一种可变形履带式可重构机器人用复合底盘

摘要

本发明涉及机器人底盘技术领域，尤其涉及一种可变形履带式可重构机器人用复合底盘，包括第一履带式行进组件和第二履带式行进组件，第一履带式行进组件包括驱动轮、变形轮、第一连杆、第二连杆、第一电机、驱动轮轴、第一履带、连接板和变形组件，第一电机固定安装在连接板上，驱动轮轴固定安装在第一电机的输出轴上，驱动轮固定安装在驱动轮轴上，变形组件固定安装在连接板上。本发明使机器人在复杂地形上移动时，通过复合底盘能够保持自身的平衡性，并具有较强的越障能力，能够适应不同的复杂地形，能够在复杂地形完成对接，进一步提升救援能力。

权利要求

1.一种可重构机器人用复合底盘，其特征在于：包括第一履带式行进组件和第二履带式行进组件，所述第一履带式行进组件包括驱动轮、变形轮、第一连杆、第二连杆、第一电机、驱动轮轴、第一履带、连接板和变形组件，所述第一电机固定安装在连接板上，所述驱动轮轴固定安装在第一电机的输出轴上，所述驱动轮固定安装在驱动轮轴上，所述变形组件固定安装在连接板上，所述第一连杆的一端与变形组件传动连接，另一端与变形轮连接，所述第二连杆的一端与驱动轮转动连接，另一端与变形轮连接，所述第一履带张紧在驱动轮和变形轮上；

还包括底盘、主动端、捕获端和浮动机构，所述底盘上安装有微型计算机，所述主动端设置于底盘的前端，所述捕获端设置于底盘的后端，所述第一履带式行进组件和第二履带式行进组件分别安装在底盘的两侧，所述浮动机构设置于底盘上，所述浮动机构与主动端以及捕获端均传动连接，所述微型计算机与主动端、捕获端、第一电机、第二电机和浮动机构均无线信号连接；

所述底盘包括第一固定板和第二固定板，所述第二固定板安装在第一固定板上，所述主动端安装在第二固定板前端，所述捕获端安装在第二固定板后端，所述连接板固定安装在第一固定板上；

所述浮动机构包括浮动轴、旋转座和多个第一弹性柱塞，所述旋转座固定安装在第二固定板上，所述浮动轴穿设在第一固定板和旋转座之间，所述浮动轴与旋转座之间安装有若干个钢珠，多个所述第一弹性柱塞安装在第一固定板和第二固定板之间，并圆周分布在浮动轴四周。

2.根据权利要求1所述的一种可重构机器人用复合底盘，其特征在于：所述第一固定板于第二固定板的两侧均安装有两个第二弹性柱塞。

3.根据权利要求2所述的一种可重构机器人用复合底盘，其特征在于：所述主动端包括第一安装架、舵机、转动轴、第一连接架和插销，所述第一安装架安装在第二固定板前端，所述舵机固定安装在第一安装架内，所述舵机的输出轴与转动轴固定连接，所述转动轴的两端分别转动穿设出第一安装架的两侧，所述第一连接架与转动轴的两端固定连接，所述插销固定安装在第一连接架上，所述插销上开设有插孔，所述舵机和微型计算机无线信号连接。

4.根据权利要求3所述的一种可重构机器人用复合底盘，其特征在于：所述捕获端包括捕获端口、第二安装架、第二连接架和推拉式电插锁，所述第二连接架固定安装在第二固定板的后端，所述捕获端口固定安装在第二连接架上，所述捕获端口呈中空漏斗状，所述捕获端口上开设有通孔，所述第二安装架固定安装在捕获端口上，所述推拉式电插锁固定安装在第二安装架内，所述推拉式电插锁的插杆与通孔位于同一竖直轴线上，所述第二安装架的一侧设置有放置板，所述放置板上设置有二维码。

说明书

一种可变形履带式可重构机器人用复合底盘

技术领域

[0001] 本发明涉及机器人底盘技术领域，尤其涉及一种可变形履带式可重构机器人用复合底盘。

背景技术

[0002] 近年来，由自然灾害如地震、洪水、台风和恶性事故如高楼火灾、爆炸、矿井坍塌给人类带来的灾难数不胜数。目前，我国灾后救援工作开展主要有两种形式，首先是救援人员自身携带工具进入灾害现场执行搜救任务，但是由于设备较小，效率相对低下，救援人员长时间连续作业容易疲劳，而且自身安全也难以得到保证；其次是使用大型机械进行救援作业，但是设备其自身质量较重，不便于快速运输部署；且设备功能较为单一，不能够实现灵活精准作业，难以在环境复杂的灾难现场实现高效救援。

[0003] 目前市面上的两轮灾后探索微型机器人结构较单一，在进行灾后探索救援时，由于地形被破坏，导致地形复杂，使机器人在移动时，容易受到地形影响，导致机器人的自身平衡性受到影响，且市面上现有的两轮灾后探索微型机器人在复杂地形上，越障能力不足，导致探索、救援性能受到影响。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明的目的是提供一种可变形履带式可重构机器人用复合底盘，使机器人在复杂地形上移动时，通过复合底盘能够保持自身的平衡性，并具有较强的越障能力，能够适应不同的复杂地形，能够在复杂地形完成对接，进一步提升救援能力。

[0005] 本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

[0006] 一种可变形履带，包括第一履带式行进组件和第二履带式行进组件，所述第一履带式行进组件包括驱动轮、变形轮、第一连杆、第二连杆、第一电机、驱动轮轴、第一履带、连接板和变形组件，所述第一电机固定安装在连接板上，所述驱动轮轴固定安装在第一电机的输出轴上，所述驱动轮固定安装在驱动轮轴上，所述变形组件固定安装在连接板上，所述第一连杆的一端与变形组件传动连接，另一端与变形轮连接，所述第二连杆的一端与驱动轮转动连接，另一端与变形轮连接，所述第一履带张紧在驱动轮和变形轮上。

[0007] 进一步，所述变形组件包括第二电机、第一同步轮、第二同步轮和第二履带，所述第二电机固定安装在连接板上，所述第一同步轮固定安装在第二电机的输出轴上，所述第二同步轮安装在驱动轮轴上，所述第二同步轮与驱动轮轴之间安装有轴承，所述第二履带张紧在第一同步轮和第二同步轮上，这样设置，使微型机器人在正常运动时，变形组件中的第二电机并未工作，使第二电机将第二履带处于锁定状态，第二履带处于锁定状态时第一连杆和第二连杆也处于锁定状态，从而保持驱动轮与变形轮的相对位置不变，避免在正常行进时发生履带变形，同时，第一连杆和第二连杆以及第二履带的锁定，使底盘保持平衡状态，便于底盘的正常运动。通过第一履带式行进组件和第二履带式行进组件的设置，使底盘能够在不同的复杂地形上维持自身的平衡性，从而便于机器人的运动。

[0008] 进一步，所述第一连杆和第二连接的结构相同，所述第一连杆包括中断式螺纹杆和外套调节柱筒，所述中断式螺纹杆的一端固定连接在第二同步轮上，另一端固定连接在变形轮上，所述外套调节柱筒螺接在中断式螺纹杆上，这样设置，通过旋转调节柱筒可调节驱动轮与变形轮之间连接的松紧度，避免第一履带过紧，会影响行走动力，增加各个部件间的磨损量，同时避免第一履带过松，导致第一履带行驶过程中可能会脱落的问题。

[0009] 这样设置，使外界能够控制微型计算机发出指令，从而控制第一电机的工作，进而控制底盘的运动速度，从而控制应用复合底盘的机器人的运动速度。

[0010] 本发明还公开了一种可重构机器人用复合底盘，包括上述的可变形履带。

[0011] 进一步，可重构机器人用复合底盘还包括底盘、主动端、捕获端和浮动机构，所述底盘上安装有微型计算机，所述主动端设置于底盘的前端，所述捕获端设置于底盘的后端，所述第一履带式行进组件和第二履带式行进组件分别安装在底盘的两侧，所述浮动机构设置于底盘上，所述浮动机构与主动端以及捕获端均传动连接，所述微型计算机与主动端、捕获端、第一电机、第二电机和浮动机构均无线信号连接，通过底盘、主动端、捕获端、浮动机构和可变形履带式行进机构的相互配合，使复合底盘在移动过程中，还能完成对接，从而提高应用复合底盘的机器人的救援能力，进而进一步提升机器人的越障能力。

[0012] 进一步，所述底盘包括第一固定板和第二固定板，所述第二固定板安装在第一固定板上，所述主动端安装在第二固定板前端，所述捕获端安装在第二固定板后端，所述连接板固定安装在第一固定板上。

[0013] 进一步，所述浮动机构包括浮动轴、旋转座和多个第一弹性柱塞，所述旋转座固定安装在第二固定板上，所述浮动轴穿设在第一固定板和旋转座之间，所述浮动轴与旋转座之间安装有若干个钢珠，多个所述第一弹性柱塞安装在第一固定板和第二固定板之间，并圆周分布在浮动轴四周，这样设置，由于浮动机构为一种随动机构，使主动端与捕获端可随着旋转座上下浮动并自动复位，当主动端与捕获端存在水平横向或垂直位置差时，随着主动端慢慢斜插(存在横向位置差，没有正对捕获端的中心孔)入捕获端时，同时浮动机构的左右随之转动，从而使斜插变为正插(即主动端正对着捕获端中心孔)，最后完成对接，从而使两个复合底盘位置存在高度差或存在横向差或同时存在高度差与横向差时，仍可通过主动端与捕获端进对接组合，进而满足底盒底盘在各种复杂地形条件下的对接需求，同时满足应用复合底盘的机器人在各种复杂地形条件下的对接需求。

[0014] 进一步，所述第一固定板于第二固定板的两侧均安装有两个第二弹性柱塞，这样设置，使旋转座在左右转动后，能够自动复位。

[0015] 进一步，所述主动端包括第一安装架、舵机、转动轴、第一连接架和插销，所述第一安装架安装在第二固定板前端，所述舵机固定安装在第一安装架内，所述舵机的输出轴与转动轴固定连接，所述转动轴的两端分别转动穿设出第一安装架的两侧，所述第一连接架与转动轴的两端固定连接，所述插销固定安装在第一连接架上，所述插销上开设有插孔，所述舵机和微型计算机无线信号连接，这样设置，使主动端能够上下转动，便于主动端与捕获端连接，且主动端在不使用时，能够向下转动，可减小机器人底盘体积，方便携带。

[0016] 进一步，所述捕获端包括捕获端口、第二安装架、第二连接架和推拉式电插锁，所述第二连接架固定安装在第二固定板的后端，所述捕获端口固定安装在第二连接架上，所述捕获端口呈中空漏斗状，所述捕获端口上开设有通孔，所述第二安装架固定安装在捕获端口上，所述推拉式电插锁固定安装在第二安装架内，所述推拉式电插锁的插杆与通孔位于同一竖直轴线上，所述第二安装架的一侧设置有放置板，所述放置板上设置有二维码，这样设置，便于捕获端与主动端的连接或分开。

[0017] 本发明具有如下优点：

[0018] 1.通过第一履带式行进组件和第二履带式行进组件的设置，使复合底盘能够在复杂地形上，维持自身的平衡性，通过第一履带式行进组件和第二履带式行进组件中的变形组件的设置，使第一履带式行进组件和第二履带式行进组件能够将履带变形，从而更好的适应不同的地形，且有较强的越障能力，便于复合底盘的移动，从而便于应用复合底盘的机器人进行救援；

[0019] 2.通过浮动机构与主动端以及捕获端的设置，使两个复合底盘位置存在高度差或存在横向差或同时存在高度差与横向差时，仍可通过主动端与捕获端精准对接组合，从而满足复合底盘在各种复杂地形条件下的对接需求，进而提高应用复合底盘的机器人的救援能力和越障能力；

[0020] 3.通过主动端的转动设置，使主动端与捕获端在对接组合后，能够实现在90°到‑45°的大角度变形，从而使对接后的复合底盘以及机器人组合体能够变形，进而增强对接后的复合底盘以及机器人组合体的适用性。

附图说明

[0021] 图1是本发明一种可变形履带的结构示意图一；

[0022] 图2是本发明一种可变形履带的结构示意图二；

[0023] 图3是本发明一种可变形履带的结构示意图三；

[0024] 图4是本发明一种可重构机器人用复合底盘的结构示意图；

[0025] 图5是本发明一种可重构机器人用复合底盘中浮动机构的结构示意图一；

[0026] 图6是本发明一种可重构机器人用复合底盘中浮动机构的结构示意图二；

[0027] 图7是本发明一种可重构机器人用复合底盘中主动端的结构示意图；

[0028] 图8是本发明一种可重构机器人用复合底盘中捕获端的结构示意图；

[0029] 图9是本发明一种可重构机器人用复合底盘中主动端与捕获端的安装结构示意图；

[0030] 图10是本发明一种可重构机器人用复合底盘中两个机器人未对接的部分结构示意图；

[0031] 图11是本发明一种可重构机器人用复合底盘中两个机器人对接后的部分结构示意图；

[0032] 图12是本发明一种可重构机器人用复合底盘中两个机器人正常运动的结构示意图；

[0033] 图13是本发明一种可重构机器人用复合底盘中两个机器人正常运动后对接的结构示意图；

[0034] 图14是本发明一种可重构机器人用复合底盘中两个机器人对接后越障时的结构示意图；

[0035] 图15是本发明一种可重构机器人用复合底盘中多个机器人对接后越障时的结构示意图；

[0036] 主要符号说明：驱动轮1、变形轮11、第一履带12、连接板20、第一电机21、第二电机22、第一同步轮23、第二同步轮24、第二履带25、加强筋26；

[0037] 中断式螺纹杆3、外套调节柱筒31、第一固定板4、第二固定板41、旋转座42、浮动轴43、钢珠44、第二弹性柱塞45、第一弹性柱塞46、第一安装架5、转动轴51、第一连接架52、插销53、插孔531、捕获端口6、通孔601、第二连接架61、第二安装架62、推拉式电插锁63、放置板64。

具体实施方式

[0038] 以下将结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明：

[0039] 如图1‑3所示，本发明的一种可变形履带，包括第一履带式行进组件和第二履带式行进组件，第一履带式行进组件和第二履带式行进组件的结构相同，第一履带式行进组件包括驱动轮1、变形轮11、第一连杆、第二连杆、第一电机21、驱动轮轴2、第一履带12、连接板20和变形组件，第一电机21固定安装在连接板20上，驱动轮轴2固定安装在第一电机21的输出轴上，驱动轮1固定安装在驱动轮轴2上，使第一电机21的工作能够带动驱动轮1转动。变形组件固定安装在连接板20上，第一连杆的一端与变形组件传动连接，另一端与变形轮11连接，使变形组件的工作能够带动第一连杆运动，从而带动变形轮11以驱动轮轴2为圆心转动。第二连杆的一端与驱动轮1转动连接，另一端与变形轮11连接，通过第一连杆和第二连杆的相互配合，将变形轮11的位置维持稳定。第一履带12张紧在驱动轮1和变形轮11上，使驱动轮1的转动能够带动变形轮11运动，从而使行进机构能够在复杂的地形上移动，在移动过程中，还能够保持自身的平衡性。

[0040] 变形组件包括第二电机22、第一同步轮23、第二同步轮24和第二履带25，第二电机22固定安装在连接板20上，第一同步轮23固定安装在第二电机22的输出轴上，第二同步轮
24安装在驱动轮轴2上，第二同步轮24与驱动轮轴2之间安装有轴承，使驱动轮1的转动不会带动第二同步轮24转动。第二履带25张紧在第一同步轮23和第二同步轮24上，使只有第一同步轮23的转动才能带动第二同步轮24的转动，从而使行进机构在正常运动时，变形组件中的第二电机22并未工作，使第二电机22将第二履带25处于锁定状态，第二履带25处于锁定状态时第一连杆和第二连杆也处于锁定状态，从而保持驱动轮1与变形轮11的相对位置不变，避免在正常行进时发生履带变形，同时，第一连杆和第二连杆以及第二履带25的锁定，使底盘保持平衡状态，便于行进机构正常运动。

[0041] 当第二电机22工作时，能够带动第一同步轮23转动，第一同步轮23转动通过第二履带25带动第二同步轮24转动，第二同步轮24转动带动第一连杆转动，从而带动变形轮11以驱动轮轴2为圆心转动，提升行进机构的越障能力。

[0042] 第一连杆和第二连接的结构相同，第一连杆包括中断式螺纹杆3和外套调节柱筒31，中断式螺纹杆3的一端固定连接在第二同步轮24上，另一端固定连接在变形轮11上，外套调节柱筒31螺接在中断式螺纹杆3上，通过旋转外套调节柱筒31可调节驱动轮1与变形轮
11之间连接的松紧度，避免第一履带12过紧，会影响行走动力，增加各个部件间的磨损量，同时避免第一履带12过松，导致第一履带12行驶过程中可能会脱落的问题。

[0043] 如图4所示，本发明还公开了一种可重构机器人用复合底盘，包括上述的可变形履带，还包括底盘、主动端、捕获端和浮动机构。底盘上安装有微型计算机，主动端设置于底盘的前端，捕获端设置于底盘的后端。第一履带式行进组件和第二履带式行进组件分别安装在底盘的两侧，使应用复合底盘的机器人能够在复杂的地形上移动，并在移动过程中，维持自身的平衡性，也能在遇到障碍时，能够越过障碍继续移动。浮动机构设置于底盘上，浮动机构与主动端以及捕获端均传动连接，通过浮动机构带动主动端与捕获端上下、左右转动，便于两个或多个复合底盘以及应用复合底盘的机器人在复杂地形下，完成对接。微型计算机与主动端、捕获端、第一电机21、第二电机22和浮动机构均无线信号连接，通过微型计算机能够控制主动端、捕获端、第一电机21、第二电机22和浮动机构的工作。

[0044] 通过第一电机21与微型计算机无线信号连接，使微型计算机能够控制第一电机21的工作，进而控制复合底盘的运动速度。

[0045] 通过第二电机22和微型计算机无线信号连接，使微型计算机控制第二电机22的工作，从而控制变形轮11以驱动轮轴2为中心的转动方向以及速度，便于复合底盘在遇到障碍时，进行翻越障碍的运动。

[0046] 如图5‑6所示，底盘包括第一固定板4和第二固定板41，第二固定板41安装在第一固定板4上，主动端安装在第二固定板41前端，捕获端安装在第二固定板41后端，连接板20固定安装在第一固定板4上，两个连接板20之间固定安装有多个加强筋26，通过连接板20分别固定安装在第一固定板4的两侧，便于第一履带式行进组件和第二履带式行进组件的安装，并通过加强筋26作用，加强整个装置的稳定性。通过主动端与捕获端分别安装在第二固定板41的前后两端，便于复合底盘的对接，从而便于机器人的对接。

[0047] 浮动机构包括浮动轴43、旋转座42和多个第一弹性柱塞46，旋转座42固定安装在第二固定板41上，浮动轴43固定穿设在第一固定板4和旋转座42之间，浮动轴43与旋转座42之间安装有若干个钢珠44，使旋转座42和第二固定板41能够相对浮动轴43进行左右转动。多个第一弹性柱塞46安装在第一固定板4和第二固定板41之间，并圆周分布在浮动轴43四周，第一固定板4于第二固定板41的两侧均安装有两个第二弹性柱塞45，使第二固定板41和旋转座42能够相对第一固定板4进行上下、左右移动，并在第一弹性柱塞46和第二弹性柱塞
45的作用下复位，从而使两个或多个复合底盘以及应用复合底盘的机器人的位置存在高度差或存在横向差或同时存在高度差与横向差时，仍可通过主动端与捕获端进对接组合，进而满足复合底盘及机器人在各种复杂地形条件下的对接需求。

[0048] 如图7所示，主动端包括第一安装架5、舵机、转动轴51、第一连接架52和插销53，第一安装架5安装在第二固定板41前端，舵机固定安装在第一安装架5内，舵机的输出轴与转动轴51固定连接，转动轴51的两端分别转动穿设出第一安装架5的两侧，第一连接架52与转动轴51的两端固定连接，插销53固定安装在第一连接架52上，插销53整体采用扁平化设计，可保证对接稳固，插销53头部采用聚拢型圆滑设计，使主动端可顺滑地进入捕获端。通过舵机的工作，能够带动转动轴51转动，从而带动第一连接架52和插销53在90°到‑45°的大范围内转动，当两个机器人完成对接后，能够实现对接后的机器人组合体变形，从而适应复杂的地形。且主动端在不使用时，能够向下转动，可减小机器人底盘体积，方便携带。插销53上开设有插孔531，方便进行对接后机器人组合体的锁定与解锁。舵机和微型计算机无线信号连接，通过微型计算机能够控制舵机的工作，从而控制主动端的使用以及机器人组合体的变形。

[0049] 如图8‑11所示，捕获端包括捕获端口6、第二安装架62、第二连接架61和推拉式电插锁63，第二连接架61固定安装在第二固定板41的后端，捕获端口6固定安装在第二连接架61上，捕获端口6呈中空漏斗状，与主动端头部的聚拢形设计相配合可方便与主动端在多角度完成对接。捕获端口6尾部采用与主动端尾部相契合的扁平化包裹设计，便于微调对接姿态,使对接完成后的两个微型机器人位于同一条直线上，且能保证对接后组合体的牢固性。
捕获端口6上开设有通孔601，第二安装架62固定安装在捕获端口6上，推拉式电插锁63固定安装在第二安装架62内，推拉式电插锁63的插杆与通孔601位于同一竖直轴线上，使推拉式电插锁63的插杆可通过捕获端口6上的通孔601插入捕获端口6的中空体内。当未给推拉式电插锁63通电时，插杆插在中空体内。当对接开始时，随着主动端插入到捕获端口6内，推拉式电插锁63的插杆在推拉式电插锁63的作用下下降(插杆即处于收起状态)，随着对接进行，当整个主动端的插销53完全插入到捕获端口6的中空体内时，插销53的插孔531恰好运动至捕获端上通孔601的位置；此时插杆由于推拉式电插锁63的所用，直接插入到主动端前部的插孔531，使捕获端与主动端牢牢锁定，至此，对接完成的同时捕获端与主动端也完成锁定。当组合机器人要分离时，推拉式电插锁63通电，插杆收到推拉式电插锁内，组合体完成解锁，此时给两个微型机器人其中之一一个初速度，便可轻易实现两个微型机器人分离。

[0050] 第二安装架62的一侧设置有放置板64，放置板64上设置有二维码，主动端上搭载有双目摄像头，双目摄像头识别到放置板64上的二维码时，主动端机器人便会自动规划对接路径完成全自主对接。

[0051] 本实施例的使用方法：启动微型计算机，控制微型计算机启动第一电机21，使第一电机21带动驱动轮1转动，驱动轮1转动带动第一履带12转动，从而带动复合底盘及应用复合底盘的机器人在复杂的地形上运动，当遇到障碍时，启动第二电机22，使第二电机22带动第一同步轮23转动，第一同步轮23转动带动第二履带25转动，第二履带25转动带动第二同步轮24转动，第二同步轮24转动带动第一连杆以驱动轮轴2为圆心转动，从而调整变形轮11与驱动轮1的相对位置，在驱动轮1的作用下使复合底盘及机器人能够翻越障碍；

[0052] 当需要将复合底盘及机器人对接，提升机器人的救援能力以及翻越障碍的能力时，启动双目摄像头，使双目摄像头寻找相邻机器人上的二维码，当后一个微型机器人的双目摄像头寻找到前一个机器人的二维码时，复合底盘上搭载的微型计算机控制后一个机器人自动规划对接路径，当两个机器人对接时，随着后一个机器人主动端上的插销53插入到捕获端口6内，推拉式电插锁63的插杆在推拉式电插锁63的作用下下降(插杆即处于收起状态)，随着对接进行，当整个主动端的插销53完全插入到捕获端口6的中空体内时，插销53的插孔531恰好运动至捕获端上通孔601的位置；此时插杆由于推拉式电插锁63的所用，直接插入到主动端前部的插孔531，使捕获端与主动端牢牢锁定，至此，对接完成的同时捕获端与主动端也完成锁定，将两个或多个机器人固定连接，形成机器人组合体，从而提高了机器人的救援能力，同时，也提高了机器人的越障能力，使组合体机器人能够适应不同的复杂地形。

[0053] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。