室內外移動的陪伴型機器人的制作方法

本實用新型屬于機器人的運動技術領域，特別是涉及一種室內外移動的陪伴型機器人。

背景技術：

陪伴型機器人由于無法適應室外移動需求，因此只能以室內使用為出發點來設計，整體功能有限，基本處于玩具狀態，其功能也大多可以用一臺智能手機完成。但隨著網絡對人類工作生活的聯系越來越緊密，單純的手持設備將難以承載越來越復雜多樣的需求，因此陪伴型機器人終將升級為“伙伴”型機器人。

技術實現要素：

本實用新型為克服現有技術中存在的技術問題而提供室內外移動的陪伴型機器人，該室內外移動的陪伴型機器人可以適應室內運動、室外運動和爬樓梯等環境。

一種室內外移動的陪伴型機器人，包括底盤，底盤的左右兩側分別安裝有驅動輪，每個驅動輪分別與一個主驅動裝置傳動連接，底盤的前側和后側分別設置有甲類支撐輪，底盤上還安裝有四個履帶前進裝置，履帶前進裝置包括一條履帶，每條履帶運行所在平面與驅動輪旋轉平面平行或一致，每條履帶分別與各自的履帶驅動裝置連接，在每一側的驅動輪的前方和后方分別設置一條履帶，履帶前進裝置通過履帶收放裝置與底盤連接，履帶收放裝置用于使得履帶前進裝置在與地面接觸并使得機器人通過履帶前進裝置前進的狀態和使得履帶前進裝置脫離地面并使得機器人通過驅動輪前進的狀態之間切換。

通過設置履帶，可以利用履帶的抓地力強和接觸地面面積大的優點，適合在有樓梯的環境下或的地面凹凸不平的環境中行走，從而擴展了機器人的移動能力。當在室內進行運動的時候，又可以通過履帶收放裝置將履帶前進裝置收起，只利用驅動輪進行移動并輔以甲類輔助輪進行輔助支撐，避免機器人傾倒。從而大幅度的減少了機器人的占地面積，可以適應室內的空間狹小的特點。

而且，將同一側的履帶分成兩段，在收起的時候，所占用的高度較小，也避免了對機器人其他結構的干擾。

優選的技術方案，其附加特征在于：底盤的前側和后側通過合頁樞接有可轉動支架，可轉動支架上安裝有甲類支撐輪，可轉動支架用于當履帶與地面接觸時，甲類支撐輪與地面脫離；且用于履帶前進裝置完全收起時，甲類支撐輪與地面接觸。

通過設置可轉動支架，可以在履帶與地面接觸時，將甲類支撐輪與地面完全脫離，完全利用履帶著地，從而充分的保證了履帶的抓地力。而當履帶脫離地面時，僅僅依靠兩個驅動輪，難以完全確保穩定，可以利用甲類支撐輪進行輔助支撐。

進一步優選的技術方案，其附加特征在于：履帶前進裝置包括履帶支架，履帶支架上通過負重輪軸轉動安裝有負重輪，履帶支架上還安裝有履帶驅動電機，履帶驅動電機連接有減速箱，減速箱的出口設置有主動輪，履帶繞過主動輪和負重輪，主動輪用于帶動履帶運動。

通過設置負重輪和履帶，可以提高了爬坡環境下的抓地力，而主動輪可以使得每個履帶前進裝置均能夠獨立控制，以充分利用上樓梯時通過履帶前進裝置壓在樓梯上的壓力而帶動陪伴型機器人上樓梯。

進一步優選的技術方案，其附加特征在于：可轉動支架上還安裝有金屬支撐桿，金屬支撐桿與舵機的輸出端連接，舵機安裝在舵機轉動支架的一端，舵機轉動支架的另一端安裝有乙類支撐輪。

通過金屬支撐桿上的舵機，控制乙類支撐輪是否伸出，可以在利用兩輪驅動陪伴型機器人的情況下，使乙類支撐輪中的一者著地與驅動輪著地，從而形成三點支撐結構，以保證機器人在地面以較高速度行走的時候，能夠穩定的運行。

再進一步優選的技術方案，其附加特征在于：舵機轉動支架上還設置有反向支架，反向支架用于限制舵機將舵機轉動支架相對于金屬支撐桿打開時的打開角度。

通過設置反向支架來限制舵機轉動支架的打開角度，可以利用反向支架來承擔乙類支撐輪所受的壓力，避免將較大的力矩傳遞到舵機上而造成舵機的損壞。

優選的技術方案，其附加特征在于：履帶收放裝置包括電動推桿，電動推桿的一端樞接在電動推桿安裝架上，電動推桿安裝架安裝在底盤上，電動推桿與履帶前進裝置樞接。

通過電動推桿實現履帶前進裝置的收放，不但可以精確的調節履帶前進裝置的收放角度，而且，電動推桿、履帶前進裝置、底盤(電動推桿安裝架固定安裝在底盤上，故可以視為底盤的一部分)之間可以視為一個一桿可以伸縮的三桿機構，電動推桿具有自鎖的功能，在利用履帶前進的時候，可以保證履帶前進裝置的位置的穩定。

優選的技術方案，其附加特征在于：底盤上安裝有軸承座甲，軸承座甲上轉動安裝有主驅動輪軸，主驅動輪軸的一端連接有驅動輪，主驅動輪軸的另一端通過聯軸器甲連接有主驅動電機。

通過設置軸承座甲以承擔驅動輪的重量，提高了軸的使用壽命。

優選的技術方案，其附加特征在于：底盤上還安裝有紅外測距模塊。

通過設置紅外測距模塊，可以測量陪伴型機器人的周邊是否具有臺階、裂縫等，以便于采取相應的措施，避免陪伴型機器人損壞。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例1的室內外移動的陪伴型機器人的結構示意圖；

圖2是實施例1中的底盤的主視圖；

圖3是實施例1中的底盤的俯視圖；

圖4是實施例1中的底盤的側視圖；

圖5是實施例1中的履帶前進裝置的結構示意圖；

圖6是實施例1中的快速移動支撐裝置在兩個狀態下轉換的示意圖；

圖7是圖1的左視圖；

圖8是實施例1在電動推桿完全推出的狀態下的示意圖；

圖9實施例1在電動推桿部分推出狀態下的示意圖。

具體實施方式

為能進一步了解本實用新型的發明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并詳細說明如下：

實施例1：

圖1是本實用新型實施例1的室內外移動的陪伴型機器人的結構示意圖；圖2是實施例1中的底盤的主視圖；圖3是實施例1中的底盤的俯視圖；圖4是實施例1中的底盤的側視圖；圖5是實施例1中的履帶前進裝置的結構示意圖；圖6是實施例1中的快速移動支撐裝置在兩個狀態下轉換的示意圖；圖7是圖1的左視圖；圖8是實施例1在電動推桿完全推出的狀態下的示意圖；圖9實施例1在電動推桿部分推出狀態下的示意圖。圖中，各個附圖標記表示的含義如下；1、底盤；2、軸承座甲；3、聯軸器甲；4、主驅動電機；5、紅外測距模塊；6、主驅動輪；7、可轉動支架；8、甲類萬向輪；10、合頁；11、履帶支架；12、負重輪；13、負重輪軸；14、履帶；15、主動輪；16、履帶驅動電機；21、金屬支撐桿；22、舵機轉動支架；23、乙類萬向輪；24、反向支架；25、舵機；32、豎直支架；33、角碼；34、電動推桿支架；35、電動推桿；36、軸承座乙。

一種室內外移動的陪伴型機器人，包括底盤1，底盤1的左右兩側分別安裝有驅動輪，每個驅動輪分別與一個主驅動裝置傳動連接，底盤1的前側和后側分別設置有甲類支撐輪，底盤1上還安裝有四個履帶14前進裝置，履帶14前進裝置包括一條履帶14，每條履帶14運行所在平面與驅動輪旋轉平面平行或一致，每條履帶14分別與各自的履帶14驅動裝置連接，在每一側的驅動輪的前方和后方分別設置一條履帶14，履帶14前進裝置通過履帶14收放裝置與底盤1連接，履帶14收放裝置用于使得履帶14前進裝置在與地面接觸并使得機器人通過履帶14前進裝置前進的狀態和使得履帶14前進裝置脫離地面并使得機器人通過驅動輪前進的狀態之間切換。

通過設置履帶14，可以利用履帶14的抓地力強和接觸地面面積大的優點，適合在有樓梯的環境下或的地面凹凸不平的環境中行走，從而擴展了機器人的移動能力。當在室內進行運動的時候，又可以通過履帶14收放裝置將履帶14前進裝置收起，只利用驅動輪進行移動并輔以甲類輔助輪進行輔助支撐，避免機器人傾倒。從而大幅度的減少了機器人的占地面積，可以適應室內的空間狹小的特點。

而且，將同一側的履帶14分成兩段，在收起的時候，所占用的高度較小，也避免了對機器人其他結構的干擾。

優選的，底盤1上安裝有軸承座甲2，軸承座甲2上轉動安裝有主驅動輪軸，主驅動輪軸的一端連接有驅動輪，主驅動輪軸的另一端通過聯軸器甲3連接有主驅動電機4。

通過設置軸承座甲2以承擔驅動輪的重量，提高了軸的使用壽命。

具體說來，底盤1包括底盤1安裝面板，底盤1安裝面板可由五塊金屬板組成。中間一塊用于安裝主驅動電機4的支架和軸承座甲2。兩側的L形金屬板作為延伸，以上三塊金屬板再以兩塊橫向金屬板連接在一起，以螺栓互相固定住。

每根主驅動輪軸由兩個軸承支撐。軸承直接通過螺絲卡在軸承座甲2上。軸承座甲2通過螺絲固定到安裝面板上。

聯軸器甲3，通過頂絲擰緊卡住主驅動電機4的轉動軸和驅動輪軸。具體可以選用梅花聯軸器甲3，適當增加緩沖以免損壞輪軸、聯軸器甲3或主驅動電機4。

主驅動電機4可選用步進電機或者大扭矩減速電機配合測速碼盤使用。步進電機扭矩相對較小，但是控制精確，考慮到機器人的重量及需要一定的移動速度，為保證足夠的驅動力，步進電機優先選擇其中扭矩較大的型號。減速電機扭矩大，但是控制微小移動相對較為復雜。使用步進電機時，驅動輪的制動可通過本身的電磁制動，即通電狀態下，不發送轉動信號。或使用帶自鎖功能的減速電機。對制動要求高時可另外安裝剎車裝置，如電磁抱閘，剎車片等。

每個主驅動輪6可以使用免充氣輪胎的輪子。兩個輪子可以獨立轉動，通過不同速度不同方向可以使機器人靈活地移動或轉動。

優選的，底盤1上還安裝有紅外測距模塊5。

通過設置紅外測距模塊5，可以測量陪伴型機器人的周邊是否具有臺階、裂縫等，以便于采取相應的措施，避免陪伴型機器人損壞。

具體的，紅外測距模塊5共四個，安裝在塑料支架上，再通過螺絲安裝到安裝面板上。呈一個傾斜角度指向輪子前后的地面，通過測量距離變化判斷是否有臺階，裂縫等。

優選的，底盤1的前側和后側通過合頁10樞接有可轉動支架7，可轉動支架7上安裝有甲類支撐輪，可轉動支架7用于當履帶14與地面接觸時，甲類支撐輪與地面脫離；且用于履帶14前進裝置完全收起時，甲類支撐輪與地面接觸。

通過設置可轉動支架7，可以在履帶14與地面接觸時，將甲類支撐輪與地面完全脫離，完全利用履帶14著地，從而充分的保證了履帶14的抓地力。而當履帶14脫離地面時，僅僅依靠兩個驅動輪，難以完全確保穩定，可以利用甲類支撐輪進行輔助支撐。

具體的，可轉動支架7，前后各一個，用合頁10和螺絲連接到底盤1安裝面板上。該支架可上下轉動，用于進一步安裝履帶14的支架。

甲類支撐輪為甲類萬向輪8，用于支撐底盤1。通過螺絲直接固定在可轉動支架7上，可隨著支架轉動向底盤1內部收起。而且在陪伴型機器人轉動的時候，在地面的摩擦力的作用下，萬向輪相對于主驅動輪軸的角度也可以發生改變，減少了轉動的阻力。

進一步優選的，履帶14前進裝置包括履帶支架11，履帶支架11上通過負重輪軸13轉動安裝有負重輪12，履帶支架11上還安裝有履帶驅動電機16，履帶驅動電機16連接有減速箱，減速箱的出口設置有主動輪15，履帶14繞過主動輪15和負重輪12，主動輪15用于帶動履帶14運動。

通過設置負重輪12和履帶14，可以提高了爬坡環境下的抓地力，而主動輪15可以使得每個履帶14前進裝置均能夠獨立控制，以充分利用上樓梯時通過履帶14前進裝置壓在樓梯上的壓力而帶動陪伴型機器人上樓梯。

履帶支架11，由三部分組成。中間為主體，頭部一段斜向上，用于使履帶14的頭部略微向上傾斜，可以越過一些較小的障礙。中間一段具有豎直安裝板，可以安裝履帶驅動電機16和主動輪15。三部分固定連接，具體說來可以以螺絲互相連接或焊接。

圖中的負重輪12僅僅是示意性的表示，實際上負重輪12的直徑和數量并不一定和圖示完全相同。

負重輪軸13，可以通過軸承連接到履帶支架11上，軸承固定安裝在履帶支架上。

由于要在臺階上承受機器人的重量，履帶14要非常堅固且具有良好的摩擦力。

主動輪15通過第二聯軸器連接到減速箱的轉動軸上。主動輪15的轉動帶動整個履帶14的轉動。

履帶驅動電機16和減速箱，通過金屬支架連接到履帶支架11上，以螺絲固定。由于機器人重量不低，履帶14的轉動速度可以先不要求太高，但電機及減速箱的配套需要優先考慮配置較大的扭矩，才能在臺階上使得機器人前行。

在平地移動時，特別是室內移動時，履帶14長度太大，過于占用空間，摩擦過大，轉向也不靈活，較小的空間內則幾乎不能轉向，且負擔大，因此平地移動時應當驅動輪方式移動，履帶14需要被收起來。考慮到爬樓梯的需要，60厘米為最小長度，實際中應當有70厘米左右，這樣的長度即便完全豎立也依然過大，對機器人其他結構容易造成干擾。作為一個整體的重量也會比較大，用于收起履帶14的電動推桿35也需要更大的拉力。最終考慮為將履帶14分為前后兩段，兩側共四段，每段35厘米以上，不超過45厘米。前面的兩段履帶14的支架可以固定在一起，后面的兩段履帶14的支架也固定在一起。

進一步優選的，可轉動支架7上還安裝有金屬支撐桿21，金屬支撐桿21與舵機25的輸出端連接，舵機25安裝在舵機轉動支架22的一端，舵機轉動支架22的另一端安裝有乙類支撐輪。

通過金屬支撐桿21上的舵機25，控制乙類支撐輪是否伸出，可以在利用兩輪驅動陪伴型機器人的情況下，使乙類支撐輪中的一者著地與驅動輪著地，從而形成三點支撐結構，以保證機器人在地面以較高速度行走的時候，能夠穩定的運行。

其中，金屬支撐桿21可以通過螺絲直接固定到底盤1的可轉動支架7上。舵機轉動支架22，一端通過法蘭盤固定在舵機25的輸出軸上，可以用舵機25控制轉動，另一端用安裝乙類萬向輪23。

乙類支撐輪為乙類萬向輪23，由于是傾斜角度時，萬向輪的輪子就要接觸到地面，因此萬向輪本身的連接桿和舵機轉動支架22的總長度要比較長，且都要比較堅固。

舵機25，由于都是金屬結構，因此需要大扭矩舵機25，如MG996R舵機25。

再進一步優選的，舵機轉動支架上還設置有反向支架24，反向支架24用于限制舵機25將舵機轉動支架22相對于金屬支撐桿21打開時的打開角度。

通過設置反向支架24來限制舵機轉動支架22的打開角度，可以利用反向支架24來承擔乙類支撐輪所受的壓力，避免將較大的力矩傳遞到舵機25上而造成舵機25的損壞。

反向支架24，通過螺絲固定在舵機轉動支架22上，萬向輪向前伸出時，反向支架24則向后轉動，轉動到位后，反向支架24上通過螺絲固定的橡膠墊則壓在金屬支撐桿21上。此時即使機器人向該萬向輪上施加壓力，其展開角度也被限制住，不會對舵機25造成損壞。

優選的，履帶14收放裝置包括電動推桿35，電動推桿35的一端樞接在電動推桿35安裝架上，電動推桿35安裝架安裝在底盤1上，電動推桿35還與履帶14前進裝置樞接。

通過電動推桿35實現履帶14前進裝置的收放，不但可以精確的調節履帶14前進裝置的收放角度，而且，電動推桿35、履帶14前進裝置、底盤1(電動推桿35安裝架固定安裝在底盤1上，故可以視為底盤1的一部分)之間可以視為一個一桿可以伸縮的三桿機構，電動推桿35具有自鎖的功能，在利用履帶14前進的時候，可以保證履帶14前進裝置的位置的穩定。

電動推桿35安裝架包括：豎直支架32、角碼33、電動推桿35，

豎直支架32通過角碼33和螺絲固定到底盤1安裝面板上。角碼33，左右各一個，保持豎直支架32的穩定。電動推桿支架34安裝在豎直支架32的頂部，內有插銷，可作為軸穿過電動推桿35固定端的安裝孔。

電動推桿35，由于上下臺階時，推桿需要承受很大的重量，而電動推桿35速度越大力量越小，相對而言優先考慮力量。兩個電動推桿35獨立控制。

軸承座乙36，用于固定電動推桿35活動端，由于這一端的轉動量較多，最好使用軸承以防磨損。兩個并排使用，活動端的安裝孔置于中間，以一根較短的軸穿過所有的孔，并以卡位軸套卡住軸，防止軸移出。

本實施例的動作原理如下：

在平地上移動時，履帶14前進裝置收起，依靠是左右兩個主驅動輪6分別轉動，前后輔以甲類萬向輪8作為支撐。在履帶14收起的情況下，整體占地面積也不宜太大，大體應當和一個成人所占用的面積相當。主驅動輪6不宜過小，否則移動速度太慢，且過于貼近地面，不適宜室外移動。也不宜過大，會占用過大的空間，抬高重心。由于驅動輪的尺寸不會太小，前后的輔助萬向輪基本上會是底盤1上向地面的一個較大的凸起物，在上下臺階或其他較特殊的地面狀況時，容易圍成影響移動的障礙，可設計成類似飛機起落架那樣可以收起的結構。結合履帶14收放裝置，可將兩者結合，將甲類萬向輪8固定在履帶支架11上。履帶14前進裝置收起時，甲類萬向輪8指向地面，可以作為支撐。履帶14前進裝置推出時，甲類萬向輪8向底盤1中間收起，不會對移動造成障礙。主驅動輪6需要有測距模塊輔助，隨時知道前方是否有臺階裂縫等，防止跌落或卡住。

由于當履帶14前進裝置收起時，整體占地面積不能太大，因此前后的輔助萬向輪自然安裝的離底盤1中心較近。在陪伴型機器人低速移動時問題不大。但在室外運動時速度較大，如達到用戶快步走的速度時，重心高且甲類萬向輪8離中心近，則易發生翻到的情況。因此還需增加其他輔助結構，使得機器人可以較快移動的同時保持平穩。所以在可轉動支架7上，增加一個金屬支撐桿21，通過一個大扭矩舵機25控制一個乙類萬向輪23。當低速移動時，萬向輪通過舵機25折疊在金屬支撐桿21上，不會造成干擾。當速度較快時，則通過舵機25將乙類萬向輪23展開，然后將履帶14推出一定角度(如45°，若完全推出則履帶14會接觸地面)，此時履帶14未接觸地面，而乙類萬向輪23則接觸地面作為支撐。由于在快速移動中，單純依靠舵機25穩定幾乎是不可能的，也極易損壞舵機25，因此當萬向輪展開后，舵機25本身的轉動支架要緊壓在反向支架24上，中間設置橡膠墊作為緩沖，此時乙類萬向輪23的壓力由反向支架24承受而非舵機25來承受。此時由于乙類萬向輪23的觸地點離機器人重心較遠，機器人前后方向的穩定性大大提高。電動推桿35的推力較大，可靠性較高，可以僅通過啟動時間來推算兩側支架的張開角度，如要求較高則可另加光電開關或霍爾開關來定位。

盡管上面結合附圖對本實用新型的優選實施例進行了描述，但是本實用新型并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領域的普通技術人員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可以作出很多形式，例如：①驅動電機和舵機還可以根據實際需要選擇其他的型號。這些均屬于本實用新型的保護范圍之內。