专利名称：具有全向缓冲能力的弹簧减振充气轮的抛投式微小型机器人的制作方法
技术领域：
本发明属于机器人技术和自动化领域，特别涉及一种具有全向缓冲能力 的弹簧减振充气轮的抛投式微小型机器人，该机器人通过抛投方式介入特殊 目标区域，着陆后，能够有效地抗落地过载冲击并通过自主运动进行现场信 息获取和重要目标监视。
背景技术：
以室内、山洞和城区巷道等特殊区域的目标监视、侦察为应用背景，要求 机器人体积小、隐蔽性强。同时由于区域环境未知，要求机器人具有较强的 环境适应能力，尤其是要具有过硬的抗落地过载冲击的能力，以保证落地后 机器人功能的完整性。目前，微小型地面机器人由于抗落地过载冲击的能力 差不能保证落地后机器人功能的完整性，并且还因其体积小、重量轻和电池 容量有限，使得此种微小型地面机器人难以快速进入目标区域和有效完成任 务。因此需要设计出一种抗落地过载冲击的能力强的微小型机器人，以抛投 方式介入特殊目标区域着陆后，能够有效地抗落地过载冲击，保证落地后的 机器人的功能完整性，快速进入目标区域和有效完成任务。发明内容本发明的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供了一种具有全向缓冲能 力的弹簧减振充气轮的抛投式微小型机器人，以抛投方式介入特殊目标区域 着陆后，能够有效地抗落地过载冲击，保证落地后的机器人的功能完整性， 快速进入目标区域和进行现场信息获取和重要目标监视。特别适合完成以室 内、山洞和城区巷道等特殊区域的目标监视、侦察任务。为了实现上述目的本发明采取的技术方案是 一种具有全向缓冲能力的弹 簧减振充气轮的抛投式微小型机器人，包括机身、连接在机身两端的车轮及 设于机身下方用于平衡的底脚轮;机身上设有天线、无线摄像头和传感模块， 机身内部设有驱动两车轮运动的电机和减速器；车轮为具有全向缓冲能力的弹簧减振充气式车轮。本发明采用左右两车轮驱动，结构简单，并增加一 底脚轮作为支撑点，保证了所述机器人姿态和天线方向。由于本发明的车轮 结构具备抗落地过载冲击能力，保证落地后的机器人的功能完整性，使本发 明所述机器人能够采用抛投的方式实现快速部署，可灵活、机动、快速的部 署到室内、山洞或城区巷道等一般运载平台或小型机器人难以到达的特殊区 域，通过手持式或穿戴式PDA等实时了解其内部情况，实现近距离主动探测， 及时准确地获取现场信息或完成目标监视；同时可以大面积的抛投布撒，通 过自主运动进行现场监视、侦察和核化生探测等任务。所述具有全向缓冲能力的弹簧减振充气式车轮，主要包括充气式轮胎、 设置在所述车轮轮毂外侧的减振弹簧和减振盖，减振盖为弧形网状盖或弧 形实体盖、其底端嵌入并支撑在轮毂上，减振弹簧的一端支撑在轮毂的中 心处、另一端支撑在减振盖的内壁中心处。所述具有全向缓冲能力的弹簧减 振充气式车轮，主要针对在冲击环境下的机械使用，通过轮毂外侧高强度的 减振弹簧、减振盖来吸收轴向及侧向冲击能量，通过高弹性充气式轮胎来吸 收径向冲击能量，从而达到减小对传动轴冲击的目的，有效保护了电机轴， 进而可靠的实现全向减振、缓冲和保证机器人落地后功能的完整性。 一般情 况下减振盖为弧形网状结构，对于特殊的应用场合如草地、泥泞地等采用弧 形实体结构。为了进行特殊区域的监视、侦察，所述传感模块是声音传感器、光照传感 器、温度传感器、图像传感器、距离传感器或核化生探测传感器中的一种或 几种组合。所述电机是微小型无刷直流电机，相应的所述减速器是与其相配套的行 星轮减速器。所述无线摄像头是微小型的CMOS摄像头或CCD摄像头。本发明的有益效果是1) 相比现有技术，本发明所述机器人具有新型的目标区域介入模式通 过抛投的方式快速部署到目标区域，突破了微小型地面机器人工作范围有限 的缺点；2) 相比现有技术，本发明所述具有全向缓冲能力的弹簧减振充气式车轮采用全方位的抗过载结构设计，主要针对在冲击环境下的机械使用，通过轮毂外侧高强度的减振弹簧、减振盖来吸收轴向及侧向冲击能量，通过高弹性 充气式轮胎来吸收径向冲击能量，从而达到减小对传动轴冲击的目的，有效 保护了电机轴，进而可靠的实现全向减振、缓冲和保证机器人落地后功能的 完整性；采用左右两车轮驱动，机构简单且成本低廉，具有在目标区域实现现场快速的信息反馈、监视、侦察功能；3)本发明所述机器人根据作业任务的需要，机器人可以携带成像、声、 核化生等传感器，进行目标区域的信息侦察、核化生探测等任务。因此，本发明以抛投方式介入特殊目标区域着陆后，能够有效地抗落地 过载冲击，保证落地后的机器人的功能完整性，快速进入目标区域和进行现 场信息获取和重要目标监视。特别适合完成以室内、山洞和城区巷道等特殊 区域的目标监视、侦察任务。
图1是本发明所述的抛投式微小型机器人的立体图； 图2是本发明所述的抛投式微小型机器人的主视图； 图3a是本发明所述的车轮的立体图； 图3b是本发明所述的车轮的A-A剖视图； 图4是本发明所述的抛投式微小型机器人的使用状态图。 图中l充气式轮胎、2轮毂、3减振盖、4减振弹簧、5外壳盖、6传动 轴、7卡环、8电机轴、9轴承、IO电机固定支架，20具有全向缓冲能力的弹 簧减振充气轮的抛投式微小型机器人、21车轮、22天线、23机身、24无线 摄像头、25底脚轮、26传感模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明 的限定。如图1-2及4所示的一种具有全向缓冲能力的弹簧减振充气轮的抛投式微 小型机器人20，包括机身23、连接在机身23两端的具有全向缓冲能力的弹 簧减振充气式车轮21及设于机身23下方用于平衡的底脚轮25。具有全向缓 冲能力的弹簧减振充气轮的抛投式微小型机器人20采用左右两车轮21驱动，结构简单，并增加一底脚轮25作为支撑点，保证了所述机器人姿态和天线22 方向。
如图1-2及4所示，机身23上设有天线22、无线摄像头24和传感模块 26。为了进行特殊区域的监视、侦察，可根据任务要求进行配置传感器，所 述传感模块26是声音传感器、光照传感器、温度传感器、图像传感器、距离 传感器或核化生探测传感器中的一种或几种组合。所述声音传感器采用，微 型麦克所述温度传感器采用红外热释电传感器，所述距离传感器采用红外测 距传感器。信息主要是采集声音和图像信息，通过无线摄像头24和微型麦克 实现。所述无线摄像头24是微小型的CM0S摄像头或CCD摄像头。由于CMOS 摄像头较CCD摄像头体积小、功耗低，对红外和近红外光敏感，该机器人优 先采用一个CMOS摄像头，获得的图像通过面积为一平方英寸的天线22发射， 频率为915MHz，传输距离为1000英尺。为了适应微小型化的要求，传感模块 26均藏于机身23内，通过专用窗口进行传感检测。其中，CMOS摄像头可以 根据需要加装云台。微型麦克和CMOS获取的声像信息通过天线22进行反馈。 进而完成特殊区域的信息获取、重要目标监视和核化生探测等。
机身23内部设有驱动两车轮21运动的电机和减速器(图中未示出)。 所述电机是微小型无刷直流电机，相应的所述减速器是与其相配套的行星轮 减速器，重量共为17g，总体尺寸为4)13X43. lmm。由于该机器人负载少，所 需驱动力矩较小，通过减速比为67:1的行星轮减速器即可达到减速增矩的工 作要求。
如图3b所示，具有全向缓冲能力的弹簧减振充气式车轮21的传动系统 设置在外壳盖5内，其中电机设置在电机固定支架10上，电机轴8与传动 轴6相连，传动轴6通过轴承9支撑，轴承9外侧设有定位卡环7。轮毂2 套接在传动轴6上，轮毂2外部套接有充气式轮胎1。
如图3a所示具有全向缓冲能力的弹簧减振充气式车轮21，主要包括充气 式轮胎1、设置在所述车轮21轮毂2外侧的减振弹簧4和减振盖3。减振 盖3为弧形网状盖或弧形实体盖，其底端嵌入并支撑在轮毂2上。减振弹 簧4的一端支撑在轮毂2的中心处、另一端支撑在减振盖3的内壁中心处。 根据所述机器人的具有全向缓冲能力的弹簧减振充气式车轮21中各部件的结 构和材料性能确定其所能承受的安全载荷、安全弯矩和扭矩；并根据具体的使用情况，确定机器人或机身在落地或撞击时所受冲击载荷的范围，并将其 分解为轴向与径向冲击载荷。
其中，减振弹簧4的强度及弹性系数根据所受冲击载荷的范围，输出、输 入轴所能承受的安全载荷等决定。
一般情况下减振盖3为弧型网状结构(图
3a、 3b)，对于特殊的应用场合如草地、泥泞地等减振盖3设计成弧形实体结 构(图中未示出)。减振盖3嵌入轮毂2的尺寸根据减振弹簧4的压縮程度及 轮毂2的尺寸而定。另外所述车轮21还配备安装有高弹性、高摩擦系数的充 气式轮胎1。充气式轮胎1主要成分为天然橡胶，其表面设制具有一定缓冲能 力的弹性胎纹。所述具有全向缓冲能力的弹簧减振充气式车轮21采用全方位 的抗过载结构设计，主要针对在冲击环境下的机械使用，通过轮毂2外侧高 强度的减振弹簧4、减振盖3来吸收轴向及侧向冲击能量，通过高弹性充气式 轮胎1来吸收径向冲击能量，从而达到减小对传动轴冲击的目的，有效保护 了电机轴，进而可靠的实现全向减振、缓冲和保证机器人落地后功能的完整 性。同时，为通过抛投的方式实现快速部署提供了前提条件。
本发明以抛投方式介入特殊目标区域着陆后，能够有效地抗落地过载冲 击，保证落地后的机器人的功能完整性，快速进入目标区域和进行现场信息 获取和重要目标监视。特别适合完成以室内、山洞和城区巷道等特殊区域的 目标监视、侦察任务。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式
的一种，本领域 的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发 明的保护范围内。
权利要求
1.一种具有全向缓冲能力的弹簧减振充气轮的抛投式微小型机器人，其特征在于包括机身、连接在机身两端的车轮及设于机身下方用于平衡的底脚轮；机身上设有天线、无线摄像头和传感模块，机身内部设有驱动两车轮运动的电机和减速器；车轮为具有全向缓冲能力的弹簧减振充气式车轮。
2. 根据权利要求1所述的抛投式微小型机器人，其特征在于所述具有全向缓冲能力的弹簧减振充气式车轮，主要包括充气式轮胎、设置在所述 车轮轮毂外侧的减振弹簧和减振盖，减振盖为弧形网状盖或弧形实体盖、 其底端嵌入并支撑在轮毂上，减振弹簧的一端支撑在轮毂的中心处、另一 端支撑在减振盖的内壁中心处。
3. 根据权利要求1或2所述的抛投式微小型机器人，其特征在于所述传感模块是声音传感器、光照传感器、温度传感器、图像传感器、距离传感 器或核化生探测传感器中的一种或几种组合。
4. 根据权利要求3所述的抛投式微小型机器人，其特征在于所述电机是微小型无刷直流电机，相应的所述减速器是与其相配套的行星轮减速器。
5. 根据权利要求4所述的抛投式微小型机器人，其特征在于所述无线 摄像头是微小型的CMOS摄像头或CCD摄像头。
全文摘要
本发明公开了一种具有全向缓冲能力的弹簧减振充气轮的抛投式微小型机器人，包括机身、连接在机身两端的车轮及设于机身下方用于平衡的底脚轮；机身上设有天线、无线摄像头和传感模块，机身内部设有驱动两车轮运动的电机和减速器；车轮为具有全向缓冲能力的弹簧减振充气式车轮。本发明以抛投方式介入特殊目标区域着陆后，能够有效地抗落地过载冲击，保证落地后的机器人的功能完整性，快速进入目标区域和进行现场信息获取和重要目标监视。特别适合完成以室内、山洞和城区巷道等特殊区域的目标监视、侦察任务。
文档编号B62D57/00GK101402198SQ20081022456
公开日2009年4月8日 申请日期2008年10月20日 优先权日2008年10月20日
发明者刘雅芳, 李科杰, 桑文华, 强 黄, 黄远灿 申请人:北京理工大学