一种可抛投部署的侦察机器人的制作方法

本发明涉及侦察机器人设备技术领域，尤其涉及一种可抛投部署的侦察机器人。

背景技术：

随着军工及民用机器智能化的发展，对机器人的依赖程度越来越大，例如在处理恐怖事件、工业事故及遭到敌人袭击后产生的核污染和生化灾害时，经常会遇到现场情况不明、人员无法接近或高度危险的区域，如果能够利用机器人代替人员进入情况不明或者人难以进入的场合去查明现场情况、取回样本、处理高危险事件，则可以避免操作人员直接暴露在有毒，核辐射等危险环境中，能够大大减少人员伤亡，提高保障能力和工作效率。

目前在执行侦察任务时，操作人员需要远程操控机器人运动到任务区域，这就要求部署地点到任务区域的路径要连续，如果出现道路中断或者无法直接到达的情况，机器人就无法完成侦察任务。因此将机器人抛投到无法直接到达的地方是目前侦察机器人研究领域的一个重要方向。抛投部署一方面要求机器人结构能够承受大的冲击，另一方面抛投后机器人的姿态是未知的，就要求机器人不分正反前后，抛投后可直接操作使用，目前市场上主要的抛投机器人形式主要有球形结构，哑铃状结构，这类结构适合抛投，但存在越障能力差，地形适应能力不足等缺陷，一旦跌入凹陷的地形中，就无法逃出，无法继续执行任务，这些缺点约束了侦察机器人的推广，市场亟须一种可抛投部署，地形适应能力强，具有优良越障能力的机器人。

技术实现要素：

针对以上问题，本发明提供一种可抛投部署的侦察机器人，机器人采用四轮驱动，地形适应能力强，轮组布局紧凑，使机器人具备优异的越障能力，此外车轮采用抗震设计，能够承受抛投过程中产生的震动，机器人结构不分正反前后，抛投后可直接使用操作终端进行操作，提升了机器人适应能力，极大的扩展了机器人的应用范围。

本发明的技术方案为：

所述一种可抛投部署的侦察机器人，包括机器人本体、能源部件和车轮部件；

所述车轮部件包括2n个弹性车轮，在机器人本体每侧各安装n个弹性车轮；

所述弹性车轮的直径大于机器人本体的厚度，且单侧n个弹性车轮的最前端与最后端距离大于机器人本体的前后长度；设弹性车轮最上端到机器人本体上表面距离为s1，弹性车轮最下端到机器人本体下表面距离为s2，单侧n个弹性车轮最前端到机器人本体最前端距离为s3，单侧n个弹性车轮最后端到机器人本体最后端距离为s4，则s1、s2、s3和s4均大于所述弹性车轮在设定的最大径向压缩载荷作用下的径向变形尺寸s；

所述能源部件固定安装在机器人本体内部。

进一步的，所述弹性车轮包括轮胎、轮毂以及与轮轴连接的机构；所述轮胎包覆于所述轮毂的外圆周面上；所述轮胎采用橡胶材料，轮胎圆周面上设计有防滑纹，轮胎内部采用蜂窝状的结构，且蜂窝尺寸沿径向由外向内逐渐缩小。

进一步的，所述弹性车轮与机器人本体轮轴连接的机构采用键连接机构；所述键连接机构安装在弹性车轮的轮毂中；所述键连接机构具有带键的键按钮以及弹性驱动机构；所述弹性驱动机构的驱动力作用在所述键按钮上；当所述键连接机构安装在弹性车轮的轮毂内后，所述弹性驱动机构能够驱动所述键按钮的键与伸入弹性车轮中的轮轴上的键槽配合。

进一步的，所述键连接机构包括外壳、弹性驱动机构以及带键的键按钮；所述外壳具有安装所述键按钮的深槽，且所述外壳中具有用于穿过轮轴的通孔，外壳中用于穿过轮轴的通孔与所述深槽连通；所述键按钮安装在所述深槽内，且在深槽底部设置有弹性驱动机构，弹性驱动机构能够驱动所述键按钮在所述深槽内滑动；所述键按钮上具有通孔，键按钮上的通孔位置与外壳中用于穿过轮轴的通孔位置有重叠；所述键按钮上的通孔内侧面设置有键，且键的指向沿所述键按钮在所述深槽中的向外滑动方向。

进一步的，所述键按钮与所述外壳之间还通过销轴配合，其中销轴与所述键按钮及所述外壳中的一个结构为固定配合，与另一结构为长条孔配合，且长条孔方向平行于键的指向。

进一步的，所述弹性驱动机构为压缩弹簧。

进一步的，所述机器人本体包括上壳，下壳和支撑架；所述支撑架为主体支撑结构，上壳及下壳分别密封安装在支撑架的上下两侧；轮轴安装在所述支撑架上。

进一步的，所述机器人本体上设置有载荷模块，所述载荷模块包括两组摄像头、两组近红外照明装置、两组照明灯以及喇叭和话筒；摄像头、近红外照明装置和照明灯成套使用，分别安装在机器人本体的前端和后端；喇叭和话筒固定在机器人本体的下壳上。

进一步的，所述机器人本体内部具有驱动部件；单侧n个弹性车轮采用同一驱动部件驱动，且通过同步机构实现同侧车轮的同步运动。

进一步的，所述机器人本体上壳设置有能源部件安装槽，所述安装槽内壁具有同于固定能源部件的卡扣，所述能源部件外侧面具有对应的l型卡槽，用于与安装槽内壁卡扣配合，实现能源部件的快速安装和拆卸。

有益效果

本发明提供的一种可抛投部署的侦察机器人，采用大弹性车轮结构设计，针对抛投部署的要求设计了变尺寸蜂窝状轮胎结构，解决了传统侦察机器人抗震能力差，越障能力不足和地形适应能力差的缺点。车轮和电池组采用快速拆装结构，使机器人能够快速组装部署，符合侦察机器人快速部署的要求。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1所示为机器人的轴侧视图

图2所示为机器人车轮结构

图3所示为机器人俯视图和正视图

图4所示为车轮的投影视图

图5所示为电池组结构示意图

图6所示为机器人组装方式示意

图7所示为蜂窝状车轮结构示意图

图8所示为键连接机构结构爆炸图

其中：1、弹性车轮；2、机器人本体；3、能源部件；4、轮胎；5、轮毂；6、键连接机构；7、滑动轴承；8、上壳；9、支撑架；10、下壳；11、近红外照明装置；12、摄像头；13、照明灯；15、卡扣；16、喇叭和话筒；17、轮轴；18、轮胎表面层；19、粗蜂窝区；20、密集蜂窝区。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本实施例中的一种抛投部署的侦察机器人，其基本组成包括机器人本体2、能源部件3和车轮部件，其中能源部件3在本实施例中采用电池组形式。

所述车轮部件包括2n个弹性车轮，在机器人本体每侧各安装n个弹性车轮。弹性车轮包括轮胎4、轮毂5、与轮轴连接的机构以及滑动轴承7；轮胎4包覆于轮毂5的外圆周面上，滑动轴承7固定在轮胎4内侧的安装孔内。轮胎4采用弹性较好的橡胶材料，轮胎圆周面上设计有防滑纹，轮胎内部采用蜂窝状的结构，且蜂窝尺寸沿径向由外向内逐渐缩小，使车轮能够更好地吸收震动能量。

如图1所示，本实施例中机器人本体每侧安装2个弹性车轮。本实施例中的机器人采用大车轮设计，机器人本体被四个车轮保护。具体的，在进行车轮设计时，所述弹性车轮的直径大于机器人本体的厚度，且单侧2个弹性车轮的最前端与最后端距离大于机器人本体的前后长度；设弹性车轮最上端到机器人本体上表面距离为s1，弹性车轮最下端到机器人本体下表面距离为s2，单侧n个弹性车轮最前端到机器人本体最前端距离为s3，单侧n个弹性车轮最后端到机器人本体最后端距离为s4，则s1、s2、s3和s4均大于所述弹性车轮在设定的最大径向压缩载荷作用下的径向变形尺寸s；这样在抛投部署时，车轮能够快速吸收坠落所产生的震动能量，车轮在受到冲击产生变形后，仍然能够保护机器人本体不受地面的直接撞击，极大的提升了机器人的生存能力，大车轮结构也使机器人具备更加优越的越障能力，能够适应更加复杂的地形。

本实施例中，所谓设定的最大径向压缩载荷是对应大车轮结构在机器人从5m高度下坠到水泥地面所产生的能量。那么为了兼顾可抛投和吸收能量两大要素，可抛投功能要求车轮结构不能太大，过大的尺寸将导致无法单手抛投或无法远距离抛投，尺寸太小又会导致吸能效果差，无法保护机器人本体。鉴于以上原因，本实施例中，优选轮胎采用非均匀蜂窝结构设计，在降低机器人整体重量的同时，能够更好地吸收冲击能量。

如图7所示，本实施例中轮胎蜂窝状结构的蜂窝尺寸由外向内逐渐变小，密度逐渐增大。根据蜂窝尺寸和密度的不同，车轮可分为表面层，粗蜂窝区和密集蜂窝区。在接受撞击时，粗蜂窝区首先发生大的形变，吸收70％以上的能量，当形变达到一定程度后，密集蜂窝区开始发生形变，由于蜂窝密集，微小的变形即可吸收较大的能量，这样就能最快地将剩余能量吸收。而且根据力的传导规律，每一层的蜂窝形状也有不同，有五边形，菱形和梯形等形状按照特定规律排列组成，这样保证了粗蜂窝区能够优先发生变形，吸收大部分的能量。这样即使蜂窝结构达到最大的变形，也能保证机器人本体不受到地面的直接撞击。

本实施例中，弹性车轮与机器人本体轮轴连接的机构采用键连接机构，键连接机构安装在弹性车轮的轮毂中；键连接机构具有带键的键按钮以及弹性驱动机构；弹性驱动机构的驱动力作用在键按钮上；当键连接机构安装在弹性车轮的轮毂内后，弹性驱动机构能够驱动所述键按钮的键与伸入弹性车轮中的轮轴上的键槽配合，操作人员通过按压键连接机构上的键按钮，实现键的伸缩动作，使键按钮上的键与机器人本体轮轴上的键槽结合或分离。

具体到本实施例中，键连接机构如图8所示，包括外壳、弹性驱动机构以及带键的键按钮；所述外壳具有安装所述键按钮的深槽，且所述外壳中具有用于穿过轮轴的通孔，外壳中用于穿过轮轴的通孔与所述深槽连通；所述键按钮安装在所述深槽内，且在深槽底部设置有弹性驱动机构，弹性驱动机构能够驱动所述键按钮在所述深槽内滑动；本实施例中，所述弹性驱动机构采用两根相互平行的压缩弹簧；所述键按钮上具有通孔，键按钮上的通孔位置与外壳中用于穿过轮轴的通孔位置有重叠；所述键按钮上的通孔内侧面设置有键，且键的指向沿所述键按钮在所述深槽中的向外滑动方向，这样当压缩弹簧驱动键按钮在深槽内向外滑动时，键按钮通孔内的键能够伸入机器人本体轮轴上的键槽中，实现车轮与轮轴的配合安装。

本实施例中，为了确保键按钮在外壳中位置受控，键按钮与外壳之间还通过销轴配合，其中销轴与所述键按钮及所述外壳中的一个结构为固定配合，与另一结构为长条孔配合，且长条孔方向平行于键的指向，也就是键按钮在深槽内的滑动方向，这样键按钮就只能沿深槽滑动，而不能有其他方向的移动，且滑动距离也受控。

车轮安装到机器人本体上时，只需按下键按钮，键按钮内的键便会收缩，然后将车轮穿到轮轴上，放开键按钮，对车轮的位置和角度略作调整，使键与轮轴上的键槽对准，在弹簧的作用下，键自动安装到键槽内，并发出咔哒一声，代表车轮已安装完成。如需拆除车轮，按下键按钮，将车轮从轮轴上取出即可。

所述机器人本体内部具有驱动部件，具体本实施例而言，机器人驱动方式为四轮驱动，左右各有一个驱动电机，同侧两个车轮采用同一驱动电机驱动，且通过同步机构如同步带实现同侧车轮的同步运动。

本实施例中，机器人本体包括上壳，下壳和支撑架；所述支撑架为主体支撑结构，采用轻质的合金材料，如铝合金，强度高，重量轻；轮轴安装在所述支撑架上；上壳及下壳采用硬质工程塑料，安装在支撑架的上下两侧，通过螺栓或者胶粘的方式连接，采用螺栓连接时，三者之间需要涂抹密封胶，增加机器人本体的密封性。

所述机器人本体上还设置有载荷模块，所述载荷模块包括两组摄像头、两组近红外照明装置、两组照明灯以及喇叭和话筒；摄像头、近红外照明装置和照明灯成套使用，分别安装在机器人本体的前端和后端，用于昼夜环境下的视频侦察；喇叭和话筒固定在机器人本体的下壳上，用于收集现场声音和交流。

在机器人本体上壳设置有电池安装槽，安装槽两侧有固定电池组的卡扣，相应的电池组两侧有对应的l型卡槽，用于与安装槽内壁卡扣配合，扳动卡扣将电池组放入电池安装槽，按压电池组至其上表面与机器人本体上表面平齐，然后放开卡扣，完成电池组的快速安装。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。