一种复杂地形移动机器人的制作方法

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种复杂地形移动机器人。

背景技术：

现代高端科技研制的各种类型机器人，已经在众多的领域得到较广泛的应用，占有举重轻足的地位。随着科学的持续发展和技术的不断进步，机器人制造工艺的各项性能水平也在不断地得到提升。从较早期只能执行简单程序，重复简单动作的工业机器人，发展到如今装载智能程序有较强智能表现的智能机器人。

尽管现今已开发出多种性能相对优越的机器人，但仍存在一些关键问题亟待解决。

1、现有的具有高通过性能的复杂地形移动机器人(如复合式移动机器人)结构复杂、控制繁琐、效率低下。

2、竞技机器人主要通过取料系统可以实现弹丸的抓取并通过发射装置发射出去，工业机器人则需要通过取料系统对生产所用的物料进行抓取并输送到下一步工位。而现有的取料系统往往存在取料速度慢，取料效果差，适应性不好等缺点。

技术实现要素：

本发明的目的是解决上述问题，提供一种结构简单，性能可靠，具有取料功能的复杂地形移动机器人。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种复杂地形移动机器人，包括底盘，底盘上安装有取料装置，取料装置包括活动安装在底盘上的第一连杆和第二连杆，第一连杆和第二连杆平行设置，第一连杆的上端和第二连杆的上端均与水平滑轨转动连接相连，第一连杆上转动安装有第一气缸组，第一气缸组的可伸缩端与水平滑轨转动连接；水平滑轨上设有滑块和第二气缸组，竖直导杆与滑块活动连接，竖直导杆下端与取料筒相连，竖直导杆上端与第二气缸组的可伸缩端相连，取料筒的下端设有一对摩擦吸弹轮。

优选地，所述第一气缸组包括第三气缸和第四气缸，第三气缸与第一连杆转动连接，第三气缸的可伸缩端与第四气缸的缸体固定连接，第四气缸的可伸缩端与水平滑轨转动连接。

优选地，所述底盘上安装有筛料装置，筛料装置位于取料筒出口的下方，筛料装置包括固定安装在底盘上的安装板，安装板上设有转轮，转轮与转板固定连接，转板与滚筒相连，转板的轴心位置开设有出料孔，转轮内沿其轴向设有出料通道，出料孔与出料通道连通，滚筒的外壁上开设有筛料孔，滚筒的入口处设有进料槽。

优选地，所述转板上出料孔向转板边缘对称延伸形成槽孔，滚筒内设有两个引导钩，两个引导钩位于槽孔的两侧，引导钩的下表面通过连接柱与转板相连，两个引导钩朝向转板边缘的端部为l形结构；引导钩的上表面安装有安装件，安装件与拨片的一端转动连接，拨片的另一端与出料孔相对。

优选地，所述底盘的前后部分别设有升降轮模块，升降轮模块用于驱动底盘下降和上升；底盘前端设有伸缩导轮模块，伸缩导轮模块可前伸在爬升对象上对复杂地形移动机器人提供支撑；底盘中部设有折叠导轮模块，折叠导轮模块可放下对底盘提供支撑。

优选地，所述升降轮模块包括与底盘固定连接的机架以及活动穿设于机架的螺杆，螺杆上端穿过机架的部分与丝杆螺母相连，丝杆螺母与从动轮固定连接，从动轮活动套设于螺杆，从动轮与主动轮相连，主动轮与升降电机的输出端相连，升降电机安装在机架上；螺杆下端穿过机架的部分与伸缩框架固定连接，伸缩框架底部设有车轮。

优选地，所述伸缩框架上设有动力电机，动力电机位于车轮上方，动力电机的输出端与车轮通过皮带相连。

优选地，所述螺杆上还活动套设有下限位件，下限位件与螺杆之间具有间隙，下限位件的下端安装在机架上，下限位件上端与第一轴承抵接，第一轴承的外圈与从动轮相连。

优选地，所述机架上设有固定的上限位板，上限位板套设于螺杆且与螺杆之间具有间隙，上限位板位于丝杆螺母上方；上限位板与螺杆之间的间隙中安装有第二轴承，螺杆上活动套设有上限位件，上限位件的下端与丝杆螺母固定连接，上限位件的上端与第二轴承抵接。

优选地，所述折叠导轮模块包括固定安装在底盘上的定位板，定位板上开设有弧形的导槽，定位板上安装有第二气缸，第二气缸的杆端与气缸头相连，气缸头与导槽配合，气缸头与推杆的一端转动连接，推杆的另一端与折叠杆的中部相连，折叠杆的上部转动安装在定位板上，折叠杆的下端安装有支撑导轮；定位板上还转动安装有摆杆，摆杆的一端与气缸头转动连接；摆杆和推杆分别位于第二气缸的两侧。

本发明的有益效果是：

1、本发明所提供的复杂地形移动机器人，可根据地形动态调整底盘距地面的高度，克服了传统移动机器人平台对复杂地形适应性差的缺点，具有较强的通过性能，能满足野外复杂环境下工作和复杂地形下作业的多种需求，可爬坡、越障、在非平整地形下平稳前进和侧移，具有结构简单，控制方便，可靠性高，实用性强等优点。

2、取料装置通过第一连杆、第二连杆、水平滑轨和竖直导杆的移动，可将取料筒前端伸入到取料位置，在取料筒下端安装有摩擦吸弹轮和引导轮，摩擦吸弹轮通过旋转提供给物料动力使其快速地进入取料筒，完成取料的过程，取料速度快。

3、若通过取料装置取得的物料具有不同的大小，筛料装置可以旋转滚筒，将较小的物料通过筛料孔甩出并收集，将最大的物料保留在滚筒内并收集，从而可适应多种尺寸的物料，都具有很好的推广应用价值。

附图说明

图1是本发明复杂地形移动机器人的立体结构示意图。

图2是本发明复杂地形移动机器人的侧视图。

图3是本发明升降轮模块的结构示意图。

图4是本发明升降轮模块的俯视图。

图5是图4的a-a方向剖视图。

图6是本发明伸缩导轮模块的结构示意图。

图7是本发明折叠导轮模块的结构示意图。

图8是本发明折叠导轮模块的俯视图。

图9是图8的b-b方向剖视图。

图10是本发明底盘整体爬升过程示意图。

图11是本发明取料装置的结构示意图。

图12是本发明取料装置的侧视图。

图13是本发明引导轮和摩擦吸弹轮的位置关系图。

图14是本发明摩擦吸弹轮的剖视图。

图15是本发明筛料装置的结构示意图。

图16是本发明筛料装置的正视图。

图17是图16的c-c方向剖视图。

图18是本发明滚筒的内部示意图。

图19是本发明转板的示意图。

附图标记说明：1、底盘；2、升降轮模块；201、机架；202、螺杆；203、丝杆螺母；204、从动轮；205、主动轮；206、升降电机；207、伸缩框架；208、车轮；209、动力电机；210、下限位件；211、上限位板；212、上限位件；213、导柱；3、伸缩导轮模块；301、第一气缸；302、导轮架；303、前行导轮；4、折叠导轮模块；401、定位板；402、导槽；403、第二气缸；404、气缸头；405、推杆；406、折叠杆；407、支撑导轮；408、摆杆；5、取料装置；501、第一连杆；502、第二连杆；503、水平滑轨；504、第三气缸；505、第四气缸；506、滑块；507、竖直导杆；508、第五气缸；509、第六气缸；510、取料筒；511、摩擦吸弹轮；512、引导轮；513、转子电机；514、钢套；515、橡胶套；6、筛料装置；601、安装板；602、转轮；603、转板；604、滚筒；605、出料孔；606、筛料孔；607、槽孔；608、引导钩；609、安装件；610、拨片；611、翻滚电机；612、储料槽；613、支撑板；614、支撑件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：

如图1和图2所示，本发明提供的一种复杂地形移动机器人，包括可移动的底盘1，底盘1上设有顺次连接的取料装置5和筛料装置6，取料装置5用于取物料并将所取的物料输送至筛料装置6，筛料装置6用于将物料按照大小筛分并收集。

底盘1的前后部分别设有升降轮模块2，升降轮模块2用于驱动底盘1下降和上升，同时升降轮模块2可自转驱动底盘1前进或后退。底盘1前端设有伸缩导轮模块3，伸缩导轮模块3可前伸在爬升对象上对复杂地形移动机器人提供支撑；底盘1中部设有折叠导轮模块4，折叠导轮模块4可放下对底盘1提供支撑。底盘1的前端设有距离传感器，用于检测前方爬升对象，当机器人需要通过爬升对象时，可通过伸缩导轮模块3、折叠导轮模块4和升降轮模块2的配合，实现机器人爬坡、越障以及在非平整地形下平稳前进和侧移的功能。

在本实施例中，升降轮模块2的数量为四，两两一列分为两对排布于底盘1的前后部。以下对升降轮模块2的结构做进一步的说明：

如图3、图4和图5所示，升降轮模块2包括与底盘1固定连接的机架201以及活动穿设于机架201的螺杆202，螺杆202上端穿过机架201的部分与丝杆螺母203相连且螺纹配合，丝杆螺母203与从动轮204固定连接，从动轮204活动套设于螺杆202，从动轮204与主动轮205相连，主动轮205与从动轮204的减速比为2:1，从而最大化升降速度，使复杂地形移动机器人越障速度更快更灵活。

主动轮205与升降电机206的输出端相连，升降电机206安装在机架201上；螺杆202下端穿过机架201的部分与伸缩框架207固定连接，伸缩框架207底部设有车轮208，伸缩框架207上设有动力电机209，动力电机209位于车轮208上方，动力电机209的输出端与车轮208通过皮带相连。车轮208采用万向轮，例如麦克纳姆轮。

升降轮模块的工作原理为：主动轮205带动从动轮204转动，与从动轮204固连的丝杆螺母203同步转动，螺杆202带动伸缩框架207和车轮208上移或者下移，从而使机架201以及与机架201固连的底盘1一起下降和上升。

为了进一步对伸缩框架207的上移和下移过程进行水平方向的限位，在伸缩框架207上设有竖直向上的导柱213，机架201活动套设于导柱213，具体地，可在机架201开设稍大于导柱213的孔，以及在机架201上设置套设于导柱213的套状结构，可以有效防止伸缩框架207摆动。

在底盘1下降和上升的过程中，需要对丝杆螺母203和从动轮204进行竖直方向的限位，在机架201上设有固定的上限位板211，上限位板211套设于螺杆202且与螺杆202之间具有间隙，上限位板211位于丝杆螺母203上方；上限位板211与螺杆202之间的间隙中安装有第二轴承，螺杆202上活动套设有上限位件212，上限位件212的下端与丝杆螺母203固定连接，上限位件212的上端与第二轴承抵接。

为了减少从动轮204与机架201的摩擦，在螺杆202上活动套设下限位件210，下限位件210与螺杆202之间具有间隙，下限位件210的下端安装在机架201上，下限位件210上端与第一轴承抵接，第一轴承的外圈与从动轮204相连。

如图6所示，伸缩导轮模块3包括固定安装在底盘1上的第一气缸301以及活动安装在底盘1上的导轮架302，第一气缸301的可伸缩端与导轮架302相连，从而第一气缸301可以将导轮架302从底盘1前端水平推出，导轮架302前端设有前行导轮303。

伸缩导轮模块3的数量为二，两个伸缩导轮模块3平行设置，两个伸缩导轮模块可分摊承重，减少车体损坏和异常变形的可能，延长使用时间。两个伸缩导轮模块3之间设有激光雷达，经激光雷达扫描后复杂地形移动机器人可自动避障，大大简化了复杂地形移动机器人复杂的操作步骤，实现“一键越障”。

如图7、图8和图9所示，当复杂地形移动机器人爬升时，在底盘1中部的折叠导轮模块4对底盘提供支撑，折叠导轮模块4包括固定安装在底盘1上的定位板401，定位板401上开设有弧形的导槽402，定位板401的数量为二，第二气缸403设于两块定位板401之间且第二气缸403的缸身与定位板401转动连接。

第二气缸403的杆端与气缸头404相连，气缸头404与导槽402配合，气缸头404与推杆405的一端转动连接，推杆405的另一端与折叠杆406的中部相连，折叠杆406的上部转动安装在定位板401上，折叠杆406的下端安装有支撑导轮407；定位板401上还转动安装有摆杆408，摆杆408的一端与气缸头404转动连接；摆杆408和推杆405分别位于第二气缸403的两侧。

随着第二气缸403的杆端的伸缩，折叠杆406可沿着图9中所示的顺时针方向向上折叠或者逆时针方向向下放下。如图9所示，当摆杆408和推杆405位于同一直线上时，为折叠导轮模块4的死点位置，此时即使第二气缸403气量不足，折叠杆406也不会折叠，避免折叠杆406折叠起来对底盘造成损伤。

在本实施例中，折叠导轮模块4的数量为二，分别位于底盘1中部的两侧。

复杂地形移动机器人的整体爬升过程为：

步骤一、需要爬升时，首先四个升降轮模块同步工作，伸缩框架下移，使底盘上升，动力电机驱动车轮转动，机器人开始向前移动。

步骤二、当距离传感器检测到爬升对象边缘时，伸缩导轮模块放出，前行导轮伸出，在爬升对象上对底盘提供支撑，此时机器人如图10中a所示。

步骤三、同时折叠导轮模块放下做好爬升准备，此时靠近爬升对象边缘的一对升降轮模块的伸缩框架和车轮上移抬起悬空，整车在另一对升降轮模块的驱动下继续之前的方向移动，此时机器人如图10中b所示。

步骤四、当支撑导轮位于爬升对象上方时，即机器人如图10中c所示时，传感器读到数据。另一对升降轮模块的伸缩框架和车轮上移抬起，此时机器人如图10中d所示。

步骤五、当机器人完全位于爬升对象上时，伸缩导轮模块收回，折叠导轮模块折叠，此时机器人如图10中e所示，最终完成机器人的爬升，爬升过程的完成费时一般为10s内。

在本实施例中，以球形的弹丸为例对取料装置5和筛料装置6做进一步的说明。

如图11-图14所示，取料装置5固定安装在底盘1上，取料装置5包括活动安装在底盘1上的第一连杆501和第二连杆502，第一连杆501和第二连杆502平行设置，第一连杆501的上端和第二连杆502的上端均与水平滑轨503转动连接相连，第一连杆501上转动安装有第一气缸组，第一气缸组的可伸缩端与水平滑轨503转动连接，第一气缸组用于驱动第一连杆501和水平滑轨503张合。

第一气缸组包括第三气缸504和第四气缸505，第三气缸504与第一连杆501转动连接，第三气缸504的可伸缩端与第四气缸505的缸体固定连接，第四气缸505的可伸缩端与水平滑轨503转动连接。

水平滑轨503上设有滑块506和第二气缸组，竖直导杆507与滑块506活动连接，竖直导杆507下端与取料筒510相连，竖直导杆507上端与第二气缸组的可伸缩端相连，第二气缸组用于驱动竖直导杆507上下运动，取料筒510的下端设有一对摩擦吸弹轮511。

第二气缸组包括第五气缸508和第六气缸509，第五气缸508与水平滑轨503固定连接，第五气缸508的可伸缩端与第六气缸509的缸体固定连接，第六气缸509的可伸缩端与竖直导杆507上端固定连接。

摩擦吸弹轮511包括转子电机513，转子电机513的转轴与钢套514相连，钢套514的外圆周面上套设有橡胶套515。取料筒510的下端还设有引导轮512，两个摩擦吸弹轮的连线将取料筒下端截面分为对称的两半，引导轮512位于两个摩擦吸弹轮511连线的中垂线上。

引导轮和两个摩擦吸弹轮将弹丸限制在取料筒下端的圆心位置，并获得动力进入取料筒。摩擦吸弹轮主要是在取料的过程把取料筒前方的弹丸扫进取料筒，保证取料量的足够。弹丸只能够在这里获得动力进入筛料装置，所以需要保证弹丸在这里能够获得足够的动力。

取料装置5的取料过程为：工作时，第二气缸组的第五气缸和第六气缸均伸出，使得取料筒下端处于一个较高的位置。确定取料位置后，第一气缸组的第三气缸和第四气缸均伸出，将取料筒推出去，取料筒弧形向下运动，然后第二气缸组的第五气缸和第六气缸均收缩，取料筒下降，使得取料筒下端的摩擦吸弹轮与取料位置的弹丸接触，两个摩擦吸弹轮相向旋转，弹丸获得动力进入取料筒。

如图15-图19所示，筛料装置6位于取料筒510出口的下方，筛料装置6如图17所示倾斜设置，筛料装置6包括固定安装在底盘1上的安装板601，安装板601上设有转轮602和翻滚电机611，翻滚电机611的转轴通过皮带与转轮602相连。

转轮602与转板603固定连接，转板603与滚筒604相连，转轮602、转板603和滚筒604可绕着转轮602的轴线自转。滚筒604的外壁上开设有筛料孔606，筛料孔应小于大弹丸的直径，大于小弹丸的直径。如果弹丸的大小种类超过两种，那么可以将筛料孔的大小设置为小于最大弹丸的直径，大于剩下的小弹丸的直径即可，筛料装置依然可以将除了最大的弹丸的小弹丸筛出，留下最大的弹丸。

转板603的轴心位置开设有出料孔605，转轮602内沿其轴向设有出料通道，出料孔605与出料通道连通，滚筒604的入口处设有进料槽。进料槽包括储料槽612，储料槽612安装在支撑板613上，支撑板613与安装板601固定连接，滚筒604位于支撑板613和安装板601之间。

通过取料装置取的弹丸到达储料槽和滚筒内，滚筒和储料槽的下方设有接料斗。储料槽底部顺着弹丸的滚动方向开设有条形槽，条形槽的宽度小于大弹丸而大于小弹丸。在小弹丸经过储料槽时因为重力因素被条形槽筛出，掉落到接料斗中被收集起来。同时利用滚筒不停的翻滚让弹丸得到的筛选，小弹丸从筛料孔筛出，大弹丸顺着出料孔和出料通道排出并被收集起来。

如图15所示，支撑板613通过支撑件614与安装板601相连，支撑件614位于滚筒604的上方，支撑件可以为紧密排布的支撑棍，两两支撑棍的间隔小于小弹丸的直径，因而从筛料孔内筛出的小弹丸被支撑棍限制住，落入接料斗被收集起来。支撑件也可以优选为设于滚筒上部外围的弧形板，用于限制小弹丸。

为了使得滚筒604转动时，大弹丸可以顺利地进入出料孔605，转板603上出料孔605向转板603边缘对称延伸形成槽孔607，滚筒604内设有两个引导钩608，两个引导钩608位于槽孔607的两侧，引导钩608的下表面通过连接柱与转板603相连，两个引导钩608朝向转板603边缘的端部为l形结构；l形结构平行于转板，且l形结构与转板的距离略小于大弹丸的直径。

引导钩608的上表面安装有安装件609，安装件609与拨片610的一端转动连接，拨片610的另一端与出料孔605相对。引导钩608随着转板和滚筒一起转动，l形结构将大弹丸钩住，使其部分卡在槽孔内，当被卡住的大弹丸随着转板转动到高点时，大弹丸顺着槽孔滑入出料孔，随之进入出料通道。由于槽孔607对称设有两个，当滚筒604转动一圈，从两个槽孔607可以向出料孔605供给两个大弹丸，拨片610便于大弹丸运动到出料孔605时减速落入出料孔605。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。