CN107264655A - 一种轮‑履复合型无人移动平台及其运用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轮‑履复合型无人移动平台及其运用,包括车体、两组履带轮机构、前桥、后桥和四个轮履切换机构,前桥设置在车体前端,后桥设置在车体后端,两组履带轮机构对称设置在车体两侧,且位于前桥和后桥之间,两个轮履切换机构设置在同一组履带轮机构的内壁两端。本发明通过轮履切换机构实现移动平台轮履行走方式的完全切换,做到纯轮、纯履单一行走方式独立行走;通过电缸推动切换机构执行功能,电缸任意位置可停,使得车桥角度、高度可调,实现主被动悬架结合;爬坡、爬楼梯角度可控,适应性强;利用连杆机构的自锁功能,使轮履切换后稳定可靠,电缸动作结束后不再受力。
Description
技术领域
本发明属于机器人技术,具体涉及一种轮-履复合型无人移动平台及其运用。
背景技术
在城市废墟搜救和工程探险勘测、灾害侦察、消防巡逻、救险救援等复杂环境下事件的应对中,人员的伤亡十分严重,为实现不以牺牲人员的生命为代价执行高危任务的需求,开发一种结合轮式行走和履带越障功能的新型移动平台。
目前的无人移动平台存在的问题有,配备履带式行走方式的移动平台,虽然拥有很强地面通过性和环境生存力,却失去了机动灵活快速响应的特性,不足以应对状况凶险的救援现场。拥有轮式驱动的作战平台机动灵活,反映快速,但地面通过性和环境适应性较差。所以轮履复合行走方式是移动平台研究的热点与趋势。
国内比较有名的沈阳自动化研究所自行研制开发的 “灵蜥”系列化机器人,虽然是采用轮-履复合移动机构,但履带式行走方式配以直径很小的轮子时,最大直线运动速度仅为40m/min,且无法原地旋转,反映不够灵活;履带行走方式配以直径较大的轮子时,越障功能削弱,载重变小。还有一些其他轮履复合机器人,只是做到简单粗暴的结合,轮履并不能实现自由切换,实现纯轮、或纯履的滚动。国内外普遍通用一种三角履带总成是针对不同环境进行轮履更换,更换意味着临时改变车子构造,且要自备两种轮子,考虑到在无人作业平台的工作环境下,对其自主性要求较高,人为更换轮履方式不适用实际环境;还有一种基于变胞原理的轮-履复合式,根据环境和工况的变化及任务需求,进行自我重组和重构。如采用的以色列 Galileo 公司研制的轮履复合式底盘的Viper机器人。其底盘的履带变形机构可将履带收缩于轮体内或展开成三角履带状,从而使机器人具有轮式和履带式两种运动形态。但是这种变胞方式的复合可靠性难以保证,且内部结构较为复杂,控制困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轮-履复合型无人移动平台及其运用,实现了轮、履的自由切换,做到纯轮、或纯履的滚动,而不是其中一种行走方式为主,另一种只起辅助作用或者只可短时启用的缺点;同时装有轮、履两种行走模块避免复杂环境下的人为更换;此外,这种复合方式切换简单,控制方便可靠。
实现本发明目的的技术解决方案为:一种轮-履复合型无人移动平台,包括车体、两组履带轮机构、前桥、后桥,还包括四个轮履切换机构,两组履带轮机构对称设置在车体两侧,前桥设置在车体前端,后桥设置在车体后端,两组履带轮机构对称设置在车体两侧,且位于前桥和后桥之间,两个轮履切换机构设置在同一组履带轮机构的内壁两端,与前桥同侧的两个轮履切换机构分别与车体和前桥连接,与后桥同侧的两个轮履切换机构分别与车体和后桥连接。
所述轮履切换机构包括电缸、铰接件、第一连杆、第二连杆、第三连杆和底座,电缸水平放置,推杆端朝向车桥,另一端通过铰接件设置在车体上部,电缸的推杆顶端与第一连杆一端转动连接,第一连杆的另一端与底座转动连接,底座设置在车体下部,第一连杆中部有孔,与第二连杆一端转动连接,第二连杆另一端与第三连杆中部转动连接,所述转动连接处的第三连杆上设有限位块,第三连杆水平放置,朝向车体的一端与底座转动连接,朝向车桥的一端与车桥。
所述轮-履复合型无人移动平台的运用,行走方式由履带式向轮式切换时,此时电缸的推杆由缩回变为伸出,第一连杆的顶部由倾向车体变为竖直,电缸整体通过铰接件顺时针转动,第二连杆绕与第一连杆中间孔铰接处,逆时针旋转,即与第一连杆的铰接端向上升高,与第三连杆的铰接端向下降低,由于第二连杆的运动,推动第三连杆绕与底座的铰接处逆时针转动,连接车桥的一端自然将车轮放下,车轮着地后,电缸的推杆继续伸出,将车体和两组履带轮机构抬升,脱离地面,电缸的推杆继续伸出,直至第一连杆完全竖直,与第二连杆重合,同时第三连杆上有限位块抵住第二连杆,使得第二连杆一侧被限位块抵住,另一侧被电缸的推杆推住,两侧都不能转动;此时连杆机构为死点位置,实现自锁。
所述轮-履复合型无人移动平台的运用,行走方式由轮式向履带式切换时,此时电缸的推杆由伸出变为缩回,第一连杆的顶部由竖直变为倾向车体,连杆机构脱离死点位置,第二连杆离开竖直方向位置,结构改变,电缸整体通过铰接件逆时针转动,第二连杆绕与第一连杆中间孔铰接处,顺时针旋转,即与第一连杆铰接端向下降低,与第三连杆铰接端向上升高,第二连杆的运动,拉动第三连杆绕与底座的铰接处顺时针转动,连接车桥的一端自然将车轮抬起,履带轮机构着地后,电缸的推杆继续收缩,将车桥整体抬升,脱离地面,电缸的推杆继续收缩,直至完全缩回。
本发明与现有技术相比,其显著优点在于:
(1)通过轮履切换机构实现移动平台轮履行走方式的完全切换,做到纯轮、纯履单一行走方式独立行走;(2)通过电缸推动切换机构执行功能,电缸任意位置可停,使得车桥角度、高度可调,实现主被动悬架结合。爬坡、爬楼梯角度可控,适应性强;(3)利用连杆机构的自锁功能,使轮履切换后稳定可靠,电缸动作结束后不再受力。
附图说明
图1为本发明轮-履复合型无人移动平台的整体结构示意图。
图2为本发明轮-履复合型无人移动平台的三种形态示意图,其中(a)为在平坦地面的轮式形态,(b)为越障形态,(c)为复杂地面的履带形态。
图3为本发明轮-履复合型无人移动平台轮履的切换示意图,其中(a)为切换至履带状态,(b)为切换至轮式状态。
图4为本发明轮-履复合型无人移动平台的轮-履切换机构的结构示意图,其中(a)为切换至履带状态时的机构位置状态,(b)为切换至轮式状态时的机构位置状态。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1,一种轮-履复合型无人移动平台,包括车体1、两组履带轮机构2(在具有自适应能力轮-履复合变形移动机器人的开发文献中公开)、前桥3、后桥4和四个轮履切换机构5,两组履带轮机构2对称设置在车体1两侧,前桥3设置在车体1前端,后桥4设置在车体1后端,两组履带轮机构2对称设置在车体1两侧,且位于前桥3和后桥4之间,两个轮履切换机构5设置在同一组履带轮机构2的内壁两端,与前桥3同侧的两个轮履切换机构5分别与车体1和前桥3连接,与后桥4同侧的两个轮履切换机构5分别与车体1和后桥4连接。
本发明通过轮履切换机构5实现对移动平台的轮履切换功能,使其具有轮式、履式两种行走方式;另外,轮履切换机构5中的动力源--电缸6的推杆任意位置可停,通过连杆机构可实现前桥3和后桥4抬升高度、角度的可控,主动适应不同路面状况;轮履切换机构5利用连杆机构的自锁功能,在切换为轮式行走方式时,电缸6的推杆在不撤回情况下,结构固定不可变,而此时电缸6的推杆几乎不受力。
结合图3、图4,所述轮履切换机构5包括电缸6、铰接件7、第一连杆8、第二连杆9、第三连杆10、底座11和若干根销栓,电缸6水平放置,推杆端朝向车桥(分别朝向对应的前桥3和后桥4),另一端通过铰接件7设置在车体1上部。电缸6的推杆顶端与第一连杆8一端铰接,第一连杆8的另一端与底座11铰接,底座11设置在车体1下部,第一连杆8中部有孔,与第二连杆9一端铰接,第二连杆9另一端与第三连杆10中部铰接,所述铰接处的第三连杆10上设有限位块,第三连杆10水平放置,朝向车体1的一端与底座11铰接,朝向车桥的一端与车桥(分别与对应的前桥3和后桥4)固连。其中第一连杆8、第二连杆9、第三连杆10构成连杆机构。
所述轮-履复合型无人移动平台的运用,行走方式由履带式向轮式切换时,此时电缸6的推杆由缩回变为伸出,第一连杆8的顶部由倾向车体1变为竖直,电缸6整体通过铰接件7顺时针转动,第二连杆9绕与第一连杆8中间孔铰接处,逆时针旋转,即与第一连杆8的铰接端向上升高,与第三连杆10的铰接端向下降低,由于第二连杆9的运动,推动第三连杆10绕与底座11的铰接处逆时针转动,连接车桥的一端自然将车轮放下,车轮着地后,电缸6的推杆继续伸出,将车体1和两组履带轮机构2抬升,脱离地面,电缸6的推杆继续伸出,直至第一连杆8完全竖直,与第二连杆9重合,同时第三连杆10上有限位块抵住第二连杆9,使得第二连杆9一侧被限位块抵住,另一侧被电缸6的推杆推住,两侧都不能转动。此时连杆机构为死点位置,实现自锁。地面传递给轮子的力最终有第二连杆9在竖直方向承受,电缸6只是在侧边扶住,保持结构不变,几乎不受力,避免了震动可能对电推造成的损坏。(如图3、图4所示)。
所述轮-履复合型无人移动平台的运用,行走方式由轮式向履带式切换时,此时电缸6的推杆由伸出变为缩回,第一连杆8的顶部由竖直变为倾向车体1,连杆机构脱离死点位置,第二连杆9离开竖直方向位置,结构改变,电缸6整体通过铰接件7逆时针转动,第二连杆9绕与第一连杆8中间孔铰接处,顺时针旋转,即与第一连杆8铰接端向下降低,与第三连杆10铰接端向上升高,第二连杆9的运动,拉动第三连杆10绕与底座11的铰接处顺时针转动,连接车桥的一端自然将车轮抬起,履带轮机构2着地后,电缸6的推杆继续收缩,将车桥整体抬升,脱离地面,电缸6的推杆继续收缩,直至完全缩回。(如图3、图4所示)。
爬楼梯过程:轮履切换机构5将先接触台阶一端的车桥(前桥3)抬升,超越台阶面高度,后桥4暂不抬升。平台继续前进,履带轮机构2中的履带接触台阶,其中的履带轮半径高于台阶面,外齿与楼梯棱角接触,并翻越楼梯棱角,此时要求轮子抬起伸出距离不能先于履带轮抵到第二层台阶,不能阻挡履带攀爬台阶。履带顺利爬上楼梯后,后桥4不抬升,起助推支撑作用,直至履带完全脱离地面,登上楼梯,再将后桥4抬起。(如图2所示)。
本发明通过轮履切换机构实现移动平台轮履行走方式的完全切换,做到纯轮、纯履单一行走方式独立行走;通过电缸推动切换机构执行功能,电缸任意位置可停,使得车桥角度、高度可调,实现主被动悬架结合;爬坡、爬楼梯角度可控,适应性强;利用连杆机构的自锁功能,使轮履切换后稳定可靠,电缸动作结束后不再受力。
Claims (4)
1.一种轮-履复合型无人移动平台,包括车体(1)、两组履带轮机构(2)、前桥(3)、后桥(4),其特征在于:还包括四个轮履切换机构(5),两组履带轮机构(2)对称设置在车体(1)两侧,前桥(3)设置在车体(1)前端,后桥(4)设置在车体(1)后端,两组履带轮机构(2)对称设置在车体(1)两侧,且位于前桥(3)和后桥(4)之间,两个轮履切换机构(5)设置在同一组履带轮机构(2)的内壁两端,与前桥(3)同侧的两个轮履切换机构(5)分别与车体(1)和前桥(3)连接,与后桥(4)同侧的两个轮履切换机构(5)分别与车体(1)和后桥(4)连接。
2.根据权利要求1所述的轮-履复合型无人移动平台,其特征在于:所述轮履切换机构(5)包括电缸(6)、铰接件(7)、第一连杆(8)、第二连杆(9)、第三连杆(10)和底座(11),电缸(6)水平放置,推杆端朝向车桥,另一端通过铰接件(7)设置在车体(1)上部,电缸(6)的推杆顶端与第一连杆(8)一端转动连接,第一连杆(8)的另一端与底座(11)转动连接,底座(11)设置在车体(1)下部,第一连杆(8)中部有孔,与第二连杆(9)一端转动连接,第二连杆(9)另一端与第三连杆(10)中部转动连接,所述转动连接处的第三连杆(10)上设有限位块,第三连杆(10)水平放置,朝向车体(1)的一端与底座(11)转动连接,朝向车桥的一端与车桥。
3.基于根据权利要求2所述的轮-履复合型无人移动平台的运用,其特征在于:行走方式由履带式向轮式切换时,此时电缸(6)的推杆由缩回变为伸出,第一连杆(8)的顶部由倾向车体(1)变为竖直,电缸(6)整体通过铰接件(7)顺时针转动,第二连杆(9)绕与第一连杆(8)中间孔铰接处,逆时针旋转,即与第一连杆(8)的铰接端向上升高,与第三连杆(10)的铰接端向下降低,由于第二连杆(9)的运动,推动第三连杆(10)绕与底座(11)的铰接处逆时针转动,连接车桥的一端自然将车轮放下,车轮着地后,电缸(6)的推杆继续伸出,将车体(1)和两组履带轮机构(2)抬升,脱离地面,电缸(6)的推杆继续伸出,直至第一连杆(8)完全竖直,与第二连杆(9)重合,同时第三连杆(10)上有限位块抵住第二连杆(9),使得第二连杆(9)一侧被限位块抵住,另一侧被电缸(6)的推杆推住,两侧都不能转动;此时连杆机构为死点位置,实现自锁。
4.基于根据权利要求2所述的轮-履复合型无人移动平台的运用,其特征在于:行走方式由轮式向履带式切换时,此时电缸(6)的推杆由伸出变为缩回,第一连杆(8)的顶部由竖直变为倾向车体(1),连杆机构脱离死点位置,第二连杆(9)离开竖直方向位置,结构改变,电缸(6)整体通过铰接件(7)逆时针转动,第二连杆(9)绕与第一连杆(8)中间孔铰接处,顺时针旋转,即与第一连杆(8)铰接端向下降低,与第三连杆(10)铰接端向上升高,第二连杆(9)的运动,拉动第三连杆(10)绕与底座(11)的铰接处顺时针转动,连接车桥的一端自然将车轮抬起,履带轮机构(2)着地后,电缸(6)的推杆继续收缩,将车桥整体抬升,脱离地面,电缸(6)的推杆继续收缩,直至完全缩回。
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