CN107264655A - 一种轮‑履复合型无人移动平台及其运用 - Google Patents

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

一种轮-履复合型无人移动平台及其运用

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。