專利名稱：拋擲式移動機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種車輪機構(gòu)，以及具有該車輪機構(gòu)的拋擲式移動機器人。該機器人可以通過投擲方式快速部署到危險復(fù)雜區(qū)域，并在人的控制下對目標(biāo)區(qū)域進行偵查、探索。
背景技術(shù)：
拋擲式偵察搜救機器人是ー類適用于反恐、偵察、搜救等領(lǐng)域的專用機器人。其拋擲式的部署方式?jīng)Q定了其被拋出后落地時要承受巨大沖擊，實驗結(jié)果表明8kg的機器人在7m高度拋落時，其質(zhì)心沖擊加速度峰值可高達1500G。如此高的沖擊加速度對拋擲式偵察機器人各部件是ー個巨大挑戰(zhàn)。為了提高機器人的抗沖擊能力，目前各國的研究機構(gòu)設(shè)計的拋擲式機器人較為常見的方法是采用高弾性輪胎和短粗的傳動軸，也有研究機構(gòu)采用彈簧懸掛減震系統(tǒng)來提高機器人抗沖擊能力。由于沖擊力與機器人重量成正比，同樣結(jié)構(gòu)的機器人越輕越其抗沖擊能力越高，故各類型拋擲式機器人都比較小巧。此情況下傳動軸軸徑受限，成為提高機器人抗沖擊能力的ー個瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種解決拋擲式偵察機器人傳動軸軸徑制約的車輪機構(gòu)，以及具有該車輪機構(gòu)的拋擲式移動機器人。本發(fā)明通過如下的技術(shù)方案實現(xiàn)。ー種車輪機構(gòu)，包括輪胎、輪輞、輪輻、輪輻固定環(huán)、輪輻擋片、傳動軸、支撐框和外殼，其中所述外殼具有圓柱形的外表面，所述圓柱形沿著其軸線延伸；所述支撐框固定于所述外殼內(nèi)，所述支撐框上固定有第一軸承與電機，所述第一軸承與所述外殼同軸地安裝；所述傳動軸與所述第一軸承連接，所述傳動軸上安裝有第一齒輪；所述電機的輸出端連接有第二齒輪，所述第二齒輪與所述第一齒輪嚙合；所述輪輻由所述輪輻擋片和所述第一齒輪固定于所述傳動軸上，所述輪輻由所述輪輻固定環(huán)固定于所述輪輞上；所述輪胎固定于所述輪輞上，所述輪輞通過第二軸承套于所述外殼的外表面上。根據(jù)以上技術(shù)方案所述的車輪機構(gòu)，其中所述輪輻為彈性輪輻，能夠適應(yīng)所述輪輞與所述外殼之間相對位置的變化。一種機器人，包括控制元件、通信模塊、傳感器、電源模塊，以及根據(jù)以上任ー項技術(shù)方案所述的車輪機構(gòu)。根據(jù)以上技術(shù)方案所述的機器人，其中所述機器人具有兩個所述車輪機構(gòu)，分別位于外殼的兩端。
一種車輪機構(gòu)的制造方法，包括以下步驟。提供輪胎、輪輞、輪輻、輪輻固定環(huán)、輪輻擋片、傳動軸、支撐框和外売；所述外殼具有圓柱形的外表面，所述圓柱形沿著其軸線延伸；將所述支撐框固定于外殼內(nèi)，將第一軸承與電機固定在所述支撐框上，所述第一軸承與所述外殼同 軸地安裝；將所述傳動軸與所述第一軸承連接，將第一齒輪固定于所述傳動軸上；將第二齒輪與所述電機的輸出端連接，使所述第二齒輪與所述第一齒輪嚙合；將所述輪輻由所述輪輻擋片和第一齒輪固定在傳動軸上，將所述輪輻由所述輪輻固定環(huán)與所述輪輞連接；將所述輪胎固定于所述輪輞上，將所述輪輞通過第二軸承套于所述外殼的外表面上。通過以上技術(shù)方案，使得本發(fā)明的啞鈴狀機器人結(jié)構(gòu)緊湊，簡單，重量輕，不管以何種姿態(tài)拋落碰撞，均是輪胎與障礙物直接接觸。該機器人的輪胎可以迅速更換，在不同條件下使用針對性的輪胎有利于提高機器人工作效率。機器人可以借助專用拋擲工具或由人カ從空中或地面投放到目標(biāo)區(qū)域。進入目標(biāo)區(qū)域后，機器人可通過通信模塊把圖像、聲音等信息傳回控制臺，并在人控制或自主選擇下移動到其它區(qū)域并把該區(qū)域內(nèi)的信息實時傳回控制分析中心。


圖I是根據(jù)本發(fā)明的拋擲式移動機器人示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的拋擲式移動機器人的車輪結(jié)構(gòu)示意圖。其中各附圖標(biāo)記含義如下I.輪胎；2.輪輞；3.輪輻擋環(huán)；4.輪輻固定螺釘；5.輪輻；6.輪輻擋片；7.第一螺母；8.第一軸承I ;9.緊定螺釘；10.外殼；11.支撐框；12.第二軸承；13.第三軸承；14.第ニ螺母；15.傳動軸；16.電機；17.第一齒輪；18.第二齒輪。
具體實施例方式圖I示出的是根據(jù)本發(fā)明的拋擲式移動機器人。該機器人具有外殼、車輪機構(gòu)、通信天線以及用于平衡的尾巴；外殼內(nèi)部有支撐框和固定框架，其中電池的一端、減速電機的一端、第一軸承安裝于支撐框內(nèi)，而電池的另一端、減速電機的另一端、控制通信電路板、傳感器固定于框架上；機身上固定有天線、平衡尾。本發(fā)明的機器人呈啞鈴狀，不管以何種姿態(tài)拋落碰撞，均是輪胎與障礙物直接接觸。該車輪機構(gòu)設(shè)計為輪胎可迅速更換，在不同條件下選擇使用針對性的輪胎有利于機器人越障。機器人可以借助專用拋擲工具或由人力從空中或地面投放到目標(biāo)區(qū)域。進入目標(biāo)區(qū)域后機器人可通過通信模塊把圖像、聲音等信息傳回控制臺，并在人工控制或自主選擇下移動到其它區(qū)域并把該區(qū)域內(nèi)的信息實時傳回控制中心。圖2示出的是圖I中的拋擲式移動機器人的車輪驅(qū)動機構(gòu)，包括輪胎I、輪輞2、輪福5、傳動軸15、第一齒輪16、第二齒輪17,第二軸承12和第三軸承13固定于支撐框11的中心，傳動軸15的一端套于第二軸承12和第三軸承的內(nèi)部，第二螺母14與傳動軸15的此端固定，這樣傳動軸15便可以轉(zhuǎn)動且一端得到定位。減速電機16偏置干支撐框11的內(nèi)，其輸出端與第二齒輪18固定連接，且第一齒輪17和第二齒輪18發(fā)生嚙合。輪輻5通過第ー齒輪17和輪輻擋片6置于傳動軸15上，并通過第一螺母7與傳動軸15 —端的連接把輪輻固定在軸上。通過輪輻擋環(huán)3和輪輻固定螺釘4，輪輻5便與輪輞2的內(nèi)側(cè)連接。輪胎I固定與輪輞2的外側(cè)，輪輞2的內(nèi)側(cè)與第一軸承8外側(cè)相接，而第一軸承8的內(nèi)側(cè)套在外殼10的外側(cè)。同時，支撐框11固定于外殼10內(nèi)，且外殼10的一端的一部分伸入到輪輞2的內(nèi)部，但不與之直接接觸。這樣減速電機16的驅(qū)動下，帶動傳動軸15、輪輞2和輪胎I轉(zhuǎn)動?？蛇x地，第一齒輪17和第二齒輪18還可以用同步帶輪替換，在増加一同步帶基礎(chǔ)上實現(xiàn)驅(qū)動カ的傳遞。第一軸承8除了選用滑動軸承，還可以選用滾動軸承。 輪輻5的材料優(yōu)先選用高彈性的高分子材料。此外，高彈性金屬也可以作為輪輻材料。輪胎I在本實施例中為實體輪胎。該輪胎的直徑是外殼直徑的2倍，此比例下的輪胎的越障能力、抗沖擊能力綜合性能比較理想。該輪胎采用超弾性高分子材料，密度低且具有較大阻尼。輪胎的超弾性特性有利于延長碰撞沖擊時間，減緩沖擊力。此外，超彈性材料在碰撞沖擊下發(fā)生形變，沖擊消失后會恢復(fù)原狀，有著優(yōu)秀的適應(yīng)能力。本實例的機器人有兩個輪胎，位于筒狀外殼兩端，使得機器人呈啞鈴狀，不管以何種姿態(tài)拋落碰撞，均是輪胎與障礙物直接接觸碰撞。碰撞時弾性輪輻可在外力下發(fā)生微小變形，從而輪輞與外殼端面發(fā)生接觸，沖擊カ通過輪胎I、第一軸承或通過輪胎I、輪輞2、傳遞到外殼10上，傳遞給傳動軸15的沖擊カ很小，從而使傳動軸15避免了受損。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種車輪機構(gòu)的制造方法，包括以下步驟。提供輪胎、輪輞、軸承、輪輻、輪輻固定環(huán)、輪輻擋片、傳動軸、齒輪、支撐框和外殼;將所述支撐框固定于外殼內(nèi)，將所述傳動軸與電機由所述支撐框固定；將所述傳動軸的一端與所述第一軸承連接，將所述第一齒輪固定于所述傳動軸上;將所述第二齒輪與所述電機端連接，將所述第二齒輪與所述第一齒輪嚙合；將所述輪輻由所述輪輻擋片和第一齒輪與傳動軸固定，將所述輪輻由輪輻固定環(huán)與所述輪輞連接；將所述輪胎固定于所述輪輞上，將所述輪輞通過第二軸承套于所述外殼一端。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
的ー種，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.ー種車輪機構(gòu)，包括輪胎、輪輞、輪輻、輪輻固定環(huán)、輪輻擋片、傳動軸、支撐框和外殼，其中 所述外殼具有圓柱形的外表面，所述圓柱形沿著其軸線延伸； 所述支撐框固定于所述外殼內(nèi)，所述支撐框上固定有第一軸承與電機，所述第一軸承與所述外殼同軸地安裝； 所述傳動軸與所述第一軸承連接，所述傳動軸上安裝有第一齒輪； 所述電機輸出端連接有第二齒輪，所述第二齒輪與所述第一齒輪嚙合； 所述輪輻由所述輪輻擋片和所述第一齒輪固定于所述傳動軸上，所述輪輻由所述輪輻固定環(huán)固定于所述輪輞上； 所述輪胎固定于所述輪輞上，所述輪輞通過第二軸承套于所述外殼的外表面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的車輪機構(gòu)，其特征在于，所述輪輻為彈性輪輻，能夠適應(yīng)所述輪輞與所述外殼之間相對位置的變化。
3.一種機器人，包括控制元件、通信模塊、傳感器、電源模塊，以及根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的車輪機構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機器人，其特征在于，所述機器人具有兩個所述車輪機構(gòu)，分別位于外殼的兩端。
5.一種車輪機構(gòu)的制造方法，包括以下步驟。
提供輪胎、輪輞、輪輻、輪輻固定環(huán)、輪輻擋片、傳動軸、支撐框和外売；所述外殼具有圓柱形的外表面，所述圓柱形沿著其軸線延伸； 將所述支撐框固定于外殼內(nèi)，將第一軸承與電機固定在所述支撐框上，所述第一軸承與所述外殼同軸地安裝； 將所述傳動軸所述第一軸承連接，將第一齒輪固定于所述傳動軸上； 將第二齒輪與所述電機的輸出端連接，使得所述第二齒輪與所述第一齒輪嚙合；將所述輪輻由所述輪輻擋片和第一齒輪固定在傳動軸上，將所述輪輻由所述輪輻固定環(huán)與所述輪輞連接； 將所述輪胎固定于所述輪輞上，將所述輪輞通過第二軸承套于所述外殼的外表面上。
全文摘要
本發(fā)明提供了能夠避免傳動軸沖擊的車輪機構(gòu)，以及具有該車輪機構(gòu)的拋擲式移動機器人。該機器人車輪機構(gòu)能夠使大部分沖擊力傳遞到外殼，從而避免傳動軸經(jīng)受較大沖擊。機器人兩輪啞鈴式結(jié)構(gòu)使得其以任意姿態(tài)跌落均是輪胎首先與障礙物碰撞。機器人在跌落碰撞時，彈性輪輻發(fā)生變形，使得輪輞與外殼端面接觸，沖擊力繞開傳動軸傳遞，從而避免了傳動軸的沖擊。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，輕巧，抗沖擊能力強，便于手持拋擲，能夠在復(fù)雜環(huán)境下迅速部署。
文檔編號B62D57/02GK102862616SQ201210326460
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月5日
發(fā)明者張融, 高恒瑞, 孫明磊, 徐江平, 唐仕川, 譚繼彬 申請人:北京航空航天大學(xué)