小型轮/履变结构移动搜索侦察机器人

摘要

本发明为小型轮/履变结构移动搜索侦察机器人。主要由箱体、行走轮、电动机以及装有轮式与履带式移动相互转换的变换机构、弹性履带、行走装置、侦察装置、移动驱动机构、自锁机构与机器人箱体，机器人箱体后部装有万向轮，机器人箱体和侦察装置通过转动轴连接在一起，构成机器人。该机器人兼有轮式移动机器人快速移动和履带式移动机器人良好越障能力的特点，即在地面条件较好时，采用轮式运动，具有快速移动的性能；在地面条件状况较差时，如遇到障碍物，楼梯台阶或非硬质路面时，通过改变运动机构的运动形式，使其变为有良好的越障能力的履带式运动。

权利要求

1.一种小型轮/履变结构移动搜索侦察机器人，由箱体、行走轮、电动机构成，其特征在于：装有轮式与履带式移动相互转换的轮/履变换机构、弹性履带、行走装置、侦察装置、移动驱动机构、自锁机构与机器人箱体，机器人箱体后部装有万向轮，机器人箱体和侦察装置通过转动轴连接在一起，构成机器人，其中所述行走装置进一步包括内轮(1)和外轮(2)，所述内轮(1)与所述外轮(2)固联且同步转动，二者的内侧与外侧均加工有齿，所述弹性履带紧箍在所述内轮(1)和所述外轮(2)外侧上，而且所述弹性履带的内侧与外侧均加工有齿，其外侧的齿在机器人移动时与地面接触，内侧的齿与外轮和内轮的外齿啮合传递动力，履带的内侧还内置有弹性环，所述移动驱动机构通过齿轮(5)与所述内轮(1)内齿和所述外轮(2)内侧齿啮合传动，从而驱动所述机器人移动，所述侦察装置包括在机器人后部安装的摆杆，摆杆上安装有摄像装置和金属片，所述自锁机构包括执行轮/履变换动作的电动机中的制动装置。

2.根据权利要求1所述的小型轮/履变结构移动搜索侦察机器人，其特征在于：所述轮/履变换机构进一步包括四杆机构，所述四杆机构进一步包括摆杆(11)、连杆(13)、曲柄(14)和机座(12)，其中所述曲柄(14)通过所述连杆(13)和所述摆杆(11)相连接，当所述曲柄(14)转动时，所述摆杆(11)在所述连杆(13)的带动下发生摆动完成所述轮/履变换机构的收放动作，以此实现所述机器人轮式移动与履带式移动的相互转换。

3.根据权利要求1所述的小型轮/履变结构移动搜索侦察机器人，其特征在于：所述移动驱动机构中装有减速器，电动机通过减速器将驱动力矩传给与机器人外轮和内轮内啮合的齿轮(5)。

4.根据权利要求1所述的小型轮/履变结构移动搜索侦察机器人，其特征在于：执行轮/履变换动作的电动机通过制动装置的涡轮蜗杆机构连接所述轮/履变换机构。

5.根据权利要求1所述的小型轮/履变结构移动搜索侦察机器人，其特征在于：执行轮/履变换动作的电动机通过制动装置的螺旋传动机构连接所述轮/履变换机构。

说明书

小型轮/履变结构移动搜索侦察机器人

技术领域

[0001] 本发明涉及一种采用轮式移动方式与履带式移动方式一体化的、移动机构可重构的、用于未知环境搜索侦察的移动机器人新机构及其实现方法，具体地说是一种轮/履变结构的新型移动机器人。

背景技术

[0002] 移动机器人是一个集运动机构、环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种技术于一体的综合系统。其中，以轮式移动机器人和履带式移动机器人最具代表性。移动机器人作为一种移动载体，可以在家庭服务、物料搬运、灾后搜救、军事侦察、扫雷排险、核化生污染等环境下执行任务。

[0003] 对于轮式移动机器人，它具有灵活、快速的移动特点，但是如果路面上存在较大沟壑或者较大凸起，那么机器人将无法通过。对于履带式移动机器人，它具有较强的越障能力，对路面环境的适应性好，但是移动速度相对较低。目前，为了使机器人具有快速移动和越障能力，一般的方法是在机器人即安装车轮，又安装履带，这样会使机器人的结构变得庞大，而且也增加了机器人的自身重量，在机器人携带同样容量电池的情况下，造成机器人的工作时间相对减少。另外一种方法是将腿式移动机构安装车轮，但是这会造成机器人的结构变得较复杂。移动机器人是一种移动载体，在其上还要安装执行任务操作的执行机构，因此机器人的机构越简单，功能越强，则效果越好。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种小型轮/履变结构移动搜索侦察机器人，使移动机器人既具有灵活快速移动的特点，又具有较强的路面适应能力，本发明小型轮/履变结构移动搜索侦察机器人及其实现方法，可提高搜救侦察机器人的灵活移动和越障的能力。

[0005] 本发明主要由箱体、行走轮、电动机构成，其特征在于：装有轮式与履带式移动相互转换的变换机构、弹性履带、行走装置、侦察装置、移动驱动机构、自锁机构与机器人箱体，机器人箱体后部装有万向轮，箱体和侦察装置通过转动轴连接在一起，构成机器人。

[0006] 有益效果

[0007] 本发明的小型轮/履变结构移动搜索侦察机器人具有重量轻，体积小的特点，便于单人携带，具有全地形适应能力和很强的越障能力。该机器人结构简单、紧凑，将轮式移动方式和履带方式进行复合，从而使移动机构具有机构可重构的特点。当机器人的移动路面条件较好时，机器人可以以车轮实现高速移动。当机器人遭遇路面凸凹不平、台阶与楼梯、瓦砾遍布、路面松软、杂草丛生、布满碎石以及灌木丛时，则机器人的移动机构变为履带移动方式，或者以履带与车轮实时互相转换的方式进行移动。

附图说明

[0008] 图1是本发明的机器人尾部摆杆平伸状态时的整体结构图。

[0009] 图2是本发明的机器人尾部摆杆抬起状态时整体结构图。

[0010] 图3是本发明的机器人轮/履移动机构相互变换原理图。

[0011] 图4是本发明的新型弹性履带构成图。

[0012] 图中：1-内轮、2-外轮、3-弹性履带、4-曲柄连杆形式的轮/履变换机构、5-齿轮、6-金属片、7-侦察摄像头、8-尾部摆杆、9-机器人箱体、10-摆杆转动轴、11-曲柄连杆形式的轮/履变换机构的摆杆、12-机座、13-曲柄连杆形式的轮/履变换机构的连杆、14-曲柄连杆形式的轮/履变换机构的曲柄、15-弹性履带的定位弹性环、16-弹性履带内侧的齿、
17-弹性履带外侧的齿。

具体实施方式

[0013] 下面通过附图对本发明的实施方式的进行说明：

[0014] 结合附图1和图2说明本发明的轮/履变结构原理。该机器人兼有轮式移动机器人快速移动和履带式移动机器人良好越障能力的特点，即在地面条件较好时，采用轮式运动，具有快速移动的性能；在地面条件状况较差时，如遇到障碍物，楼梯台阶或非硬质路面时，通过改变运动机构的运动形式，使其变为有良好的越障能力的履带式运动。通过机器人本体上两套对称布置的轮/履变换机构4的张开带动各自的内外皆有齿的特制弹性履带3就可以将机器人的移动方式从轮式移动状态转换为履带移动状态，反之，通过轮/履变换机构4的收回，机器人的移动方式从履带移动状态转换为轮式移动状态。两套轮/履变换机构4通过安放控制系统的箱体9连接。轮/履变换机构4内藏于内轮1和外轮2之间，微电机连接的齿轮5与内轮1、外轮2上的内齿轮相啮合，从而驱动机器人移动。尾部摆杆8上安装侦察用的摄像头7和具有弹性的金属片6，控制摆杆8可以使其绕转动轴10摆动，尾部摆杆8除具有支撑侦察摄像头7之外，还与金属片6一起具有对机器人越障起杠杆的作用，对机器人的姿态起到平衡的作用。

[0015] 结合附图3说明本发明的轮/履移动机构相互变换的原理。摆杆11、连杆13、曲柄14和机座12构成可以联动的两套曲柄连杆机构。当曲柄14转动时，摆杆11在连杆13的带动下发生摆动。当摆杆11张开时，通过摆杆11上小轮来撑开弹性履带，此时机器人的移动机构为履带。而摆杆11收回时，则弹性履带会随之收缩，此时机器人的移动机构为车轮。机器人的这种轮/履移动机构是采用运动机构的结构变换来实现的，两种结构之间是一种重构的关系，不是将两种运动机构进行简单的叠加来实现的，因此在机器人机构的创新方面具有特色。

[0016] 结合附图4说明本发明的新型弹性履带的构成。新型履带主要是采用弹性橡胶材料制成，履带的内外侧有齿，内侧的齿16参与传动啮合，外侧的齿17主要用于移动防滑，履带的内部有定位弹性环15。对该履带的具体描述如下。当机器人以轮式移动方式移动时，履带能够紧箍在外桶轮上，当机器人以履带式移动方式移动时，在变换机构的带动下，履带能够自然地撑开。履带不但要能够传递运动，还会被频繁地拉伸，以便能够适应路况经常变化的作业场所。由于机器人经常作业在人所不能直接进入的复杂环境或条件恶劣的环境，所以对诸如抗高温，耐磨损，抗腐蚀和抗老化等使用性能有着更高的要求。因此，履带应具有高的弹性回复性能和高的抗拉伸疲劳强度。为达到上述性能，履带研制应选用耐磨且抗疲劳的弹性材料，在技术方面，于履带内侧安装一弹性圈以增强履带的弹性回复性，使履带不致因频繁的拉伸而造成内径变大，导致履带不能紧紧地箍在外桶轮上，产生运动失效，而且该弹性环还起到运动定位的作用。在结构方面，新型履带的内侧设计有传递驱动力矩的齿，同时履带外侧也有增加机器人移动机构抗打滑能力的齿。

[0017] 实施方式1：结合附图1和图2，使用本发明中的轮/履变结构移动原理及其方法的移动机器人应包括的结构特征有：带有齿的内轮1，带有齿的外轮2，新型弹性履带3，轮/履变换机构4，与移动驱动电机连接的齿轮5，弹性金属片6，侦察摄像头7，尾部摆杆8，机器人本体箱体9和与摆动电机连接的尾部摆杆8的转动轴10，此外该机器人系统还包括机器人本体的计算机控制系统和遥控控制系统。该机器人系统共有五台电机，其中两台电机分别驱动机器人的轮/履移动机构，可以实现机器人的前进、后退和转弯；另外两台电机分别控制机器人的两套轮/履移动机构的收放动作，达到轮/履互相变换的功能；机器人的尾部摆杆8的转动也需要一台电机来执行。

[0018] 该实施方式的特点还在于，执行轮/履移动机构收放动作的电机通过减速机构来驱动轮/履变换机构4，而且该电机上还连接有制动装置，从而实现轮/履变换机构4的自锁。

[0019] 实施方式2：结合附图1和图2，使用本发明中的轮/履变结构移动原理及其方法的移动机器人应包括的结构特征有：带有齿的内轮1，带有齿的外轮2，新型弹性履带3，轮/履变换机构4，与移动驱动电机连接的齿轮5，弹性金属片6，侦察摄像头7，摆杆8，机器人本体箱体9和与摆动电机连接的尾部摆杆8的转动轴10，此外该机器人系统还包括机器人本体的计算机控制系统和遥控控制系统。该机器人系统共有五台电机，其中两台电机分别驱动机器人的轮/履移动机构，可以实现机器人的前进、后退和转弯；另外两台电机分别控制机器人的两套轮/履移动机构的收放动作，达到轮/履互相变换的功能；机器人的尾部摆杆8的转动也需要一台电机来执行。

[0020] 该实施方式的特点还在于，执行轮/履移动机构收放动作的电机不仅通过减速机构，而且还连接带有自锁功能的螺旋机构来驱动轮/履变换机构4，从而实现轮/履变换机构4的自锁。

[0021] 实施方式3：结合附图1和图2，使用本发明中的轮/履变结构移动原理及其方法的移动机器人应包括的结构特征有：带有齿的内轮1，带有齿的外轮2，新型弹性履带3，轮/履变换机构4，与移动驱动电机连接的齿轮5，弹性金属片6，侦察摄像头7，尾部摆杆8，机器人本体箱体9和与摆动电机连接的尾部摆杆8的转动轴10，此外该机器人系统还包括机器人本体的计算机控制系统和遥控控制系统。该机器人系统共有五台电机，其中两台电机分别驱动机器人的轮/履移动机构，可以实现机器人的前进、后退和转弯；另外两台电机分别控制机器人的两套轮/履移动机构的收放动作，达到轮/履互相变换的功能；机器人的尾部摆杆8的转动也需要一台电机来执行。

[0022] 该实施方式的特点还在于，执行轮/履移动机构收放动作的电机不仅通过减速机构，而且还连接带有自锁功能的涡轮蜗杆机构来驱动轮/履变换机构4，从而实现轮/履变换机构4的自锁。