專利名稱：具有全向緩沖能力的彈簧減振充氣輪的拋投式微小型機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機器人技術(shù)和自動化領(lǐng)域，特別涉及一種具有全向緩沖能力 的彈簧減振充氣輪的拋投式微小型機器人，該機器人通過拋投方式介入特殊 目標(biāo)區(qū)域，著陸后，能夠有效地抗落地過載沖擊并通過自主運動進行現(xiàn)場信 息獲取和重要目標(biāo)監(jiān)視。
背景技術(shù)：
以室內(nèi)、山洞和城區(qū)巷道等特殊區(qū)域的目標(biāo)監(jiān)視、偵察為應(yīng)用背景，要求 機器人體積小、隱蔽性強。同時由于區(qū)域環(huán)境未知，要求機器人具有較強的 環(huán)境適應(yīng)能力，尤其是要具有過硬的抗落地過載沖擊的能力，以保證落地后 機器人功能的完整性。目前，微小型地面機器人由于抗落地過載沖擊的能力 差不能保證落地后機器人功能的完整性，并且還因其體積小、重量輕和電池 容量有限，使得此種微小型地面機器人難以快速進入目標(biāo)區(qū)域和有效完成任 務(wù)。因此需要設(shè)計出一種抗落地過載沖擊的能力強的微小型機器人，以拋投 方式介入特殊目標(biāo)區(qū)域著陸后，能夠有效地抗落地過載沖擊，保證落地后的 機器人的功能完整性，快速進入目標(biāo)區(qū)域和有效完成任務(wù)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種具有全向緩沖能 力的彈簧減振充氣輪的拋投式微小型機器人，以拋投方式介入特殊目標(biāo)區(qū)域 著陸后，能夠有效地抗落地過載沖擊，保證落地后的機器人的功能完整性， 快速進入目標(biāo)區(qū)域和進行現(xiàn)場信息獲取和重要目標(biāo)監(jiān)視。特別適合完成以室 內(nèi)、山洞和城區(qū)巷道等特殊區(qū)域的目標(biāo)監(jiān)視、偵察任務(wù)。為了實現(xiàn)上述目的本發(fā)明采取的技術(shù)方案是 一種具有全向緩沖能力的彈 簧減振充氣輪的拋投式微小型機器人，包括機身、連接在機身兩端的車輪及 設(shè)于機身下方用于平衡的底腳輪;機身上設(shè)有天線、無線攝像頭和傳感模塊， 機身內(nèi)部設(shè)有驅(qū)動兩車輪運動的電機和減速器；車輪為具有全向緩沖能力的彈簧減振充氣式車輪。本發(fā)明采用左右兩車輪驅(qū)動，結(jié)構(gòu)簡單，并增加一 底腳輪作為支撐點，保證了所述機器人姿態(tài)和天線方向。由于本發(fā)明的車輪 結(jié)構(gòu)具備抗落地過載沖擊能力，保證落地后的機器人的功能完整性，使本發(fā) 明所述機器人能夠采用拋投的方式實現(xiàn)快速部署，可靈活、機動、快速的部 署到室內(nèi)、山洞或城區(qū)巷道等一般運載平臺或小型機器人難以到達的特殊區(qū) 域，通過手持式或穿戴式PDA等實時了解其內(nèi)部情況，實現(xiàn)近距離主動探測， 及時準確地獲取現(xiàn)場信息或完成目標(biāo)監(jiān)視；同時可以大面積的拋投布撒，通 過自主運動進行現(xiàn)場監(jiān)視、偵察和核化生探測等任務(wù)。所述具有全向緩沖能力的彈簧減振充氣式車輪，主要包括充氣式輪胎、 設(shè)置在所述車輪輪轂外側(cè)的減振彈簧和減振蓋，減振蓋為弧形網(wǎng)狀蓋或弧 形實體蓋、其底端嵌入并支撐在輪轂上，減振彈簧的一端支撐在輪轂的中 心處、另一端支撐在減振蓋的內(nèi)壁中心處。所述具有全向緩沖能力的彈簧減 振充氣式車輪，主要針對在沖擊環(huán)境下的機械使用，通過輪轂外側(cè)高強度的 減振彈簧、減振蓋來吸收軸向及側(cè)向沖擊能量，通過高彈性充氣式輪胎來吸 收徑向沖擊能量，從而達到減小對傳動軸沖擊的目的，有效保護了電機軸， 進而可靠的實現(xiàn)全向減振、緩沖和保證機器人落地后功能的完整性。 一般情 況下減振蓋為弧形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對于特殊的應(yīng)用場合如草地、泥濘地等采用弧 形實體結(jié)構(gòu)。為了進行特殊區(qū)域的監(jiān)視、偵察，所述傳感模塊是聲音傳感器、光照傳感 器、溫度傳感器、圖像傳感器、距離傳感器或核化生探測傳感器中的一種或 幾種組合。所述電機是微小型無刷直流電機，相應(yīng)的所述減速器是與其相配套的行 星輪減速器。所述無線攝像頭是微小型的CMOS攝像頭或CCD攝像頭。本發(fā)明的有益效果是1) 相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述機器人具有新型的目標(biāo)區(qū)域介入模式通 過拋投的方式快速部署到目標(biāo)區(qū)域，突破了微小型地面機器人工作范圍有限 的缺點；2) 相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述具有全向緩沖能力的彈簧減振充氣式車輪采用全方位的抗過載結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要針對在沖擊環(huán)境下的機械使用，通過輪轂外側(cè)高強度的減振彈簧、減振蓋來吸收軸向及側(cè)向沖擊能量，通過高彈性 充氣式輪胎來吸收徑向沖擊能量，從而達到減小對傳動軸沖擊的目的，有效 保護了電機軸，進而可靠的實現(xiàn)全向減振、緩沖和保證機器人落地后功能的 完整性；采用左右兩車輪驅(qū)動，機構(gòu)簡單且成本低廉，具有在目標(biāo)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場快速的信息反饋、監(jiān)視、偵察功能；3)本發(fā)明所述機器人根據(jù)作業(yè)任務(wù)的需要，機器人可以攜帶成像、聲、 核化生等傳感器，進行目標(biāo)區(qū)域的信息偵察、核化生探測等任務(wù)。因此，本發(fā)明以拋投方式介入特殊目標(biāo)區(qū)域著陸后，能夠有效地抗落地 過載沖擊，保證落地后的機器人的功能完整性，快速進入目標(biāo)區(qū)域和進行現(xiàn) 場信息獲取和重要目標(biāo)監(jiān)視。特別適合完成以室內(nèi)、山洞和城區(qū)巷道等特殊 區(qū)域的目標(biāo)監(jiān)視、偵察任務(wù)。


圖1是本發(fā)明所述的拋投式微小型機器人的立體圖； 圖2是本發(fā)明所述的拋投式微小型機器人的主視圖； 圖3a是本發(fā)明所述的車輪的立體圖； 圖3b是本發(fā)明所述的車輪的A-A剖視圖； 圖4是本發(fā)明所述的拋投式微小型機器人的使用狀態(tài)圖。 圖中l(wèi)充氣式輪胎、2輪轂、3減振蓋、4減振彈簧、5外殼蓋、6傳動 軸、7卡環(huán)、8電機軸、9軸承、IO電機固定支架，20具有全向緩沖能力的彈 簧減振充氣輪的拋投式微小型機器人、21車輪、22天線、23機身、24無線 攝像頭、25底腳輪、26傳感模塊。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不作為對本發(fā)明 的限定。如圖1-2及4所示的一種具有全向緩沖能力的彈簧減振充氣輪的拋投式微 小型機器人20，包括機身23、連接在機身23兩端的具有全向緩沖能力的彈 簧減振充氣式車輪21及設(shè)于機身23下方用于平衡的底腳輪25。具有全向緩 沖能力的彈簧減振充氣輪的拋投式微小型機器人20采用左右兩車輪21驅(qū)動，結(jié)構(gòu)簡單，并增加一底腳輪25作為支撐點，保證了所述機器人姿態(tài)和天線22 方向。
如圖1-2及4所示，機身23上設(shè)有天線22、無線攝像頭24和傳感模塊 26。為了進行特殊區(qū)域的監(jiān)視、偵察，可根據(jù)任務(wù)要求進行配置傳感器，所 述傳感模塊26是聲音傳感器、光照傳感器、溫度傳感器、圖像傳感器、距離 傳感器或核化生探測傳感器中的一種或幾種組合。所述聲音傳感器采用，微 型麥克所述溫度傳感器采用紅外熱釋電傳感器，所述距離傳感器采用紅外測 距傳感器。信息主要是采集聲音和圖像信息，通過無線攝像頭24和微型麥克 實現(xiàn)。所述無線攝像頭24是微小型的CM0S攝像頭或CCD攝像頭。由于CMOS 攝像頭較CCD攝像頭體積小、功耗低，對紅外和近紅外光敏感，該機器人優(yōu) 先采用一個CMOS攝像頭，獲得的圖像通過面積為一平方英寸的天線22發(fā)射， 頻率為915MHz，傳輸距離為1000英尺。為了適應(yīng)微小型化的要求，傳感模塊 26均藏于機身23內(nèi)，通過專用窗口進行傳感檢測。其中，CMOS攝像頭可以 根據(jù)需要加裝云臺。微型麥克和CMOS獲取的聲像信息通過天線22進行反饋。 進而完成特殊區(qū)域的信息獲取、重要目標(biāo)監(jiān)視和核化生探測等。
機身23內(nèi)部設(shè)有驅(qū)動兩車輪21運動的電機和減速器(圖中未示出)。 所述電機是微小型無刷直流電機，相應(yīng)的所述減速器是與其相配套的行星輪 減速器，重量共為17g，總體尺寸為4)13X43. lmm。由于該機器人負載少，所 需驅(qū)動力矩較小，通過減速比為67:1的行星輪減速器即可達到減速增矩的工 作要求。
如圖3b所示，具有全向緩沖能力的彈簧減振充氣式車輪21的傳動系統(tǒng) 設(shè)置在外殼蓋5內(nèi)，其中電機設(shè)置在電機固定支架10上，電機軸8與傳動 軸6相連，傳動軸6通過軸承9支撐，軸承9外側(cè)設(shè)有定位卡環(huán)7。輪轂2 套接在傳動軸6上，輪轂2外部套接有充氣式輪胎1。
如圖3a所示具有全向緩沖能力的彈簧減振充氣式車輪21，主要包括充氣 式輪胎1、設(shè)置在所述車輪21輪轂2外側(cè)的減振彈簧4和減振蓋3。減振 蓋3為弧形網(wǎng)狀蓋或弧形實體蓋，其底端嵌入并支撐在輪轂2上。減振彈 簧4的一端支撐在輪轂2的中心處、另一端支撐在減振蓋3的內(nèi)壁中心處。 根據(jù)所述機器人的具有全向緩沖能力的彈簧減振充氣式車輪21中各部件的結(jié) 構(gòu)和材料性能確定其所能承受的安全載荷、安全彎矩和扭矩；并根據(jù)具體的使用情況，確定機器人或機身在落地或撞擊時所受沖擊載荷的范圍，并將其 分解為軸向與徑向沖擊載荷。
其中，減振彈簧4的強度及彈性系數(shù)根據(jù)所受沖擊載荷的范圍，輸出、輸 入軸所能承受的安全載荷等決定。
一般情況下減振蓋3為弧型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(圖
3a、 3b)，對于特殊的應(yīng)用場合如草地、泥濘地等減振蓋3設(shè)計成弧形實體結(jié) 構(gòu)(圖中未示出)。減振蓋3嵌入輪轂2的尺寸根據(jù)減振彈簧4的壓縮程度及 輪轂2的尺寸而定。另外所述車輪21還配備安裝有高彈性、高摩擦系數(shù)的充 氣式輪胎1。充氣式輪胎1主要成分為天然橡膠，其表面設(shè)制具有一定緩沖能 力的彈性胎紋。所述具有全向緩沖能力的彈簧減振充氣式車輪21采用全方位 的抗過載結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要針對在沖擊環(huán)境下的機械使用，通過輪轂2外側(cè)高 強度的減振彈簧4、減振蓋3來吸收軸向及側(cè)向沖擊能量，通過高彈性充氣式 輪胎1來吸收徑向沖擊能量，從而達到減小對傳動軸沖擊的目的，有效保護 了電機軸，進而可靠的實現(xiàn)全向減振、緩沖和保證機器人落地后功能的完整 性。同時，為通過拋投的方式實現(xiàn)快速部署提供了前提條件。
本發(fā)明以拋投方式介入特殊目標(biāo)區(qū)域著陸后，能夠有效地抗落地過載沖 擊，保證落地后的機器人的功能完整性，快速進入目標(biāo)區(qū)域和進行現(xiàn)場信息 獲取和重要目標(biāo)監(jiān)視。特別適合完成以室內(nèi)、山洞和城區(qū)巷道等特殊區(qū)域的 目標(biāo)監(jiān)視、偵察任務(wù)。
以上所述的實施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體實施方式
的一種，本領(lǐng)域 的技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)進行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā) 明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有全向緩沖能力的彈簧減振充氣輪的拋投式微小型機器人，其特征在于包括機身、連接在機身兩端的車輪及設(shè)于機身下方用于平衡的底腳輪；機身上設(shè)有天線、無線攝像頭和傳感模塊，機身內(nèi)部設(shè)有驅(qū)動兩車輪運動的電機和減速器；車輪為具有全向緩沖能力的彈簧減振充氣式車輪。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋投式微小型機器人，其特征在于所述具有全向緩沖能力的彈簧減振充氣式車輪，主要包括充氣式輪胎、設(shè)置在所述 車輪輪轂外側(cè)的減振彈簧和減振蓋，減振蓋為弧形網(wǎng)狀蓋或弧形實體蓋、 其底端嵌入并支撐在輪轂上，減振彈簧的一端支撐在輪轂的中心處、另一 端支撐在減振蓋的內(nèi)壁中心處。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的拋投式微小型機器人，其特征在于所述傳感模塊是聲音傳感器、光照傳感器、溫度傳感器、圖像傳感器、距離傳感 器或核化生探測傳感器中的一種或幾種組合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的拋投式微小型機器人，其特征在于所述電機是微小型無刷直流電機，相應(yīng)的所述減速器是與其相配套的行星輪減速器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的拋投式微小型機器人，其特征在于所述無線 攝像頭是微小型的CMOS攝像頭或CCD攝像頭。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有全向緩沖能力的彈簧減振充氣輪的拋投式微小型機器人，包括機身、連接在機身兩端的車輪及設(shè)于機身下方用于平衡的底腳輪；機身上設(shè)有天線、無線攝像頭和傳感模塊，機身內(nèi)部設(shè)有驅(qū)動兩車輪運動的電機和減速器；車輪為具有全向緩沖能力的彈簧減振充氣式車輪。本發(fā)明以拋投方式介入特殊目標(biāo)區(qū)域著陸后，能夠有效地抗落地過載沖擊，保證落地后的機器人的功能完整性，快速進入目標(biāo)區(qū)域和進行現(xiàn)場信息獲取和重要目標(biāo)監(jiān)視。特別適合完成以室內(nèi)、山洞和城區(qū)巷道等特殊區(qū)域的目標(biāo)監(jiān)視、偵察任務(wù)。
文檔編號B62D57/00GK101402198SQ20081022456
公開日2009年4月8日 申請日期2008年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月20日
發(fā)明者劉雅芳, 李科杰, 桑文華, 強 黃, 黃遠燦 申請人:北京理工大學(xué)