小型移动机器人轮摆式复合驱动装置.pdf

本发明公开了一种小型移动机器人轮摆式复合驱动装置，两个电机对角固定在底板的两端，通过同步带轮驱动车轮，其中同侧的两个带轮通过安装在同侧的电机进行驱动，两个带轮通过同步带进行联接，这样小车实现四驱并且通过控制两个电机的转动方向可以实现小车的原地转弯，以节省转弯半径和运动空间；小车的中部装有摆臂，摆臂包括内外联接板、轴承、同步带及同步带轮，其由安装在小车中部的电机通过齿轮传动进行驱动，在通过较大的障碍物时可以起到辅助腿及履带的作用，从而提高其越障能力。

1.  一种小型移动机器人轮摆式复合驱动装置，其特征在于，它包括两个外联接板(1)、两个内联接板(4)、四个摆臂小轴承(2)、四个摆臂大轴承(17)、两个小带轮(3)、两个大带轮(19)、四个车轮(5)、六个轴承座(6)、四个驱动带轮(7)、底板(8)、两个驱动电机(9)、四个驱动轴(10)、摆臂电机(11)、三个电机座(12)、小齿轮(13)、大齿轮(14)、主轴(16)、两个轴套(18)、两条同步带(15)和两条摆臂带(20)。

2.  根据权利要求1所述小型移动机器人轮摆式复合驱动装置，其特征在于，所述两个驱动电机(9)通过两个电机座(12)对角固定在底板(8)的两端，驱动电机(9)的输出轴与驱动带轮(7)的一端联接，驱动带轮(7)的另一端与驱动轴(10)的一端联接，驱动轴(10)的另一端与带轮联接，驱动轴(10)的中间通过轴承座(6)固定在底板(8)上，同时驱动带轮与其同侧的驱动带轮通过同步带(15)联接；摆臂电机(11)通过电机座(12)固定在底板(8)上，其输出轴与小齿轮(13)键联接，小齿轮(13)与大齿轮(14)啮合，大齿轮(14)固定在主轴(16)上，主轴(14)通过两个轴承座(6)固定在底板(8)的中部，主轴(14)的两端通过轴套(18)与外联接板(1)和内联接板(4)联接，在外联接板(1)和内联接板(4)的另一端联接有摆臂小轴承(2)和小带轮(3)。

3.  根据权利要求1所述小型移动机器人轮摆式复合驱动装置，其特征在于，所述外联接板(1)和内联接板(4)组成的摆臂对称地安装在底板(8)的中部，主轴(16)的两端分别与两个轴套(18)键联接，轴套(18)的两个端面分别与内联接板(4)和外联接板(1)的一端联接，轴套(18)的外径方向依次套有摆臂大轴承(17)和大带轮(19)，内联接板(4)和外联接板(1)的另一端连有摆臂小轴承(2)和小带轮(3)。

小型移动机器人轮摆式复合驱动装置
技术领域
本发明属于机器人技术和自动化领域，尤其涉及一种小型移动机器人轮摆式复合驱动装置。
背景技术
目前，在移动机器人的运动机构中，普遍采用了轮式、履带式和足式机构，轮式移动机器人有结构简单、移动速度快和便于操纵等特点，但不适合跨越台阶、沟壑等障碍；履带式机器人在松软、不平坦地形等自然环境中有着较高的穿越能力和良好的环境适应性，但摩擦阻力较大、能耗较高；腿式移动机器人具有较高的机动性，容易适应各种复杂的地面环境，但机构与控制较为复杂且价格昂贵。近年来，许多学者进行了基于复合机构的移动机器人的研究，但很多只是把轮式、腿式或者履带式、腿式机构复合在一起，北京交通大学的姚燕安、石侃等人在2007年申请了一种步轮履复合式移动机器人的专利(公开号：CN 101157372A)，虽然把轮式、履带式以及腿式机构复合再一起，但中间采用了伸缩杆机构并用齿轮齿条或液压进行力的传递，大大增加了机构的复杂程度和成本，而且使得控制更加复杂。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种小型移动机器人轮摆式复合驱动装置。本发明融合了轮式机构和腿式机构的特点，并且具有重量轻，体积小，结构简单并且可以原地转弯的特点。利用轮胎实现高速远距离运动，利用中间的两条摆臂来提高其越障能力和环境适应性。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种小型移动机器人轮摆式复合驱动装置，它包括两个外联接板、两个内联接板、四个摆臂小轴承、四个摆臂大轴承、两个小带轮、两个大带轮、四个车轮、六个轴承座、四个驱动带轮、底板、两个驱动电机、四个驱动轴、摆臂电机、三个电机座、小齿轮、大齿轮、主轴、两个轴套、两条同步带和两条摆臂带。所述两个驱动电机通过两个电机座对角固定在底板的两端，驱动电机的输出轴与驱动带轮的一端联接，驱动带轮的另一端与驱动轴的一端联接，驱动轴的另一端与带轮联接，驱动轴的中间通过轴承座固定在底板上，同时驱动带轮与其同侧的驱动带轮通过同步带联接；摆臂电机通过电机座固定在底板上，其输出轴与小齿轮键联接，小齿轮与大齿轮啮合，大齿轮固定在主轴上，主轴通过两个轴承座固定在底板的中部，主轴的两端通过轴套与外联接板和内联接板联接，在外联接板和内联接板的另一端联接有摆臂小轴承和小带轮。所述外联接板和内联接板组成的摆臂对称地安装在底板的中部，主轴的两端分别与两个轴套键联接，轴套的两个端面分别与内联接板和外联接板的一端联接，轴套的外径方向依次套有摆臂大轴承和大带轮，内联接板和外联接板的另一端连有摆臂小轴承和小带轮。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明所述移动机器人以轮式移动机器人为载体，融合了轮式、履带和腿式机构的运动优点，具有快速移动、越障能力强等特点。
2、本发明所述移动机器人重量轻，体积小，结构简单，控制简单可靠。
3、本发明所述移动机器人可以根据不同环境特点采用不同的运动模式，提高机器人的环境适应性。
4、本发明所述移动机器人可以通过控制两边驱动电机的运转方向实现原地转弯，减小转弯半径，实现快速转弯并节省转弯空间。
附图说明
图1是本发明的结构原理主视图。
图2是图1的俯视图。
图中，1、外联接板，2、摆臂小轴承，3、小带轮，4、内联接板，5、车轮，6、轴承座，7、驱动带轮，8、底板，9、驱动电机，10、驱动轴，11、摆臂电机，12、电机座，13、小齿轮，14、大齿轮，15、同步带，16、主轴，17、摆臂大轴承，18、轴套，19、大带轮，20、摆臂带。
具体实施方式
本发明包括两个外联接板、两个内联接板、四个摆臂小轴承、四个摆臂大轴承、两个小带轮、两个大带轮、四个车轮、六个轴承座、四个驱动带轮、底板、两个驱动电机、四个驱动轴、摆臂电机、三个电机座、小齿轮、大齿轮、主轴、两个轴套、两条同步带和两条摆臂带；两个驱动电机通过两个电机座对角固定在底板的两端，驱动电机的输出轴与驱动带轮的一端通过紧定螺钉联接，驱动带轮的另一端与驱动轴的一端通过紧定螺钉联接，驱动轴的另一端与带轮联接，驱动轴的中间通过轴承座固定在底板上，同时驱动带轮与其同侧的驱动带轮通过同步带联接，这样通过两个驱动电机就能够实现机器人的四轮驱动；摆臂电机通过电机座固定在底板上，其输出轴与小齿轮键联接，然后与大齿轮啮合，大齿轮固定在主轴上，主轴通过两个轴承座固定在底板的中部，主轴的两端通过轴套与外联接板和内联接板联接，在外联接板和内联接板的另一端联接摆臂小轴承和小带轮。
四个驱动带轮通过对角安置的两个驱动电机驱动，其中一侧的两个驱动带轮通过安装在同侧的驱动电机进行驱动，两个驱动带轮通过同步带进行联接，另一侧的两个驱动带轮通过安装在同侧的另一个对角放置的驱动电机进行驱动，这样通过四个驱动带轮驱动四个车轮实现小车的四驱，大大提高小车的运动能力和越过小障碍、沟壑的能力，同时通过控制两个驱动电机的转动方向可以实现小车的原地转弯，节省转弯半径和运动空间。
外联接板和内联接板组成的摆臂对称的安装在底板的中部，摆臂电机输出扭矩通过小齿轮传递给大齿轮，同时把扭矩放大，大齿轮固连在主轴上带其转动，主轴的两端分别与两个轴套键联接，轴套的两个端面通过螺钉与内联接板和外联接板的一端联接，轴套的外径方向依次套有摆臂大轴承和大带轮，内联接板和外联接板的另一端连有摆臂小轴承和小带轮，这样摆臂在摆臂电机的驱动下可以360度转动，同时摆臂带可以自由转动。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1、2所示，本发明包括两个外联接板1、两个内联接板4、四个摆臂小轴承2、四个摆臂大轴承17、两个小带轮3、两个大带轮19、四个车轮5、六个轴承座6、四个驱动带轮7、底板8、两个驱动电机9、四个驱动轴10、摆臂电机11、三个电机座12、小齿轮13、大齿轮14、主轴16、两个轴套18、两条同步带15和两条摆臂带20；两个驱动电机9通过两个电机座12对角固定在底板8的两端，驱动电机9的输出轴与驱动带轮7的一端通过紧定螺钉联接，驱动带轮7的另一端与驱动轴10的一端通过紧定螺钉联接，驱动轴10的另一端与带轮联接，驱动轴10的中间通过轴承座6固定在底板8上，同时驱动带轮与其同侧的驱动带轮通过同步带15联接，这样通过两个驱动电机9就能够实现机器人的四轮驱动；摆臂电机11通过电机座12固定在底板8上，其输出轴与小齿轮13键联接，然后与大齿轮14啮合，大齿轮14固定在主轴16上，主轴14通过两个轴承座6固定在底板8的中部，主轴14的两端通过轴套18与外联接板1和内联接板4联接，在外联接板1和内联接板4的另一端联接有摆臂小轴承2和小带轮3。
所述的四个驱动带轮7通过对角安置的两个驱动电机9驱动，其中一侧的两个驱动带轮7通过安装在同侧的驱动电机9进行驱动，两个驱动带轮通过同步带15进行联接，另一侧的两个驱动带轮7通过安装在同侧的另一个对角放置的驱动电机9进行驱动，这样通过四个驱动带轮7驱动四个车轮5实现小车的四驱，大大提高小车的运动能力和越过小障碍、沟壑的能力，同时通过控制两个驱动电机9的转动方向可以实现小车的原地转弯，节省转弯半径和运动空间。
所述的外联接板1和内联接板4组成的摆臂对称的安装在底板8的中部，摆臂电机11输出扭矩通过小齿轮13传递给大齿轮14，同时把扭矩放大，大齿轮14固连在主轴16上带其转动，主轴16的两端分别与两个轴套18键联接，轴套18的两个端面通过螺钉与内联接板4和外联接板1的一端联接，轴套18的外径方向依次套有摆臂大轴承17和大带轮19，内联接板4和外联接板1的另一端连有摆臂小轴承2和小带轮3，这样摆臂在摆臂电机11的驱动下可以360度转动，同时摆臂带20可以自由转动。
当两个驱动电机9同向转动且运转速度相同时，扭矩通过驱动轴10和同步带15带动车轮5转动，小车直线行驶；当两个驱动电机9运转速度不同时，两侧车轮速度不同，小车转弯；当两个驱动电机9速度方向相反时小车实现原地转弯。摆臂电机11输出轴带动小齿轮13和大齿轮14转动，传递给主轴16从而带动摆臂转动，当碰到较大的障碍物时摆臂可以充当辅助腿及履带的作用实现越障。