一種多功能越障機(jī)器人的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種多功能越障機(jī)器人，包括車(chē)架；驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其固定在車(chē)架上；行星輪組，包括驅(qū)動(dòng)行星輪組和從動(dòng)行星輪組，所述驅(qū)動(dòng)行星輪組對(duì)稱(chēng)布設(shè)在車(chē)架前端兩側(cè)，由驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；所述從動(dòng)行星輪組對(duì)稱(chēng)安裝在車(chē)架后端兩側(cè)，其隨驅(qū)動(dòng)行星輪組同步運(yùn)動(dòng)，其中，所述驅(qū)動(dòng)行星輪組包括：內(nèi)行星架、太陽(yáng)齒輪、行星齒輪、中心鏈輪、多個(gè)行星鏈輪、鏈條和行進(jìn)輪，將電機(jī)動(dòng)力傳輸至行進(jìn)輪。本發(fā)明的越障機(jī)器人能夠根據(jù)不同的越障阻力，智能調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出扭矩從而保證越障機(jī)器人順利越障。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
-種多功能越障機(jī)器人
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種越障機(jī)器人。更具體地說(shuō)，本發(fā)明設(shè)及一種裝配行星輪系的多功 能越障機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)科技不斷發(fā)展，人民生活水平日益提高，但是人類(lèi)對(duì)自然災(zāi)害等特殊情況 的偵查、救援還存在著很多的問(wèn)題。地震等自然災(zāi)害因其本身的突發(fā)性等特征難W被預(yù)測(cè)， 因此加強(qiáng)災(zāi)后救援力度就顯得尤為重要了。目前存在的具有一定越障功能的陸上偵查、探 測(cè)類(lèi)的機(jī)器人普遍采用履帶傳動(dòng)，但履帶傳動(dòng)效率低下，耗能高。且小型機(jī)器人上的履帶式 傳動(dòng)受體積限制，無(wú)法翻越城市環(huán)境中廣泛存在的路階、樓梯等障礙物。使得履帶式偵查機(jī) 器人在反恐偵察、災(zāi)害救援等領(lǐng)域應(yīng)用中有許多局限性。所W目前迫切需要一種新型傳動(dòng) 方式的小型機(jī)器人，使其在城市環(huán)境中具有一定越障能力，且具有較高的傳動(dòng)效率，W及靈 活的機(jī)動(dòng)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明目的是提供一種多功能越障機(jī)器人，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的=角行星輪組帶動(dòng)行 進(jìn)，當(dāng)遇到障礙時(shí)，行進(jìn)輪由自轉(zhuǎn)切換成繞=角行星輪組公轉(zhuǎn)，從而順利越障。
[0004] 本發(fā)明還有一個(gè)目的是驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)差速器帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)行星輪組偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)越 障機(jī)器人的前輪轉(zhuǎn)向模式。
[0005] 本發(fā)明還有一個(gè)目的是利用轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)折腰式轉(zhuǎn)向單元，折腰式轉(zhuǎn)向單元帶動(dòng) 從動(dòng)行星輪組偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)越障機(jī)器人的后輪轉(zhuǎn)向模式。
[0006] 本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種多功能越障機(jī)器人，通過(guò)電子調(diào)速器調(diào)整越障機(jī) 器人在平地行進(jìn)或爬樓越障過(guò)程中的速度，便于運(yùn)輸貨物。
[0007] 本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種多功能越障機(jī)器人，控制系統(tǒng)根據(jù)不同的越障阻 力矩調(diào)整驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出扭矩，解決行星輪組因打滑或停轉(zhuǎn)導(dǎo)致的越障機(jī)器人越障失敗。 [000引為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的運(yùn)些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種多功能越障機(jī)器人，包 括：
[0009] 車(chē)架；
[0010] 驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其固定在車(chē)架上；
[0011] 驅(qū)動(dòng)行星輪組和從動(dòng)行星輪組，所述驅(qū)動(dòng)行星輪組對(duì)稱(chēng)布設(shè)在車(chē)架前端兩側(cè)，由 驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng);所述從動(dòng)行星輪組對(duì)稱(chēng)安裝在車(chē)架后端兩側(cè);其中，所述行星輪組包括：
[0012] 內(nèi)行星架，其包括至少二個(gè)向外延伸的支腳，并且朝向所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的一側(cè)上設(shè) 置太陽(yáng)齒輪和行星齒輪，另一側(cè)面上設(shè)置中屯、鏈輪和多個(gè)行星鏈輪；W及
[0013] 所述太陽(yáng)齒輪，其通過(guò)第一軸可旋轉(zhuǎn)固定在所述內(nèi)行星架上，所述電機(jī)輸出軸連 接所述太陽(yáng)齒輪；
[0014] 所述行星齒輪，其通過(guò)第二軸可旋轉(zhuǎn)固定在所述內(nèi)行星架上，并且和所述太陽(yáng)齒 輪曬合；
[0015] 所述中屯、鏈輪，其固定在所述第二軸上，所述中屯、鏈輪和所述行星齒輪共同旋轉(zhuǎn)；
[0016] 所述多個(gè)行星鏈輪，其一一對(duì)應(yīng)的可旋轉(zhuǎn)的設(shè)置在所述支腳的外端；
[0017] 鏈條，其與所述中屯、鏈輪和所述多個(gè)行星鏈輪同時(shí)曬合；
[0018] 行進(jìn)輪，其分別和所述多個(gè)行星鏈輪同軸固定，并且和所述多個(gè)行星鏈輪共同旋 轉(zhuǎn)。
[0019] 優(yōu)選的是，所述車(chē)架還包括轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其連接在車(chē)架后部，包括轉(zhuǎn)向電機(jī)和折腰式 轉(zhuǎn)向單元，所述轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)折腰式轉(zhuǎn)向單元相對(duì)于車(chē)架傾斜一定角度，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向；其 中，所述從動(dòng)行星輪組對(duì)稱(chēng)安裝在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兩側(cè)。
[0020] 優(yōu)選的是，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接差速器，所述差速器輸出兩個(gè)動(dòng)力軸連接車(chē)架兩側(cè) 的驅(qū)動(dòng)行星輪組。
[0021] 優(yōu)選的是，所述折腰式轉(zhuǎn)向單元包括：
[0022] 導(dǎo)軌，其橫向固定在車(chē)架上；
[0023] 滑塊，其套設(shè)在導(dǎo)軌上并能夠沿導(dǎo)軌滑動(dòng)；
[0024] 轉(zhuǎn)向齒條，其與轉(zhuǎn)向電機(jī)曬合，并且固定連接滑塊，所述轉(zhuǎn)向齒條在轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動(dòng) 下帶動(dòng)滑塊沿導(dǎo)軌移動(dòng)；
[0025] 連桿機(jī)構(gòu)，包括縱桿、第一橫桿和第二橫桿，縱桿前端可旋轉(zhuǎn)連接滑塊，縱桿后端 分別較接在第一橫桿和第二橫桿的中屯、點(diǎn)，第一橫桿和第二橫桿平行設(shè)置且其兩端較接轉(zhuǎn) 向臂；
[0026] 所述轉(zhuǎn)向臂的前端較接在車(chē)架后端；
[0027] 其中，當(dāng)縱桿前端在滑塊帶動(dòng)下沿導(dǎo)軌移動(dòng)，其帶動(dòng)第一橫桿和第二橫桿橫向移 動(dòng)，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)向臂與車(chē)架傾斜一定角度，實(shí)現(xiàn)從動(dòng)行星輪組轉(zhuǎn)向。
[0028] 優(yōu)選的是，所述車(chē)架還包括載物臺(tái)，其固定在車(chē)架上，用于承載物品。
[0029] 優(yōu)選的是，還包括控制系統(tǒng)，其包括：
[0030] 扭矩傳感器，其安裝在驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸上，所述扭矩傳感器測(cè)量驅(qū)動(dòng)電機(jī)的扭矩；
[0031] 轉(zhuǎn)速傳感器，其分別安裝在差速器的兩個(gè)所述動(dòng)力軸上，用于檢測(cè)兩個(gè)動(dòng)力軸的 轉(zhuǎn)速；
[0032] 信號(hào)接收發(fā)射機(jī)，其連接扭矩傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器，所述信號(hào)接收發(fā)射機(jī)接收扭 矩傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器的信號(hào)；
[0033] 控制器，其連接信號(hào)接收發(fā)射機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和轉(zhuǎn)向電機(jī)，所述控制器接收信號(hào)接收 發(fā)射機(jī)的信號(hào)并控制轉(zhuǎn)向電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī);W及
[0034] 電子調(diào)速器，其連接控制器，所述電子調(diào)速器調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)行星輪組的行進(jìn)速度。
[0035] 優(yōu)選的是，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)為伺服電機(jī)，控制器通過(guò)信號(hào)接收發(fā)射機(jī)接收扭矩傳感 器的信號(hào)，并控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出扭矩。
[0036] 優(yōu)選的是，所述電子調(diào)速器連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電源，其通過(guò)調(diào)節(jié)電源調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)行星 輪組的行進(jìn)速度。
[0037] 優(yōu)選的是，所述驅(qū)動(dòng)行星輪組遇到障礙行進(jìn)輪與地面打滑時(shí)，為保證驅(qū)動(dòng)行星輪 組公轉(zhuǎn)越障，控制器控制電機(jī)的實(shí)時(shí)扭矩r滿(mǎn)足：
[00；3 引
[0039] 其中，0為行走輪之間夾角，k為驅(qū)動(dòng)行星輪組傳動(dòng)比，Tl為驅(qū)動(dòng)行星輪組的機(jī)械效 率;m為驅(qū)動(dòng)行星輪組的質(zhì)量，f為行進(jìn)輪與地面的動(dòng)摩擦系數(shù)，R為行星輪系的旋轉(zhuǎn)半徑。
[0040] 優(yōu)選的是，所述驅(qū)動(dòng)行星輪組遇到障礙而輪與地面沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，為驅(qū)動(dòng)行星輪 組公轉(zhuǎn)越障，控制器控制電機(jī)的實(shí)時(shí)扭矩r滿(mǎn)足；
[0--'1
[0042] 其中，0為行走輪之間夾角，k為驅(qū)動(dòng)行星輪組傳動(dòng)比，Tl為驅(qū)動(dòng)行星輪組的機(jī)械效 率;m為驅(qū)動(dòng)行星輪組的質(zhì)量，f為行進(jìn)輪與地面的動(dòng)摩擦系數(shù)，R為行星輪系的旋轉(zhuǎn)半徑。
[0043] 本發(fā)明至少包括W下有益效果：1、其上載物臺(tái)可W安裝或承載各種探測(cè)設(shè)備，便 于偵查;2、可W在平地狀態(tài)下助力運(yùn)載貨物，也可W在爬樓梯時(shí)助力運(yùn)載貨物;3、越障機(jī)器 人利用差速器進(jìn)行轉(zhuǎn)向，從動(dòng)行星輪組利用折腰式轉(zhuǎn)向單元配合轉(zhuǎn)向，適用于狹窄或?qū)D(zhuǎn) 彎區(qū)域。4、采用齒輪傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)結(jié)合的方式使運(yùn)作流程簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，性能提高，延長(zhǎng) 使用壽命;5、安裝扭矩傳感器，并將測(cè)量電機(jī)輸出扭矩值傳輸至控制器，控制器根據(jù)不同情 況計(jì)算越障扭矩，并調(diào)節(jié)電機(jī)輸出扭矩高于越障扭矩，保證越障機(jī)構(gòu)順利越障，同時(shí)減少電 機(jī)的輸出功率，較少能耗。
[0044] 本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過(guò)下面的說(shuō)明體現(xiàn)，部分還將通過(guò)對(duì)本 發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
【附圖說(shuō)明】
[0045] 圖1是本發(fā)明的越障機(jī)器人的結(jié)構(gòu)圖。
[0046] 圖2是本發(fā)明的越障機(jī)器人的行進(jìn)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的連接圖。
[0047] 圖3是本發(fā)明的越障機(jī)器人轉(zhuǎn)向示意圖。
[004引圖4是本發(fā)明的越障機(jī)器人的行星輪組結(jié)構(gòu)圖。
[0049] 圖5是本發(fā)明的越障機(jī)器人的行星輪組結(jié)構(gòu)圖。
[0050] 圖6是本發(fā)明的越障機(jī)器人的行星輪組結(jié)構(gòu)圖。
[0051 ]圖7是本發(fā)明的越障機(jī)器人的控制系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0052] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，W令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說(shuō)明書(shū)文 字能夠據(jù)W實(shí)施。
[0053] 應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如"具有"、"包含"W及"包括"術(shù)語(yǔ)并不配出一個(gè)或多 個(gè)其它元件或其組合的存在或添加。
[0054] 圖1-3示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)現(xiàn)形式，多功能助力越障機(jī)器人包括車(chē)架100、 行進(jìn)系統(tǒng)200、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)300和控制系統(tǒng)，車(chē)架100用于承載探測(cè)設(shè)備，所述行進(jìn)系統(tǒng)200、轉(zhuǎn) 向系統(tǒng)300和控制系統(tǒng)連接車(chē)架100,行進(jìn)系統(tǒng)200帶動(dòng)車(chē)架100在平地前進(jìn)或在遇到障礙、 樓梯時(shí)越障，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)300配合行進(jìn)系統(tǒng)200和控制系統(tǒng)控制進(jìn)行轉(zhuǎn)向。
[0055]如圖2所示，車(chē)架100包括車(chē)體110和載物臺(tái)120,車(chē)體110由兩塊相同且相互平行不 誘鋼材質(zhì)的縱板及兩端固定在縱板上的多根橫桿組成，所述車(chē)體110用于支撐和連接行進(jìn) 系統(tǒng)200和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)300,載物臺(tái)120固定在車(chē)體110上面，其為不誘鋼板，用于承載探測(cè)設(shè) 備。
[0化6] 行進(jìn)系統(tǒng)200包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)210、驅(qū)動(dòng)行星輪組、從動(dòng)行星輪組和差速器250,其中， 驅(qū)動(dòng)行星輪組由驅(qū)動(dòng)行星輪系230和行進(jìn)輪220組成，從動(dòng)行星輪組由從動(dòng)行星輪系240和 行進(jìn)輪220組成。驅(qū)動(dòng)電機(jī)210固定在車(chē)體110的橫桿上，其為可調(diào)扭矩式電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)210 輸出軸上安裝扭矩傳感器，其為常見(jiàn)的傳感器，未在圖中示出。所述扭矩傳感器測(cè)量采用應(yīng) 變片電測(cè)技術(shù)，其上粘貼應(yīng)變片組成測(cè)量電橋，當(dāng)輸出軸受扭矩產(chǎn)生微小變形后引起電橋 電阻值變化，應(yīng)變電橋電阻的變化轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的變化從而實(shí)現(xiàn)扭矩測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)量 電機(jī)的扭矩。驅(qū)動(dòng)電機(jī)210輸出軸通過(guò)斜齒輪曬合差速器250,所述差速器250兩端分別輸出 第一動(dòng)力軸251和第二動(dòng)力軸252,其中，第一動(dòng)力軸251和第二動(dòng)力軸252上分別安裝轉(zhuǎn)速 傳感器，轉(zhuǎn)速傳感器連接信號(hào)接收發(fā)射機(jī)，將第一動(dòng)力軸251和第二動(dòng)力軸252的轉(zhuǎn)速傳輸 至信號(hào)接收發(fā)射機(jī);驅(qū)動(dòng)行星輪組對(duì)稱(chēng)安裝在車(chē)架100前部左、右兩側(cè)，所述第一動(dòng)力軸251 連接車(chē)架100左側(cè)的驅(qū)動(dòng)行星輪系230,第二動(dòng)力軸252連接車(chē)架100右側(cè)的驅(qū)動(dòng)行星輪系 230;所述驅(qū)動(dòng)行星輪系230和從動(dòng)行星輪系240為相同機(jī)械組件，說(shuō)明書(shū)中只對(duì)驅(qū)動(dòng)行星輪 系230結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明，由圖4-6可見(jiàn)，驅(qū)動(dòng)行星輪系230為變速機(jī)構(gòu)，其包括太陽(yáng)齒輪231、行 星齒輪232、行星齒輪蓋板233、內(nèi)行星架234、外行星架235、中屯、鏈輪236、行星鏈輪237、鏈 條238和行進(jìn)輪軸239。太陽(yáng)齒輪231設(shè)有中屯、通孔、其外圓周上布設(shè)有齒牙，其中，中屯、通孔 與第一動(dòng)力軸251和第二動(dòng)力軸252的大小向匹配，用于連接第一動(dòng)力軸251或第二動(dòng)力軸 252，太陽(yáng)齒輪231旋轉(zhuǎn)連接在內(nèi)行星架234的中屯、處。行星齒輪232通過(guò)其中屯、軸旋轉(zhuǎn)連接 在內(nèi)行星架234上，其外圓周上布設(shè)齒牙。其中，所述太陽(yáng)齒輪231和行星齒輪232通過(guò)行星 齒輪蓋板233固定在在內(nèi)行星架234的同側(cè)，進(jìn)一步的是，=個(gè)行星齒輪232等角度布設(shè)車(chē)等 邊=角形，并與太陽(yáng)齒輪231曬合，由太陽(yáng)齒輪231帶動(dòng)=個(gè)行星齒輪232轉(zhuǎn)動(dòng)。中屯、鏈輪236 與行星齒輪232同軸屯、設(shè)置，并通過(guò)同一中屯、軸固定在內(nèi)行星架234的兩側(cè)，行星齒輪232的 轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)中屯、鏈輪236同步轉(zhuǎn)動(dòng)。由圖5可見(jiàn)，中屯、鏈輪236、鏈條238和行星鏈輪237布設(shè)在 內(nèi)行星架234的同一側(cè)，進(jìn)一步的是，與太陽(yáng)齒輪231和行星齒輪232設(shè)置在內(nèi)行星架234的 相反一側(cè)，其中，=個(gè)行星鏈輪237通過(guò)行進(jìn)輪軸239連接在內(nèi)行星架234的=個(gè)角上，鏈條 238分別于中屯、鏈輪236和行星鏈輪237曬合，即中屯、鏈輪236通過(guò)鏈條238帶動(dòng)行星鏈輪237 轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)與行星鏈輪237固定連接的行進(jìn)輪軸239旋轉(zhuǎn)。由圖5可見(jiàn)，行進(jìn)輪軸239套設(shè) 在平行設(shè)置的內(nèi)行星架234和外行星架235上，內(nèi)行星架234和外行星架235結(jié)構(gòu)相同，為不 規(guī)則=角形結(jié)構(gòu)，其中，行進(jìn)輪軸239在外行星架235的支出端連接行進(jìn)輪220，=個(gè)行進(jìn)輪 220通過(guò)行進(jìn)輪軸239連接驅(qū)動(dòng)行星輪系230。
[0057] 當(dāng)越障機(jī)器人轉(zhuǎn)彎時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)210驅(qū)動(dòng)差速器250調(diào)整第一動(dòng)力軸251和第二動(dòng) 力軸252之間的速度差，第一動(dòng)力軸251和第二動(dòng)力軸252將速度差傳輸至左右兩側(cè)的驅(qū)動(dòng) 行星輪組同側(cè)偏轉(zhuǎn)，此時(shí)，從動(dòng)行星輪組不偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)越障機(jī)器人的前輪轉(zhuǎn)向模式。
[005引如圖2和3所示，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)300包括轉(zhuǎn)向電機(jī)310、轉(zhuǎn)向齒條320、導(dǎo)軌330、連桿機(jī)構(gòu) 340和轉(zhuǎn)向臂350,轉(zhuǎn)向電機(jī)310固定在車(chē)體110的橫桿上，其輸出軸曬合轉(zhuǎn)向齒條320,從而 帶動(dòng)轉(zhuǎn)向齒條320移動(dòng)；轉(zhuǎn)向齒條320上表面布設(shè)齒條，其下表面的中屯、處固定在滑塊331 上；導(dǎo)軌330平行于橫桿，其兩端固定在車(chē)體110上，其上套設(shè)滑塊331，滑塊331下表面開(kāi)設(shè) 滑槽，縱桿上表面設(shè)有凸臺(tái)，所述凸臺(tái)連接滑槽并可沿滑槽滑動(dòng)，滑塊331能夠沿導(dǎo)軌 330滑動(dòng)，此時(shí)，轉(zhuǎn)向電機(jī)310帶動(dòng)轉(zhuǎn)向齒條320橫向移動(dòng)，從而帶動(dòng)滑塊331沿導(dǎo)軌330橫向 移動(dòng)。連桿機(jī)構(gòu)340包括縱桿341、第一橫桿342和第二橫桿343,縱桿341前端較接滑塊331， 當(dāng)滑塊331移動(dòng)時(shí)帶動(dòng)縱桿341移動(dòng);第一橫桿342兩端點(diǎn)與轉(zhuǎn)向臂350前端、車(chē)體110的縱板 末端通過(guò)較鏈連接，其中線(xiàn)點(diǎn)與縱桿341較接;第二橫桿343兩端點(diǎn)較接在轉(zhuǎn)向臂350中部， 其中屯、點(diǎn)較接縱桿341的末端;轉(zhuǎn)向臂350對(duì)稱(chēng)較接在車(chē)架100的末端，其上連接從動(dòng)行星輪 組。
[0059] 如圖3所示為越障機(jī)器人后輪轉(zhuǎn)向模式，打開(kāi)轉(zhuǎn)向電機(jī)310,其帶動(dòng)轉(zhuǎn)向齒條320沿 導(dǎo)軌330橫向移動(dòng)，從而帶動(dòng)與滑塊331較接的縱桿341移動(dòng)并傾斜一定角度，縱桿341帶動(dòng) 第一橫桿342和第二橫桿343橫移，從而使與第一橫桿342和第二橫桿343較接的轉(zhuǎn)向臂350 傾斜，其傾斜角度與縱桿341相同，從而帶動(dòng)從動(dòng)行星輪組與車(chē)架100偏移一定角度，實(shí)現(xiàn)從 動(dòng)行星輪組同側(cè)偏轉(zhuǎn)，此時(shí)驅(qū)動(dòng)行星輪組不偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)越障機(jī)器人后輪轉(zhuǎn)向模式。
[0060] 如圖7所示，控制系統(tǒng)包括控制器、電子調(diào)速器、轉(zhuǎn)速傳感器、扭矩傳感器和信號(hào)接 收發(fā)射機(jī)，控制系統(tǒng)安裝在車(chē)架100中部，所述控制器連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)210、電子調(diào)速器，電子 調(diào)速器具有變頻器的作用，通過(guò)控制器改變電機(jī)工作電源頻率來(lái)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從 而控制越障機(jī)器人的速度。所述控制器還連接轉(zhuǎn)速傳感器、信號(hào)接收發(fā)射機(jī)和轉(zhuǎn)向電機(jī) 310,信號(hào)接收發(fā)射機(jī)接收第一動(dòng)力軸251和第二動(dòng)力軸252的轉(zhuǎn)速信號(hào)，并將信號(hào)傳輸至控 制器，控制器比較第一動(dòng)力軸251和第二動(dòng)力軸252的轉(zhuǎn)速，當(dāng)控制器判斷第一動(dòng)力軸251和 第二動(dòng)力軸252轉(zhuǎn)速不同，控制器控制轉(zhuǎn)向電機(jī)310開(kāi)啟，轉(zhuǎn)向電機(jī)帶動(dòng)從動(dòng)行星輪組轉(zhuǎn)向。 所述扭矩傳感器連接信號(hào)接收發(fā)射機(jī)，扭矩傳感器將驅(qū)動(dòng)電機(jī)210的輸出扭矩值傳輸至信 號(hào)接收發(fā)射機(jī)，信號(hào)接收發(fā)射機(jī)將扭矩信號(hào)傳輸至控制器，控制器接收、存儲(chǔ)扭矩傳感器測(cè) 量的驅(qū)動(dòng)電機(jī)210的轉(zhuǎn)矩，控制器根據(jù)情況調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)240的扭矩，實(shí)現(xiàn)越障機(jī)器人順利 越障。
[0061] 當(dāng)越障機(jī)器人在平地行走時(shí)，路面阻力矩小于驅(qū)動(dòng)行星輪組自轉(zhuǎn)扭矩，驅(qū)動(dòng)電機(jī) 210通過(guò)差速器250傳動(dòng)至太陽(yáng)齒輪231，太陽(yáng)齒輪231帶動(dòng)行星齒輪232轉(zhuǎn)動(dòng)，中屯、鏈輪236 與行星齒輪232同步轉(zhuǎn)動(dòng)，中屯、鏈輪236通過(guò)鏈條238帶動(dòng)行星鏈輪237轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使行進(jìn)輪 220自轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)越障機(jī)器人前進(jìn)。當(dāng)越障機(jī)器人遇到障礙物或爬樓梯時(shí)，行進(jìn)阻力矩瞬 間增大至大于驅(qū)動(dòng)行星輪組自轉(zhuǎn)扭矩，驅(qū)動(dòng)電機(jī)210通過(guò)差速器250傳動(dòng)至太陽(yáng)齒輪231，但 阻力使行星齒輪232停滯，太陽(yáng)齒輪231帶動(dòng)內(nèi)行星架234轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)行星輪組公 轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)行星輪組帶動(dòng)越障機(jī)器人順利越障。但是越障機(jī)器人在越障時(shí)會(huì)出現(xiàn)兩種情況:一 是在障礙物處行進(jìn)輪220與地面打滑；二是在障礙物處行進(jìn)輪220與地面沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即 停止轉(zhuǎn)動(dòng)，下面分別討論兩種情況下越障機(jī)器人越障的條件。
[0062] 當(dāng)遇到障礙行進(jìn)輪220與地面打滑時(shí)，控制器通過(guò)扭矩傳感器測(cè)量越障機(jī)器人實(shí) 時(shí)扭矩r，控制器根據(jù)公式（1)計(jì)算越障需要的扭矩為T(mén)l,控制器控制電機(jī)的實(shí)時(shí)扭矩r〉 Tl,越障機(jī)器人中的行星輪系230公轉(zhuǎn)從而越障：
[0063]
(I)
[0064] 其中，A為第一影響因子，反映角度0、傳動(dòng)比k、機(jī)械效率Tl和半徑R對(duì)越障扭矩的影 響，其計(jì)算公式(2)為：
[0065]
(2)
[0066] 其中，A刃巧一影啊因于，尤因次；0為構(gòu)成等邊S角形的S個(gè)行走輪之間夾角，單 位為度;k為行星輪傳動(dòng)比，Tl為越障機(jī)器人的機(jī)械效率;m為越障機(jī)器人的質(zhì)量，單位為g;f 為越障機(jī)器人與地面的動(dòng)摩擦系數(shù)，R為越障機(jī)器人的=個(gè)行走輪形成的等邊=角形的外 切圓的半徑，單位為米。
[0067] 當(dāng)遇到障礙行進(jìn)輪220與地面沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即行進(jìn)輪220停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，控制器根 據(jù)公式(3)計(jì)算越障需要的扭矩為T(mén)2,控制器控制電機(jī)的實(shí)時(shí)扭矩r〉T2,越障機(jī)器人中的行 星輪系230從而越障；
[006引
[0069] 其中，A為第一影響因子，反映角度0、傳動(dòng)比k、機(jī)械效率Tl和半徑R對(duì)越障扭矩的影 響，其計(jì)當(dāng)公古（4)九，
[0070]
(4)
[0071] 其中，A為第一影響因子，無(wú)因次；0為構(gòu)成等邊=角形的=個(gè)行走輪之間夾角，單 位為度;k為行星輪傳動(dòng)比，Tl為越障機(jī)器人的機(jī)械效率;m為越障機(jī)器人的質(zhì)量，單位為g;f 為越障機(jī)器人與地面的動(dòng)摩擦系數(shù)，R為越障機(jī)器人的=個(gè)行走輪形成的等邊=角形的外 切圓的半徑，單位為米。
[0072] 盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開(kāi)如上，但其并不僅僅限于說(shuō)明書(shū)和實(shí)施方式中所列 運(yùn)用。它完全可W被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域。對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地 實(shí)現(xiàn)另外的修改。因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限 于特定的細(xì)節(jié)和運(yùn)里示出與描述的圖例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種多功能越障機(jī)器人，其特征在于，包括： 車(chē)架； 驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其固定在車(chē)架上； 驅(qū)動(dòng)行星輪組和從動(dòng)行星輪組，所述驅(qū)動(dòng)行星輪組對(duì)稱(chēng)布設(shè)在車(chē)架前端兩側(cè)，由驅(qū)動(dòng) 電機(jī)驅(qū)動(dòng);所述從動(dòng)行星輪組對(duì)稱(chēng)安裝在車(chē)架后端兩側(cè);其中，所述行星輪組包括： 內(nèi)行星架，其包括至少二個(gè)向外延伸的支腳，并且朝向所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的一側(cè)上設(shè)置太 陽(yáng)齒輪和行星齒輪，另一側(cè)面上設(shè)置中屯、鏈輪和多個(gè)行星鏈輪；W及 所述太陽(yáng)齒輪，其通過(guò)第一軸可旋轉(zhuǎn)固定在所述內(nèi)行星架上，所述電機(jī)輸出軸連接所 述太陽(yáng)齒輪； 所述行星齒輪，其通過(guò)第二軸可旋轉(zhuǎn)固定在所述內(nèi)行星架上，并且和所述太陽(yáng)齒輪曬 合； 所述中屯、鏈輪，其固定在所述第二軸上，所述中屯、鏈輪和所述行星齒輪共同旋轉(zhuǎn)； 所述多個(gè)行星鏈輪，其一一對(duì)應(yīng)的可旋轉(zhuǎn)的設(shè)置在所述支腳的外端； 鏈條，其與所述中屯、鏈輪和所述多個(gè)行星鏈輪同時(shí)曬合； 行進(jìn)輪，其分別和所述多個(gè)行星鏈輪同軸固定，并且和所述多個(gè)行星鏈輪共同旋轉(zhuǎn)。2. 如權(quán)利要求1所述的多功能越障機(jī)器人，其特征在于，所述車(chē)架還包括轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其 連接在車(chē)架后部，包括轉(zhuǎn)向電機(jī)和折腰式轉(zhuǎn)向單元，所述轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)折腰式轉(zhuǎn)向單元相 對(duì)于車(chē)架傾斜一定角度，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向；其中，所述從動(dòng)行星輪組對(duì)稱(chēng)安裝在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兩 側(cè)。3. 如權(quán)利要求2所述的多功能越障機(jī)器人，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接差速器，所 述差速器輸出兩個(gè)動(dòng)力軸連接車(chē)架兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)行星輪組。4. 如權(quán)利要求2所述的多功能越障機(jī)器人，其特征在于，所述折腰式轉(zhuǎn)向單元包括： 導(dǎo)軌，其橫向固定在車(chē)架上； 滑塊，其套設(shè)在導(dǎo)軌上并能夠沿導(dǎo)軌滑動(dòng)； 轉(zhuǎn)向齒條，其與轉(zhuǎn)向電機(jī)曬合，并且固定連接滑塊，所述轉(zhuǎn)向齒條在轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)下帶 動(dòng)滑塊沿導(dǎo)軌移動(dòng)； 連桿機(jī)構(gòu)，包括縱桿、第一橫桿和第二橫桿，縱桿前端可旋轉(zhuǎn)連接滑塊，縱桿后端分別 較接在第一橫桿和第二橫桿的中屯、點(diǎn)，第一橫桿和第二橫桿平行設(shè)置且其兩端較接轉(zhuǎn)向 臂； 所述轉(zhuǎn)向臂的前端較接在車(chē)架后端； 其中，當(dāng)縱桿前端在滑塊帶動(dòng)下沿導(dǎo)軌移動(dòng)，其帶動(dòng)第一橫桿和第二橫桿橫向移動(dòng)，從 而帶動(dòng)轉(zhuǎn)向臂與車(chē)架傾斜一定角度，實(shí)現(xiàn)從動(dòng)行星輪組轉(zhuǎn)向。5. 如權(quán)利要求3或4所述的多功能越障機(jī)器人，其特征在于，所述車(chē)架還包括載物臺(tái)，其 固定在車(chē)架上，用于承載物品。6. 如權(quán)利要求3所述的多功能越障機(jī)器人，其特征在于，還包括控制系統(tǒng)，其包括： 扭矩傳感器，其安裝在驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸上，所述扭矩傳感器測(cè)量驅(qū)動(dòng)電機(jī)的扭矩； 轉(zhuǎn)速傳感器，其分別安裝在差速器的兩個(gè)所述動(dòng)力軸上，用于檢測(cè)兩個(gè)動(dòng)力軸的轉(zhuǎn)速； 信號(hào)接收發(fā)射機(jī)，其連接扭矩傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器，所述信號(hào)接收發(fā)射機(jī)接收扭矩傳 感器和轉(zhuǎn)速傳感器的信號(hào)； 控制器，其連接信號(hào)接收發(fā)射機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和轉(zhuǎn)向電機(jī)，所述控制器接收信號(hào)接收發(fā)射 機(jī)的信號(hào)并控制轉(zhuǎn)向電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī);W及 電子調(diào)速器，其連接控制器，所述電子調(diào)速器調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)行星輪組的行進(jìn)速度。7. 如權(quán)利要求6所述的多功能越障機(jī)器人，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)為伺服電機(jī)，控 制器通過(guò)信號(hào)接收發(fā)射機(jī)接收扭矩傳感器的信號(hào)，并控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出扭矩。8. 如權(quán)利要求6所述的多功能越障機(jī)器人，其特征在于，所述電子調(diào)速器連接驅(qū)動(dòng)電機(jī) 的電源，其通過(guò)調(diào)節(jié)電源調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)行星輪組的行進(jìn)速度。9. 如權(quán)利要求7所述的多功能越障機(jī)器人，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)行星輪組遇到障礙行 而打、膊_電化沛服動(dòng)軒居齡姐A柱戰(zhàn)陪_歧出Ii巢歧出Ii由枕的立R才巧其中，e為行走輪之間夾角，k為驅(qū)動(dòng)行星輪組傳動(dòng)比，Tl為驅(qū)動(dòng)行星輪組的機(jī)械效率;m 為驅(qū)動(dòng)行星輪組的質(zhì)量，f為行進(jìn)輪與地面的動(dòng)摩擦系數(shù)，R為行星輪系的旋轉(zhuǎn)半徑。10. 如權(quán)利要求7所述的多功能越障機(jī)器人，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)行星輪組遇到障礙 而輪與地面沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，為驅(qū)動(dòng)行星輪組公轉(zhuǎn)越障，控制器控制電機(jī)的實(shí)時(shí)扭矩r滿(mǎn)足；具甲，6刃化疋祀之間乂用，k刃驅(qū)功化星祀姐巧功此，n刃驅(qū)功化星祀姐的機(jī)楓巧準(zhǔn)；m 為驅(qū)動(dòng)行星輪組的質(zhì)量，f為行進(jìn)輪與地面的動(dòng)摩擦系數(shù)，R為行星輪系的旋轉(zhuǎn)半徑。
【文檔編號(hào)】B60L15/20GK105905178SQ201610297760
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年5月6日
【發(fā)明人】洪哲浩, 洪日
【申請(qǐng)人】吉林大學(xué)