一种基于小车的模块化多变型机器人

摘要

本发明涉及一种基于小车的模块化多变型机器人，小车模块两侧分别为驱动小车，内侧为两个转动小车，依次通过第一连接轴，第二连接轴和第三连接轴连接固定，驱动小车和转动小车互为镜像设置，转动小车的第二履带之间固定前端连接件，转动小车的第二固定板之间固定后端连接件，驱动小车和转动小车相互平行，驱动小车的高度大于转动小车的高度，前端连接件和后端连接件的位置相互错开设置。本发明组合模式多样、负载大、运动自由度多、用途广。

说明书

技术领域

本发明涉及机器人设备技术领域，特别是一种组合模式多样、负载大、运动自由度多、用途广的基于小车的模块化多变型机器人。

背景技术

模块化机器人具有优越的动态性能、负载和环境适应能力强、多个方向运动灵活，近年来越来越多的研究人员对其进行研究。目前，公知的组合式机器人是线型机器人，如蛇形机器人，其移动平台是由一节节模块化关节通过连接装置组成，该平台可以实现蠕动、游动、侧移、侧滚、翻越障碍等运动形式。但是会不可避免地暴露在危险环境下，一节受损可能导致整个系统的瘫痪，侧移和转弯时速度有限，这样增加了暴露时间，容易被发现从而受损。

申请号201810572052.4，申请公布号CN108909877A，发明名称“一种模块化组合式机器人平台”，提供一种模块化组合式机器人平台，包括若干轮式小车，轮式小车之间通过连接装置采用串联和并联方式组合，轮式小车上设置行走机构和转弯机构两套驱动系统；其中连接装置包括前后连接装置和左右连接装置，行走机构包括轮子、轮毂电机、刹车片、轮支撑轴以及轮子支架，转弯机构包括连接在轮子支架上的链轮、通过支撑轴连接在小车车体上的张紧链轮以及通过电机驱动轴连接在步进电机上的驱动链轮。

申请号201710081752.9，申请公布号CN106625632A，发明名称“一种模块化机器人系统”，包括主控模块、超声波输入模块、第一电机模块、第二电机模块和万向轮模块，其中万向轮模块两表面分别与主控模块、超声波输入模块相连，所述主控模块两相对面分别与第一电机模块、第二电机模块相连。

现有技术提出基于小车的模块化机器人，但是模块化小车的组合模式有限，运动方向单一。需要一种组合模式多样、负载大、运动自由度多、用途广的基于小车的模块化多变型机器人。

发明内容

本发明的目的是提供一种组合模式多样、负载大、运动自由度多、用途广的基于小车的模块化多变型机器人。

一种基于小车的模块化多变型机器人，包括：

小车模块，所述小车模块两侧分别为驱动小车，内侧为两个转动小车，依次通过第一连接轴，第二连接轴和第三连接轴连接固定，所述驱动小车和转动小车互为镜像设置，所述转动小车的第二履带之间固定前端连接件，所述转动小车的第二固定板之间固定后端连接件，所述驱动小车和转动小车相互平行，所述驱动小车的高度大于转动小车的高度，所述前端连接件和后端连接件的位置相互错开设置；

所述驱动小车的第一带轮，第二带轮，第三带轮，第四带轮，第五带轮和第六带轮固定在第一固定板上，并分别套在第一履带的内侧，所述第三带轮上设置第一摆动气缸，所述第四带轮上设置第二摆动气缸；

所述转动小车的第七带轮，第八带轮，第九带轮，第十带轮，第十一带轮和第十二带轮固定在第二固定板上，并分别套在第二履带的内侧，所述第九带轮上设置第三摆动气缸，所述第十带轮上设置第四摆动气缸。

所述第一履带的外表面设置内凹槽，所述第一固定板和第二固定板相互平行，且贴近设置。

所述第一摆动气缸充气后驱动第三带轮转动，所述第二摆动气缸充气后驱动第四带轮转动，所述第一带轮，第二带轮，第五带轮和第六带轮组成长方形的四角，所述第三带轮和第四带轮位于第二带轮、第五带轮所在直线的同侧。

所述第三摆动气缸充气后驱动第九带轮，所述第四摆动气缸充气后驱动第十带轮，所述第七带轮，第八带轮，第十一带轮和第十二带轮组成长方形的四角，所述第九带轮和第十带轮位于第八带轮、第十一带轮所在直线的同侧。

所述小车模块有多个，前边的转动小车上的前端连接件和后边的转动小车的后端连接件固定，组成X方向支腿和Y方向支腿，所述Y方向支腿的两侧设置多个X方向支腿，所述X方向支腿的前端连接件或后端连接件，固定在Y方向支腿的第一固定板上，所述X方向支腿和Y方向支腿分别为条形。

所述小车模块有多个，前边的转动小车上的前端连接件和后边的转动小车的后端连接件固定，组成转动小车支腿，所述小车模块的两侧第一固定板分别固定转动小车支腿。

所述小车模块有多个，前边的转动小车上的前端连接件和后边的转动小车的后端连接件固定，组成Y方向支腿和Z方向支腿，所述Y方向支腿的两侧设置多个Z方向支腿，所述Z方向支腿的前端连接件或后端连接件，固定在Y方向支腿的第一固定板上，所述Y方向支腿为条形，所述Z方向支腿为L形。

所述小车模块有多个，前边的转动小车上的前端连接件和后边的转动小车的后端连接件固定，组成Y方向支腿和X方向转动轮，所述X方向转动轮的前端连接件或后端连接件，固定在Y方向支腿的第一固定板上，组成环形。

所述小车模块有多个，前边的转动小车上的前端连接件和后边的转动小车的后端连接件固定，组成Y方向转动轮，所述Y方向转动轮的前端连接件或后端连接件，固定在小车模块的第一固定板上，组成环形。

所述小车模块有多个，前边的转动小车上的前端连接件和后边的转动小车的后端连接件固定，组成封闭的Z方向转动轮和X方向支腿，所述Z方向转动轮间隔设置X方向支腿，所述X方向支腿的端连接件或后端连接件，固定在Z方向转动轮的第一固定板上，并位于Z方向转动轮的两侧。

本发明小车模块两侧分别为驱动小车，内侧为两个转动小车，依次通过第一连接轴，第二连接轴和第三连接轴连接固定，驱动小车和转动小车互为镜像设置，转动小车的第二履带之间固定前端连接件，转动小车的第二固定板之间固定后端连接件，驱动小车和转动小车相互平行，驱动小车的高度大于转动小车的高度，前端连接件和后端连接件的位置相互错开设置；驱动小车的第一带轮，第二带轮，第三带轮，第四带轮，第五带轮和第六带轮固定在第一固定板上，并分别套在第一履带的内侧，第三带轮上设置第一摆动气缸，第四带轮上设置第二摆动气缸；转动小车的第七带轮，第八带轮，第九带轮，第十带轮，第十一带轮和第十二带轮固定在第二固定板上，并分别套在第二履带的内侧，第九带轮上设置第三摆动气缸，第十带轮上设置第四摆动气缸。

以摆动气缸驱动模块小车中驱动小车和转动小车的运动，具有变型、越障、复杂地形运动的功能。驱动小车和转动小车主要由带轮、摆动气缸、固定板、履带等零件组成。驱动小车在X方向上大于转动小车、转动小车在Y方向上大于驱动小车保证了驱动小车的作用是小车模块的动力单元，转动小车的前段连接件随履带运动实现小车模块的变型组合，前段连接件和后端连接件则保证小车模块之间的连接。基于小车的模块化多变型机器人实现平面、多足、X和Y方向圆环转动轮多种模式切换和多个方向的运动。具有组合模式多样、负载大、运动自由度多、用途广的特点，可用于越障、复杂地形侦查、教学演示。本发明组合模式多样、负载大、运动自由度多、用途广。

本发明的有益效果是：

1.本发明利用驱动小车和转动小车以及两个小车在X和Y两个方向的尺寸关系，实现驱动小车作为模块小车，整个机器人的动力部分，转动小车则用于实现模块小车的变型组合；

2.本发明利用模块小车可以组合平面、四足、X和Y两个方向圆环转动轮等多种模式组合，可以适应各种复杂地形的运动。

附图说明

图1为本发明小车模块左视向立体结构示意图；

图2为本发明小车模块右视向立体结构示意图；

图3为本发明驱动小车的结构示意图；

图4为本发明转动小车的结构示意图；

图5为本发明X方向支腿和Y方向支腿的结构示意图；

图6为本发明转动小车支腿和小车模块的结构示意图；

图7为本发明Y方向支腿和Z方向支腿的结构示意图；

图8为本发明Y方向支腿和X方向转动轮的结构示意图；

图9为本发明Y方向转动轮和小车模块的结构示意图；

图10为本发明X方向支腿和Z方向转动轮的结构示意图；

图中：100、小车模块，200、驱动小车，300、转动小车，1、第一带轮，2、第二带轮，3、第三带轮，4、第四带轮，5、第五带轮，6、第六带轮，7、第一固定板，8、第一摆动气缸，9、第二摆动气缸，10、第一履带，11、第七带轮，12、第八带轮，13、第九带轮，14、第十带轮，15、第十一带轮，16、第十二带轮，17、第二固定板，18、第三摆动气缸，19、第四摆动气缸，20、第二履带，21、第一连接轴，22、第二连接轴，23、第三连接轴，24、前端连接件，25、后端连接件，31、X方向支腿，32、Y方向支腿，33、转动小车支腿，34、Z方向支腿，35、X方向转动轮，36、Y方向转动轮，37、Z方向转动轮。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明做进一步说明。

变型1：

一种基于小车的模块化多变型机器人，包括：小车模块100，小车模块100两侧分别为驱动小车200，内侧为两个转动小车300，依次通过第一连接轴21，第二连接轴22和第三连接轴23连接固定，驱动小车200和转动小车300互为镜像设置，转动小车300的第二履带20之间固定前端连接件24，转动小车300的第二固定板17之间固定后端连接件25，驱动小车200和转动小车300相互平行，驱动小车200的高度大于转动小车300的高度，前端连接件24和后端连接件25的位置相互错开设置；

驱动小车200的第一带轮1，第二带轮2，第三带轮3，第四带轮4，第五带轮5和第六带轮6固定在第一固定板7上，并分别套在第一履带10的内侧，第三带轮3上设置第一摆动气缸8，第四带轮4上设置第二摆动气缸9；转动小车300的第七带轮11，第八带轮12，第九带轮13，第十带轮14，第十一带轮15和第十二带轮16固定在第二固定板17上，并分别套在第二履带20的内侧，第九带轮13上设置第三摆动气缸18，第十带轮14上设置第四摆动气缸19。第一履带10的外表面设置内凹槽，第一固定板7和第二固定板17相互平行，且贴近设置。第一摆动气缸8充气后驱动第三带轮3转动，第二摆动气缸9充气后驱动第四带轮4转动，第一带轮1，第二带轮2，第五带轮5和第六带轮6组成长方形的四角，第三带轮3和第四带轮4位于第二带轮2、第五带轮5所在直线的同侧。第三摆动气缸18充气后驱动第九带轮13，第四摆动气缸19充气后驱动第十带轮14，第七带轮11，第八带轮12，第十一带轮15和第十二带轮16组成长方形的四角，第九带轮13和第十带轮14位于第八带轮12、第十一带轮15所在直线的同侧。

小车模块100有多个，前边的转动小车300上的前端连接件24和后边的转动小车300的后端连接件25固定，组成X方向支腿31和Y方向支腿32，Y方向支腿32的两侧设置多个X方向支腿31，X方向支腿31的前端连接件24或后端连接件25，固定在Y方向支腿32的第一固定板7上，X方向支腿31和Y方向支腿32分别为条形。

以摆动气缸驱动模块小车中驱动小车200和转动小车300的运动，具有变型、越障、复杂地形运动的功能。驱动小车200和转动小车300主要由带轮、摆动气缸、固定板、履带等零件组成。驱动小车200在X方向上大于转动小车300、转动小车300在Y方向上大于驱动小车200保证了驱动小车200的作用是小车模块100的动力单元，转动小车300的前段连接件随履带运动实现小车模块100的变型组合，前段连接件和后端连接件则保证小车模块100之间的连接。

第一摆动气缸8、第二摆动气缸9的缸体与第一固定板7固定连接，第一摆动气缸8、第二摆动气缸9的转动轴分别与第三带轮3、第四带轮4固定连接，第一带轮1、第二带轮2、第五带轮5、第六带轮6均与第一固定板7可转动连接，第一带轮1、第二带轮2、第三带轮3、第四带轮4、第五带轮5、第六带轮6均与第一履带10啮合，第一摆动气缸8、第二摆动气缸9带动第三带轮3、第四带轮4转动，进一步驱动第一履带10转动，第一带轮1、第二带轮2、第五带轮5、第六带轮6起到支撑作用。同理第三摆动气缸18、第四摆动气缸19的缸体固定在第二固定板17上，转动轴分别通过第九带轮13、第十带轮14带动第二履带20转动，第七带轮11、第八带轮12、第十一带轮15、第十二带轮16为支撑带轮。为了保证驱动小车与地面的接触，驱动小车在X方向的高于大于转动小车；为了避免机械干涉，转动小车在Y方向的长度大于驱动小车。

第一连接轴21、第二连接轴22、第三连接轴23保证左端驱动小车200、左端转动小车300、右端转动小车300、右端驱动小车200从左到右依次固定连接；前段连接件24与左端转动小车300、右端转动小车300的第二履带20固定连接，当左端转动小车300、右端转动小车300的第二履带20转动时，前段连接件24随第二履带20转动，后端连接件25同时与左端转动小车300、右端转动小车300的第二固定板17固定连接。

X方向支腿一、X方向支腿二、X方向支腿三、X方向支腿四、X方向支腿五、X方向支腿六、X方向支腿七、X方向支腿八可以驱动一种基于小车的模块化多变型机器人系统在X方向前进或者后退。除去Y方向支腿32的模块小车，X方向支腿一、X方向支腿四、X方向支腿五、X方向支腿八包含7个模块小车，X方向支腿二、X方向支腿三、X方向支腿六、X方向支腿七包含6个模块小车，这样可以保证在X方向支腿一、X方向支腿二、X方向支腿三、X方向支腿四、X方向支腿五、X方向支腿六、X方向支腿七、X方向支腿八、Y方向支腿组成的基于小车的平面模块化多变型机器人在转化为多支腿机器人时，Y方向支腿32两侧的支腿高度一致，主要由X方向支腿一、X方向支腿四、X方向支腿五、X方向支腿八支撑。

变型2：

小车模块100有多个，前边的转动小车300上的前端连接件24和后边的转动小车300的后端连接件25固定，组成转动小车支腿33，小车模块100的两侧第一固定板7分别固定转动小车支腿33。

基于小车的模块化多变型机器人X方向支腿连接情况，模块小车一、模块小车二、模块小车三、模块小车四、模块小车五、模块小车六的前段连接件24与后端连接件25依次固定连接，模块小车七的前段连接件24与模块小车八中左端驱动小车200的第一固定板7固定连接，模块小车七的后端连接件25与模块小车八中右端驱动小车200的第一固定板7固定连接，模块小车九、模块小车十、模块小车十一、模块小车十二、模块小车十三、模块小车十四的的前段连接件24与后端连接件25依次固定连接。

变型3：

小车模块100有多个，前边的转动小车300上的前端连接件24和后边的转动小车300的后端连接件25固定，组成Y方向支腿32和Z方向支腿34，Y方向支腿32的两侧设置多个Z方向支腿34，Z方向支腿34的前端连接件24或后端连接件25，固定在Y方向支腿32的第一固定板7上，Y方向支腿32为条形，Z方向支腿34为L形。

变型4：

小车模块100有多个，前边的转动小车300上的前端连接件24和后边的转动小车300的后端连接件25固定，组成Y方向支腿32和X方向转动轮35，X方向转动轮35的前端连接件24或后端连接件25，固定在Y方向支腿32的第一固定板7上，组成环形。

变型5：

小车模块100有多个，前边的转动小车300上的前端连接件24和后边的转动小车300的后端连接件25固定，组成Y方向转动轮36，Y方向转动轮36的前端连接件24或后端连接件25，固定在小车模块100的第一固定板7上，组成环形。

变型6：

小车模块100有多个，前边的转动小车300上的前端连接件24和后边的转动小车300的后端连接件25固定，组成封闭的Z方向转动轮37和X方向支腿31，Z方向转动轮37间隔设置X方向支腿31，X方向支腿31的端连接件24或后端连接件25，固定在Z方向转动轮37的第一固定板7上，并位于Z方向转动轮37的两侧。

基于小车的模块化多变型机器人实现平面、多足、X和Y方向圆环转动轮多种模式切换和多个方向的运动。具有组合模式多样、负载大、运动自由度多、用途广的特点，可用于越障、复杂地形侦查、教学演示。

通过控制各摆动气缸的转动，实现基于小车的模块化多变型机器人的多种变型与组合控制，可以实现多个方向的复杂地形运动和越障，并且可以实现精确的轨迹控制，拥有其他基于小车的模块化多变型机器人系统无法比拟的优势。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。