CN103419851B - 六杆自适应履带机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于履带机器人领域，具体的说，涉及一种六杆自适应履带机器人。六杆自适应履带机器人包括履带、同步带轮、车体及其中部的驱动电机，其中每条履带由两个六杆连动机构支撑，所述的六杆连动机构由车架、前下臂、前上臂、主臂、后壁和大臂构成，两个六杆连动机构之间通过支架固定连接，固定两大臂的支架和固定两车架的支架中间设置一弹簧组，优选的六杆自适应履带机器人还包括尾轮。本发明的机器人稳定性强、越障能力好、控制简单，不需要越障驱动设备，依靠自身结构就可越障；同时六杆自适应履带机器人只有车架与车体固定连接，可获得较好的减震效果。

Description

六杆自适应履带机器人

技术领域

本发明属于履带机器人领域，具体的说，涉及一种六杆自适应履带机器人。

背景技术

目前，典型的履带式移动机器人可分为固定式履带机器人（单节双履带）和可变形履带机器人。

单节双履带机器人，美国的URBOT、NUGV、Talon机器人是比较典型的单节双履带机器人，这类机器人，包括倒梯形和扁长形两种结构，倒梯形履带机器人机动性能较优越，能够攀爬较高的障碍物，但重心较高且履带与坡面或楼梯接触长度短，运动稳定性差；扁长形履带机器人，稳定性能好，但攀爬障碍的能力限制；两种结构的支撑轮系构架与机车固定为一体，严重限制了减震效果。

双节双履带和多节多履带变形机器人，根据摆臂的数量可分为四履带双摆臂机器人和六履带四摆臂机器人，沈阳自动化研究所的“灵晰-B”型排爆机器人采用了六履带四摆臂的三段式履带设计。这类机器人具有较好的越障能力，机动性强、运动较平稳，但因其变形自由度高，运动和控制比较复杂，能效转化率低。

专利CN101734295公开了一种变形履带机器人，通过电机驱动变形驱动轴，进而使固接在变形驱动轴上的主动摆杆发生摆动，变形摆杆结构发生变形，越过障碍。这里的变形摆杆用电机来驱动，控制较为复杂。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种稳定性好、攀爬障碍能力高、控制简单、减震效果好的六杆自适应履带机器人。

本发明所述的六杆自适应履带机器人，包括履带，同步带轮A，与履带啮合的同步带轮B、同步带轮C、同步带轮D、同步带轮E、同步带轮F，车体，车体中部设有驱动电机，驱动电机的输出轴与同步带轮A的轮轴通过齿轮啮合，同步带轮A与同步带轮C通过同步带连接,履带设置于车体两侧，其中，每条履带由两个对称设置的六杆连动机构支撑，所述六杆连动机构包括车架、前下臂、前上臂、主臂、大臂和后臂。

所述的前下臂与车架铰接于同步带轮B的轮轴上，主臂和车架铰接与同步带轮A的轮轴上，后臂和车架铰接于同步带轮E的轮轴上，前下臂和前上臂铰接于同步带轮D的轮轴上，前上臂、主臂和大臂铰接与同步带轮C的轮轴上，大臂和后臂铰接于同步带轮F的轮轴上，其中，车架与车体固接。

所述两个对称设置的六杆连动机构之间通过支架固定连接，两个主臂通过支架D连接，两个车架通过支架E和支架F连接，支架D与支架E之间设有弹簧组A。

六杆自适应履带机器人在行走时，驱动电机将动力传给同步带轮A,同步带轮A通过同步带将动力传给同步带轮C，同步带轮C作为履带的主动轮，带动履带行进；攀爬时，在重力作用下，支撑履带的六杆连动机构变形，继而弹簧组A受力变形，弹簧组A的弹力促使六杆连动机构恢复原状，在驱动电机的牵引力作用下，履带上攀住障碍物，直至弹簧组A复位，六杆连动机构恢复原状，机器人攀越障碍。

所述的两个六杆连动机构之间通过支架固定连接，支架与车体用螺栓固定，增强了六杆自适应机器人各臂的机械强度，增强了机器人的承重能力；六杆连动机构中仅车架与车体固定连接，增强了机器人的减震能力。

所述的大臂，包括固定部和可拆卸部，固定部和可拆卸部通过螺栓连接。

固定两大臂的支架与固定部通过螺栓连接，可拆卸部上无固定支架，固定部和可拆卸部通过螺栓连接，这样就可以实现可拆卸部的更换，同时可改变大臂长度，控制六杆连动机构的高度，进而影响机器人的运动稳定性。

优选的，六杆自适应履带机器人还包括设置于车体尾部、与车体固定连接的尾轮。

所述尾轮包括支架座、弯架、辅助轮一、辅助轮二、辅助轮三、转轴和弹簧B；支架座与车体固接，转轴固定在支架座上，弹簧B固定在转轴一端，弯架铰接在转轴上，辅助轮一、辅助轮二和辅助轮三紧配，且轮轴固定在两侧弯架上；所述的辅助轮一、辅助轮二、辅助轮三轮径之比为：1.6:1.2:1。

三个辅助轮轮径的设计，在机器人不工作的时候，尾轮可以收回去，减少机器人的车身长度；在尾轮上对弹簧B有不同的限位，通过调整弹簧B的位置，也可调节整个车身的长度；在攀爬时，尾轮可增加机器人与地面的接触面积，增加机器人的稳定性；障碍物的高度不同，尾轮与车体之间的夹角也会发生变化，弹簧B发生变形，当越过障碍物时，弹簧B的弹力带动转轴转动，使尾轮复位。

本发明与现有技术相比，有益效果是：

1、机器人的主体基于六杆连动机构，结构简单，在攀爬过程中可以自主调节支撑框架的形状，改变机器人的攀爬姿势，使机器人运动更加灵活；

2、支撑框架中的弹簧组A和尾轮中的弹簧B设置，在攀爬时发生形变，促使六杆连动机构复位，增强了机器人的越障能力；

3、通过驱动电机提供行进动力，攀爬时六杆连动机构在重力作用下自动变形，不需借助外力，自动调节，控制机构简单；

4、尾轮的设计，增加了履带与坡面或楼梯的接触长度，同时车体两侧履带、尾轮与地面的接触面形成三角形，机械稳定性好；每条履带采用两个六杆连动机构，增强了履带支撑框架的承载能力；

5、履带支撑框架中的两个六杆连动机构，仅车架与车体固定连接，减震效果好。

附图说明

图1为本发明的结构示意图之一；

图2为本发明中六杆连动机构的结构示意图；

图3为本发明的结构示意图之二；

图4为本发明的部分结构示意图之一；

图5为本发明的部分结构示意图之二；

图6为本发明中尾轮的结构示意图；

图7为本发明攀爬状态示意图之一；

图8为本发明攀爬状态示意图之二。

其中，1、履带；2、车体；3、尾轮；4、车架；5、前下臂；6、前上臂；7、主臂；8、大臂；8a、固定部；8b、可拆卸部；9、后臂；10、弹簧组A；11、电机；12、齿轮；13、同步带轮A；14、同步带轮B；15、同步带轮C；16、同步带轮D；17、同步带轮E；18、同步带轮F；19、同步带；20、支架A；21a、支架B；21b、支架C；22、支架D；23a、支架E；23b、支架F；24、支架G；25、支架H；26、尾轮支架座；27、弯架；28、辅助轮一；29、辅助轮二；30、辅助轮三；31、转轴；32、弹簧B。

具体实施方式

下面结合附图进一步解释本发明。

本发明所述的六杆自适应履带机器人，包括履带1，同步带轮A13，与履带1啮合的同步带轮B14、同步带轮C15、同步带轮D16、同步带轮E17、同步带轮F18，车体2，车体2中部设有驱动电机11，尾轮3，履带设置于车体两侧，其中，同步带轮A13的轮轴与驱动电机11的输出轴通过齿轮12啮合，同步带轮A13与同步带轮C15之间设有同步带19。

履带1由两个对称设置的六杆连动机构支撑。六杆连动机构由车架4、前下臂5、前上臂6、主臂7、大臂8、后臂9组成，大臂8包括固定部8a和可拆卸部8b，两部分用螺栓连接。两个车架4通过支架E23a和支架F23b固定，两个主臂7通过支架D22固定，支架D22与支架E23a之间悬挂一弹簧组A10，两个前下臂6通过支架G24固定，两个前上臂5通过支架A20固定，两个大臂8的固定部8a通过支架B21a和支架C21b固定，可拆卸部8b通过螺栓固定在固定部8a上，可拆卸部8b可更换，进而可改变大臂8的长度，两个后臂9通过支架H25固定，各臂与支架之间用螺栓固定；前下臂5与车架4铰接于同步带轮B14的轮轴上，主臂7和车架4铰接与同步带轮A13的轮轴上，后臂9和车架4铰接于同步带轮E17的轮轴上，前下臂5和前上臂6铰接于同步带轮D16的轮轴上，前上臂6、主臂7和大臂8铰接与同步带轮C15的轮轴上，大臂8和后臂9铰接于同步带轮F18的轮轴上，其中，车架4通过螺栓固定在车体2上。

尾轮3由支架座26、弯架27、辅助轮一28、辅助轮二29、辅助轮三30、转轴31和弹簧B32组成，支架座26与车体2固接，转轴31固定在支架座26上，弹簧B32固定在转轴31一端，弯架27铰接在转轴31上，辅助轮一28、辅助轮二29和辅助轮三30紧配，且轮轴固定在两侧弯架27上，辅助轮一28、辅助轮二29、辅助轮三30的轮径之比为：1.6:1.2:1。在尾轮3上对弹簧B32有不同的限位，可调节弹簧B32的位置，进而实现对机器人车身长度的调节。在机器人不工作时，可将尾轮收回，减少车身长度；在机器人攀爬时，起到支撑作用，增强机器人的稳定性。

六杆自适应履带机器人行走或者攀爬时的情况如下：

行走：驱动电机11带动齿轮12转动，将动力传给同步带轮A13，然后通过同步带19将动力传给同步带轮C15，同步带轮C15作为主动带轮带动履带，实现前进或者后退。

攀爬：当机器人遇到障碍物比如楼梯时，如图7、8所示，在重力作用下大臂8向后下方倾斜，后臂9向后倾斜，继而弹簧组10A被拉长，此时前上臂6和前下臂5呈一条直线，尾轮3的弹簧B32发生形变，尾轮3与车体2之间的夹角变大，在驱动电机11的牵引力作用下，机器人通过履带1攀上台阶，此时弹簧组A10的弹力拉动大臂8、后臂9复位，机器人爬上台阶，在弹簧B32弹力的作用下，尾轮3的转轴31转动，尾轮3复位。下台阶时，大臂8向前下方倾斜，后臂9向前倾斜，弹簧组A10被压缩，在驱动电机11的牵引力作用下，机器人向前移动，此时弹簧组A10产生的弹力促使大臂8和后臂9复位，机器人从台阶上下来。

本发明具有良好的越障性能、运动稳定性以及机动性，可广泛应用于灾难救援、反恐排爆、军事等领域。

Claims (3)

1.一种六杆自适应履带机器人，包括履带(1)，同步带轮A(13)，与履带(1)啮合的同步带轮B(14)、同步带轮C(15)、同步带轮D(16)、同步带轮E(17)、同步带轮F(18)，车体(2)，车体(2)中部设有驱动电机(11)，驱动电机(11)的输出轴与同步带轮A(13)的轮轴通过齿轮(12)啮合，同步带轮A(13)与同步带轮C(15)通过同步带(19)连接,履带(1)设置于车体两侧，其特征在于：每条履带(1)由两个对称设置的六杆连动机构支撑，所述六杆连动机构包括车架(4)、前下臂(5)、前上臂(6)、主臂(7)、大臂(8)和后臂(9)，大臂(8)包括固定部(8a)和可拆卸部(8b)；所述六杆自适应履带机器人还包括设置于车体尾部、与车体固定连接的尾轮，所述尾轮(3)包括支架座(26)、弯架(27)、辅助轮一(28)、辅助轮二(29)、辅助轮三(30)、转轴(31)和弹簧B(32)；支架座(26)与车体(2)固接，转轴(31)固定在支架座(26)上，弹簧B(32)固定在转轴(31)一端，弯架(27)铰接在转轴(31)上，辅助轮一(28)、辅助轮二(29)和辅助轮三(30)紧配，且轮轴固定在两侧弯架(27)上；所述的辅助轮一(28)、辅助轮二(29)、辅助轮三(30)轮径之比为：1.6:1.2:1。

2.根据权利要求1所述的六杆自适应履带机器人，其特征在于，所述的前下臂(5)与车架(4)铰接于同步带轮B(14)的轮轴上，主臂(7)和车架(4)铰接与同步带轮A(13)的轮轴上，后臂(9)和车架(4)铰接于同步带轮E(17)的轮轴上，前下臂(5)和前上臂(6)铰接于同步带轮D(16)的轮轴上，前上臂(6)、主臂(7)和大臂(8)铰接与同步带轮C(15)的轮轴上，大臂(8)和后臂(9)铰接于同步带轮F(18)的轮轴上，其中，车架(4)与车体(2)固接。

3.根据权利要求1所述的六杆自适应履带机器人，其特征在于，所述两个对称设置的六杆连动机构之间通过支架固定连接，两个主臂(7)通过支架D(22)连接，两个车架(4)通过支架E(23a)和支架F(23b)连接，支架D(22)与支架E(23a)之间设有弹簧组A(10)。