CN102248970B - 主臂伸缩可变构型式越障机构 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供主臂伸缩可变构型式越障机构，包括主臂、行星轮、主臂驱动电机、辅助臂、辅助支撑轮、辅助臂驱动电机、第一驱动轮、第二驱动轮、第一驱动轮驱动电机、履带、履带架，行星轮安装在主臂上，主臂通过主臂驱动电机连接履带架，第一驱动轮、第二驱动轮安装在履带架的两端，辅助支撑轮安装在辅助臂上，辅助臂通过辅助臂驱动电机连接履带架，辅助臂驱动电机还连接第二驱动轮，第一驱动轮驱动电机连接第一驱动轮，履带缠在行星轮、第一驱动轮和第二驱动轮上。本发明通过不同控制模块的植入可以实现不同的功能应用，可开发性高、应用前景广阔。

Description

主臂伸缩可变构型式越障机构

技术领域

本发明涉及的是一种可以用来跨越障碍的机器人。

背景技术

由于救援机器人在9·11事件中的成功应用，引发了人们研究救援机器人的热潮。救援机器人的最重要的部分就是越障机构与机械本体，只有很好的翻越障碍，才能顺利的执行任务。

越障机构的移动载体，按其运动机构总体上可分为蛇形(无肢类)、轮式、腿式(类人型)、轮腿式、以及履带式。

蛇形机器人具有运动稳定性好、适应地形能力强和高的牵引力等特点，但多自由度的控制困难，运动速度低。

轮式机器人具有结构简单、重量轻、轮式滚动摩擦阻力小和机械效率高等特点，但越过壕沟、台阶的能力差。

腿式机器人具有适应地形能力强的特点，能越过大的壕沟和台阶，其缺点是速度慢；轮腿式机器人融合腿式机构的地形适应能力和轮式机构的高速高效性能，其缺点是结构复杂，控制繁琐。

发明内容

本发明的目的在于提供自身地形适应能力强、制简单、动载荷小的主臂伸缩可变构型式越障机构。

本发明的目的是这样实现的：

本发明主臂伸缩可变构型式越障机构，其特征是：包括主臂、行星轮、主臂驱动电机、辅助臂、辅助支撑轮、辅助臂驱动电机、第一驱动轮、第二驱动轮、第一驱动轮驱动电机、履带、履带架，行星轮安装在主臂上，主臂通过主臂驱动电机连接履带架，第一驱动轮、第二驱动轮安装在履带架的两端，辅助支撑轮安装在辅助臂上，辅助臂通过辅助臂驱动电机连接履带架，辅助臂驱动电机还连接第二驱动轮，第一驱动轮驱动电机连接第一驱动轮，履带缠在行星轮、第一驱动轮和第二驱动轮上。

本发明还可以包括：

1、所述的主臂包括滑板、两个上挂钩、两个下挂钩、上压板、底板、侧压板、两个拉伸弹簧，滑板安装在底板和上压板之间，侧压板有两个、分别位于滑板的左右两侧，第一上挂钩和第二上挂钩分别位于上压板和底板上，第一下挂钩和第二下挂钩分别位于滑板的前后两侧，第一拉伸弹簧安装在第一上挂钩和第一下挂钩上，第二拉伸弹簧安装在第二上挂钩和第二下挂钩上。

2、所述的主臂和主臂驱动电机之间连有第一轴、第一直齿轮和第二直齿轮，主臂连接第一轴，第一轴连接第一直齿轮，第一直齿轮连接第二直齿轮，第二直齿轮连接主臂驱动电机。

3、所述的辅助臂和辅助臂驱动电机直连连有第二轴、第三直齿轮和第四直齿轮，辅助臂连接第二轴，第二轴连接第三直齿轮，第三直齿轮连接第四直齿轮，第四直齿轮连接辅助臂驱动电机。

本发明的优势在于：利用了椭圆上任意一点到两个焦点所构成的三角形周长不变、三角形外形可以断变化的几何特性，利用主臂上拉伸弹簧可伸缩的特点，保证履带在结构变形时也时刻处于张紧状态。通过辅助臂轮机构使履带调整构形。，并通过左右两个电机分别驱动来提高其灵活性，从而适应不同的地貌特点。这种结构可以在较为复杂的环境下完成越障动作，大大的提高履带式底盘的越障性、机动性。以合理简洁的齿轮传动(直齿轮)为基础，设计了传动方案使机构控制系统较为简单，只需要驱动电机，主臂驱动电机，辅助臂驱动电机的正转与反转就可以实现越障、差速转弯等动作，可行性和实用性强。本发明通过不同控制模块的植入可以实现不同的功能应用，可开发性高、应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明的椭圆模型原理图；

图2为主臂传动机构布置图；

图3为辅助臂传动机构布置图；

图4为主臂结构图；

图5为上台阶前示意图；

图6为上台阶中I示意图；

图7为上台阶中II示意图；

图8为上台阶后示意图；

图9为下台阶前示意图；

图10为下台阶中I示意图；

图11为下台阶中II示意图；

图12为下台阶后示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～12，本发明包括的部件：它是由车体23，主臂驱动电机6，驱动电机24，辅助臂驱动电机12，驱动轮I 25，驱动轮II 20，行星轮2，辅助支撑轮8，履带22，履带架21，以及整个主臂1，辅助臂7驱动部分构成。驱动轮I 25，驱动轮II 20分布于车体23前后端，主臂1位于驱动轮I 25左右两侧，辅助臂7位于驱动轮II 20左右两侧。

本发明采取如下的技术方案：它包括行星轮2，辅助支撑轮8，主臂1，辅助臂7，直齿轮组。

主臂1包括底板18、上压板15，侧压板19、拉伸弹簧16、上挂钩14、下挂钩17和滑板13，滑板13位于底板18和上压板15之间，两个侧压板19位于滑板13左右两侧，上挂钩14位于底板18和上压板15上，下挂钩17位于滑板13前后两侧。当主臂1摆动使得履带22越来越松弛时，拉伸弹簧16的拉力使滑板13向上滑动，使得履带22张紧，当主臂1摆动使得履带22越来越张紧时，滑板13向下移动，使得拉伸弹簧16拉伸，通过这种主臂可伸缩的方法使得履带22时刻保持张紧状态，从而使车体23平稳而快速的越过障碍。

下面结合图2，图3说明本发明的内部传动关系。

主臂驱动电机6转动见图2，通过直齿轮I 4，直齿轮II 5啮合带动轴I 3转动，轴I 3与主臂1通过键连接，从而带动主臂1转动，主臂1转动带动行星轮2转动，行星轮2上下摆动实现本机构的越障功能。

辅助臂驱动电机12转动见图3，通过直齿轮III9，直齿轮IV11啮合带动轴II 10转动，轴II 10与辅助臂7通过键连接，从而带动辅助臂7转动，辅助支撑轮8上下摆动从而实现辅助臂7和辅助支撑轮8的辅助支撑越障功能。

在本机构的椭圆几何关系中见图1，图5。一方面，在一侧主臂处的两焦点处布置驱动轮I 25，驱动轮II 20，二者通过履带架21连接固定。驱动轮I 25，驱动轮II 20，行星轮1通过履带22相连从而实现三者同步转动。另一方面，驱动电机24连接在驱动轮I 25上提供底盘前进动力。

下面结合图5，图6，图7，图8，图9，图10，图11，图12说明本发明的具体实施过程。

当车体23在地面27行驶时，车体23上的主臂1上移，驱动电机24驱动车体23前进见图5。当遇到向上台阶26时见图6，完成如下越障动作：

第一阶段：主臂驱动电机6驱动车体23两侧主臂1下移。一方面，提高车体23重心，另一方面，令履带22前端“攀爬”至台阶26上。

第二阶段：当车体23重心上移到合理高度时见图7，辅助臂驱动电机12驱动车体23后侧两端辅助臂7下移，支撑车体23越过台阶26，驱动电机24驱动车体23继续前进。同时，主臂驱动电机6驱动主臂1上移，辅助臂驱动电机12驱动辅助臂7上移见图8。至此，车体23完全越过台阶26。

在主臂驱动电机6驱动下，主臂1位置的改变令履带22与地面27的接触面积发生变化，从而使力也在发生变化，直至获得合适的形状、抓地力等参数，应用灵活。在“攀爬”阶梯时，其运动过程与其类似。

当机构遇到向下台阶26时，完成如下越障动作：

首先，主臂驱动电机6驱动车体23两侧主臂1下移见图9至履带22前端接触到地面27，同时，辅助臂驱动电机12驱动车体23后侧两端辅助臂7下移。

其次，驱动电机24驱动车体23前进见图10，同时通过操作主臂驱动电机6来调整主臂1在车体23前进过程中的“变形”状态见图11，使履带22充分接触地面27，获得最佳的力、几何状态等参数。

再次，主臂驱动电机6驱动车体23两侧主臂1渐渐的同步向上移动，辅助臂驱动电机12也驱动辅助臂7缓缓上移。

最后，当车体23重心降低到合理高度见图12、履带22前端部分与地面27完全接触。驱动电机24驱动车体23继续前进。同时，主臂驱动电机6驱动主臂1上移，辅助臂驱动电机12也驱动辅助臂7上移。至此，整个车体23顺利完成下台阶26的结构变化过程。

本结构可以根据不同的地形调节车体23底盘履带22的形状，使车体23重心在对称的轴内上下移动。稳定性和越障性都能够很好的实现。

Claims (3)

1.主臂伸缩可变构型式越障机构，其特征是：包括主臂、行星轮、主臂驱动电机、辅助臂、辅助支撑轮、辅助臂驱动电机、第一驱动轮、第二驱动轮、第一驱动轮驱动电机、履带、履带架，行星轮安装在主臂上，主臂通过主臂驱动电机连接履带架，第一驱动轮、第二驱动轮安装在履带架的两端，辅助支撑轮安装在辅助臂上，辅助臂通过辅助臂驱动电机连接履带架，辅助臂驱动电机还连接第二驱动轮，第一驱动轮驱动电机连接第一驱动轮，履带缠在行星轮、第一驱动轮和第二驱动轮上，所述的主臂包括滑板、第一上挂钩、第二上挂钩、第一下挂钩、第二下挂钩、上压板、底板、侧压板、第一拉伸弹簧、第二拉伸弹簧，滑板安装在底板和上压板之间，侧压板有两个、分别位于滑板的左右两侧，第一上挂钩和第二上挂钩分别位于上压板和底板上，第一下挂钩和第二下挂钩分别位于滑板的前后两侧，第一拉伸弹簧安装在第一上挂钩和第一下挂钩上，第二拉伸弹簧安装在第二上挂钩和第二下挂钩上。

2.根据权利要求1所述的主臂伸缩可变构型式越障机构，其特征是：所述的主臂和主臂驱动电机之间连有第一轴、第一直齿轮和第二直齿轮，主臂连接第一轴，第一轴连接第一直齿轮，第一直齿轮连接第二直齿轮，第二直齿轮连接主臂驱动电机。

3.根据权利要求1或2所述的主臂伸缩可变构型式越障机构，其特征是：所述的辅助臂和辅助臂驱动电机之间连有第二轴、第三直齿轮和第四直齿轮，辅助臂连接第二轴，第二轴连接第三直齿轮，第三直齿轮连接第四直齿轮，第四直齿轮连接辅助臂驱动电机。

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