一种可调体型大小的越障机器人的制作方法

1.本发明涉及机械自动化技术领域，具体为一种可调节体型大小的越障机器人。


背景技术：

2.随着科学技术的迅猛发展，对未知地域的探索成为当今科技研究的重要课题。在未知地域环境中作业，大部分越障机器人需要克服复杂非结构化的地形，对此越障机器人需要具备高机动性、快速的应策能力及对特殊环境的感知能力。
3.当前所具备越障的机器人中，大部分的机器人无法进行机体大小的变化，从而面对狭窄环境下则无法进行正常的作业。
4.因此，一款能够同时提供越障、机体框架伸缩且适应能力强、效率高、灵活性好的越障机器人十分有意义。


技术实现要素：

5.针对现有机器人的不足，本发明提供了一种可调体型大小的越障机器人，其具备在非结构化地形行进能力的同时还可根据环境的变化进行车体框架的伸缩，实现预期作业能力，车体结构简单，后期维护便捷，成本可控，普及度高，适用于军事侦察、星球探测、救灾探险等复杂地形的越障机器人。
6.为解决上述技术问题，本发明提供了一种可调体型大小的越障机器人，其包括：
7.车头结构，所述车头结构包括双调心球连接结构与两组对称安装于所述双调心球连接结构两则的双轮结构；所述双调心球连接结构由中间联动轴与左右两个调心球轴承的外圈连接构成；所述双轮结构包括两根伸缩杆和分别安装于所述伸缩杆底部的车轮，两根伸缩杆连接形成夹角a，所述双轮结构与所述调心球轴承的内圈连接；
8.车尾结构,所述车尾结构包括三通连接管、伸缩杆与车轮，所述三通连接管两侧接口依次连接伸缩杆和车轮，第三接口与车身街接结构连接；
9.车身街接结构,所述车身街接结构包括伸缩杆，所述伸缩杆一端与车尾结构的三通连接管接口连接，另一端与所述双调心球连接结构的中间联动轴承连接。
10.一种可选的实施方式中，所述双轮结构的夹角a的角度范围为45
°
至120
°
，优选的，所述双轮结构的夹角a为90
°
。
11.一种可选的实施方式中，所述双调心球连接结构与双轮结构之间安装有伸缩杆，所述伸缩杆一端与调心球轴承的内圈连接，另一端与双轮结构连接；优选的，所述伸缩杆与双轮结构通过三通连接管连接。
12.一种可选的实施方式中，所车尾结构的三通连接管两侧安装有横向伸缩杆，所述横向伸缩杆另一端与纵向伸缩杆连接；优选的，所述车尾结构的横向伸缩杆与纵向伸缩杆通过双通连接管连接。
13.一种可选的实施方式中，所述车头结构还包括限位装置，用于防止同组的两个车轮同处于调心球轴承垂直中轴线的一侧，发生车头结构翻车事故；优选的，所述限位装置呈
t字型，其纵向部分连接于双调心球连接结构正下方，其横向部分向两侧延伸并穿过双轮结构的夹角a，限位装置的横向部分长度可调整，其长度大于两组双轮结构之间的距离。
14.一种可选的实施方式中，所述限位装置为安装于中间联动轴承上的光电式接近传感器。
15.一种可选的实施方式中，所述车身街接结构与所述双调心球连接结构之间还安装有第二调心球轴承，所述车身街接结构与所述第二调心球轴承的内圈连接，双调心球连接结构通过中间联动轴与第二调心球轴承外圈连接。
16.一种可选的实施方式中，所述直流电动机安装于车轮中并与远端控制系统信号连接。
17.一种可选的实施方式中，所述伸缩杆为电动推杆，通过伸缩实现机器人体型大小的调整。
18.上述技术方案中机器人在遇到障碍物时，障碍物造成的阻力使双轮结构围绕调心球轴承旋转，不断按照地形调整车轮水平高度，使两个轮子处于不同的水平高度，前轮率先越过障碍物并着地，保持机器人稳定及提供前进动力，促使越障机器人完成越障动作。
19.纵向的伸缩杆实现越障机器人高度大小的调整，横向的伸缩杆实现越障机器人长度、宽度大小的调整，以适应不同大小的障碍物及不同宽窄环境的需要。
20.另外，车头结构的限位装置，用于防止双轮结构的两个轮同处于调心球轴承垂直中轴线的一侧，发生双轮朝天的翻车事故，确保机器人安全作业。
21.车头结构与车身街接结构之间安装的第二调心球轴承，实现车头结构在越障机器人前进方向的垂直面上两组双轮结构围绕车身街接结构做相对高度的调整，以适应更复杂、崎岖的地面，让越障机器人更平稳的进行。
22.综上所述，与现有技术相比，本发明的有益效果是：
23.本发明具备适应调整能力强、灵活性好及效率高的特点，同时车体的构造简单，易于维护，成本可控，普及度高。
附图说明
24.图1为越障机器人整体结构示意图；
25.图2为车头结构示意图；
26.图3双调心球连接结构爆炸图；
27.图4为车尾结构示意图；
28.图5为两组双轮结构呈现不同运动轨迹示意图；
29.图6为车尾结构自由转动的结构示意图。
30.图中：1、车头结构；10、双调心球连接结构；101、调心球轴承；102、中间联动轴承；103、第二调心球轴承；11、双轮结构；12、限位装置；2、车尾结构；3、车身街接结构；4、直流电动机；5、伸缩杆；6、车轮；7、三通连接管；8、三通连接管；9、双通连接管。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.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”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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设备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。
33.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连通”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是通过中介媒介间相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
34.实施例一：
35.参照图1
‑
6，一种可调体型大小的越障机器人，包括：
36.车头结构1，车头结构1包括双调心球连接结构10和两组双轮结构11；双调心球连接结构10由中间联动轴102与左右两个调心球轴承101的外圈固定连接构成；双轮结构11由两根底部安装有车轮6的伸缩杆5顶端连接构成，两根伸缩杆5形成一个开口向下的夹角a，双轮结构11与调心球轴承101的内圈连接。
37.车尾结构2，车尾结构2包括三通连接管8，对称固定安装于三通连接管8两侧接口的纵向伸缩杆5和安装于伸缩杆5底瑞的车轮6；三通连接管8的第三个接口与车身街接结构3连接。
38.车身街接结构3，车身街接结构3由一伸缩杆构成，所述伸缩杆一端与车尾结构的三通连接管连接，另一端与所述双调心球连接结构的中间联动轴承连接。
39.其工作原理参照图5、图6，障碍物造成的阻力使双轮结构11围绕调心球轴承101旋转，不断按照地形调整车头结构1车轮6水平高度，使两个轮子处于不同的水平高度，双轮结构11的前轮升高后率先越过障碍物，越过后在调心球轴承101作用下，双轮结构11的前轮水平高度降低并着地，保持机器人稳定及提供前进动力，同时升高双轮结构11的后轮水平高度，促使越障机器人完成第一步的越障动作；车身街接结构3与中间联动轴承102连接，在纵向相对与车头结构1可以自由旋转；车尾结构2又与车身街接结构3连接，因此能够应对不同障碍物时灵活调整与车头结构1的相对水平高度，完成全部越障动作。
40.在本发明较佳的实施例中，双轮结构11的夹角a，优选的，夹角a的角度范围为45
°
至120
°
，更优选的，夹角a为90
°
。具体地，夹角a的值在45
°
到120
°
之间都可以实现越障，区别是越障的能力及稳定性不一样，当所述夹角处于45
°
与90
°
之间，且调心球轴承101处于同一水平高度时，夹角越大双轮结构11前后两轮能实现的水平高度差越大，其越障高度能力越强；越过同一高度的障碍物时夹角大的双轮结构11的前轮会比夹角小的双轮结构11的前轮率先越过障碍物并着地。当跨越障碍物的过程中双轮结构11的前轮一直没率先越过障碍物并着地时，车尾结构持续靠近障碍物，会造成重心不稳而360
°
倾翻；当所述夹角处于90
°
到120
°
之间，且调心球轴承101处于同一水平高度时，夹角越大双轮结构11虽然可以跨上更高的障碍物，但是其前轮跨越障碍物后越可能存在没办法着地的情况，车尾结构持续靠近障碍物，会造成重心不稳而360
°
倾翻。因此，所述双轮结构11的较佳夹角为90
°
，可以大幅度避
免机器人损坏事件。
41.在本发明较佳的实施例中，双调心球连接结构10与两组双轮结构11之间各安装有一横向伸缩杆5，伸缩杆5一端与调心球轴承的内圈连接，另一端与双轮结构连接，调整越障机器人宽度的大小以适应通行环境的宽狭；伸缩杆5与双轮结构11通过三通连接管连通。
42.在本发明较佳的实施例中，车尾结构2的t型三通连接管8横向两侧各安装有伸缩杆5，横向的伸缩杆5与纵向的伸缩杆5通过双通连接管9连通，所述双通连接管9可以是直角双通连接管或是钝角双通连接管。当车尾结构2整体呈上窄下宽的结构，其稳定性会更好，这取决于双通连接管9夹角的大小。车尾结构2的另一个作用是保持车体框架稳固，同时给予机器人越障过程提供支撑作用，特别是在向上地形中，车尾结构2升高更有利于保持机器人整体重心的稳定，确保越障作业的稳定性；当机器人由高处往低处行进中，可先调转机器人方向，以车尾结构2作为车头，同时伸长纵向的伸缩杆5，为整个机器人提供支撑，保持重心平稳，预防机器人出现严重翻倒而损坏。
43.在本发明的实施例中，伸缩杆5能够进行伸缩从而改变车体框架的大小，车体的大小影响着机器人的越障能力及适应不同环境能力。纵向的伸缩杆调整越障机器人高度的大小以适应不同大小的障碍物；横向的伸缩杆调整越障机器人长度与宽度的大小以适应通行环境的宽狭及障碍物的跨度，使越障机器人在各种环境中都能实现越障功能。
44.在本发明较佳的实施例中，车头结构1还包括限位装置12，限位装置12呈t字型，其纵向部分连接于双调心球连接结构10正下方，其横向部分向两侧延伸并穿过双轮结构的夹角a。具体的，限位装置12在越障机器人实行越障作业时通过对双轮结构11的伸缩杆5的阻挡，限制调心球轴承101的自由旋转，避免同组的两个车轮同处于调心球轴承101垂直中轴线的一侧，调心球轴承101过转，让两个车轮朝天，发生车头结构1翻车事故。
45.在本发明较佳的实施例中，车身街接结构3与双调心球连接结构10之间还安装有第二调心球轴承103，车身街接结构3与第二调心球轴承103的内圈连接，双调心球连接结构10通过中间联动轴102与第二调心球轴承103外圈固定联接。当机器人前进的环境较为复杂时，如进前通道左右高度不同，地面的不同障碍物会对左右两组双轮结构11造成不同的阻力，促使两个调心球轴承101做出不一样的旋转，在双调心球连接结构10的作用下越障机器人车头两组双轮结构11呈现不一样的运动轨迹，从而使车轮顺应障碍灵活跨越，实现预期的越障动作；同时，在车身街接结构3与双调心球连接结构10之间的第二调心球轴承103的作用下，两组双轮结构11以车身街接结构3为轴自由旋转，实现两组双轮结构11相对高度的调整，以适应崎岖不平的路面，让越障机器人更平稳的进行。
46.在本发明较佳的实施例中，越障机器人动力系统由六个直流电动机4分别安装于六个车轮6中构成，并与远端控制系统信号连接，远端控制系统通过控制直流电动机的电能输出控制车速，车轮转向，实现机器人的行进后退功能，通过控制车轮转速差控制方向。
47.在本发明较佳的实施例中，伸缩杆5为电动推杆，由直流电动机4提供动力，实现车体框架的伸缩。
48.其它实施例：
49.越障机器人的整体形状从正面看为上下同宽或是上窄下宽，上窄下宽形状有利于机器人在移动过程中更好的稳定重心，具体可以根据实际需要进行调整。
50.车头结构1的限位装置12为安装于中间联动轴轴102上的光电式接近传感器，图中
未示出，在越障的过程中，伸缩杆5随调心球轴承的旋转而与限位装置12形成变化的距离差，利用光电式接近传感器对前轮左右两侧的伸缩杆5进行距离检测，实现对伸缩杆5旋转程度的调整控制，防止车头或车尾在越障过程中因旋转过度而造成结构翻转事故；
51.光电式接近传感器主要由光源和光敏元件构成，当有被测物体靠近时，由于光源到光敏元件之间光路的性质发生变化，导致光敏元件的输入光通量改变，从而引起输出信号的变化。
52.因此当限位装置12与前轮伸缩杆5达到一定的距离极限值时，检测电路输出信号产生变化促使伸缩杆5进行复位，恢复为平地状态即无越障旋转动作的情形，进而对越障的环境进行重新判断，再择新方向进行越障作业，在越障的过程中不断进行检测调整，则可以避免前后轮因旋转过度而造成无地面支撑的车体翻转损坏。
53.在图中未示出远端控制系统，在机器人中可安装运动组件、动力组件通信连接的远端控制系统，使机器人在作业中能够进行自我判断及人为操作，具有人性化，适应性强的有利之处。具体的控制系统并不局限于此，在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的修改。
54.上述实施例是一种较佳实例的说明，但并不局限于此，在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的修改。
55.对于本发明的实施方案已公开如上，但其运用不止于说明书和实施方式所示，其适用于任何对应所需该功能的领域。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本技术的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。