一种多关节串联的轮式移动机器人

摘要

本发明公开一种多关节串联的轮式移动机器人，所述机器人中车轴上设置有中间箱体，中间箱体上方安装有控制系统；俯仰关节固定在中间箱体内部，并关于中车轴对称每个俯仰关节分别与一个扭转关节连接，每个扭转关节各连接有一个摆动关节，摆动关节分别与前部车轴、后部车轴连接，前车轴、中车轴与后车轴两端安装有车轮；位于后端的扭转关节上连接有机械臂安装支架，机械臂安装支架上安装有机械臂；在机器人前部安装有导航系统。本发明机器人整体结构以中车轴为对称轴中心轴对称，使重力在各车轮上平均分配，最大程度发挥直流电机的工作效率，且可实时测量并调整中间箱体的姿态，保证控制系统相对稳定，且结构简单，重量小。

主权项

一种多关节串联的轮式移动机器人，其特征在于：包括机械主体、机械臂、控制系统与导航系统；所述机械主体包括俯仰关节、扭转关节、摆动关节、车轮、车轴；导航系统包括视觉导航系统与超声波传感器；车轴包括前车轴、中车轴与后车轴；其中，中车轴上活动套接有中间箱体，中间箱体上方安装有控制系统；中车轴前后两端各对称连接有一个俯仰关节，俯仰关节位于中间箱体内，且位于车轮轴线以下；每个俯仰关节各与一个扭转关节连接，每个扭转关节各连接有一个摆动关节，最终摆动关节分别与前车轴、后车轴连接，前车轴、中车轴与后车轴两端安装有车轮；位于后端的扭转关节上连接有机械臂安装支架，机械臂安装支架上安装有机械臂；在前车轴上安装有视觉导航系统，前端的摆动关节上安装有超声波传感器；所述俯仰关节包括直流电机A、直流电机安装座、电磁离合器、轴承A、电磁离合器轴承盖、主动齿轮、从动齿轮、从动齿轮轴、轴承B、从动齿轮轴承盖、套筒A、定位套筒、俯仰关节臂、俯仰关节臂连接件、俯仰杆件与扭转关节连接件；直流电机安装座与中间箱体固定连接；直流电机A与电磁离合器分别与直流电机安装座连接，直流电机A的输出轴与电磁离合器周向定位，电磁离合器的输出轴上安装有轴承A，轴承A的外圈与电磁离合器轴承盖配合，电磁离合器轴承盖与中间箱体固连；电磁离合器的输出轴上固定套接有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮固定套接在从动齿轮轴上，从动齿轮轴的两端均安装有轴承B，轴承B的外圈与从动齿轮轴承盖配合，从动齿轮轴承盖与中间箱体固连；轴承B的内圈通过套筒A轴向定位，套筒A套接在从动齿轮轴上；定位套筒与从动齿轮轴固连，实现与从动齿轮轴周向定位；两俯仰关节臂一端套接在从动齿轮轴上，分别位于从动齿轮轴两端的套筒A与定位套筒之间，通过套筒A和定位套筒实现轴向定位，同时与定位套筒固连；俯仰关节臂另一端与俯仰关节臂连接件固连，两俯仰杆件一端固定连接在俯仰关节臂连接件上，另一端与扭转关节连接件固定连接；扭转关节连接件位于两俯仰杆件之间，通过扭转关节连接件连接扭转关节；扭转关节包括扭转关节内圈，扭转关节外圈、端盖A、挡圈A、套筒B、轴承C、扭转关节轴承盖、摆动关节左连接件、摆动关节右连接件；扭转关节内圈一端与俯仰关节中的扭转关节连接件固定连接；扭转关节内圈上套接有扭转关节外圈、端盖A与挡圈A，其中，扭转关节外圈与挡圈A贴合，端盖A与挡圈A固定，所述挡圈A与端盖A位于扭转关节外圈与扭转关节内圈之间；扭转关节外圈与扭转关节内圈之间还安装有轴承C，轴承C通过挡圈A与扭转关节轴承盖实现在扭转关节外圈上的轴向定位，扭转关节轴承盖通过固定套接在扭转关节内圈上的套筒B轴向定位；扭转关节外圈上连接有摆动关节左连接件与摆动关节右连接件，摆动关节左连接件与摆动关节右连接件相对固定；摆动关节左连接件与摆动关节右连接件与摆动关节连接；所述摆动关节包括摆动关节支架、摆动关节摆杆、车轴套筒、曲柄、连杆、摆动关节轴、曲柄连杆轴、连杆摆杆轴、曲柄支架轴；摆动关节支架一端与摆动关节摆杆一端通过摆动关节轴活动连接；摆动关节摆杆另一端开有圆孔，且固定连接有车轴套筒，其中车轴套筒的截面与圆孔同轴心，且截面的内径与圆孔的直径以及车轴的外径相等；摆动关节支架的另一端与曲柄的一端通过曲柄支架轴与扭转关节中的摆动关节左连接件与摆动关节右连接件活动连接；连杆的一端通过连杆摆杆轴与摆动关节摆杆中部活动连接；连杆的另一端与曲柄的另一端通过曲柄连杆轴活动连接；所述车轮包括圆柱壳体、圆锥壳体、外侧壁、内侧壁、挡圈B、端盖B、轴承D、车轴轴承盖、角铝、扭矩传递连杆、支撑弹簧、胎面、弹性联轴器、直流电机B、直流电机安装盘，联轴器输出轴；其中，圆柱壳体为内部镂空结构，在圆柱壳体周向外壁上套有胎面；圆柱壳体内部分别设置有相互平行的内侧壁与外侧壁，内侧壁与外侧壁的直径与圆柱壳体内径相等，内侧壁为圆环状；内侧壁与外侧壁间通过扭矩传递连杆相对固定连接；外侧壁与圆柱壳体间通过角铝固定连接；车轴两端固定套接有端盖B，车轴两端面上安装有直流电机安装盘，直流电机安装盘与端盖B固连，直流电机B置于车轴内，分别固定在直流电机安装盘上，直流电机B的输出轴穿过直流电机安装盘后与外侧壁固定连接，位于内侧壁与外侧壁之间的直流电机B的输出轴上安装有弹性联轴器，弹性联轴器另一端连接有联轴器输出轴，联轴器输出轴与外侧壁固连；内侧壁外侧固定连接有挡圈B，轴承D内圈通过端盖B定位，外圈通过车轴轴承盖与挡圈B定位；圆锥壳体套接在车轴上，且底部与内侧壁固定连接；圆锥壳体与车轴之间通过支撑弹簧连接；所述机械臂包括手腕臂、手爪座、手爪、m个舵机与n个连接臂，m、n为正整数，且n≥2、m＝n+4；第1个舵机安装在机械臂安装支架上，第2个舵机与第一个舵机相连，第2个舵机与第1个连接臂一端轴接，第1个连接臂的另一端与第2个连接臂的一端以及第3舵机轴接，第2个连接臂的另一端与第3个连接臂以及第4个舵机轴接，以此类推，第n个连接臂一端与第n‑1个连接臂以及第m‑3个舵机轴接，第n个连接臂另一端与手腕臂以及第m‑2个舵机轴接，手腕臂上安装有第m‑1个舵机，第m‑1个舵机与手爪座相连；手爪座上固定有至少两个手爪，在手爪座上装有第m个舵机，且第m个舵机与手爪相连；所述控制系统包括DSP数字信号处理器、电机驱动器、双轴倾角传感器、无线通讯器、增量式光电编码器，机械臂运动控制器；外部主控PC机将控制信号发送给控制系统中的DSP数字信号处理器，DSP数字信号处理器对控制信号进行处理后得到驱动信号，并将驱动信号发送给电机驱动器；电机驱动器对收到的驱动信号进行放大，最终驱动直流电机A与直流电机B以及俯仰关节中的电磁离合器运作，从而控制机器人的运动；双轴倾角传感器实时获得中间箱体的俯仰角度数据，并将俯仰角度数据发送给DSP数字信号处理器；通过增量式光电编码器实时采集直流电机A与直流电机B的转速，并将转速的数据发送给DSP数字信号处理器，DSP数字信号处理器将转速的数据以及俯仰角数据发送给外部主控PC机；DSP数字信号处理器对接收到的俯仰角度数据以及转速的数据进行解析后，向电机驱动器发送驱动信号，驱动直流电机A与直流电机B旋转，使中间箱体的俯仰角度以及机器人运动速度达到设定值，由此实时控制中间箱体的俯仰角度以及机器人的运动速度；机械臂运动控制器接收外部主控PC机发出的控制信号，驱动m个舵机转动，调整手爪的位置以及控制手爪的开合角度；所述导航系统中视觉导航系统包括无线视频编码器、线阵CCD相机；线阵CCD相机用来采集外部环境视频信号，并将有效距离内采集到的视频信号发送给无线视频编码器，无线视频编码器将收到的视频信号发送到外部无线视频解码器中进行解码，外部无线视频解码器将解码后的视频信号发送给外部的图像采集卡，图像采集卡将模拟视频信号转换成数字视频信号，最终将转换后的数字视频信号发送给外部主控PC机；外部主控PC机对接收到的数字视频信号进行解析后，得到外部环境信息，并发送给DSP数字信号处理器，DSP数字信号处理器对接收到的外部环境信息进行解析后，向电机驱动器发送驱动信号，驱动直流电机A与直流电机B以及电磁离合器工作；导航系统中的超声波传感器用来采集机器人与障碍物间的距离信息，并将距离信息发送给外部主控PC机与DSP数字信号处理器，DSP数字信号处理器对接收到的距离信息进行解析后，向电机驱动器发送驱动信号，驱动直流电机A与直流电机B以及电磁离合器工作。