專利名稱：核化偵察機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于地面移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種可在復(fù)雜路面行駛，具有較強(qiáng)越障能力的核化偵察機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
近年來，地面移動(dòng)機(jī)器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于探測(cè)、軍事、排險(xiǎn)、服務(wù)等各個(gè)領(lǐng)域，其中大部分移動(dòng)機(jī)器人采用的移動(dòng)平臺(tái)是步行機(jī)構(gòu)，輪式機(jī)構(gòu)、履帶機(jī)構(gòu)等幾種。步行機(jī)構(gòu)控制復(fù)雜，能耗高；履帶機(jī)構(gòu)可爬陡坡，路面適應(yīng)性好，但速度受到限制且能耗高。輪式機(jī)構(gòu)能耗低，移動(dòng)速度快，但越障性能不足，只適合在平地行駛。本實(shí)用新型提出一種移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)臂式前輪關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，在遇到障礙物時(shí)，可以利用導(dǎo)臂越過障礙物，在道路崎嶇或空間狹小無法繞行環(huán)境下尤為有利。其靈活的越障方式與良好的越障性能大大提高了移動(dòng)機(jī)器人的工作范圍。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提出一種可在復(fù)雜路面行駛，具有較強(qiáng)越障能力的核化偵察機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)。僅通過使用一個(gè)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)臂前輪的旋轉(zhuǎn)，蝸輪蝸桿的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)臂的自鎖。在保持了移動(dòng)機(jī)器人低能耗、高速性同時(shí)，具有了越障性能。遇到障礙物時(shí)，可以利用導(dǎo)臂越過障礙物，在道路崎嶇或空間狹小無法繞行環(huán)境下，保證移動(dòng)機(jī)器人正常工作。 旋轉(zhuǎn)變壓器可以測(cè)出機(jī)器人導(dǎo)臂的絕對(duì)位置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈敏，且抗干擾能力強(qiáng)。力矩傳感器用于判斷機(jī)器人有無遇到障礙物。本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案一種核化偵察機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，包括第一電機(jī)，蝸輪，蝸桿，旋轉(zhuǎn)變壓器，力矩傳感器，導(dǎo)臂軸，第一導(dǎo)臂和第二導(dǎo)臂，第二電機(jī)，第一齒輪和第二齒輪，第一空心軸和第二空心軸，第一主動(dòng)輪和第二主動(dòng)輪，第三電機(jī)，第三齒輪與第四齒輪，第一隨動(dòng)輪與第二隨動(dòng)輪。旋轉(zhuǎn)變壓器裝在第一電機(jī)后端，第一電機(jī)輸出軸與蝸桿傳動(dòng)連接，蝸輪與導(dǎo)臂軸傳動(dòng)連接，力矩傳感器裝在導(dǎo)臂軸上，第一導(dǎo)臂固定在導(dǎo)臂軸的左端，第二導(dǎo)臂固定在導(dǎo)臂軸的右端，第一導(dǎo)臂頂端固定有第一隨動(dòng)輪，第二導(dǎo)臂頂端固定有第二隨動(dòng)輪；第二電機(jī)輸出軸與第一齒輪傳動(dòng)連接，第一齒輪與第二齒輪嚙合，第一空心軸固定連接在第二齒輪上，第一空心軸左端裝有第一主動(dòng)輪；第三電機(jī)輸出軸與第三齒輪傳動(dòng)連接，第三齒輪與第四齒輪嚙合，第二空心軸固定連接在第四齒輪上，第二空心軸右端裝有第二主動(dòng)輪；第一空心軸與第二空心軸均空套在導(dǎo)臂軸上，這就保證了導(dǎo)臂軸的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，不影響主動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)。上述機(jī)構(gòu)均安裝于移動(dòng)機(jī)器人車身前部，保證重心前移，有利于提高機(jī)器人的越障能力。第一電機(jī)通電后，將第一電機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到固定在第一電機(jī)輸出軸上的蝸桿上，通過蝸輪蝸桿組件傳動(dòng)，經(jīng)過減速與變換后，蝸輪將動(dòng)力傳遞到導(dǎo)臂軸上，分別固定在導(dǎo)臂軸左右兩端的第一導(dǎo)臂和第二導(dǎo)臂隨著導(dǎo)臂軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)旋轉(zhuǎn)變壓器可以測(cè)出機(jī)器人導(dǎo)臂的絕對(duì)位置。力矩傳感器判斷機(jī)器人有無遇到障礙物。[0007]第二電機(jī)通電后，將第二電機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到與第二電機(jī)輸出軸固定的第一齒輪上，第一齒輪經(jīng)過與第二齒輪嚙合將動(dòng)力傳遞到空套在導(dǎo)臂軸上的第一空心軸上， 第一空心軸左端裝有第一主動(dòng)輪，第一主動(dòng)輪隨第一空心軸運(yùn)動(dòng)。第三電機(jī)通電后，將第三電機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到與第三電機(jī)輸出軸固定的第三齒輪上，第三齒輪經(jīng)過與第四齒輪嚙合將動(dòng)力傳遞到空套在導(dǎo)臂軸上的第二空心軸上， 第二空心軸右端裝有第二主動(dòng)輪，第二主動(dòng)輪隨第二空心軸運(yùn)動(dòng)?？紤]到移動(dòng)機(jī)器人的低能耗、高速性，主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)部分采用電機(jī)經(jīng)小齒輪與大齒輪嚙合后傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單又有較高了能量利用效率。移動(dòng)機(jī)器人的轉(zhuǎn)向方式為差動(dòng)，通過設(shè)定第二電機(jī)與第三電機(jī)不同的速度控制量，可以實(shí)現(xiàn)任意方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型有很多有益效果。目前移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)臂關(guān)節(jié)多用于履帶機(jī)器人上，其結(jié)構(gòu)主要有兩種，一種為直齒錐齒輪傳動(dòng)，對(duì)裝配要求較高，而且兩根導(dǎo)臂需要兩個(gè)電機(jī)分別控制，增加了成本，同時(shí)兩個(gè)電機(jī)控制兩根導(dǎo)臂，極有可能導(dǎo)致兩根導(dǎo)臂不在同一空間水平位置上，這樣移動(dòng)機(jī)器人在負(fù)重翻越障礙物時(shí)，導(dǎo)臂受力不均勻，車身重量某一時(shí)刻會(huì)完全壓在某一根導(dǎo)臂上，導(dǎo)致軸的斷裂和直齒錐齒輪的損壞；另一種結(jié)構(gòu)是導(dǎo)臂與履帶均由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，這四個(gè)電機(jī)分別控制，而且對(duì)電機(jī)要求較高，既要滿足一定的轉(zhuǎn)速，又要足夠的轉(zhuǎn)矩輸出，一般需要定制，成本仍然很大。本實(shí)用新型僅通過一個(gè)電機(jī)，控制兩根導(dǎo)臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，既降低系統(tǒng)故障率，又節(jié)省了成本，還避免了導(dǎo)臂受力不均勻現(xiàn)象，同時(shí)利用蝸輪蝸桿組件的自鎖特性，可以在移動(dòng)機(jī)器人翻越障礙物時(shí)，車身與障礙物角度固定，且此角度可控，具有更強(qiáng)的越障能力，更重要的是在移動(dòng)機(jī)器人越障時(shí)發(fā)生突然掉電等系統(tǒng)故障時(shí)具有姿態(tài)保持功能，防止車身的摔落和與障礙物的碰撞，最大限度地保護(hù)了機(jī)器人。同時(shí)利用旋轉(zhuǎn)變壓器直接得到導(dǎo)臂運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)位置，沒有誤差累計(jì)，且不用擔(dān)心斷電后找零位問題。在判斷障礙物距離問題上，一般技術(shù)手段主要有攝像頭、超聲、紅外、激光。通過攝像頭觀測(cè)沒有距離感，有時(shí)即使機(jī)器人已經(jīng)遇到障礙物，遠(yuǎn)端操作人員也無法進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，這時(shí)如果仍繼續(xù)前進(jìn)，會(huì)造成機(jī)器人與障礙物的碰撞，給機(jī)器人造成損壞；超聲存在盲區(qū)，想避免盲區(qū)得在機(jī)器人前端布上多個(gè)超聲傳感器，安裝及控制都極為不便。紅外精度低，方向性差；激光成本高且光學(xué)系統(tǒng)需要保持干凈，否則將影響測(cè)量。本實(shí)用新型利用力矩傳感器判斷機(jī)器人是否遇到障礙物問題，以決定是否需要導(dǎo)臂運(yùn)動(dòng)來越障。當(dāng)機(jī)器人抬起導(dǎo)臂前進(jìn)時(shí)，如果遇到障礙物，導(dǎo)臂就會(huì)受到阻力，導(dǎo)臂軸就會(huì)存在這個(gè)阻力的力矩，通過裝在導(dǎo)臂軸上的力矩傳感器能得到該力矩的大小，繼而判斷機(jī)器人是否遇到障礙物，以決定是否需要導(dǎo)臂運(yùn)動(dòng)來越障。當(dāng)沒有遇到障礙物時(shí)，繼續(xù)前進(jìn)，當(dāng)遇到障礙物時(shí)，停止前進(jìn)，利用導(dǎo)臂越過障礙物后再繼續(xù)前進(jìn)。

圖1是本實(shí)用新型總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型中裝有力矩傳感器的導(dǎo)臂軸的半剖圖。附圖中，1 一車體，2—第一電機(jī)，3—旋轉(zhuǎn)變壓器，4一力矩傳感器，5—蝸桿，6—蝸輪，7—導(dǎo)臂軸，81—第一導(dǎo)臂，82—第二導(dǎo)臂，91一第一隨動(dòng)輪，92—第二隨動(dòng)輪，101—第二電機(jī)，102—第三電機(jī)，111 一第一齒輪，112—第二齒輪，113—第三齒輪，114 一第四齒輪，121—第一空心軸，122—第二空心軸，131—第一主動(dòng)輪，132—第二主動(dòng)輪，14 一固定座。
具體實(shí)施方式
一種核化偵察機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，包括第一電機(jī)2，蝸輪6，蝸桿5，旋轉(zhuǎn)變壓器3，力矩傳感器4，導(dǎo)臂軸7，第一導(dǎo)臂81和第二導(dǎo)臂82，第二電機(jī)101，第一齒輪111和第二齒輪112，第一空心軸121和第二空心軸122，第一主動(dòng)輪131和第二主動(dòng)輪132，第三電機(jī)102，第三齒輪113與第四齒輪114，第一隨動(dòng)輪91與第二隨動(dòng)輪92。旋轉(zhuǎn)變壓器3裝在第一電機(jī)2后端，第一電機(jī)2輸出軸與蝸桿5傳動(dòng)連接，蝸輪6與導(dǎo)臂軸7傳動(dòng)連接，力矩傳感器4裝在導(dǎo)臂軸7上，第一導(dǎo)臂81固定在導(dǎo)臂軸7的左端，第二導(dǎo)臂82固定在導(dǎo)臂軸 7的右端，第一導(dǎo)臂81頂端固定有第一隨動(dòng)輪91，第二導(dǎo)臂82頂端固定有第二隨動(dòng)輪92 ； 第二電機(jī)101輸出軸與第一齒輪111傳動(dòng)連接，第一齒輪111與第二齒輪112嚙合，第一空心軸121固定連接在第二齒輪112上，第一空心軸121左端裝有第一主動(dòng)輪131 ；第三電機(jī) 102輸出軸與第三齒輪113傳動(dòng)連接，第三齒輪113與第四齒輪114嚙合，第二空心軸122 固定連接在第四齒輪114上，第二空心軸122右端裝有第二主動(dòng)輪132 ；第一空心軸121與第二空心軸122均空套在導(dǎo)臂軸7上，這就保證了導(dǎo)臂軸的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，不影響主動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的工作原理做進(jìn)一步說明。一種移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)臂式前輪關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，如圖1所示，第一電機(jī)2通電后，將第一電機(jī)2的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到固定在第一電機(jī)2輸出軸上的蝸桿5上，通過蝸輪蝸桿組件傳動(dòng)，經(jīng)過減速與變換后，蝸輪6將動(dòng)力傳遞到導(dǎo)臂軸7上，固定在導(dǎo)臂軸7左端的第一導(dǎo)臂81和固定在導(dǎo)臂軸7右端的第二導(dǎo)臂82隨著導(dǎo)臂軸7做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)旋轉(zhuǎn)變壓器3可以測(cè)出機(jī)器人導(dǎo)臂的絕對(duì)位置。導(dǎo)臂軸7上裝有力矩傳感器4，當(dāng)機(jī)器人抬起導(dǎo)臂前進(jìn)時(shí)，如果遇到障礙物，導(dǎo)臂就會(huì)受到阻力，導(dǎo)臂軸就會(huì)存在這個(gè)阻力的力矩，通過裝在導(dǎo)臂軸7上的力矩傳感器4能得到該力矩的大小，繼而判斷機(jī)器人是否遇到障礙物，以決定是否需要導(dǎo)臂運(yùn)動(dòng)來越障。當(dāng)沒有遇到障礙物時(shí)，繼續(xù)前進(jìn)，當(dāng)遇到障礙物時(shí)，停止前進(jìn)，利用導(dǎo)臂越過障礙物后再繼續(xù)前進(jìn)。第二電機(jī)101通電后，將第二電機(jī)101的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到與第二電機(jī)101輸出軸固定的第一齒輪111上，第一齒輪111經(jīng)過與第二齒輪112嚙合將動(dòng)力傳遞到空套在導(dǎo)臂軸7上的第一空心軸121上，第一空心軸121左端裝有第一主動(dòng)輪131，第一主動(dòng)輪131 隨第一空心軸121運(yùn)動(dòng)。第三電機(jī)102通電后，將第三電機(jī)102的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到與第三電機(jī)102輸出軸固定的第三齒輪113上，第三齒輪113經(jīng)過與第四齒輪114嚙合將動(dòng)力傳遞到空套在導(dǎo)臂軸7上的第二空心軸122上，第二空心軸122右端裝有第二主動(dòng)輪132， 第二主動(dòng)輪132隨第二空心軸122運(yùn)動(dòng)。圖2是裝有力矩傳感器的導(dǎo)臂軸的半剖圖，當(dāng)機(jī)器人抬起導(dǎo)臂前進(jìn)時(shí)，如果遇到障礙物，導(dǎo)臂就會(huì)受到阻力，導(dǎo)臂軸就會(huì)存在這個(gè)阻力的力矩，通過裝在導(dǎo)臂軸上的力矩傳感器能得到該力矩的大小，繼而判斷機(jī)器人是否遇到障礙物，以決定是否需要導(dǎo)臂運(yùn)動(dòng)來越障。當(dāng)沒有遇到障礙物時(shí)，繼續(xù)前進(jìn)，當(dāng)遇到障礙物時(shí)，停止前進(jìn)，利用導(dǎo)臂越過障礙物后再繼續(xù)前進(jìn)。避免了因傳統(tǒng)觀測(cè)上存在盲區(qū)而導(dǎo)致機(jī)器人遇到障礙物仍繼續(xù)前進(jìn)造成機(jī)器人損壞的問題。
權(quán)利要求1. 一種核化偵察機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括第一電機(jī)(2)，蝸輪(6)，蝸桿(5)，旋轉(zhuǎn)變壓器(3)，力矩傳感器(4)，導(dǎo)臂軸(7)，第一導(dǎo)臂(81)和第二導(dǎo)臂(82)，第二電機(jī)(101)，第一齒輪(111)和第二齒輪(112)，第一空心軸(121)和第二空心軸(122)，第一主動(dòng)輪(131)和第二主動(dòng)輪(132)，第三電機(jī)(102)，第三齒輪(113)與第四齒輪(114)， 第一隨動(dòng)輪(91)與第二隨動(dòng)輪(92)，旋轉(zhuǎn)變壓器(3)裝在第一電機(jī)(2)后端，第一電機(jī)(2) 輸出軸與蝸桿(5)傳動(dòng)連接，蝸輪(6)與導(dǎo)臂軸(7)傳動(dòng)連接，力矩傳感器(4)裝在導(dǎo)臂軸 (7)上，第一導(dǎo)臂(81)固定在導(dǎo)臂軸(7)的左端，第二導(dǎo)臂(82)固定在導(dǎo)臂軸(7)的右端， 第一導(dǎo)臂(81)頂端設(shè)有第一隨動(dòng)輪(91)，第二導(dǎo)臂(82)頂端設(shè)有第二隨動(dòng)輪(92);第二電機(jī)(101)輸出軸與第一齒輪(111)傳動(dòng)連接，第一齒輪(111)與第二齒輪(112)嚙合，第一空心軸(121)固定連接在第二齒輪(112)上，第一空心軸(121)左側(cè)裝有第一主動(dòng)輪(131); 第三電機(jī)(102)輸出軸與第三齒輪(113)傳動(dòng)連接，第三齒輪(113)與第四齒輪(114)嚙合，第二空心軸(122)固定連接在第四齒輪(114)上，第二空心軸(122)右側(cè)裝有第二主動(dòng)輪(132)；第一空心軸(121)與第二空心軸(122)均空套在導(dǎo)臂軸(7)上。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種可在復(fù)雜路面行駛，具有較強(qiáng)越障能力的核化偵察機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，包括第一電機(jī)，蝸輪，蝸桿，旋轉(zhuǎn)變壓器，力矩傳感器，導(dǎo)臂軸，第一導(dǎo)臂和第二導(dǎo)臂，第二電機(jī)，第一齒輪和第二齒輪，第一空心軸和第二空心軸，第一主動(dòng)輪和第二主動(dòng)輪，第三電機(jī)，第三齒輪與第四齒輪，第一隨動(dòng)輪與第二隨動(dòng)輪。本實(shí)用新型僅通過使用一個(gè)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)臂前輪的旋轉(zhuǎn)。其自鎖性能可以在移動(dòng)機(jī)器人翻越障礙物時(shí)，車身與障礙物角度固定，具有更強(qiáng)的越障能力。旋轉(zhuǎn)變壓器可以測(cè)出導(dǎo)臂運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)位置，控制更為靈活。力距傳感器用于判斷目前機(jī)器人有無遇到障礙。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，導(dǎo)臂式前輪大大提高了移動(dòng)機(jī)器人的越障能力。
文檔編號(hào)B62D57/02GK202098475SQ201120128190
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月27日
發(fā)明者包加桐, 宋愛國(guó), 熊鵬文, 章華濤, 郭晏, 錢夔, 韓益利, 高鳴 申請(qǐng)人:東南大學(xué)