专利名称:履-臂混合式可重构机器人的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种履-臂混合式可重构机器人。可重构机器人占用空间小，作业时可选择有利的工作构态，在星球探测、军事空投等领域具有独特优势。本实用新型包括履带行星轮式组件、车体组件、机械臂组件和机械手组件；车体组件驱动履带行星轮式组件和机械臂组件，机械臂组件驱动机械手组件；机械手组件包括控制电机、爪盘、螺纹轴和手爪组件；车体组件包括驱动电机、前板、固定轴、臂座和肩关节舵机；机械臂组件包括大臂、臂关节舵机、中臂、肘关节舵机、小臂、腕关节舵机、辅助轮轴和辅助轮。本实用新型在未知恶劣地形环境中，可通过双螺旋防脱落机械手组件稳定可靠连接，实现多机器人协同操作，增强了机器人系统的作业能力。
【专利说明】履-臂混合式可重构机器人
【技术领域】
[0001]本实用新型属于机器人【技术领域】，涉及可重构机器人，具体涉及一种履-臂混合式可重构机器人。
【背景技术】
[0002]随着移动机器人在战场、医疗、服务等领域的广泛应用和星球探测时代的来临，对未知环境中自主移动机器人的需求日益增长。履带式机器人因具有良好的地形适应能力，已开发的单节双履带式、双节四履带式、多节多履带式、多节轮履复合式以及可重构式等，已成为移动机器人领域研宄的热点。可重构机器人由于在运输过程中，占用空间小，作业时可根据不同周围环境，选择有利的工作构态，在某些特定领域如星球探测、军事空投等具有独特优势。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种履-臂混合式可重构机器人，该机器人在运输过程中，占用空间小，作业时可以根据不同环境，选择有利的工作构态；且遇到障碍时，履带行星轮式结构可助其越障。同时，在未知地形环境中，该机器人可以通过双螺旋防脱落机械手组件的稳定可靠连接，实现多机器人系统的重构与协同工作，增加机器人系统的作业能力。
[0004]本实用新型采用的技术方案如下:
[0005]本实用新型包括履带行星轮式组件、车体组件、机械臂组件和机械手组件。所述的履带行星轮式组件和机械臂组件设置在车体组件的两侧；所述的机械臂组件与车体组件连接构成转动副。
[0006]所述的履带行星轮式组件包括行星架、中心轴、中心齿轮、支撑轴、过渡齿轮、主动轮轴、主动齿轮、驱动轮和履带。所述的行星架通过轴承支承在中心轴上，中心齿轮固接于中心轴上；所述的车体组件驱动中心轴；三根支撑轴沿圆周均布，且均通过轴承支承在行星架上，每根支撑轴与一个过渡齿轮固接；三个过渡齿轮均与中心齿轮构成齿轮副；三根主动轮轴沿圆周均布，且均通过轴承支承在行星架上；每根主动轮轴的中部固接有一个主动齿轮，两端分别固接有一个驱动轮；每个主动齿轮与对应的一个过渡齿轮构成齿轮副；所述的履带套置在六个驱动轮上。
[0007]所述的机械手组件包括控制电机、爪盘、第一锥齿轮、第二锥齿轮、螺纹轴和手爪组件。所述的机械臂组件驱动爪盘；所述控制电机的底座固接在爪盘上，第一锥齿轮固接于控制电机的输出轴上；两根螺纹轴相对设置，且均通过轴承支承在爪盘上；两根螺纹轴均固接有第二锥齿轮，两个第二锥齿轮均与第一锥齿轮构成齿轮副；两个手爪组件对中设置，所述的手爪组件包括手爪、滑动轴、压簧、限位销和缓冲垫片；两个手爪组件的手爪底部分别与对应的一个螺纹轴构成螺纹副，且两个手爪组件的手爪均与爪盘的滑道通过滑动副连接；所述手爪的多个滑槽分别与一根滑动轴的一端通过滑动副连接，所有滑动轴的另一端均与缓冲垫片固接；每根滑动轴的限位槽内嵌有一根限位销，所有限位销均固接在手爪上；套置在滑动轴上的压簧两端分别压紧缓冲垫片和手爪；两个手爪组件的缓冲垫片相对设置。
[0008]所述的车体组件包括驱动电机、前板、固定轴、臂座和肩关节舵机。所述的臂座通过四根固定轴与前板固定，驱动电机的底座固接于前板上，驱动电机的输出轴与履带行星轮式组件的中心轴固接；两个肩关节舵机的底座均固定在臂座上；两个肩关节舵机驱动机械臂组件。
[0009]所述的机械臂组件包括大臂、臂关节舵机、中臂、肘关节舵机、小臂、腕关节舵机、辅助轮轴和辅助轮。所述臂关节舵机和肘关节舵机的底座分别固接于中臂的一端，臂关节舵机的输出轴与大臂固接；肘关节舵机的输出轴与小臂固接；所述腕关节舵机的底座固接于小臂上，腕关节舵机驱动机械手组件；所述的辅助轮轴固接于小臂的伸出杆上，辅助轮与辅助轮轴铰接；所述的车体组件驱动大臂两侧的两块驱动板。
[0010]本实用新型的有益效果:
[0011]1、本实用新型的履带行星轮式组件结合了履带和外行星轮系的优点，可较好地适应非结构化地形环境；
[0012]2、本实用新型的机械手采用双螺旋防脱落结构，在机器人单体作业时，可有效可靠地抓取物体，在多机器人协同作业时，可稳定可靠地连接，并利用自锁螺纹实现了冗余锁定;
[0013]3、本实用新型采用模块化设计方法，单体机器人可独立行驶、越障和作业；
[0014]4、本实用新型在未知恶劣地形环境中，可通过双螺旋防脱落机械手组件稳定可靠连接，实现多机器人协同操作，较大地增强了机器人系统的作业能力。
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型的整体结构立体图；
[0016]图2为本实用新型中履带行星轮式组件的结构立体图；
[0017]图3为本实用新型中履带行星轮式组件的传动原理图；
[0018]图4为本实用新型中车体组件的结构立体图；
[0019]图5为本实用新型中机械臂组件的结构立体图；
[0020]图6为本实用新型中机械手组件的结构立体图；
[0021]图7为本实用新型中机械手组件的传动原理图；
[0022]图8为本实用新型中手爪组件的各个零件立体图；
[0023]图9为本实用新型在平坦地形的行驶状态示意图；
[0024]图10为本实用新型的爬坡状态示意图；
[0025]图11为本实用新型的越障状态示意图；
[0026]图12为本实用新型的工作状态立体图；
[0027]图13为本实用新型实现双体重构机器人的结构立体图；
[0028]图14为本实用新型实现四体重构机器人的结构立体图。
[0029]图中:1、履带行星轮式组件，2、车体组件，3、机械臂组件，4、机械手组件；1-1、行星架，1-2、中心轴，1-3、中心齿轮，1-4、支撑轴，1-5、过渡齿轮，1-6、主动轮轴，1_7、主动齿轮，1-8、驱动轮，1-9、履带，1-10、第一轴承，1-11、第二轴承，1-12、第三轴承；2_1、驱动电机，2-2、前板，2-3、固定轴，2-4、臂座，2-5、肩关节舵机；3_1、大臂，3_2、臂关节舵机，3_3、中臂，3-4、肘关节舵机，3-5、小臂，3-6、腕关节舵机，3-7、辅助轮轴，3-8、辅助轮；4_1、控制电机，4-2、爪盘，4-3、第一锥齿轮，4-4、第二锥齿轮，4-5、螺纹轴，4-6、手爪，4-7、滑动轴，4-8、压簧，4-9、第四轴承，4-10、限位销，4-11、缓冲垫片。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
[0031]如图1所示，履-臂混合式可重构机器人，包括履带行星轮式组件1、车体组件2、机械臂组件3和机械手组件4。履带行星轮式组件I和机械臂组件3设置在车体组件2的两侧，且均与车体组件2连接构成转动副；机械手组件4与机械臂组件3连接构成转动副。
[0032]如图2和3所示，履带行星轮式组件I包括行星架1-1、中心轴1-2、中心齿轮1_3、支撑轴1-4、过渡齿轮1-5、主动轮轴1-6、主动齿轮1-7、驱动轮1-8和履带1_9。行星架1_1通过第一轴承1-10支承在中心轴1-2上，中心齿轮1-3固接于中心轴1-2上；三根支撑轴
1-4沿圆周均布，且分别通过第二轴承1-11支承在行星架1-1上，每根支撑轴1-4与一个过渡齿轮1-5固接；三个过渡齿轮1-5均与中心齿轮1-3构成齿轮副；三根主动轮轴1-6沿圆周均布，且分别通过第三轴承1-12支承在行星架1-1上；每根主动轮轴1-6的中部固接有一个主动齿轮1-7，两端分别固接有一个驱动轮1-8 ;每个主动齿轮1-7与对应的一个过渡齿轮1-5构成齿轮副；履带1-9套置在六个驱动轮1-8上。
[0033]如图4所示，车体组件2包括驱动电机2-1、前板2-2、固定轴2_3、臂座2_4和肩关节舵机2-5。臂座2-4通过四根固定轴2-3与前板2-2固定，驱动电机2_1的底座固接于前板2-2上，驱动电机2-1的输出轴与履带行星轮式组件的中心轴1-2固接；两个肩关节舵机
2-5的底座均固定在臂座2-4上。
[0034]如图5所示，机械臂组件3包括大臂3-1、臂关节舵机3-2、中臂3_3、肘关节舵机
3-4、小臂3-5、腕关节舵机3-6、辅助轮轴3-7和辅助轮3_8。臂关节舵机3_2和肘关节舵机3-4的底座分别固接于中臂3-3的一端，臂关节舵机3-2的输出轴与大臂3-1固接；肘关节舵机3-4的输出轴与小臂3-5固接；腕关节舵机3-6的底座固接于小臂3-5上；辅助轮轴3-7固接于小臂3-5的伸出杆上，辅助轮3-8与辅助轮轴3-7铰接；大臂3_1两侧的两块驱动板分别与车体组件的一个肩关节舵机2-5的输出轴固接。
[0035]如图6、7和8所示，机械手组件4包括控制电机4_1、爪盘4_2、第一锥齿轮4_3、第二锥齿轮4-4、螺纹轴4-5、第四轴承4-9和手爪组件。爪盘4-2与腕关节舵机3_6的输出轴固接；控制电机4-1的底座固接在爪盘4-2上，第一锥齿轮4-3固接于控制电机4-1的输出轴上；两根螺纹轴4-5相对设置，且分别通过第四轴承4-9支承在爪盘4-2上；两根螺纹轴4-5均固接有第二锥齿轮4-4，两个第二锥齿轮4-4均与第一锥齿轮4-3构成齿轮副；两个手爪组件对中设置，手爪组件包括手爪4-6、滑动轴4-7、压簧4-8、限位销4-10和缓冲垫片4-11 ;两个手爪组件的手爪4-6底部分别与对应的一个螺纹轴4-5构成螺纹副，且两个手爪组件的手爪4-6均与爪盘4-2的滑道通过滑动副连接；手爪4-6的四个滑槽分别与一根滑动轴4-7的一端通过滑动副连接，四根滑动轴4-7的另一端均与缓冲垫片4-11固接，固接在手爪4-6上的四根限位销4-10头部分别嵌入对应一根滑动轴4-7的限位槽内；套置在滑动轴4-7上的压簧4-8两端分别压紧缓冲垫片4-11和手爪4-6 ;两个手爪组件的缓冲垫片4-11相对设置。
[0036]该履-臂混合式可重构机器人的工作原理是:
[0037]该履-臂混合式可重构机器人具有两种工作模式:单体作业模式和多体作业模式。
[0038]单体作业模式:如图9和10所示，在平坦地形或斜坡地形时，履带行星轮式组件的履带1-9与地面的摩擦力驱动该履-臂混合式可重构机器人正常行驶，辅助轮3-8用于支撑机械臂组件3和机械手组件4 ;如图11所示，该履-臂混合式可重构机器人可以通过履带行星轮式组件I适应环境，在遇到障碍时，履带1-9转速减缓，驱动轮1-8驱动整个履带行星轮式组件I绕中心轴1-2转动，克服障碍。如图12所示，行驶至指定工作地点后，该履-臂混合式可重构机器人通过机械臂组件3转换成工作状态，并通过机械手组件4完成相关任务。
[0039]多体作业模式:当遇到未知环境时，多个履-臂混合式可重构机器人可通过机械手组件4的稳定可靠连接，可实现如图13所示的双体作业模式，也可实现如图14所示的多个机器人的协同工作，增加机器人系统的作业能力。
【权利要求】
1.履-臂混合式可重构机器人，包括履带行星轮式组件、车体组件、机械臂组件和机械手组件，其特征在于:所述的履带行星轮式组件和机械臂组件设置在车体组件的两侧；所述的机械臂组件与车体组件连接构成转动副； 所述的履带行星轮式组件包括行星架、中心轴、中心齿轮、支撑轴、过渡齿轮、主动轮轴、主动齿轮、驱动轮和履带；所述的行星架通过轴承支承在中心轴上，中心齿轮固接于中心轴上；所述的车体组件驱动中心轴；三根支撑轴沿圆周均布，且均通过轴承支承在行星架上，每根支撑轴与一个过渡齿轮固接；三个过渡齿轮均与中心齿轮构成齿轮副；三根主动轮轴沿圆周均布，且均通过轴承支承在行星架上；每根主动轮轴的中部固接有一个主动齿轮，两端分别固接有一个驱动轮；每个主动齿轮与对应的一个过渡齿轮构成齿轮副；所述的履带套置在六个驱动轮上； 所述的机械手组件包括控制电机、爪盘、第一锥齿轮、第二锥齿轮、螺纹轴和手爪组件；所述的机械臂组件驱动爪盘；所述控制电机的底座固接在爪盘上，第一锥齿轮固接于控制电机的输出轴上；两根螺纹轴相对设置，且均通过轴承支承在爪盘上；两根螺纹轴均固接有第二锥齿轮，两个第二锥齿轮均与第一锥齿轮构成齿轮副；两个手爪组件对中设置，所述的手爪组件包括手爪、滑动轴、压簧、限位销和缓冲垫片；两个手爪组件的手爪底部分别与对应的一个螺纹轴构成螺纹副，且两个手爪组件的手爪均与爪盘的滑道通过滑动副连接；所述手爪的多个滑槽分别与一根滑动轴的一端通过滑动副连接，所有滑动轴的另一端均与缓冲垫片固接；每根滑动轴的限位槽内嵌有一根限位销，所有限位销均固接在手爪上；套置在滑动轴上的压簧两端分别压紧缓冲垫片和手爪；两个手爪组件的缓冲垫片相对设置。2.根据权利要求1所述的履-臂混合式可重构机器人，其特征在于:所述的车体组件包括驱动电机、前板、固定轴、臂座和肩关节舵机；所述的臂座通过四根固定轴与前板固定，驱动电机的底座固接于前板上，驱动电机的输出轴与履带行星轮式组件的中心轴固接；两个肩关节舵机的底座均固定在臂座上；两个肩关节舵机驱动机械臂组件。3.根据权利要求1所述的履-臂混合式可重构机器人，其特征在于:所述的机械臂组件包括大臂、臂关节舵机、中臂、肘关节舵机、小臂、腕关节舵机、辅助轮轴和辅助轮；所述臂关节舵机和肘关节舵机的底座分别固接于中臂的一端，臂关节舵机的输出轴与大臂固接；肘关节舵机的输出轴与小臂固接；所述腕关节舵机的底座固接于小臂上，腕关节舵机驱动机械手组件；所述的辅助轮轴固接于小臂的伸出杆上，辅助轮与辅助轮轴铰接；所述的车体组件驱动大臂两侧的两块驱动板。
【文档编号】B62D55-02GK204296896SQ201420731789
【发明者】王黎喆, 胡明, 田芳菲, 钱萍, 秦玉冬 [申请人]浙江理工大学