CN103029539B - 一种被动自适应六轮全地形移动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种被动自适应六轮全地形移动机器人，能够适应水泥地、草地、沙地和泥泞路面，可以完成上下楼梯，过凹坑以及倾斜行进等动作，能够越过轮子半径5倍的台阶，而且负载能力较强，机械效率较高，耗能低，能够严格按照多轮转向理论实现机器人原地转向以及行进间绕第二排车轮连线及其延长线任意一点转向，能够在坑洼地面和任意方向存在障碍的地面上实现转向，该机器人还对重心分配及车轮间距进行了优化，使其越障能力达到最大。本发明包括：左、右前平行四边形摇臂，后平行四边形摇臂和主车体四个部分，其连接方式为：两个前平行四边形摇臂分别与主车体前面的两个L形支撑板铰接，后平行四边形摇臂与主车体后面的L形支撑板铰接。

Description

一种被动自适应六轮全地形移动机器人

技术领域

本发明涉及的是一种移动机器人，具体是一种能够被动自适应各种复杂地形具有较强越障能力的六轮移动机器人，属于机械领域。

背景技术

目前，机器人应用技术的应用领域不断扩展，例如星球探测、极地考察、救援工作等，使越障机器人的研究越来越得到重视。研究越障机器人的主要目标就是用最小的能源消耗、最简单的控制方法达到机器人的最高越障性能。很多移动机器人，具有一定越障能力，但是这些移动机器人一般说来很难越过超过轮径的垂直台阶，或是越障能力较强，但需要主动越障，不能自动越障，需要完成对障碍的辨识、判断、决策等，这样对移动机器人的控制系统要求较高，而且在复杂路况时行走效率较低。

经文献检索发现，中国专利公开号为：200520075351.5，发明专利名称为：自主越障机器人的复合移动机构，该专利包括驱动电机、减速传动装置和运动部件及其智能控制系统；其中的运动部位为对称布置于车体两侧的履带轮，每一履带轮由行走轮、辅助轮旋转臂、履带、履带支撑机构组成，行走轮和辅助轮分别安装在旋转臂的两侧，履带包履在行走轮和辅助轮外；每一对左、右履带轮的旋转臂由一个旋转臂驱动电机驱动，每一侧前、后履带轮的行走轮由一个行走轮驱动电机驱动；行走轮、旋转臂分别固定在其传动轴上，可以随轴做360度旋转。该发明专利可采用轮式、腿式、履带式等多种移动方式在各种复杂路面上行驶，并且各种移动方式之间可以直接转换，前倾或后倾还具有组恢复功能。此自主越障机器人越障能力较强，但越障时需辨别台阶等障碍物，然后控制系统控制前后或左右履带轮作一些的运动，才能越过障碍，越障效率较低，控制系统复杂，能耗高，转弯运动靠左右履带差速实现，履带与地面有相对摩擦运动，对履带磨损严重，在载荷较大或高速转向时会出现脱带等现象，值得一提的是在履带侧面存在障碍而且需要转向，该机器人无法实现原地转向。

经文献检索发现，中国专利公开号为：200810139146.9，发明专利名称为：虾形六轮移动机器人，该专利提供了一种虾形六轮移动机器人，能够越过轮子直径1.5-2倍的垂直台阶，而且负载能力较强，机械效率高，能够作转弯运动。该专利包括：头部、腹部、侧翼和尾部四个部分，其连接方式为：头部与腹部铰接，左右两个侧翼分别铰接于腹部，尾部与腹部铰接。此虾形六轮移动机器人越障能力较强，机械效率高，能耗低，能够作转弯运动，但其转向未严格按照多轮转向理论实现，这样会产生转向误差、而且无论行进间转向还是原地转向都会对车轮造成很大冲击，严重时会使车轮及联轴器损坏，而且机器人尾部为铰接，机器人在越障时，重心后移，仅靠一个小小的扭簧承受很大的车体向后倾斜力是很不科学的，此外该机器人各排车轮质量分配不均，第一排和最后一排质量配比小，这样会降低其越障能力，值得一提的是该机器人未对各排车轮的间距及质量进行合理分配，不能实现连续爬楼梯等。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提出一种被动自适应六轮全地形移动机器人

采用的技术方案是：

一种被动自适应六轮全地形移动机器人，包括：左前平行四边形摇臂、右前平行四边形摇臂、后平行四边形摇臂及主车体。左、右前平行四边形摇臂分设在主车体的两侧，并分别与主车体前部固定的左、右L形支撑板绞接，后平行四边形摇臂与主车体后部固定的后L形支撑板绞接。左前平行四边形摇臂、右前平行四边形摇臂及后平行四边形摇臂的底部均装设有前轮和后轮。

左前平行四边形摇臂和右前平行四边形摇臂具有相同的结构，均包括上横肋、下横肋、前上臂、前下臂、后臂、前轮及后轮。上横肋和下横肋前端分别与前上臂铰接，上横肋和下横肋后端分别与后臂铰接，左前平行四边形摇臂的上横肋和下横肋分别铰接在主车体的左L形支撑板上。右前平行四边形摇臂的上横肋和下横肋分别铰接在主车体的右L形支撑板上。左、右前平行四边形摇臂的前上臂分别通过转向电机支架固定有一转向电机，每个转向电机分别连接有一金属舵盘，每个金属舵盘分别对应固定在左、右前平行四边形摇臂的前下臂上。左、右前平行四边形摇臂的前下臂上分别固定有第一驱动电机支架，每一个第一驱动电机支架上固定有第一车轮驱动电机，每个第一车轮驱动电机分别通过联轴器连接有一前轮；左、右前平行四边形摇臂的后臂上分别固定有第二驱动电机支架，每一个第二驱动电机支架上固定有第二车轮驱动电机，每一个第二车轮驱动电机分别通过电机联轴器连接有一后轮。

后平行四边形摇臂包括上横肋、下横肋、前上臂、前下臂、后上臂、后下臂、前轮及后轮。上横肋和下横肋前端分别与前上臂铰接，上横肋和下横肋后端分别与后上臂铰接，后平行四边形摇臂的上横肋和下横肋分别铰接在主车体的后L形支撑板上。后平行四边形摇臂的前上臂通过转向电机支架固定有一转向电机，转向电机上连接有一金属舵盘，金属舵盘固定在后平行四边形摇臂的前下臂上。后平行四边形摇臂的前下臂上固定有第一驱动电机支架，第一驱动电机支架上固定有第一车轮驱动电机，第一车轮驱动电机通过联轴器连接有一前轮；后平行四边形摇臂的后上臂通过转向电机支架固定有一转向电机，转向电机上连接有一金属舵盘，金属舵盘固定在后平行四边形摇臂的后下臂上。后平行四边形摇臂的前下臂上固定有第二驱动电机支架，第二驱动电机支架上固定有第二车轮驱动电机，第二车轮驱动电机通过联轴器连接有一后轮。

主车体包括主车架板和控制箱，控制箱固定在主车架板上面。

本发明使用时，需要机器人向前行走时，需将前后四个转向电机角度调至0度，此时所有的车轮方向都保持一致，只要同时驱动六个车轮驱动电机，六个轮子会以相同的速度前进；需要机器人向后行走时，需将前后四个转向电机角度调至0度，此时所有的车轮方向都保持一致，只要同时驱动六个车轮驱动电机，六个轮子会以相同的速度后退。在遇到不超过车轮直径2.5倍的垂直障碍以及各种坑洼地形时机器人会自动适应路况而平稳越过，值得一提的是该机器人向前向后行进具有相同的越障能力以及可连续的上楼梯(要求轮地之间的摩擦系数大于0.6)和下楼梯。当机器人需要原地旋转时左前方转向电机转到45度位置、右前方转向电机转到-45度位置、后边两个转向电机都转到90度位置，从车轮外侧看所有车轮均沿顺时针方向转动，每个车轮的速度与该车轮到旋转中心的距离成正比，机器人会原地逆时针转动；从车轮外侧看所有车轮均沿逆时针方向转动，每个车轮的速度与该车轮到旋转中心的距离成正比，机器人会原地顺时针转动。当所有车轮方向与该车轮和第二排车轮连线延长线上一点的连线垂直时，各个车轮均向前行驶，并且每个车轮的速度与该车轮到旋转中心的距离成正比，机器人可以实现以任意旋转半径的行进间转向。当机器人处于坑洼地面上或车身正下方及周围存在垂直障碍时依然可以原地转向和行进间转向。

本发明的机器人能够适应水泥地、草地、沙地和泥泞路面，可以完成上下楼梯，过凹坑以及倾斜行进等动作，能够越过车轮半径5倍的台阶，而且负载能力较强，机械效率较高，耗能低，能够严格按照多轮转向理论实现机器人原地转向以及行进间绕第二排车轮连线及其延长线任意一点转向，能够在坑洼地面和任意方向存在障碍的地面上实现转向，该机器人还对重心分配及车轮间距进行了优化，使其越障能力达到最大。

具体实施方式

一种被动自适应六轮全地形移动机器人，包括：左前平行四边形摇臂1、右前平行四边形摇臂2、后平行四边形摇臂3及主车体4。左、右前平行四边形摇臂1、2分设在主车体4的两侧，并分别与主车体4前部固定的左、右L形支撑板5、6绞接，后平行四边形摇臂3与主车体4后部固定的后L形支撑板7绞接。

左前平行四边形摇臂1、右前平行四边形摇臂2具有相同的结构，均包括上横肋8、下横肋9、前上臂10、前下臂11、后臂12，上横肋8和下横肋9前端分别与上臂10铰接，上横肋8和下横肋9后端分别与后臂12铰接，左前平行四边形摇臂1的上横肋8和下横肋9分别铰接在主车体4的左L形支撑板5上。右前平行四边形摇臂2的上横肋8和下横肋9分别铰接在主车体4的右L形支撑板6上。左、右前平行四边形摇臂1、2的前上臂10分别与一转向电机支架19固定联接，转向电机支架19与转向电机20固定联接，转向电机20与金属舵盘21固定联接，金属舵盘21固定联接在前下臂11上，前下臂11与第一车轮驱动电机支架22固定联接，第一车轮驱动电机支架22与第一车轮驱动电机23固定联接，第一车轮驱动电机23通过电机联轴器24与一前轮25相连接；后臂12与第二车轮驱动电机支架26固定联接，第二车轮驱动电机支架26与第二车轮驱动电机27固定联接，第二车轮驱动电机27通过电机联轴器24与后轮28相连接。

后平行四边形摇臂3包括上横肋8、下横肋9、前上臂10、前下臂11、后上臂13、后下臂14，上横肋8和下横肋9前端分别与前上臂10铰接，上横肋8和下横肋9后端分别与后上臂13铰接，后平行四边形摇臂3的上横肋8和下横肋9分别铰接在主车体4的后L形支撑板7上。后平行四边形摇臂3的前上臂10与一转向电机支架19固定联接，转向电机支架19与转向电机20固定联接，转向电机20与金属舵盘21固定联接，金属舵盘21固定联接在前下臂11上，前下臂11与第一车轮驱动电机支架22固定联接，第一车轮驱动电机支架22与第一车轮驱动电机23固定联接，第一车轮驱动电机23通过电机联轴器24与一前轮25相连接；后上臂13与一转向电机支架19固定联接，转向电机支架19与转向电机20固定联接，转向电机20与金属舵盘21固定联接，金属舵盘21固定联接在后下臂14上，后下臂14与第二车轮驱动电机支架26固定联接，第二车轮驱动电机支架26与第二车轮驱动电机27固定联接，第二车轮驱动电机27通过电机联轴器24与一后轮28相连接。

主车体4包括：主车架板15、前车架板16、后车架板17、控制箱18、左L形支撑板5、右L形支撑板6、后L形支撑板7。前车架板14固定在主车架板15的前部，后车架板17固定在主车架板15的后部。左、右L形支撑板5、6分别固定在前车架板16的两侧。后L形支撑板7固定在后车架板17上。主车体4上固定有一控制箱18。

附图说明

图1本发明详细结构平面主视图。

图2本发明详细结构平面俯视图。

图3本发明的立体结构示意图。

Claims (1)

1.一种被动自适应六轮全地形移动机器人，包括：左前平行四边形摇臂、右前平行四边形摇臂、后平行四边形摇臂及主车体，其特征在于所述的左、右前平行四边形摇臂分设在主车体的两侧，并分别与主车体前部固定的左、右L形支撑板绞接，后平行四边形摇臂与主车体后部固定的后L形支撑板绞接，左前平行四边形摇臂、右前平行四边形摇臂及后平行四边形摇臂的底部均装设有前轮和后轮；

左前平行四边形摇臂和右前平行四边形摇臂具有相同的结构，均包括上横肋、下横肋、前上臂、前下臂、后臂、前轮及后轮，上横肋和下横肋前端分别与前上臂铰接，上横肋和下横肋后端分别与后臂铰接，左前平行四边形摇臂的上横肋和下横肋分别铰接在主车体的左L形支撑板上，右前平行四边形摇臂的上横肋和下横肋分别铰接在主车体的右L形支撑板上，左、右前平行四边形摇臂的前上臂分别通过转向电机支架固定有一转向电机，每个转向电机分别连接有一金属舵盘，每个金属舵盘分别对应固定在左、右前平行四边形摇臂的前下臂上，左、右前平行四边形摇臂的前下臂上分别固定有第一驱动电机支架，每一个第一驱动电机支架上固定有第一车轮驱动电机，每个第一车轮驱动电机分别通过联轴器连接有一前轮；左、右前平行四边形摇臂的后臂上分别固定有第二驱动电机支架，每一个第二驱动电机支架上固定有第二车轮驱动电机，每一个第二车轮驱动电机分别通过电机联轴器连接有一后轮；

后平行四边形摇臂包括上横肋、下横肋、前上臂、前下臂、后上臂、后下臂、前轮及后轮，上横肋和下横肋前端分别与前上臂铰接，上横肋和下横肋后端分别与后上臂铰接，后平行四边形摇臂的上横肋和下横肋分别铰接在主车体的后L形支撑板上，后平行四边形摇臂的前上臂通过转向电机支架固定有一转向电机，转向电机上连接有一金属舵盘，金属舵盘固定在后平行四边形摇臂的前下臂上，后平行四边形摇臂的前下臂上固定有第一驱动电机支架，第一驱动电机支架上固定有第一车轮驱动电机，第一车轮驱动电机通过联轴器连接有一前轮；后平行四边形摇臂的后上臂通过转向电机支架固定有一转向电机，转向电机上连接有一金属舵盘，金属舵盘固定在后平行四边形摇臂的后下臂上，后平行四边形摇臂的前下臂上固定有第二驱动电机支架，第二驱动电机支架上固定有第二车轮驱动电机，第二车轮驱动电机通过联轴器连接有一后轮；主车体包括主车架板和控制箱，控制箱固定在主车架板上面。