专利名称：微小型三节机器人的制作方法
技术领域：
本实用新型提供了一种微小型三节机器人平台，特别是一种无线 遥控操作的三节结构机器人。属于机器人工程技术领域。
背景技术：
目前，在国内外出现的机器人有很多，但具有三节结构的微小型 机器人还没有，三节结构机器人的前后端节可以使机器人完成俯仰动 作，能有效提升机器人的越障能力和上下楼梯的能力，可以在楼梯和狭 窄坑道等环境使用。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种具有三节结构的微小型机器人平 台。该机器人体积小，结构灵活，可组合成三节结构，二节结构，单 节结构等形态结构机器人使用，该机器人上可依据用途配装用户所需 要的附件，因此，该发明为用户提供了一种可供开发和运用的微小型 三节机器人平台。该机器人体积小，机动灵活，有一定越障能力，可 以在楼梯和狭窄坑道等环境使用。
本实用新型的目的是通过下述技术方案实现的
一种微小型三节机器人平台包括机器人移动平台和遥控器。机器 人移动平台外形呈虫形，由中节组件和前后两个端节组件组成，中节 组件与两个端节组件分别采用活动连接，两个端节组件可以做俯仰动 作。机器人移动平台可以作为载体把附加其上的功能模块运送到指定 的工作区域。遥控器面板上主要是一些控制按钮，这些按钮的动作信 息，通过遥控器上的无线发射装置，发射到机器人移动平台里的机器 人控制箱内，从而控制机器人移动平台的运动。遥控器是拿在操作员 的手上，操作者可以通过无线电远距离遥控机器人完成前进、后退、转弯、前后端节俯仰等动作。
机器人移动平台的中节组件中的箱体里装有机器人控制箱、蓄电 池，箱体两边各装有一个独立行走机构，箱体的箱盖上装有照明灯、 摄像头。两个端节组件的箱体两边亦各装有一个独立行走机构，箱体 里装有俯仰机构和俯仰电机驱动器。中节的独立行走机构、俯仰机构 和端节的独立行走机构的电机驱动器分别与机器人控制箱电气连接， 蓄电池给机器人控制箱、电机驱动器以及整个机器人移动平台提供电 源。机器人控制箱接受遥控器的遥控信息，经信息处理后分别控制各 功能模块或向各电机驱动器派发指令，使相应的电机运转，形成机器 人移动平台的驱动力。通过摄像头可以清楚的观察机器人移动平台前 方和后方的状况。中节组件和两个端节组件都装有独立行走机构，使 每个端节都具有了独立行走能力，中节组件是一个独立系统，可以单 独成为一种单节行走结构的机器人。
独立行走机构包括履带、从动轮、履带挡圈、支撑轮、电机减速 器组、主动轮、张紧轮、电机驱动器等。电机减速器组是一个无刷直 流电机与减速器组的结合体，直流无刷电机通过螺钉固定在内侧板上， 直流无刷电机的输出轴上固定有小齿轮，小齿轮与齿轮啮合，齿轮又 与大齿轮啮合，减速器组外壳的内表面上是有内齿的，大齿轮可与减 速器组外壳的内表面上的齿啮合，最终通过三级齿轮减速带动减速器 外壳转动。直流无刷电机的外壳上还套有轴承，轴承的外挡圈与减速 器外壳接触起定位作用，以保证减速器外壳在与直流无刷电机相对转 动时不发生偏摆，使电机减速器组的外壳可以围绕直流无刷电机转动。 电机减速器组镶嵌在主动轮的内部，主动轮通过螺钉固定连接在电机 减速器组的外壳上，主动轮与电机减速器组的外壳一起运转，主动轮 与从动轮通过履带传动连接，支撑轮起支撑的作用，使平台在坎坷不 平的路面上行走时不会被卡住。张紧轮起调节履带松紧的作用，使平 台行走时履带不易掉出。主动轮和从动轮的两个端面上都用螺钉固定 有履带挡圈，可以有效防止履带在运行过程中偏离主动轮和从动轮。 电机驱动器用螺钉固定在内侧板上，与独立行走机构结合为一个整体，电机驱动器控制直流无刷电机的转动。当电机驱动器收到从机器人控 制箱发出的命令后，立即驱动无刷直流电机运转，使电机减速器组的 外壳运转，从而带动主动轮转动。主动轮的运转又通过履带传递给从 动轮，使整个独立行走机构运转，形成机器人移动本体的驱动力。
端节独立行走机构的运行原理和运行方式与中节的独立行走机构 一样。当电机驱动器收到从机器人控制箱发出的命令后，立即驱动无 刷直流电机运转，通过减速器组的传动，使主动轮运转，主动轮的运 转又通过履带传递给从动轮，使整个端节独立行走机构运转，形成机 器人移动本体的驱动力。与中节独立行走机构稍有差别的是端节独 立行走机构的支撑轮为三个，采用斜放的方法插在端节行走机构中， 且端节独立行走机构的主动轮比从动轮大些。
端节箱体部件包括端盖、端节箱体，俯仰机构和俯仰电机驱动器。 连板固定在俯仰机构的两端，整个端节组件是通过连板与中节组件相 连。俯仰机构可以控制端节组件完成抬起和降落两个动作。俯仰机构 的构成方式和工作原理如下直流无刷电机安装在蜗轮箱的上端，蜗 轮箱的下端固定在端节箱体中，蜗杆套在直流无刷电机的输出轴上， 蜗轮装在蜗轮箱里，其位置与蜗杆的位置相对应，长轴穿插在蜗轮的 中间，光电挡板装在长轴上，位置在蜗轮的右侧，垫板上装有光电开 关，光电挡板在转动时正好可以通过光电开关，光电挡板上开有一个 缺口，在长轴的两端装有轴承座、深沟球轴承装在轴承座里，且轴承 的内圈套在长轴上，在轴承的外端还套有压套，用它可以将轴承固定 在轴承座里。当电机驱动器接到运行指令后，驱动直流无刷电机运转， 通过蜗杆传递给蜗轮，蜗轮带动长轴运转，形成俯仰机构的驱动力。 长轴上的光电挡板在转动时，光电挡板的缺口与挡片会放开与遮挡光 电开关，引起光电开关输出信号的变化，该信号通过线路传输给电机 驱动器，以便电机驱动器判断俯仰机构的极限位置并决定其是否继续 运行。由于连板固定在俯仰机构的长轴上，通过连板的带动就可以使 个端节组件完成俯仰动作。
机器人控制系统分遥控控制端部分和机器人本体端部分，各部分都采用了模块化设计。遥控控制端部分有数据收发模块和音视频接收 模块。机器人本体端部分有数据收发模块，音视频发射模块，各个电 机模块，云台模块，主控制模块，照明灯，摄像头等。各个电机模块 有前节左轮模块，前节俯仰模块，前节右轮模块，中节左轮模块，中 节右轮模块，后节左轮模块，后节俯仰模块，后节右轮模块。采用模 块化设计的优点在于设计方便，便于更换，各模块互不影响等优点。 本实用新型的有益效果
本实用新型的微小型三节机器人平台采用了模块化设计，前端节 和后端节为辅助行动单节，可以任装一节或都不安装，中节是一个独 立系统，可以单独成为一种单节结构的机器人。机器人的各个轮可以 独立运行，可以自成一个小的机器人，为用户提供了一种可供开发和 运用的微小型三节机器人平台，该机器人体积小，机动灵活，有一定 越障能力，可以在楼梯和狭窄坑道等环境使用。
图1为本实用新型的整体示意图2为本实用新型中机器人部件的中节组件示意图3为本实用新型中的中节行走机构结构示意图4为本实用新型中的电机减速器组结构示意图5为本实用新型中机器人部件的端节组件示意图6为本实用新型中的端节行走机构结构示意图7为本实用新型的端节组件的端节箱体部件结构示意图8为本实用新型中机器人部件的俯仰机构结构示意图9为本实用新型中机器人控制系统示意图，
图中1-机器人移动平台、2-遥控器、3-中节组件、4-两个端节 组件、5-箱盖、6-独立行走机构、7-照明灯、8-摄像头、9-内侧板、 IO-履带、11-从动轮、12-履带挡圈、13-支撑轮、14-外侧板、15-电 机减速器组、16-主动轮、17-端节独立行走机构、18-单节箱体部件、 19-张紧轮、20-减速器外壳、21—直流无刷电机，22—小齿轮、23—齿轮、24—大齿轮、25—轴承、26—输出轴、27-箱体、28-俯仰机构、 29-连扳、30-蜗轮箱、31-蜗杆、32-光电挡板、33-垫板、34_蜗轮、 35-轴承座、36-压套、37-深沟球轴承、38-长轴、39_蓄电池、40-控 制箱、41-中节行走电机驱动器、42-俯仰电机驱动器、43-端节行走电 机驱动器、44-端节从动轮，45-直流无刷电机、46-光电开关。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。
如图1所示， 一种微小型三节机器人平台包括机器人移动平台1 和遥控器2。机器人移动平台1由中节组件3和两个端节组件4组成， 中节组件3与两个端节组件4分别采用活动连接，两个端节组件4可 以做俯仰动作。机器人移动平台1可以作为载体把附加其上的功能模 块运送到指定的工作区域。遥控器2面板上主要是一些控制按钮，这 些按钮的动作信息，通过遥控器2上的无线发射装置，发射到机器人 移动平台1里的机器人控制箱40内，从而控制机器人移动平台1的运 动。遥控器2是拿在操作员的手上，操作者可以通过无线电远距离遥 控机器人完成前进、后退、转弯、前后端节俯仰等动作。
如图2、图5、图6和图7所示，在机器人移动平台1的中节组件 3中的箱体里装有机器人控制箱40、蓄电池39，箱体两边各装有一个 独立行走机构6，箱体的箱盖5上装有照明灯7和摄像头8。两个端节 组件4的箱体27两边亦各装有一个端节独立行走机构17，箱体27里 装有俯仰机构28和俯仰电机驱动器42。独立行走机构6中的中节行走 电机驱动器41、端节独立行走机构17中的端节行走电机驱动器43和 俯仰机构28中的俯仰电机驱动器42分别与机器人控制箱40电气连接， 蓄电池39给机器人控制箱40、中节行走电机驱动器41、俯仰电机驱 动器42、端节行走电机驱动器43以及整个机器人移动平台l提供电源。 机器人控制箱40接受遥控器2的遥控信息，经信息处理后分别控制各 功能模块或向各中节行走电机驱动器41、俯仰电机驱动器42、端节行 走电机驱动器43派发指令，使相应的电机运转，形成机器人移动平台1的驱动力。通过摄像头8可以清楚的观察机器人移动平台1的前方和
后方的状况。中节组件3和两个端节组件4都分别装有独立行走机构6 与端节独立行走机构17，使每个端节都具有了独立行走能力。中节组 件3是一个独立系统，可以单独成为一种单节结构的机器人移动平台。 如图3、附图4所示，中节的独立行走机构6包括内侧板9、履带 10、从动轮11、履带挡圈12、支撑轮13、外侧板14、电机减速器组 15、主动轮16、张紧轮19、中节行走电机驱动器41及其附件。电机 减速器组15是一个无刷直流电机21与减速器组的结合体，直流无刷 电机21通过螺钉固定在内侧板9上，直流无刷电机21的输出轴26上 固定有小齿轮22，小齿轮22与齿轮23啮合，齿轮23又与大齿轮24 啮合，减速器组外壳20的内表面上是有内齿的，大齿轮23可与减速 器组外壳20的内表面上的齿啮合，最终通过三级齿轮减速带动减速器 外壳20转动。直流无刷电机21的外壳上还套有轴承25，轴承25的外 挡圈与减速器外壳20接触起定位作用，以保证减速器外壳20在与直 流无刷电机21相对转动时不发生偏摆，使电机减速器组15的外壳可 以围绕直流无刷电机21转动。电机减速器组15镶嵌在主动轮16的内 部，主动轮16通过螺钉固定连接在电机减速器组15的外壳上，主动 轮16与电机减速器组15的外壳一起运转，主动轮16与从动轮11通 过履带10传动连接。张紧轮19、支撑轮13都通过装在其上面的轴承 紧配合在内侧板9和外侧板14上的轴承槽中，支撑轮13有五个，起 支撑的作用，使平台在坎坷不平的路面上行走时不会被卡住。张紧轮 19有一个，起调节履带10松紧的作用，使平台行走时履带10不易掉 出。主动轮16和从动轮11的两个端面上都用螺钉固定有履带挡圈12， 可以有效防止履带10在运行过程中偏离主动轮16和从动轮11。中节 行走电机驱动器41用螺钉固定在内侧板9上，与独立行走机构结合为 一个整体，中节行走电机驱动器41控制直流无刷电机21的转动。当 中节行走电机驱动器41收到从机器人控制箱40发出的命令后，立即 驱动无刷直流电机21运转，使电机减速器组15的减速器外壳20运转， 从而带动主动轮16转动。主动轮16的运转又通过履带10传递给从动轮ll，使整个独立行走机构6运转，形成机器人移动本体的驱动力。 如图6所示，是端节独立行走机构17的结构图，其运行原理和运
行方式与中节的独立行走机构6 —样。当端节行走电机驱动器43收到 从机器人控制箱40发出的命令后，立即驱动无刷直流电机运转，使电 机减速器组15的外壳运转，从而带动主动轮转动，主动轮的运转又通 过履带传递给从动轮44，使整个端节独立行走机构17运转，形成机器
人移动本体的驱动力。与独立行走机构6稍有差别的是其中端节支 撑轮13为三个，采用斜放的方法插在端节独立行走机构17中，且端 节独立行走机构17的主动轮比从动轮大。
如图7所示，箱体部件18包括端节箱体27，俯仰机构28、连板 29和俯仰电机驱动器42。连板29固定在俯仰机构28的两端，整个端 节组件4是通过连板29与中节组件3相连。该俯仰机构28可以控制 端节组件4完成抬起和降落两个动作。
如图8所示，为俯仰机构28的结构图，直流无刷电机45安装在 蜗轮箱30的上端，蜗轮箱30的下端固定在端节箱体27中，蜗杆31 套在直流无刷电机45的输出轴上，蜗轮34装在蜗轮箱30里，其位置 与蜗杆31的位置相对应，长轴38穿插在蜗轮34的中间，光电挡板32 装在长轴38上，位置在蜗轮34的右侧，垫板33上装有光电开关46， 光电挡板32在转动时正好可以通过光电开关46，光电挡板32上开有 一个缺口，在长轴38的两端装有轴承座35、深沟球轴承37装在轴承 座35里，且轴承37的内圈套在长轴38上，在轴承37的外端还套有 压套36，用它可以将轴承37固定在轴承座35里。当俯仰电机驱动器 42接到运行指令后，驱动直流无刷电机45运转，通过蜗杆31传递给 蜗轮34，蜗轮34带动长轴38运转，形成俯仰机构28的驱动力。长轴 38上的光电挡板32在转动时，光电挡板32上的缺口会放开与遮挡光 电开关46，引起光电开关46输出信号的变化，该信号通过线路传输给 俯仰电机驱动器42，以便俯仰电机驱动器42判断俯仰机构28的极限 位置并决定其是否继续运行。由于连板29固定在俯仰机构28的长轴 38上，通过连板29的带动，就可以使个端节组件4完成俯仰动作。如图9所示，机器人控制系统分遥控控制端部分和机器人本体端 部分，各部分都采用了模块化设计。遥控控制端部分有数据收发模块 和音视频接收模块。机器人本体端部分有数据收发模块，音视频发射 模块，各个电机模块，云台模块，主控制模块，照明灯，摄像头等。 各个电机模块有前节左轮模块，前节俯仰模块，前节右轮模块，中节 左轮模块，中节右轮模块，后节左轮模块，后节俯仰模块，后节右轮 模块。采用模块化设计的优点在于设计方便，便于更换，各模块互不 影响等优点。
权利要求1、一种微小型三节机器人，包括机器人移动平台(1)和遥控器(2)，其特征在于机器人移动平台(1)由包括中节组件(3)和两个端节组件(4)组成，中节组件(3)与两个端节组件(4)分别采用活动连接，活动连接是由俯仰机构(28)完成的；所述的中节组件(3)中的箱体里装有机器人控制箱(40)、蓄电池(39)，箱体两边各装有一个独立行走机构(6)，箱体的箱盖(5)上装有照明灯(7)、摄像头(8)；两个端节组件(4)的箱体(27)两边亦各装有一个独立行走机构(17)，箱体(27)里装有俯仰机构(28)和俯仰电机驱动器(42)；独立行走机构(6)中的中节行走电机驱动器(41)、端节独立行走机构(17)中的端节行走电机驱动器(43)和俯仰机构(28)中的俯仰电机驱动器(42)分别与机器人控制箱(40)电气连接，蓄电池(39)给机器人控制箱(40)、中节行走电机驱动器(41)、俯仰电机驱动器(42)、端节行走电机驱动器(43)以及整个机器人移动平台(1)提供电源。
2、 根据权利要求1所述的一种微小型三节机器人，其特征在于 机器人移动平台(1)的中节组件(3)和两个端节组件(4)都装有 独立行走机构，也可以单独成为一种单节结构的机器人移动平台。
3、 根据权利要求1所述的一种微小型三节机器人，其特征在于 俯仰机构(28)包括有蜗轮箱(30)、蜗杆(31)、光电挡板(32)、 蜗轮(34)、轴承座(35)、轴承(37)、长轴(38)、直流无刷电机(45) 及其附件；直流无刷电机(45)安装在蜗轮箱(30)的上端，蜗轮箱(30)的下端固定在端节箱体(27)中，蜗杆(31)套在直流无刷电 机(45)的输出轴上，蜗轮(34)装在蜗轮箱(30)里，其位置与蜗 杆(31)的位置相对应，长轴(38)穿插在蜗轮(34)的中间，光电 挡板(32)装在长轴(38)上，位置在蜗轮(34)的右侧，垫板(33) 上装有光电开关(46)，光电挡板(32)在转动时正好可以通过光电 开关(46)，光电挡板(32)上开有一个缺口，在长轴(38)的两端 装有轴承座(35)、深沟球轴承(37)装在轴承座(35)里，且轴承(37)的内圈套在长轴(38)上，在轴承(37)的外端还套有压套(36)，用它可以将轴承固定在轴承座(35)里；当俯仰电机驱动器(42)接 到运行指令后，驱动直流无刷电机(45)运转，通过蜗杆(31)传递 给蜗轮(34)，蜗轮(34)带动长轴(38)运转，形成俯仰机构(28) 的驱动力；长轴(38)上的光电挡板(32)在转动时，光电挡板(32) 的缺口会放开与遮挡光电开关(46),引起光电开关(46)输出信号 的变化，该信号通过线路传输给俯仰电机驱动器(42)。
专利摘要本实用新型提供了一种微小型三节机器人，属于机器人工程技术领域。它主要包括机器人移动平台和遥控器。机器人移动平台包括中节组件和两个端节组件，分别采用活动连接。机器人移动平台外形呈虫形。机器人移动平台的中节组件和两个端节组件都装有独立行走机构，也可以单独成为一种单节结构的机器人移动平台。遥控器是拿在操作员的手上，操作者可以通过无线电远距离遥控，控制机器人完成前进、后退、转弯、前后端节俯仰等动作。本实用新型的采用了模块化设计，机器人的各个轮可以独立运行，可以自成一个小的机器人。为用户提供了一种可供开发和运用的微小型三节机器人平台，该机器人体积小，机动灵活，有一定越障能力，可以在楼梯和狭窄坑道等环境使用。
文档编号B62D55/00GK201158037SQ20072018730
公开日2008年12月3日 申请日期2007年12月20日 优先权日2007年12月20日
发明者吴江峰, 周成林, 杨庆毅, 懿 葛, 邓宏彬, 黄翠军 申请人:北京理工大学;湖北汉丹机电有限公司