CN104176143A - 一种轮式移动机器人平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轮式移动机器人平台，该平台包括机体、支撑架、车轮和控制系统，其特征在于所述机体通过螺栓与其下方的支撑架刚性连接；所述支撑架的数量至少为3个，均匀安装在机体的下表面，支撑架包括支撑架基座、移动单元和直线运动单元，所述支撑架基座上端与机体下表面相连，支撑架基座为空心柱体，移动单元和直线运动单元均位于支撑架基座内部，支撑架基座、移动单元和直线运动单元三者的轴线相互平行，且与机体的平面垂直，所述移动单元为与支撑架基座相配合的滑动部件，支撑架基座与移动单元构成移动副，移动副依靠直线运动单元驱动，移动单元下端与对称布置于移动单元下方的车轮相连；所述车轮为电机驱动车轮。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术，具体为一种轮式移动机器人平台。
背景技术
机器人技术的迅猛发展大大推动了机器人在各个领域的应用，尤其是在一些特殊环境下，机器人已经成为不可或缺的设备。移动机器人平台作为移动机器人最基本单元，用于搭载控制系统、检测系统和机械手等部件抵达作业现场执行具体的作业任务，其性能优劣直接影响着机器人的整体性能。
轮式移动机器人平台具有高速高效的优点，但因其地形适应性较差，应用受到了一定的局限。为了提高移动平台在复杂地形上的通过性能，目前已开发了多种轮履、腿履、轮腿复合式移动平台。例如，《新型探测车复合式移动系统结构设计及运动分析》(尚伟燕等，机械科学与技术，第28卷第7期2009年7月)、《轮履复合式军用地面探测车运动学建模及分析》(尚伟燕等，航空动力学报，第24卷第10期2009年10月)所涉及的轮履复合式移动平台；《腿履复合机器人自主越障分析与动作规划》(王伟东等，哈尔滨工业大学学报，第41卷第5期2009年5月)采用的腿履复合式移动平台；《翻滚型轮腿式移动机器人》(刘方湖等，上海交通大学学报，第32卷第5期2001年10月)、专利文献“一种轮腿复合式移动机器人平台(CN202098476U)”所涉及的轮腿复合式移动平台。
尽管现今已开发出多种性能相对优越的机器人移动平台，但仍存在两个关键问题亟待解决。其一，现有的具有高通过性能的移动平台(如复合式移动平台)结构复杂、控制繁琐、效率低下。其二，现有的移动平台在通过复杂地形(如阶梯路面)时很难保证机体平台始终保持水平。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种轮式移动机器人平台。该平台具有高通过性能且在行进过程中机体可基本保持水平，能满足野外复杂环境下工作的多种需求，可实现爬坡、越障、在非平整地形上平稳前进等功能。在实现所述功能要求的前提下，本发明具有结构简单、控制方便、耗能较低等特点。
本发明解决所述技术问题所采用的技术方案是：设计一种轮式移动机器人平台，该平台包括机体、支撑架、车轮和控制系统，其特征在于所述机体通过螺栓与其下方的支撑架刚性连接；
所述支撑架的数量至少为3个，均匀安装在机体的下表面，支撑架包括支撑架基座、移动单元和直线运动单元，所述支撑架基座上端与机体下表面相连，支撑架基座为空心柱体，移动单元和直线运动单元均位于支撑架基座内部，支撑架基座、移动单元和直线运动单元三者的轴线相互平行，且与机体的平面垂直，所述移动单元为与支撑架基座相配合的滑动部件，支撑架基座与移动单元构成移动副，移动副依靠直线运动单元驱动，移动单元下端与对称布置于移动单元下方的车轮相连；所述车轮为电机驱动车轮。
与现有技术相比，本发明采用直线运动单元驱动移动副运动，可根据地形动态调整车轮距地面的高度，克服了轮式移动机器人平台地形适应性差的缺点，具有较强的通过性能，能满足野外复杂环境下工作的多种需求，可实现爬坡、越障、在非平整地形下平稳前进等；采用多个支撑架，使每组车轮可独立调整车轮距机体的高度，进而使机体平台在通过复杂地形(如阶梯路面)时可基本保持水平。本发明采用轮式驱动方式，具有结构简单，控制方便，耗能较低，可靠性高，实用性强等优点。
附图说明
图1为本发明轮式移动机器人平台一种实施例的总体主视结构示意图；
图2为本发明轮式移动机器人平台一种实施例的总体左视结构示意图；
图3为本发明轮式移动机器人平台一种实施例的越障状态示意图；
图中，1.机体、2.支撑架、3.车轮、21.支撑架基座、22.移动单元、23.直线运动单元。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图详细叙述本发明。实施例是以本发明所述技术方案为前提进行的具体实施，给出了详细的实施方式和过程。但本发明申请的权利要求保护范围不限于下述的实施例描述。
本发明设计的轮式移动机器人平台(以下简称平台，参见图1-3)包括机体1、支撑架2、车轮3和控制系统，其中，机体1通过螺栓与其下方的支撑架2实现刚性连接；
所述支撑架2的数量至少为3个，均匀安装在机体1的下表面，支撑架2包括支撑架基座21、移动单元22和直线运动单元23，所述支撑架基座21上端与机体1下表面相连，支撑架基座21为空心柱体，移动单元22和直线运动单元23均位于支撑架基座21内部，支撑架基座21、移动单元22和直线运动单元23三者的轴线平行且与机体1的平面垂直，所述移动单元22为与支撑架基座21相配合的滑动部件，支撑架基座21与移动单元22构成移动副，移动副依靠直线运动单元23驱动，移动单元22下端与对称布置于移动单元22下方的车轮3相连，所述车轮3为电机驱动车轮。
本发明的进一步特征在于所述支撑架的数量3-8个，且均匀安装在机体的下表面。
本发明轮式移动机器人平台的工作原理和过程是：当平台在平坦地形上行走时，调整各支撑架2，使机体1与地面平行。平台通过安装在其下方的车轮3实现前进、后退和差速转弯。当平台在非平整地形上行走时，在控制系统的控制下，实时调整各支撑架2，在保证平台稳定性的前提下使车轮3在遇到障碍时及时抬起，障碍过后及时落下(参见图3)，以达到机体1以水平姿态高效通过崎岖地形的目的。
本发明中支撑架2的数量与平台的大小有关，通过支撑架2调整车轮3距机体1的高度，实现复杂非结构环境中平台的高效行走；车轮3为主动运动的机构，如电机驱动车轮，每两个车轮为一组，固定于移动单元22的下端，车轮3依靠其内置的电机驱动，可拖动平台移动。本发明中通过控制系统实时调整各支撑架2，从而保证机体1始终处于水平，其中控制系统适用于现有技术。本发明中的直线运动单元23可采用滚珠丝杠、皮带传动、皮带驱动、气动等形式，且直线运动单元23的类型适用于现有技术。
需要补充说明的是，本发明所述的“前、后；左、右；上、下”等方位词是为了描述清楚，只具有相对意义。一般情况下，以平台向前行进的方向为前，并作为其他方位词的基准。
实施例1
本实施例中支撑架2的数量为3个，直线运动单元23采用滚珠丝杠型直线运动单元，支撑架基座21为空心圆柱体，内部为空腔，直线运动单元23安装在支撑架基座21的空腔内，移动单元22为与支撑架基座21相配合的滑动部件，支撑架基座21与移动单元22构成移动副，支撑架基座21、移动单元22和直线运动单元23三者的轴线平行且与机体1的平面垂直。移动副依靠直线运动单元23驱动，每个移动单元22下端对称布置于2个车轮3，车轮3为电机驱动车轮。
实施例2
本实施例中支撑架2的数量为5个，直线运动单元23采用皮带驱动型直线运动单元，支撑架基座21为空心正四棱柱体，内部为空腔，直线运动单元23安装在支撑架基座21的空腔内，移动单元22为与支撑架基座21相配合的滑动部件，支撑架基座21与移动单元22构成移动副，支撑架基座21、移动单元22和直线运动单元23三者的轴线平行且与机体1的平面垂直。移动副依靠直线运动单元23驱动，每个移动单元22下端对称布置于2个车轮3。车轮3为主动运动的机构，并依靠其内置的电机驱动，可拖动平台移动，进而实现平台的前进、后退和差速转弯。
实施例3
本实施例中支撑架2的数量为8个，直线运动单元23采用气动型直线运动单元，支撑架基座21为空心棱柱体，内部为空腔，直线运动单元23安装在支撑架基座21的空腔内，移动单元22为与支撑架基座21相配合的滑动部件，支撑架基座21与移动单元22构成移动副，支撑架基座21、移动单元22和直线运动单元23三者的轴线平行且与机体1的平面垂直。移动副依靠直线运动单元23驱动，每个移动单元22下端对称布置于2个车轮3。车轮3具有机械运动的主动性，并依靠其内置的电机驱动，可拖动平台移动，进而实现平台的前进、后退和差速转弯。当平台在非平整地形上行走时，在控制系统的控制下，实时调整各支撑架2，在保证平台稳定性的前提下使车轮3在遇到障碍时及时抬起，障碍过后及时落下(参见图3)，以达到机体1以水平姿态高效通过崎岖地形的目的。
本发明未述及之处适用于现有技术。
Claims (2)
1.一种轮式移动机器人平台，该平台包括机体、支撑架、车轮和控制系统，其特征在于所述机体通过螺栓与其下方的支撑架刚性连接；
所述支撑架的数量至少为3个，均匀安装在机体的下表面，支撑架包括支撑架基座、移动单元和直线运动单元，所述支撑架基座上端与机体下表面相连，支撑架基座为空心柱体，移动单元和直线运动单元均位于支撑架基座内部，支撑架基座、移动单元和直线运动单元三者的轴线相互平行，且与机体的平面垂直，所述移动单元为与支撑架基座相配合的滑动部件，支撑架基座与移动单元构成移动副，移动副依靠直线运动单元驱动，移动单元下端与对称布置于移动单元下方的车轮相连；所述车轮为电机驱动车轮。
2.根据权利要求1所述的轮式移动机器人平台，其特征在于所述支撑架的数量3-8个，且均匀安装在机体的下表面。
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