專利名稱：一種具有非接觸式橫向感知能力的移動機器人車輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種車輪結(jié)構(gòu)，具體地說是一種主要是應(yīng)用于移動導(dǎo)航平臺 的車輪結(jié)構(gòu)。
(二)
背景技術(shù)：
輪式走行機構(gòu)以其結(jié)構(gòu)簡單可靠、高速穩(wěn)定、能量利用率高、操作性好和通 過性好而被廣泛地應(yīng)用在移動機器人和車輛中。對模擬地面和空間環(huán)境的移動機 器人導(dǎo)航平臺而言，作為機器人走行關(guān)鍵部件的車輪，還存在著很多問題，集中 表現(xiàn)如下(l)環(huán)境適應(yīng)性差，車輪形式固定，其通過性不能適應(yīng)不同的環(huán)境， 如硬地面、松軟地面和沙地。(2)對環(huán)境的感知能力差，車輪不具有對環(huán)境的參 數(shù)如溫度、障礙的感知能力。(3)在沙地環(huán)境中，對于同一個輪子，其牽引力和 轉(zhuǎn)向阻力不能兼顧。即牽引、轉(zhuǎn)向的綜合性能差。
與本發(fā)明申請相關(guān)的報道有中國專利申請?zhí)枮?00610151147.6的專利文 件中，公開的"行星探測機器人車的車輪運動性能的多功能測試裝置"；中國專 利申請?zhí)枮?00710034343的專利文件中公開的"一種移動機器人三維環(huán)境感知 方法"等。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能適應(yīng)多種環(huán)境；具有在沙地環(huán)境中較強的通過
能力和較小的轉(zhuǎn)向阻力；并具有對環(huán)境溫度和障礙的感知能力的一種具有非接觸
式橫向感知能力的移動機器人車輪。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的
其組成包括感知傳感器反射器件2、感知傳感器發(fā)射器件4、電機組件5、 夾持套6、輪臂7、輪轂8、錐形套IO、彈性輪緣外側(cè)板13、彈性輪緣內(nèi)側(cè)板18、 彈性胎14、非接觸式溫度傳感器15、支架20;輪臂7的下端與夾持套6的一側(cè) 固定連接，電機組件5固定在夾持套6內(nèi)，電機組件5的輸出軸19與輪轂8之 間由錐形套10轉(zhuǎn)動連接，輪轂8曲面的外側(cè)固定有彈性輪緣外側(cè)板13,輪轂8 曲面的內(nèi)側(cè)固定有彈性輪緣內(nèi)側(cè)板18,在彈性輪緣外側(cè)板13和彈性輪緣內(nèi)側(cè)板18之間的輪轂8的曲面上固定有彈性胎14,彈性胎上中心線的兩側(cè)，設(shè)有感知 傳感器反射器件2，支架20的圓心端固定在夾持套6上，支架20的曲面上設(shè)有 感知傳感器發(fā)射器件4,非接觸式溫度傳感器15固定在輪臂7上。 本發(fā)明還可以包括
1、 所述感知傳感器反射器件2呈弧形，圓心設(shè)在中心軸上，感知傳感器發(fā) 射器件4按照15度布置在直徑上。
2、 輪轂8內(nèi)圓的外側(cè)固定有輪子外側(cè)擋沙板9,輪轂8內(nèi)圓的內(nèi)側(cè)固定有 輪子內(nèi)側(cè)擋沙板3。
3、 彈性胎14用螺絲固定，360度包裹可重構(gòu)輪緣，彈性胎表面開有胎紋。 本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，牽引能力提高，改善直線行駛的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)彎
性能，增大接觸地面的面積，能適應(yīng)多種環(huán)境，包括一般公路、硬地和沙地環(huán)境； 同時具有在沙地環(huán)境中較強的通過能力和較小的轉(zhuǎn)向阻力；并具有對環(huán)境溫度和 障礙的感知能力的優(yōu)點。
(四)


圖l是本發(fā)明的主剖視圖2是圖1的A向視圖； 圖3是圖1的B向視圖4是感知傳感器反射器件2與感知傳感器發(fā)射器件4遇到障礙物的示意圖； 圖5是感知傳感器反射器件2與感知傳感器發(fā)射器件4的工作原理示意圖。
(五)
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述
結(jié)合圖1-圖3。本發(fā)明的一種具有非接觸式橫向感知能力的移動機器人車輪 的組成包括感知傳感器反射器件2、輪子內(nèi)側(cè)擋沙板3、感知傳感器發(fā)射器件4、 電機組件5、夾持套6、輪臂7、輪轂8、輪子外側(cè)擋沙板9、錐形套IO、彈性輪 緣內(nèi)側(cè)板18、螺栓ll、軸承12、彈性輪緣外側(cè)板13、彈性胎14、非接觸式溫 度傳感器15、支架20;輪臂7的下端與夾持套6的一側(cè)固定連接，電機組件5 由螺栓ll固定在夾持套6內(nèi)，輪轂8與夾持套6之間設(shè)有軸承12,電機組件5 的輸出軸19與輪轂8之間由錐形套10轉(zhuǎn)動連接，輪轂8曲面的外側(cè)固定有彈性 輪緣外側(cè)板13,輪轂8曲面的內(nèi)側(cè)固定有彈性輪緣內(nèi)側(cè)板18,在彈性輪緣外側(cè) 板13和彈性輪緣內(nèi)側(cè)板18之間的輪轂8的曲面上固定有彈性胎14,在彈性胎上中心線的兩側(cè)，按照15度設(shè)有感知傳感器反射器件2，支架20的圓心端固定 在夾持套6上，支架20的曲面上按照一定15度設(shè)有感知傳感器發(fā)射器件4，感 知傳感器反射器件2作成弧形，圓心設(shè)在中心軸上，感知傳感器發(fā)射器件4按照 15度布置在盲.徑上，支架20的圓心端固定在夾持套6上，感知傳感器反射器件 2與感知傳感器發(fā)射器件4沿徑向設(shè)置在一個平面上，非接觸式溫度傳感器15 固定在輪臂7上，輪轂8內(nèi)圓的外側(cè)固定有輪子外側(cè)擋沙板9，輪轂8內(nèi)圓的內(nèi) 側(cè)固定有輪子內(nèi)側(cè)擋沙板3。
具有非接觸式橫向感知能力的移動機器人車輪輪緣和輪轂可重構(gòu)式結(jié)構(gòu)，其 工作原理是輪緣和輪轂呈互相配合的結(jié)構(gòu)，可以使用不同形狀、不同性能的輪 緣，如彈性輪緣、剛性輪緣、半圓型、步行式輪緣和仿生輪緣等。在輪的軸向內(nèi) 側(cè)裝有彈性胎14,外側(cè)裝有鋼性輪緣，且鋼性輪緣關(guān)于中心線呈對稱結(jié)構(gòu)，整 個輪緣具有對稱輪廓。剛性輪緣的剖面輪廓呈局部球冠形狀，其表面上有一定角 度的槽溝式履刺，這些履刺和彈性輪緣側(cè)板以及彈性胎一起形成沿輪子軸線方向 的對稱分布的仿生結(jié)構(gòu)，其機理是當(dāng)受沙反力作用時，彈性側(cè)板向兩側(cè)張開，可 以增大接地面積并限制沙子流動，緩沖車體震動、增大推進(jìn)力和減小滾動阻力。 因此，外側(cè)剛度較大，利于保持轉(zhuǎn)向精度和直線行駛精度；內(nèi)側(cè)剛度較小，利于 增加附著力；對稱型剖面輪廓，可以改善直線行駛穩(wěn)定性?；诜墙佑|式距離傳 感器的觸覺輪，其工作原理如下，64個非接觸式感知傳感器發(fā)射器件4均勻地 分布在支架20的圓周上，固定于非旋轉(zhuǎn)部分夾持套6的外面的輪臂7上，即在 點T1 T16處，即每處按圖一形式布置4個非接觸式感知傳感器發(fā)射器件4;而 64個非接觸式感知傳感器反射器件2按照同樣的方式均勻地分布在旋轉(zhuǎn)著的輪 緣內(nèi)，即在點P1 P16處，即每處按圖一形式布置4個非接觸式感知傳感器反射 器件2。當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動時，在點T1 T16處的感知傳感器發(fā)射器件4不旋轉(zhuǎn)，而在 輪緣內(nèi)處于點PI ~ P16處的感知傳感器反射器件2隨著輪緣旋轉(zhuǎn)。其中感知傳感 器反射器件2可以隨著彈性胎受外力的變形而產(chǎn)生徑向位移。這樣，位于點Tl ~ Tl 6處的感知傳感器發(fā)射器件4就可以測出對應(yīng)的感知傳感器反射器件2的徑向 位移，也就可以測出彈性胎在周向變形的位置，從而可以間接的確定出車輪所接 觸的障礙的位置。為導(dǎo)航平臺的導(dǎo)航和定位提供關(guān)于障礙的詳細(xì)信息?；诜墙?觸式溫度傳感器15的溫度感知輪。其工作原理如下如圖l所示，非接觸式溫 度傳感器15安裝在車輪非旋轉(zhuǎn)部分輪臂7的前后兩惻，可以分別探測到輪子前后15cm的物體的溫度。非接觸式溫度傳感器15為紅外溫度傳感器。
權(quán)利要求
1、一種具有非接觸式橫向感知能力的移動機器人車輪，其組成包括感知傳感器反射器件(2)、感知傳感器發(fā)射器件(4)、電機組件(5)、夾持套(6)、輪臂(7)、輪轂(8)、錐形套(10)、彈性輪緣外側(cè)板(13)、彈性輪緣內(nèi)側(cè)板(18)、彈性胎(14)、非接觸式溫度傳感器(15)、支架(20)；其特征是輪臂(7)的下端與夾持套(6)的一側(cè)固定連接，電機組件(5)固定在夾持套(6)內(nèi)，電機組件(5)的輸出軸(19)與輪轂(8)之間由錐形套(10)轉(zhuǎn)動連接，輪轂(8)曲面的外側(cè)固定有彈性輪緣外側(cè)板(13)，輪轂8曲面的內(nèi)側(cè)固定有彈性輪緣內(nèi)側(cè)板(18)，在彈性輪緣外側(cè)板(13)和彈性輪緣內(nèi)側(cè)板(18)之間的輪轂(8)的曲面上固定有彈性胎(14)，彈性胎上中心線的兩側(cè)設(shè)有感知傳感器反射器件(2)，支架(20)的圓心端固定在夾持套(6)上，支架(20)的曲面上設(shè)有感知傳感器發(fā)射器件(4)，非接觸式溫度傳感器(15)固定在輪臂(7)上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有非接觸式橫向感知能力的移動機器人車輪，其特征是所述感知傳感器反射器件(2)呈弧形，圓心設(shè)在中心軸上，感知傳感器發(fā)射器件(4)按照15度布置在直徑上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種具有非接觸式橫向感知能力的移動機器人車輪，其特征是輪轂(8)內(nèi)圓的外側(cè)固定有輪子外側(cè)擋沙板(9),輪轂(8)內(nèi)圓的內(nèi)側(cè)固定有輪子內(nèi)側(cè)擋沙板(3)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種具有非接觸式橫向感知能力的移動機器人車輪，其特征是彈性胎(14)用螺絲固定，360度全周包裹可重構(gòu)輪緣，彈性胎表面開有胎紋。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種具有非接觸式橫向感知能力的移動機器人車輪，其特征是彈性胎(14)用螺絲固定，360度包裹可重構(gòu)輪緣，彈性胎表面開有胎紋。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種具有非接觸式橫向感知能力的移動機器人車輪，其組成包括感知傳感器反射器件(2)、感知傳感器發(fā)射器件(4)、電機組件(5)、夾持套(6)、輪臂(7)、輪轂(8)、錐形套(10)、彈性輪緣外側(cè)板(13)、彈性輪緣內(nèi)側(cè)板(18)、彈性胎(14)、非接觸式溫度傳感器(15)、支架(20)。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，牽引能力提高，改善直線行駛的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)彎性能，增大接觸地面的面積，能適應(yīng)多種環(huán)境，包括一般公路、硬地和沙地環(huán)境；同時具有在沙地環(huán)境中較強的通過能力和較小的轉(zhuǎn)向阻力；并具有對環(huán)境溫度和障礙的感知能力的優(yōu)點。
文檔編號B60B19/00GK101628527SQ20091007264
公開日2010年1月20日 申請日期2009年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月5日
發(fā)明者張振宇, 賀 徐, 欒鈺琨, 武永見, 開 薛, 譚大偉 申請人:哈爾濱工程大學(xué)