一種被動(dòng)自適應(yīng)履帶可變形搖桿差動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種被動(dòng)自適應(yīng)履帶可變形搖桿差動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)，其特征在于該機(jī)器人平臺(tái)采用模塊化設(shè)計(jì)，包括車體模塊、位于車身兩側(cè)的左、右被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊和左、右旋轉(zhuǎn)支撐模塊以及位于車體后部的差動(dòng)連桿模塊；所述左、右被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊分別通過(guò)左、右旋轉(zhuǎn)支撐模塊和車體模塊相連接，被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊可以繞車體轉(zhuǎn)動(dòng)；所述差動(dòng)連桿模塊安裝在車體后板上，其兩端與左、右被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊相連接；整體機(jī)器人平臺(tái)共有兩條履帶和兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)：左、右被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊上分別安裝有一條履帶，左、右被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊上的履帶分別由一臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，可跨越高于自身高度的障礙，被動(dòng)適應(yīng)地形能力很強(qiáng)。
【專利說(shuō)明】一種被動(dòng)自適應(yīng)履帶可變形搖桿差動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)，具體為一種被動(dòng)自適應(yīng)履帶可變形搖桿差動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人
T D ο
【背景技術(shù)】
[0002]目前，大多數(shù)的履帶移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)采用主動(dòng)自適應(yīng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。這些機(jī)器人關(guān)節(jié)較多，具有較多的自由度，每個(gè)自由度均由一個(gè)專門的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)機(jī)器人在復(fù)雜的路面運(yùn)動(dòng)時(shí)，它們需要通過(guò)傳感設(shè)備不斷地將所檢測(cè)的環(huán)境信息傳給控制系統(tǒng)，然后做出判斷。每個(gè)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的自由度，使移動(dòng)機(jī)構(gòu)改變運(yùn)動(dòng)模式，以適應(yīng)復(fù)雜的路面環(huán)境。因此，主動(dòng)自適應(yīng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)存在以下問(wèn)題:1、運(yùn)動(dòng)姿態(tài)或運(yùn)動(dòng)模式的變化在很大程度上依賴于傳感器所反饋的信號(hào)，對(duì)傳感器的精度要求較高；2、要求電機(jī)和傳感器的數(shù)量較多，控制算法較為復(fù)雜，具有一定程度的控制滯后性。
[0003]基于主動(dòng)自適應(yīng)履帶移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)的諸多缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了被動(dòng)自適應(yīng)履帶可變形搖桿差動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)，該概念已經(jīng)存在，但首次應(yīng)用于履帶式機(jī)器人上，并且技術(shù)路線不同。它有以下三個(gè)特點(diǎn):1、移動(dòng)機(jī)構(gòu)為欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，即機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件數(shù)目小于機(jī)構(gòu)的自由度的數(shù)目；2、將環(huán)境約束力作為對(duì)機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)的一種有效輸入作用力；3、機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)在驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力和環(huán)境約束力的共同作用下，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)復(fù)雜路面的被動(dòng)自適應(yīng)性。被動(dòng)自適應(yīng)履帶可變形搖桿差動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)能夠減小運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)控制系統(tǒng)的依賴，簡(jiǎn)化控制算法，提高電機(jī)的使用率。提高機(jī)器人地形適應(yīng)能力，是當(dāng)今室外機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)主要方向。被動(dòng)自適應(yīng)履帶可變形搖桿差動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)是一個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)，其上可搭載控制系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)和機(jī)械手等，可以實(shí)現(xiàn)許多普通機(jī)器人難以實(shí)現(xiàn)的功能。被動(dòng)自適應(yīng)履帶可變形搖桿差動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)是一個(gè)獨(dú)立的模塊，和其他平臺(tái)之間相互獨(dú)立，便于二次開(kāi)發(fā)和改裝，應(yīng)用范圍很廣。
[0004]被動(dòng)自適應(yīng)履帶可變形搖桿差動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)要解決的實(shí)質(zhì)問(wèn)題是，通過(guò)對(duì)機(jī)器人的工作環(huán)境和要實(shí)現(xiàn)的具體功能等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行綜合性能分析，設(shè)計(jì)出一套最優(yōu)機(jī)械結(jié)構(gòu)，使機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)被動(dòng)地自主改變履帶結(jié)構(gòu)和兩側(cè)履帶模塊相對(duì)車身的轉(zhuǎn)角，以適應(yīng)環(huán)境的變化，增強(qiáng)機(jī)器人的越障能力?，F(xiàn)有的被動(dòng)自適應(yīng)搖桿差動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)主要是中國(guó)礦業(yè)大學(xué)研制的搖桿式履帶礦井救災(zāi)移動(dòng)機(jī)器人，但其存在履帶不可變形，被動(dòng)自適應(yīng)能力較差的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種被動(dòng)自適應(yīng)履帶可變形搖桿差動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)，該平臺(tái)能滿足在野外復(fù)雜環(huán)境下工作的多種要求，能夠?qū)崿F(xiàn)爬坡，跨越壕溝，在非平整地形下實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)前進(jìn)等。在實(shí)現(xiàn)所述功能要求的前提下，本發(fā)明機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易控制，耗能較低等特點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是:設(shè)計(jì)一種被動(dòng)自適應(yīng)履帶可變形搖桿差動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)。該機(jī)器人平臺(tái)采用模塊化設(shè)計(jì)，從整體來(lái)看可分為四部分，即車體模塊、位于車身兩側(cè)的被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊(左、右兩側(cè)被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊結(jié)構(gòu)相同)、支撐被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊繞車體旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)支撐模塊(左、右兩側(cè)旋轉(zhuǎn)支撐模塊結(jié)構(gòu)相同)和位于車體后部的差動(dòng)連桿模塊。左、右兩側(cè)被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊分別通過(guò)左、右兩側(cè)旋轉(zhuǎn)支撐模塊和車體模塊相連接，即被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊可以繞車體模塊轉(zhuǎn)動(dòng)；差動(dòng)連桿模塊安裝在車體后板上，兩端和左、右兩側(cè)被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊相連。整體機(jī)器人平臺(tái)共有兩條履帶和兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī):左、右被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊上分別安裝有一條履帶，左、右被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊上的履帶分別由一臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。
[0007]本發(fā)明機(jī)器人平臺(tái)所述車體模塊包括車體左板、車體上蓋、車體右板、車體底板、車體前板、車體后板，全部零件通過(guò)螺釘相互連接共同組成車體模塊。
[0008]所述被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊主要包括變形履帶系統(tǒng)、復(fù)位系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。所述變形履帶系統(tǒng)主要包括履帶驅(qū)動(dòng)輪、履帶支撐輪、履帶和作為支撐的平面六桿機(jī)構(gòu)；所述平面六桿機(jī)構(gòu)為欠驅(qū)動(dòng)桿機(jī)構(gòu)，包括地面連桿、前部連桿、驅(qū)動(dòng)帶輪支撐連桿、上連桿、后部連桿和機(jī)架，每個(gè)變形履帶系統(tǒng)有兩組這樣的六桿機(jī)構(gòu)，履帶驅(qū)動(dòng)輪和履帶支撐輪裝在這兩組六桿機(jī)構(gòu)上，履帶驅(qū)動(dòng)輪和履帶支撐輪支撐起履帶。機(jī)器人在行進(jìn)的過(guò)程中地面對(duì)機(jī)器人的約束力作為一種外力向六桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行作用。復(fù)位系統(tǒng)主要由復(fù)位彈簧構(gòu)成，其兩端分別固定在上連桿和機(jī)架上。當(dāng)變形履帶系統(tǒng)發(fā)生變形時(shí)，復(fù)位彈簧隨之產(chǎn)生形變從而產(chǎn)生復(fù)位拉力。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由同步帶輪、履帶旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸、履帶同步輪、電機(jī)法蘭、電機(jī)、同步帶構(gòu)成。電機(jī)通過(guò)電機(jī)法蘭固定在車體模塊上，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)同步帶傳遞給固定在履帶旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸上的同步帶輪，從而使履帶旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，履帶旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)固連在其上的履帶同步輪旋轉(zhuǎn)，履帶同步輪通過(guò)同步帶驅(qū)動(dòng)變形履帶系統(tǒng)中的履帶驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)履帶產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。地面對(duì)機(jī)器人的約束力、機(jī)器人履帶的旋轉(zhuǎn)給機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)力和復(fù)位系統(tǒng)彈簧的拉力共同作用使機(jī)器人能被動(dòng)自適應(yīng)非結(jié)構(gòu)環(huán)境下地形的變化。
[0009]所述旋轉(zhuǎn)支撐模塊由空心軸、圓螺母、深溝球軸承、滾針推力軸承組成?？招妮S一端通過(guò)深溝球軸承和圓螺母裝在車體模塊的車體右板上，空心軸另一端通過(guò)深溝球軸承和圓螺母裝在被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊的機(jī)架上。因車體模塊和被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊之間有相對(duì)的轉(zhuǎn)動(dòng)，所以在車體右板和機(jī)架之間裝有滾針推力軸承，這樣就能保證被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊可以繞車體模塊自由旋轉(zhuǎn)。
[0010]所述差動(dòng)連桿模塊主要包括擺桿支座、支座支撐軸、擺桿、上球副、下球副組成。支座支撐軸通過(guò)螺釘固定在車體模塊的車體后板上，擺桿支座通過(guò)一個(gè)深溝球軸承固定在支座支撐軸上，這樣擺桿支座就可以繞車體模塊轉(zhuǎn)動(dòng)。擺桿和擺桿支座固定連接，上球副固定在擺桿上，下球副和被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊的機(jī)架相固定，上球副和下球副通過(guò)連桿相連。差動(dòng)連桿模塊這種機(jī)構(gòu)保證了左、右被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊可以以相同的旋轉(zhuǎn)角度但不同的旋轉(zhuǎn)方向繞著車體模塊旋轉(zhuǎn)。
[0011]本機(jī)器人左、右兩個(gè)旋轉(zhuǎn)支撐模塊分別安裝在機(jī)器人車體模塊的左、右兩側(cè)；左、右兩側(cè)的被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊通過(guò)軸承支撐分別安裝在左、右兩側(cè)的旋轉(zhuǎn)支撐模塊上，并且被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊以旋轉(zhuǎn)支撐模塊的空心軸為軸實(shí)現(xiàn)自由的轉(zhuǎn)動(dòng)；差動(dòng)連接模塊的擺桿通過(guò)軸承支撐安裝在支座支撐軸上，并且以支座支承軸為軸可以實(shí)現(xiàn)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，擺桿的左、右兩端通過(guò)上球副分別和左、右連桿相連，左、右連桿通過(guò)下球副分別和左、右被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊連接；假定當(dāng)左被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊相對(duì)車體模塊順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，其順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)通過(guò)左連桿傳遞使差動(dòng)連接模塊的擺桿的左端向下運(yùn)動(dòng)，因擺桿的中心通過(guò)軸承安裝在車體模塊上，所以擺桿的右端向上運(yùn)動(dòng)，擺桿右端的向上的運(yùn)動(dòng)通過(guò)右連桿傳遞給右被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊，即轉(zhuǎn)化成其相對(duì)車體模塊逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)相同的角度；以此保持機(jī)器人車體模塊的相對(duì)平衡，有效的減小地形變化對(duì)車體模塊的影響。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明機(jī)器人平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制容易，使控制算法大為簡(jiǎn)化。由于特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，本發(fā)明機(jī)器人平臺(tái)可跨越高于自身高度的障礙，在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下被動(dòng)適應(yīng)地形能力很強(qiáng)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明被動(dòng)自適應(yīng)履帶可變形搖桿差動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)一種實(shí)施例的整體立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明被動(dòng)自適應(yīng)履帶可變形搖桿差動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)一種實(shí)施例的整體俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3為本發(fā)明被動(dòng)自適應(yīng)履帶可變形搖桿差動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)一種實(shí)施例的整體主視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖4為本發(fā)明被動(dòng)自適應(yīng)履帶可變形搖桿差動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)一種實(shí)施例的A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖5為本發(fā)明被動(dòng)自適應(yīng)履帶可變形搖桿差動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)一種實(shí)施例的A-A剖面局部I結(jié)構(gòu)放大示意圖。
[0018]圖6為本發(fā)明被動(dòng)自適應(yīng)履帶可變形搖桿差動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)一種實(shí)施例的整體右視結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明。實(shí)施例是以本發(fā)明所述技術(shù)方案為前提進(jìn)行的具體實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和過(guò)程。但本發(fā)明申請(qǐng)的權(quán)利要求保護(hù)范圍不限于所述實(shí)施例的描述范圍。
[0020]本發(fā)明設(shè)計(jì)的被動(dòng)自適應(yīng)履帶可變形搖桿差動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱機(jī)器人平臺(tái)，參見(jiàn)圖1-6)遵循機(jī)器人模塊化設(shè)計(jì)思想，采用模塊化設(shè)計(jì)。本發(fā)明平臺(tái)從整體來(lái)看可分為四部分，即車體模塊1、位于車身兩側(cè)的被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊2 (左、右兩側(cè)被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊結(jié)構(gòu)相同)、支撐被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊2繞車體模塊I旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)支撐模塊3 (左右兩側(cè)旋轉(zhuǎn)支撐模塊結(jié)構(gòu)相同)和位于車身后部的差動(dòng)連桿模塊4。左、右兩側(cè)被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊2分別通過(guò)左、右兩側(cè)旋轉(zhuǎn)支撐模塊3和車體模塊I相連接，被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊2可以繞車體模塊I轉(zhuǎn)動(dòng)；差動(dòng)連桿模塊4安裝在車體模塊I上，兩端和左、右兩側(cè)被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊2相連。整體機(jī)器人平臺(tái)共有兩條履帶和兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī):左、右被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊上分別安裝有一條履帶，左、右被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊上的履帶分別由一臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。
[0021]本發(fā)明機(jī)器人所述車體模塊I包括車體左板11、車體上蓋12、車體右板13、車體底板14、車體前板15和車體后板16，全部零件通過(guò)螺釘相互連接，共同組成車體模塊I (參見(jiàn)圖2和圖4)。
[0022]所述被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊2主要包括變形履帶系統(tǒng)21、復(fù)位系統(tǒng)22、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)23。所述變形履帶系統(tǒng)21主要包括履帶驅(qū)動(dòng)輪215、履帶支撐輪218、履帶219和作為支撐的平面六桿機(jī)構(gòu)；所述平面六桿機(jī)構(gòu)為欠驅(qū)動(dòng)桿機(jī)構(gòu)，還包括地面連桿211、前部連桿212、驅(qū)動(dòng)帶輪支撐連桿213、上連桿214、后部連桿216和機(jī)架217 (參見(jiàn)圖3);每個(gè)變形履帶系統(tǒng)21有兩組這樣的六桿機(jī)構(gòu)，履帶驅(qū)動(dòng)輪215和履帶支撐輪218裝在這兩組六桿機(jī)構(gòu)上，履帶驅(qū)動(dòng)輪215和履帶支撐輪218支撐起履帶219 ;機(jī)器人在行進(jìn)的過(guò)程中地面對(duì)機(jī)器人的約束力作為一種外力向六桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行作用。復(fù)位系統(tǒng)22主要由復(fù)位彈簧221構(gòu)成(參見(jiàn)圖3)，其兩端分別固定在上連桿214和機(jī)架217上；當(dāng)變形履帶系統(tǒng)21發(fā)生變形時(shí)彈簧221隨之產(chǎn)生形變從而產(chǎn)生復(fù)位拉力。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)23主要由同步帶輪231、履帶旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸232、履帶同步輪233、電機(jī)法蘭234、電機(jī)235、同步帶236構(gòu)成(參見(jiàn)圖2、圖4和圖5)。電機(jī)235通過(guò)電機(jī)法蘭234固定在車體模塊I上，電機(jī)235的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)同步帶236傳遞給固定在履帶旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸232上的同步帶輪231，從而使履帶旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸232產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，履帶旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸232帶動(dòng)固連在其上的履帶同步輪233旋轉(zhuǎn),履帶同步輪233通過(guò)同步帶驅(qū)動(dòng)變形履帶系統(tǒng)21中的履帶驅(qū)動(dòng)輪215轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)履帶219產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。地面對(duì)機(jī)器人的約束力、機(jī)器人履帶的旋轉(zhuǎn)給機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)力和復(fù)位系統(tǒng)彈簧的拉力共同作用使機(jī)器人能被動(dòng)自適應(yīng)非結(jié)構(gòu)環(huán)境下地形的變化。
[0023]所述旋轉(zhuǎn)支撐模塊3由空心軸31、車體右板圓螺母32、車體右板深溝球軸承33、滾針推力軸承34、機(jī)架深溝球軸承35、機(jī)架圓螺母36組成(參見(jiàn)圖5)。空心軸31 —端通過(guò)車體板深溝球軸承33和車體板圓螺母32裝在車體模塊I的車體右板13上，另一端通過(guò)機(jī)架深溝球軸承35和機(jī)架圓螺母36裝在被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊2的機(jī)架217上；因車體模塊I和被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊2之間有相對(duì)的轉(zhuǎn)動(dòng)，所以在車體右板13和機(jī)架217之間裝有滾針推力軸承34，這樣就能保證被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊2可以繞車體模塊I自由旋轉(zhuǎn)。
[0024]所述差動(dòng)連桿模塊4主要包括擺桿支座41、支座支撐軸42、擺桿43、上球副44、連桿45和下球副46組成(參見(jiàn)圖6)。支座支撐軸42通過(guò)螺釘固定在車體模塊I的車體后板16上，擺桿支座41通過(guò)一個(gè)深溝球軸承固定在支座支撐軸42上，這樣擺桿支座41就可以繞車體模塊I轉(zhuǎn)動(dòng)；擺桿43和擺桿支座41固定連接，上球副44固定在擺桿43上，下球副46和被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊2的機(jī)架217相固定，上球副44和下球副46通過(guò)連桿45相連。差動(dòng)連桿模塊4這種機(jī)構(gòu)保證了左、右被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊2可以以相同的旋轉(zhuǎn)角度但不同的旋轉(zhuǎn)方向繞著車體模塊I旋轉(zhuǎn)。
[0025]本發(fā)明機(jī)器人左、右兩個(gè)旋轉(zhuǎn)支撐模塊3分別安裝在機(jī)器人車體模塊I的左、右兩側(cè)；左、右兩側(cè)的被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊2通過(guò)軸承支撐分別安裝在左、右兩側(cè)的旋轉(zhuǎn)支撐模塊3上，并且被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊以旋轉(zhuǎn)支撐模塊的空心軸31為軸實(shí)現(xiàn)自由的轉(zhuǎn)動(dòng)；差動(dòng)連接模塊的擺桿43通過(guò)軸承支撐安裝在支座支撐軸42上，并且以支座支撐軸42為軸可以實(shí)現(xiàn)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，擺桿43的左、右兩端通過(guò)上球副44分別和左、右連桿45相連，左、右連桿45通過(guò)下球副46分別和左、右被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊2連接；假定當(dāng)左被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊2相對(duì)車體模塊順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，其順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)通過(guò)左連桿46傳遞使差動(dòng)連接模塊4的擺桿43的左端向下運(yùn)動(dòng)，因擺桿43的中心通過(guò)軸承安裝在車體模塊I上，所以擺桿43的右端向上運(yùn)動(dòng)，擺桿43右端的向上的運(yùn)動(dòng)通過(guò)右連桿45傳遞給右被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊2，即轉(zhuǎn)化成其相對(duì)車體模塊I逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)相同的角度(參見(jiàn)圖6)。如此就可以保持機(jī)器人車體模塊的相對(duì)平衡，有效的減小地形變化對(duì)車體模塊的影響。因此搖桿機(jī)器人具有很強(qiáng)的地形被動(dòng)自適應(yīng)能力、運(yùn)行的平穩(wěn)性、抗顛覆能力和越障能力。
[0026]本發(fā)明機(jī)器人平臺(tái)的工作原理和過(guò)程是:當(dāng)機(jī)器人行駛過(guò)程中，右側(cè)履帶遇到較高障礙物時(shí)，障礙物對(duì)機(jī)器人的阻力作為一種外力對(duì)被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊2的變形履帶系統(tǒng)21的平面六桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行作用；所述平面六桿機(jī)構(gòu)為欠驅(qū)動(dòng)桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)受到障礙物的阻力時(shí)，地面連桿211、前部連桿212、驅(qū)動(dòng)帶輪支撐連桿213、上連桿214和后部連桿216相對(duì)于機(jī)架217的位置發(fā)生變化，使履帶驅(qū)動(dòng)輪215的輪心相對(duì)地面的位置升高；遇到障礙物的右側(cè)被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊2為克服障礙物必定旋轉(zhuǎn)一定角度，此時(shí)差動(dòng)連桿模塊4開(kāi)始起作用，使左側(cè)被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊2以相反的方向旋轉(zhuǎn)相同的角度，從而使機(jī)器人的底盤升高，與履帶驅(qū)動(dòng)輪215的輪心相對(duì)地面的位置升高共同作用，使機(jī)器人能夠越過(guò)高于自身高度的障礙物。復(fù)位彈簧221其兩端分別固定在上連桿214和機(jī)架217上，當(dāng)變形履帶系統(tǒng)21發(fā)生變形時(shí)，復(fù)位彈簧221隨之產(chǎn)生變形，從而產(chǎn)生復(fù)位拉力；障礙物對(duì)機(jī)器人的阻力、由履帶219的旋轉(zhuǎn)而使地面產(chǎn)生給機(jī)器人平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)力和復(fù)位彈簧22的拉力共同作用，使機(jī)器人平臺(tái)能夠減小運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)控制系統(tǒng)的依賴，簡(jiǎn)化控制算法，并提高了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的使用率。
[0027]本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)器人平臺(tái)總重小于35kg、安全系數(shù)設(shè)計(jì)為1.6，該機(jī)器人平臺(tái)越障時(shí)，所述2個(gè)電機(jī)總消耗的最大功率為400W，最大扭矩為14N.m，最大速度1.5m/s，其負(fù)載可達(dá)10kg，續(xù)航可達(dá)3小時(shí),性能優(yōu)良,應(yīng)用范圍非常廣泛。
[0028]本發(fā)明機(jī)器人平臺(tái)具有被動(dòng)自適應(yīng)履帶變形結(jié)構(gòu)，在同樣的非結(jié)構(gòu)環(huán)境下，其越障能力更強(qiáng)，功耗更低。通過(guò)差動(dòng)連桿模塊，如果左側(cè)被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊上升，右側(cè)被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊下降相同的角度，被動(dòng)自適應(yīng)能力強(qiáng)，車體的波動(dòng)小。
[0029]本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種被動(dòng)自適應(yīng)履帶可變形搖桿差動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)，其特征在于該機(jī)器人平臺(tái)采用模塊化設(shè)計(jì)，包括車體模塊、位于車身兩側(cè)的左、右被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊和左、右旋轉(zhuǎn)支撐模塊以及位于車體后部的差動(dòng)連桿模塊；所述左、右被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊分別通過(guò)左、右旋轉(zhuǎn)支撐模塊和車體模塊相連接，被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊可以繞車體轉(zhuǎn)動(dòng)；所述差動(dòng)連桿模塊安裝在車體后板上，其兩端與左、右被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊相連接；整體機(jī)器人平臺(tái)共有兩條履帶和兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī):左、右被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊上分別安裝有一條履帶，左、右被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊上的履帶分別由一臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)； 所述車體模塊包括車體左板、車體上蓋、車體右板、車體底板、車體前板、車體后板，車體全部零件通過(guò)螺釘連接，共同組成車體模塊； 所述左、右被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊結(jié)構(gòu)相同，主要包括變形履帶系統(tǒng)、復(fù)位系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);所述變形履帶系統(tǒng)主要包括履帶驅(qū)動(dòng)輪、履帶支撐輪、履帶和作為支撐的平面六桿機(jī)構(gòu)；所述平面六桿機(jī)構(gòu)為欠驅(qū)動(dòng)桿機(jī)構(gòu)，包括地面連桿、前部連桿、驅(qū)動(dòng)帶輪支撐連桿、上連桿、后部連桿和機(jī)架，每個(gè)變形履帶系統(tǒng)有兩組所述的平面六桿機(jī)構(gòu)，履帶驅(qū)動(dòng)輪和履帶支撐輪安裝在這兩組平面六桿機(jī)構(gòu)上，履帶驅(qū)動(dòng)輪和履帶支撐輪支撐起履帶;機(jī)器人在行進(jìn)的過(guò)程中地面對(duì)機(jī)器人的約束力作為一種外力向六桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行作用；所述復(fù)位系統(tǒng)主要由復(fù)位彈簧構(gòu)成，其兩端分別固定在上連桿和機(jī)架上；當(dāng)變形履帶系統(tǒng)發(fā)生變形時(shí)，復(fù)位彈簧隨之產(chǎn)生形變從而產(chǎn)生復(fù)位拉力；所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由同步帶輪、履帶旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸、履帶同步輪、電機(jī)法蘭、電機(jī)和同步帶構(gòu)成；電機(jī)通過(guò)電機(jī)法蘭固定在車體模塊上，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)同步帶傳遞給固定在履帶旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸上的同步帶輪，從而使履帶旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，履帶旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)固連在其上的履帶同步輪旋轉(zhuǎn)，履帶同步輪通過(guò)同步帶驅(qū)動(dòng)變形履帶系統(tǒng)中的履帶驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)履帶產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng);地面對(duì)機(jī)器人的約束力、機(jī)器人履帶的旋轉(zhuǎn)給機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)力和復(fù)位系統(tǒng)彈簧的拉力共同作用使機(jī)器人能被動(dòng)自適應(yīng)非結(jié)構(gòu)環(huán)境下地形的變化; 所述左、右旋轉(zhuǎn)支撐模塊結(jié)構(gòu)相同，主要由空心軸、圓螺母、深溝球軸承和滾針推力軸承組成；空心軸一端通過(guò)深溝球軸承和圓螺母安裝在車體模塊的車體右板上，空心軸另一端通過(guò)深溝球軸承和圓螺母安裝在被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊的機(jī)架上；滾針推力軸承安裝在車體右板和機(jī)架之間； 所述差動(dòng)連桿模塊主要包括擺桿支座、支座支撐軸、擺桿、上球副和下球副；支座支撐軸通過(guò)螺釘固定在車體模塊的車體后板上，擺桿支座通過(guò)一個(gè)深溝球軸承固定在支座支撐軸上，擺桿支座可以繞車體模塊轉(zhuǎn)動(dòng)；擺桿和擺桿支座固定連接，上球副固定在擺桿上，下球副和被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊的機(jī)架相固定；差動(dòng)連桿模塊這種機(jī)構(gòu)保證了左、右被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊可以以相同的旋轉(zhuǎn)角度但不同的旋轉(zhuǎn)方向繞著車體模塊旋轉(zhuǎn)； 機(jī)器人平臺(tái)左、右都采用搖桿移動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)差動(dòng)機(jī)構(gòu)連接左、右被動(dòng)自適應(yīng)變形履帶模塊與機(jī)器人主車體；差動(dòng)連接機(jī)構(gòu)是搖桿式移動(dòng)機(jī)器人的重要組成部分，它把機(jī)器人左、右搖桿的擺角進(jìn)行線性平均，轉(zhuǎn)化為機(jī)器人主車體擺角輸出，以此保持機(jī)器人主車體的相對(duì)平衡，有效的減小地形變化對(duì)主車體的影響；還可以使得機(jī)器人較為均勻地向各個(gè)車輪分配車體重量，使各車輪能隨著地面的起伏被動(dòng)自由調(diào)整位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的被動(dòng)自適應(yīng)履帶可變形搖桿差動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)，其特征在于該機(jī)器人平臺(tái)總重小于35kg、其負(fù)載可達(dá)10kg，續(xù)航可達(dá)3小時(shí)，安全系數(shù)設(shè)計(jì)為1.6 ；所述電機(jī)總消耗的最大功率為400W,最大扭矩為14N.m,最大速度1.5m/s。
【文檔編號(hào)】B62D55/08GK103879467SQ201410086216
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月11日
【發(fā)明者】張小俊, 張建華, 孫凌宇, 張明路, 邢孟哲, 顧鵬 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)