專利名稱：小型輪/履變結(jié)構(gòu)移動搜索偵察機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種采用輪式移動方式與履帶式移動方式一體化的、移動 機構(gòu)可重構(gòu)的、用于未知環(huán)境搜索偵察的移動機器人，具體地說是一種輪/履變 結(jié)構(gòu)的新型移動機器人。
背景技術(shù)：
移動機器人是一個集運動機構(gòu)、環(huán)境感知、動態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與 執(zhí)行等多種技術(shù)于一體的綜合系統(tǒng)。其中，以輪式移動機器人和履帶式移動機 器人最具代表性。移動機器人作為一種移動載體，可以在家庭服務(wù)、物料搬運、 災(zāi)后搜救、軍事偵察、掃雷排險、核化生污染等環(huán)境下執(zhí)行任務(wù)。
對于輪式移動機器人，它具有靈活、快速的移動特點，但是如果路面上存在 較大溝壑或者較大凸起，那么機器人將無法通過。對于履帶式移動機器人，它 具有較強的越障能力，對路面環(huán)境的適應(yīng)性好，但是移動速度相對較低。目前， 為了使機器人具有快速移動和越障能力， 一般的方法是在機器人即安裝車輪， 又安裝履帶，這樣會使機器人的結(jié)構(gòu)變得龐大，而且也增加了機器人的自身重 量，在機器人攜帶同樣容量電池的情況下，造成機器人的工作時間相對減少。 另外一種方法是將腿式移動機構(gòu)安裝車輪，但是這會造成機器人的結(jié)構(gòu)變得較 復雜。移動機器人是一種移動載體，在其上還要安裝執(zhí)行任務(wù)操作的執(zhí)行機構(gòu)， 因此機器人的機構(gòu)越簡單，功能越強，則效果越好。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種小型輪/履變結(jié)構(gòu)移動搜索偵察機器人，使 移動機器人既具有靈活快速移動的特點，又具有較強的路面適應(yīng)能力，本發(fā)明
利用負壓吸附和反向推力作用的非線性復合吸附原理及其實現(xiàn)方法，nT提高爬 壁機器人吸附可靠、靈活移動和越障的能力。
本實用新型主要由箱體、行走輪、電動機構(gòu)成，其特征在于箱體上裝有輪 式與履帶式移動相互轉(zhuǎn)換的變換機構(gòu)、彈性履帶、行走裝置、偵察裝置、移動 驅(qū)動機構(gòu)、自鎖機構(gòu)、計算機本體控制系統(tǒng)、遙控控制系統(tǒng)與機器人本體，機 器人本體后部裝有萬向輪，將行走裝置和偵察裝置組合在一起，機器人箱體和
偵察裝置通過轉(zhuǎn)動軸連接在一起，構(gòu)成機器人。
變換機構(gòu)與箱體連接，內(nèi)置于兩片固聯(lián)的同步轉(zhuǎn)動行走輪之間，通過在箱體上裝置曲柄連桿機構(gòu)實現(xiàn)變換機構(gòu)的收放完成機器人以輪式或履帶式移動。 采用耐磨彈性材料制成的彈性履帶緊箍在機器人的行走輪上，履帶的內(nèi)側(cè)與外 側(cè)均加工有齒，其中外側(cè)的齒在機器人移動時與地面接觸，內(nèi)側(cè)的齒與行走輪 的外齒嚙合傳遞動力，履帶的內(nèi)側(cè)還內(nèi)置有彈性環(huán)。偵察裝置包括在機器人后 部安裝的擺桿，擺桿上安裝有攝像裝置和金屬片。移動驅(qū)動機構(gòu)中裝有減速器， 電動機通過減速器將驅(qū)動力矩傳給與機器人行走輪內(nèi)嚙合的齒輪。自鎖機構(gòu)是 執(zhí)行輪/履變換動作的電動機中的制動裝置。執(zhí)行輪/履變換動作的電動機通過制 動裝置的渦輪蝸桿機構(gòu)連接輪/履變換機構(gòu)。執(zhí)行輪/履變換動作的電動機通過制 動裝置的螺旋傳動機構(gòu)連接輪/履變換機構(gòu)。 有益效果
本實用新型的小型輪/履變結(jié)構(gòu)移動搜索偵察機器人具有重量輕，體積小的 特點，便于單人攜帶，具有全地形適應(yīng)能力和很強的越障能力。該機器人結(jié)構(gòu) 簡單、緊湊，將輪式移動方式和履帶方式進行復合，從而使移動機構(gòu)具有機構(gòu) 可重構(gòu)的特點。當機器人的移動路面條件較好時，機器人可以以車輪實現(xiàn)高速 移動。當機器人遭遇路面凸凹不平、臺階與樓梯、瓦礫遍布、路面松軟、雜草 叢生、布滿碎石以及灌木叢時，則機器人的移動機構(gòu)變?yōu)槁膸б苿臃绞剑蛘?以履帶與車輪實時互相轉(zhuǎn)換的方式進行移動。


圖1是本實用新型的機器人尾部擺桿平伸狀態(tài)時的整體結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本實用新型的機器人尾部擺桿抬起狀態(tài)時整體結(jié)構(gòu)圖。 圖3是本實用新型的機器人輪/履移動機構(gòu)相互變換原理圖。 圖4是本實用新型的新型彈性履帶構(gòu)成圖。
圖中l(wèi)-內(nèi)輪、2-外輪、3-彈性履帶、4-曲柄連桿形式的輪/履變換機構(gòu)、5-齒輪、6-金屬片、7-偵察攝像頭、8-尾部擺桿、9-機器人箱體、10-擺桿轉(zhuǎn)動軸、 11-曲柄連桿形式的輪/履變換機構(gòu)的擺桿、12-機座、13-曲柄連桿形式的輪/履變 換機構(gòu)的連桿、14-曲柄連桿形式的輪/履變換機構(gòu)的曲柄、15-彈性履帶的定位 彈性環(huán)、16-彈性履帶內(nèi)側(cè)的齒、17-彈性履帶外側(cè)的齒。
具體實施方式
下面通過附圖對本實用新型的實施方式的進行說明
結(jié)合附圖1和圖2說明本實用新型的輪/履變結(jié)構(gòu)原理。該機器人兼有輪式 移動機器人快速移動和履帶式移動機器人良好越障能力的特點，即在地面條件較好時，采用輪式運動，具有快速移動的性能；在地面條件狀況較差時，如遇
到障礙物，樓梯臺階或非硬質(zhì)路面時，通過改變運動機構(gòu)的運動形式，使其變 為有良好的越障能力的履帶式運動。通過機器人本體上兩套對稱布置的輪/履變
換機構(gòu)4的張開帶動各自的內(nèi)外皆有齒的特制彈性履帶3就可以將機器人的移 動方式從輪式移動狀態(tài)轉(zhuǎn)換為履帶移動狀態(tài)，反之，通過輪/履變換機構(gòu)4的收 回，機器人的移動方式從履帶移動狀態(tài)轉(zhuǎn)換為輪式移動狀態(tài)。兩套輪/履變換機 構(gòu)4通過安放控制系統(tǒng)的箱體9連接。輪/履變換機構(gòu)4內(nèi)藏于內(nèi)輪1和外輪2 之間，微電機連接的齒輪5與內(nèi)輪1、外輪2上的內(nèi)齒輪相嚙合，從而驅(qū)動機器 人移動。尾部擺桿8上安裝偵察用的攝像頭7和具有彈性的金屬片6，控制尾部 擺桿8可以使其繞軸10擺動，尾部擺桿8除具有支撐偵察攝像頭7之外，還與 金屬片6 —起具有對機器人越障起杠桿的作用，對機器人的姿態(tài)起到平衡的作 用。
結(jié)合附圖3說明本實用新型的輪/履移動機構(gòu)相互變換的原理。擺桿11、 連桿13、曲柄14和機座12構(gòu)成可以聯(lián)動的兩套曲柄連桿機構(gòu)。當曲柄14轉(zhuǎn)動 時，擺桿11在連桿13的帶動下發(fā)生擺動。當擺桿11張開時，通過擺桿11上小 輪來撐開彈性履帶，此時機器人的移動機構(gòu)為履帶。而擺桿11收回時，則彈性 履帶會隨之收縮，此時機器人的移動機構(gòu)為車輪。機器人的這種輪/履移動機構(gòu) 是采用運動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)變換來實現(xiàn)的，兩種結(jié)構(gòu)之間是一種重構(gòu)的關(guān)系，不是 將兩種運動機構(gòu)進行簡單的疊加來實現(xiàn)的，因此在機器人機構(gòu)的創(chuàng)新方面具有 特色。
結(jié)合附圖4說明本實用新型的新型彈性履帶的構(gòu)成。新型履帶主要是采用 彈性橡膠材料制成，履帶的內(nèi)外側(cè)有齒，內(nèi)側(cè)的齒16參與傳動嚙合，外側(cè)的齒 17主要用于移動防滑，履帶的內(nèi)部有定位彈性環(huán)15。對該履帶的具體描述如下。 當機器人以輪式移動方式移動時，履帶能夠緊箍在外桶輪上，當機器人以履帶 式移動方式移動時，在變換機構(gòu)的帶動下，履帶能夠自然地撐開。履帶不但要 能夠傳遞運動，還會被頻繁地拉伸，以便能夠適應(yīng)路況經(jīng)常變化的作業(yè)場所。 由于機器人經(jīng)常作業(yè)在人所不能直接進入的復雜環(huán)境或條件惡劣的環(huán)境，所以 對諸如抗高溫，耐磨損，抗腐蝕和抗老化等使用性能有著更高的要求。因此， 履帶應(yīng)具有高的彈性回復性能和高的抗拉伸疲勞強度。為達到上述性能，履帶 研制應(yīng)選用耐磨且抗疲勞的彈性材料，在技術(shù)方面，于履帶內(nèi)側(cè)安裝一彈性圈 以增強履帶的彈性回復性，使履帶不致因頻繁的拉伸而造成內(nèi)徑變大，導致履帶不能緊緊地箍在外桶輪上，產(chǎn)生運動失效，而且該彈性環(huán)還起到運動定位的 作用。在結(jié)構(gòu)方面，新型履帶的內(nèi)側(cè)設(shè)計有傳遞驅(qū)動力矩的齒，同時履帶外側(cè) 也有增加機器人移動機構(gòu)抗打滑能力的齒。
實施方式l:結(jié)合附圖1和附圖2，使用本實用新型中的輪/履變結(jié)構(gòu)移動原 理及其方法的移動機器人應(yīng)包括的結(jié)構(gòu)特征有帶有齒的內(nèi)輪l，帶有齒的外輪
2，新型彈性履帶3，輪/履變換機構(gòu)4，與移動驅(qū)動電機連接的齒輪5，彈性金 屬片6，偵察攝像頭7，尾部擺桿8，機器人本體箱體9和與擺動電機連接的尾 部擺桿8的轉(zhuǎn)動軸10，此外該機器人系統(tǒng)還包括機器人本體的計算機控制系統(tǒng) 和遙控控制系統(tǒng)。該機器人系統(tǒng)共有五臺電機，其中兩臺電機分別驅(qū)動機器人 的輪/履移動機構(gòu)，可以實現(xiàn)機器人的前進、后退和轉(zhuǎn)彎；另外兩臺電機分別控 制機器人的兩套輪/履移動機構(gòu)的收放動作，達到輪/履互相變換的功能；機器人 的尾部擺桿8的轉(zhuǎn)動也需要一臺電機來執(zhí)行。
該實施方式的特點還在于，執(zhí)行輪/履移動機構(gòu)收放動作的電機通過減速機 構(gòu)來驅(qū)動輪/履變換機構(gòu)4，而且該電機上還連接有制動裝置，從而實現(xiàn)輪/履變 換機構(gòu)4的自鎖。
實施方式2:結(jié)合附圖1和附圖2，使用本發(fā)明中的輪/履變結(jié)構(gòu)移動原理及 其方法的移動機器人應(yīng)包括的結(jié)構(gòu)特征有帶有齒的內(nèi)輪1，帶有齒的外輪2， 新型彈性履帶3，輪/履變換機構(gòu)4，與移動驅(qū)動電機連接的齒輪5，彈性金屬片 6，偵察攝像頭7，尾部擺桿8，機器人本體箱體9和與擺動電機連接的尾部擺 桿8的轉(zhuǎn)動軸10，此外該機器人系統(tǒng)還包括機器人本體的計算機控制系統(tǒng)和遙 控控制系統(tǒng)。該機器人系統(tǒng)共有五臺電機，其中兩臺電機分別驅(qū)動機器人的輪/ 履移動機構(gòu)，可以實現(xiàn)機器人的前進、后退和轉(zhuǎn)彎；另外兩臺電機分別控制機 器人的兩套輪/履移動機構(gòu)的收放動作，達到輪/履互相變換的功能；機器人的尾 部擺桿8的轉(zhuǎn)動也需要一臺電機來執(zhí)行。
該實施方式的特點還在于，執(zhí)行輪/履移動機構(gòu)收放動作的電機不僅通過減 速機構(gòu)，而且還連接帶有自鎖功能的螺旋機構(gòu)來驅(qū)動輪/履變換機構(gòu)4，從而實 現(xiàn)輪/履變換機構(gòu)4的自鎖。
實施方式3:結(jié)合附圖1和附圖2，使用本實用新型中的輪/履變結(jié)構(gòu)移動原 理及其方法的移動機器人應(yīng)包括的結(jié)構(gòu)特征有帶有齒的內(nèi)輪l，帶有齒的外輪 2，新型彈性履帶3，輪/履變換機構(gòu)4，與移動驅(qū)動電機連接的齒輪5，彈性金 屬片6，偵察攝像頭7，尾部擺桿8，機器人本體箱體9和與擺動電機連接的尾部擺桿8的轉(zhuǎn)動軸10，此外該機器人系統(tǒng)還包括機器人本體的計算機控制系統(tǒng) 和遙控控制系統(tǒng)。該機器人系統(tǒng)共有五臺電機，其中兩臺電機分別驅(qū)動機器人 的輪/履移動機構(gòu)，可以實現(xiàn)機器人的前進、后退和轉(zhuǎn)彎；另外兩臺電機分別控 制機器人的兩套輪/履移動機構(gòu)的收放動作，達到輪/履互相變換的功能；機器人 的尾部擺桿8的轉(zhuǎn)動也需要一臺電機來執(zhí)行。
該實施方式的特點還在于，執(zhí)行輪/履移動機構(gòu)收放動作的電機不僅通過減 速機構(gòu)，而且還連接帶有自鎖功能的渦輪蝸桿機構(gòu)來驅(qū)動輪/履變換機構(gòu)4，從 而實現(xiàn)輪/履變換機構(gòu)4的自鎖。
權(quán)利要求1、一種小型輪/履變結(jié)構(gòu)移動搜索偵察機器人，主要由箱體、行走輪、電動機構(gòu)成，其特征在于裝有輪式與履帶式移動相互轉(zhuǎn)換的變換機構(gòu)、彈性履帶、行走輪、偵察裝置、移動驅(qū)動機構(gòu)、自鎖機構(gòu)與機器人箱體，機器人箱體后部裝有萬向輪，機器人箱體和偵察裝置通過轉(zhuǎn)動軸連接在一起，構(gòu)成機器人。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型輪/履變結(jié)構(gòu)移動搜索偵察機器人，其特征 在于變換機構(gòu)與箱體連接，內(nèi)置于兩片固聯(lián)的同步轉(zhuǎn)動行走輪之間， 通過在箱體上裝置曲柄連桿機構(gòu)實現(xiàn)變換機構(gòu)的收放完成機器人以輪式 或履帶式移動。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型輪/履變結(jié)構(gòu)移動搜索偵察機器人，其特征 在于采用耐磨彈性材料制成的彈性履帶緊箍在機器人的行走輪上，履 帶的內(nèi)側(cè)與外側(cè)均加工有齒，其中外側(cè)的齒在機器人移動時與地面接觸， 內(nèi)側(cè)的齒與行走輪的外齒嚙合傳遞動力，履帶的內(nèi)側(cè)還內(nèi)置有彈性環(huán)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型輪/履變結(jié)構(gòu)移動搜索偵察機器人，其特征 在于偵察裝置包括在機器人后部安裝的擺桿，擺桿上安裝有攝像裝置 和金屬片。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型輪/履變結(jié)構(gòu)移動搜索偵察機器人，其特征 在于移動驅(qū)動機構(gòu)中裝有減速器，電動機通過減速器將驅(qū)動力矩傳給 與機器人行走輪內(nèi)嚙合的齒輪。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型輪/履變結(jié)構(gòu)移動搜索偵察機器人，其特征 在于自鎖機構(gòu)是執(zhí)行輪/履變換動作的電動機中的制動裝置。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的小型輪/履變結(jié)構(gòu)移動搜索偵察機器人，其特征 在于執(zhí)行輪/履變換動作的電動機通過制動裝置的渦輪蝸桿機構(gòu)連接輪/ 履變換機構(gòu)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的小型輪/履變結(jié)構(gòu)移動搜索偵察機器人，其特征 在于執(zhí)行輪/履變換動作的電動機通過制動裝置的螺旋傳動機構(gòu)連接輪/ 履變換機構(gòu)。
專利摘要本實用新型為小型輪/履變結(jié)構(gòu)移動搜索偵察機器人。主要由箱體、行走輪、電動機以及裝有輪式與履帶式移動相互轉(zhuǎn)換的變換機構(gòu)、彈性履帶、行走裝置(行走輪)、偵察裝置、移動驅(qū)動機構(gòu)、自鎖機構(gòu)與機器人箱體構(gòu)成，機器人箱體后部裝有萬向輪，機器人箱體和偵察裝置通過轉(zhuǎn)動軸連接在一起。該機器人兼有輪式移動機器人快速移動和履帶式移動機器人良好越障能力的特點，即在地面條件較好時，采用輪式運動，具有快速移動的性能；在地面條件狀況較差時，如遇到障礙物，樓梯臺階或非硬質(zhì)路面時，通過改變運動機構(gòu)的運動形式，使其變?yōu)橛辛己玫脑秸夏芰Φ穆膸竭\動。
文檔編號B25J5/00GK201405350SQ200920105280
公開日2010年2月17日 申請日期2009年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月20日
發(fā)明者李科杰, 高學山 申請人:北京理工大學