盘1的内部开设有机械传动仓14，其中四组轮胎9分别由机械传动仓14内部的驱动轮电机15传动，摆臂10由机械传动仓14内部的摆臂电机17驱动，需要注意的是，摆臂10呈矩形状结构，且两端为圆弧状结构。

进一步的，参照图5，四组轮胎9的轴心与设在机械传动仓14内部的驱动轮连接轴16连接，该驱动轮连接轴16的一端设置第一锥形齿，第一锥形齿与相应的驱动轮电机15上的第二锥型齿啮合连接，则通过控制驱动轮电机15工作，能够带动第二锥型齿转动，进而带动驱动轮连接轴16转动，而驱动轮连接轴16与相对应的轮胎9连接，进而驱动轮胎9进行转动，从图5可以看出，位于左侧的两组轮胎9为动力轮，两个动力轮的转动配合后面两个行走轮实现机器人的驱动。

需要注意的是，本申请为方便机器人越障，将轮胎9(包括两个动力轮以及两个行走轮)均采用蜂巢轮胎，且轮胎内部为快换机构，可根据行走路况和工作环境更换不同的轮胎或是履带，利用蜂窝非充气轮胎提高机器人的抗摔落能力，使用四轮滑移转向的驱动底盘使机器人具有更强的动力和灵活性。

参照图5，当左侧的两组轮胎9为动力轮的时候(此处的左右方向以图5为基准)，则两个摆臂10安装在两个左侧的动力轮上；如果当右侧的两组轮胎9为动力轮的时候，则两个摆臂10安装在两个右侧动力轮上；当遇到障碍物的时候可以驱动摆臂10，将机器人一端抬起，前轮便可以跨越或者压过障碍物，具体机器人摆臂配合前后轮爬升障碍物的操作流程图参照图6-图11；

具体的，搜救机器人靠近障碍后，在后轮和前轮协同作用下，前轮可以通过障碍如图6-图8，控制摆臂10绕后轮轴线逆时针转动从而接触地面，在地面反作用力作用下将后轮抬起，同时前轮向前运动，使后轮接触障碍，如图9-图11所示，待后轮越过障碍后，将摆臂顺时针旋转收回，如上图11所示。

需要注意的是摆臂10长度大于运行轮胎9直径，且小于整车长度；底盘1的运行轮胎9(即行走轮胎)直径大于底盘1结构部件高度，且位于同一侧的前后轮胎9的前后总长尺寸大于底盘1结构部件的总长尺寸。

参照图5，摆臂电机17的输出端连接到联轴器18，其中联轴器18的一端通过蜗轮传动连接有蜗杆19，且蜗杆19的两端通过连轴贯穿驱动轮连接轴16并与相应的摆臂10连接，则通过控制摆臂电机17工作，摆臂电机17驱动蜗轮传动，进而带动蜗杆19转动，蜗杆19转动进而通过连轴带动摆臂10进行转动，从而实现对摆臂10的控制。

参照图4，底盘1的内部且位于机械传动仓14的一侧还设有电池仓20，电池仓20用来放置为机器人提供电能的电池；本申请机械传动仓14和电池仓20的布局本申请不做限定，各个仓体分隔开利于后续的独立维修工作。

参照图1和图4，底盘1的前后两端中间位置处均设有双目摄像机4，其中底盘1的行走端处在双目摄像机4的上方还设有红外相机3，底盘内部前后还安装有MIU等等传感器件，根据机器人自身所需进行设置，本申请不做限定。

参照图1，上装部件2内部集成了运算计算机12，激光雷达5，陀螺仪、GPS6，RTK，通讯天线7和图传天线8等等，上装可根据任务需要快速更换不同模块，采用快插接口结构形式。其中上述模块均与计算机12电连接，通过计算机12实现智能操控。

本申请可利用自身安装的各种传感器探测现场情况，回传视频信息，帮助救援人员设计救援方案。对于在信号干扰无法遥控的区域，可以通过机器人平台上额外的激光雷达与相机完成地图构建，对增强灾害救援能力以及减少搜救人员受伤概率有着重要意义。

本申请具体的操作原理如下：

在搜救机器人靠近障碍后，在后轮和前轮协同作用下，前轮可以通过障碍，此时前轮落在障碍上，后轮位于下方(如图6-图8所示)，随后控制摆臂10绕后轮轴线逆时针转动从而接触地面(如图9所示)，在地面反作用力作用下将后轮抬起(如图10所述)，同时前轮向前运动，使后轮接触障碍，待后轮越过障碍后，将摆臂顺时针旋转收回(如图11所示)，从而完成机器人的越障工作。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.模块化全地形越障移动机器人，其特征在于，包括底盘(1)和设在底盘(1)顶部的上装部件(2)，所述底盘(1)前后端的两侧均安装有轮胎(9)，位于底盘(1)前端或者后端两侧的轮胎(9)上安装有摆臂(10)；

所述底盘(1)的内部开设有机械传动仓(14)，其中四组轮胎(9)分别由机械传动仓(14)内部的驱动轮电机(15)传动，所述摆臂(10)由机械传动仓(14)内部的摆臂电机(17)驱动。

2.根据权利要求1所述的模块化全地形越障移动机器人，其特征在于：四组所述轮胎(9)的轴心与设在机械传动仓(14)内部的驱动轮连接轴(16)连接，该驱动轮连接轴(16)的一端设置第一锥形齿，所述第一锥形齿与相应的驱动轮电机(15)上的第二锥型齿啮合连接。

3.根据权利要求2所述的模块化全地形越障移动机器人，其特征在于：所述摆臂电机(17)的输出端连接到联轴器(18)，其中联轴器(18)的一端通过蜗轮传动连接有蜗杆(19)，且蜗杆(19)的两端通过连轴贯穿驱动轮连接轴(16)并与相应的摆臂(10)连接。

4.根据权利要求1所述的模块化全地形越障移动机器人，其特征在于：所述摆臂(10)长度大于运行轮胎(9)直径，且小于整车长度。

5.根据权利要求1所述的模块化全地形越障移动机器人，其特征在于：所述底盘(1)的运行轮胎(9)直径大于底盘(1)结构部件高度，且位于同一侧的前后轮胎(9)的前后总长尺寸大于底盘(1)结构部件的总长尺寸。

6.根据权利要求1所述的模块化全地形越障移动机器人，其特征在于：所述轮胎(9)采用蜂巢轮胎。

7.根据权利要求1所述的模块化全地形越障移动机器人，其特征在于：所述底盘(1)的前后两端中间位置处均设有双目摄像机(4)，其中底盘(1)的行走端处在双目摄像机(4)的上方还设有红外相机(3)。

8.根据权利要求1所述的模块化全地形越障移动机器人，其特征在于：所述底盘(1)的顶部从机器人的行走端往后依次设有激光雷达(5)、GPS(6)、通讯天线(7)和图传天线(8)，其中底盘(1)的内部设有计算机(12)，且激光雷达(5)、GPS(6)、通讯天线(7)和图传天线(8)均与计算机(12)电连接。

9.根据权利要求1所述的模块化全地形越障移动机器人，其特征在于：所述摆臂(10)呈矩形状结构，且两端为圆弧状结构。

10.根据权利要求1所述的模块化全地形越障移动机器人，其特征在于：所述底盘(1)的内部且位于机械传动仓(14)的一侧还设有电池仓(20)。