CN107380281B - 一种自适应式履带行走系统和自适应式履带机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自适应式履带行走系统和自适应式履带机器人，所述自适应式履带行走系统包括：前轮机构和后轮机构及履带；所述前轮机构包括前摆臂、主动轮、前弹簧悬挂、前托带轮及前桥车轮；所述后轮机构包括后摆臂、后弹簧悬挂、后托带轮及后桥车轮；所述履带依次套设在所述前托带轮、所述主动轮、所述前桥车轮、所述后桥车轮及后托带轮上。本发明可以无需人为干预，在遇到障碍物时会自动改变履带形状去适应变化的地形，具有结构简单、自适应能力强的特点，可大幅度地降低操控履带式机器人的难度，并使履带式机器人的通过能力获得大幅提升。

Description

一种自适应式履带行走系统和自适应式履带机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种自适应式履带行走系统和自适应式履带机器人。
背景技术
目前，履带式机器人行走系统多采用如下方式：
无悬挂整体式，这种结构类似于履带式工程机械如挖掘机，具有很强的承载能力和很好的整体刚度。但由于没有悬挂系统，与地面接触的强大冲击无法及时吸收，机器人不宜作快速机动。在翻越刚性较大的障碍和过峰顶时会有较大的翘板效应，产生拍击和履带打滑，进而降低机器人的通过能力。
有悬挂整体式，这种结构类似于坦克装甲车辆，具有良好的非结构地面通过能力和高速性。缺点是不能改变姿态，刚性和承载能力较差，不宜用于对稳定性要求较高或载荷变动大的如狙击、排爆、救援等机器人。
无悬挂履带分段式，这种方式采有单侧两段或三段可折叠履带，通过控制各段履带的折叠和伸展，可以使机器人离地高度和姿态发生变化，也可以大幅度地改善机器人的通过能力。但其最大缺点是操控机构复杂，占据内部空间大，履带横向尺寸大，无法安装悬挂系统，难以实现结构复杂地面的高速通行。
无悬挂变形式，这是一种通过改变履带内圈各支撑轮位置，使履带周边轮廓变形，如变为三角形、菱形等来改变机器人姿态的行走机构。但由于机构复杂，难以配置悬挂等弱点而使其应用范围受到较大限制。
现有技术中缺少一种带有悬挂系统且可根据地面变化自动改变履带接地形状的自适应式履带行走系统。可以无需人为干预，在遇到障碍物时会自动改变履带形状去适应变化的地形，具有结构简单、自适应能力强的特点，可大幅度地降低操控履带式机器人的难度，并使履带式机器人的通过能力获得大幅提升。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带有悬挂系统且可根据地面变化自动改变履带接地形状的自适应式履带行走系统。可以无需人为干预，在遇到障碍物时会自动改变履带形状去适应变化的地形，具有结构简单、自适应能力强的特点，可大幅度地降低操控履带式机器人的难度，并使履带式机器人的通过能力获得大幅提升。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种自适应式履带行走系统，包括：前轮机构和后轮机构及履带；
所述前轮机构包括前摆臂、主动轮、前弹簧悬挂、前托带轮及前桥车轮，所述前摆臂包括呈钝角连接的第一臂杆和第二臂杆，所述第一臂杆的末端旋转式活动安装所述主动轮，所述第一臂杆和所述第二臂杆的连接处安装有传动轮，所述传动轮通过传动链与所述主动轮传动连接，所述第二臂杆的末端旋转式活动连接所述前桥车轮，所述前托带轮安装在机身上，其轴心连接所述前弹簧悬挂的第一端，所述前弹簧悬挂的第二端连接所述第二臂杆的中部；
所述后轮机构包括后摆臂、后弹簧悬挂、后托带轮及后桥车轮，所述后摆臂第一端旋转式活动连接机身，第二端旋转式活动连接所述后桥车轮，所述后托带轮安装在机身上，其轴心连接所述后弹簧悬挂的第一端，所述后弹簧悬挂的第二端旋转式活动连接所述后桥车轮；
所述履带依次套设在所述前托带轮、所述主动轮、所述前桥车轮、所述后桥车轮及后托带轮上。
优选的，还包括电机，所述电机设置在机身内部，并与所述传动轮同轴连接。
优选的，所述主动轮和传动轮采用链传动结构。
优选的，所述主动轮的位置高于地平面。
优选的，所述前桥车轮采用由2个车轮通过横梁连接的桥式车轮，所述第二臂杆的末端旋转式活动连接在所述横梁上。
优选的，所述后摆臂的第二端和所述后弹簧悬挂的第二端旋转式活动连接在所述后桥车轮的同一位置。
优选的，所述后桥车轮包括通过横梁连接的第一车轮和第二车轮，第一车轮的直径大于第二车轮的直径。
优选的，所述第一车轮的位置高于地平面。
为了实现上述目的，本发明还采用如下技术方案予以实现：一种自适应式履带机器人，包括所述自适应式履带行走系统和机器人机身，所述机器人机身通过所述自适应式履带行走系统与地面进行接触。
本发明具有如下优点：
本发明的前轮机构和后轮机构通过设置位于地平面以上位置的主动轮和第一车轮，不接触地面，形成翘翘板结构，能够自动张紧履带，各个车轮灵活可变，根据地面特征，及时调整履带的形态，保持一种稳定合适的张紧度，并通过弹性悬挂吸收地面的结构，起到弹性缓冲的作用，能够自适应地面结构。可以无需人为干预，在遇到障碍物时会自动改变履带形状去适应变化的地形，具有结构简单、自适应能力强的特点，可大幅度地降低操控履带式机器人的难度，并使履带式机器人的通过能力获得大幅提升。
附图说明
图1是本发明一实施例中所述自适应式履带行走系统的结构示意图。
图2-6是本发明一实施例中所述自适应式履带行走系统的动态示意图。
图中，1是主动轮；2是传动链；3是前摆臂；4是前弹簧悬挂；5是前托带轮；6是后摆臂；7是第一车轮；8是后桥车轮；9是前桥车轮；10是履带；11是后托带轮；12是后弹簧悬挂；13是第一臂杆；14是第二臂杆；15是第二车轮。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明将以较佳实施例及观点加以叙述以解释本发明的结构，仅用来说明而非用以限制本发明的申请专利范围，因此，除说明书中的较佳实施例外，本发明亦可广泛实行于其他实施例中。需要说明的是，在图1中，本发明以下所给出的描述中，特征的两端均用第一、第二端表示，如后摆臂6的第一、第二端表示后摆臂6的两个末端。
如图1所示，本发明的自适应式履带机器人，包括自适应式履带行走系统和机器人机身，所述机器人机身通过所述自适应式履带行走系统与地面进行接触。
本发明的所述自适应式履带行走系统，包括：前轮机构和后轮机构及履带10；
所述前轮机构包括前摆臂3、主动轮1、前弹簧悬挂4、前托带轮5及前桥车轮9，所述前摆臂3包括呈钝角连接的第一臂杆13和第二臂杆14，所述第一臂杆13的末端旋转式活动安装所述主动轮1，所述第一臂杆和所述第二臂杆的连接处安装有传动轮，所述传动轮通过传动链2与所述主动轮1传动连接，所述第二臂杆14的末端旋转式活动连接所述前桥车轮9，所述前托带轮5安装在机身上，其轴心连接所述前弹簧悬挂4的第一端，所述前弹簧悬挂4的第二端连接所述第二臂杆14的中部；
所述后轮机构包括后摆臂6、后弹簧悬挂12、后托带轮11、后桥车轮8，所述后摆臂6第一端旋转式活动连接机身，第二端旋转式活动连接所述后桥车轮8，所述后托带轮11安装在机身上，其轴心连接所述后弹簧悬挂12的第一端，所述后弹簧悬挂12的第二端旋转式活动连接所述后桥车轮8；
所述履带10依次套设在所述前托带轮5、所述主动轮1、所述前桥车轮9、所述后桥车轮8及后托带轮11上。
优选的，还包括电机，所述电机设置在机身内部，并与所述传动轮同轴连接。
优选的，所述主动轮1和传动轮采用链传动结构。
优选的，所述主动轮1的位置高于地平面。所述主动轮1与地面不接触，同时与前桥车轮9形成翘翘板结构，便于在前桥车轮9遇到障碍物时，灵活变动，调整履带10的张紧度，顺利通过地面结构。
优选的，所述前桥车轮9采用由2个车轮通过横梁连接的桥式车轮，所述第二臂杆14的末端旋转式活动连接在所述横梁上。
所述桥式车轮可以绕所述第二臂杆14的末端进行旋转式活动，形成翘翘板结构，各个车轮灵活变动，以适应不同的通行路面情况。
优选的，所述后摆臂6的第二端和所述后弹簧悬挂12的第二端旋转式活动连接在所述后桥车轮8的同一位置。
所述后桥车轮8可以绕所述后摆臂6的第二端进行旋转式活动，形成翘翘板结构，各个车轮灵活变动，以适应不同的通行路面情况。
优选的，所述后桥车轮8包括通过横梁连接的第一车轮7和第二车轮15，第一车轮7的直径大于第二车轮15的直径。
优选的，所述第一车轮7的位置高于地平面。所述第一车轮7与地面不接触，同时与第二车轮15形成翘翘板结构，便于在第二车轮15遇到障碍物时，灵活变动，调整履带10的张紧度，顺利通过地面结构。
综上所述，本发明的前轮机构和后轮机构通过设置位于地平面以上位置的主动轮1和第一车轮7，不接触地面，形成翘翘板结构，能够自动张紧履带10，各个车轮灵活可变，根据地面特征，及时调整履带10的形态，保持一种稳定合适的张紧度，并通过弹性悬挂吸收地面的结构，起到弹性缓冲的作用，能够自适应地面结构。可以无需人为干预，在遇到障碍物时会自动改变履带10形状去适应变化的地形，具有结构简单、自适应能力强的特点，可大幅度地降低操控履带式机器人的难度，并使履带式机器人的通过能力获得大幅提升。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种自适应式履带行走系统，其特征在于，所述自适应式履带行走系统包括：前轮机构和后轮机构及履带；
所述前轮机构包括前摆臂、主动轮、前弹簧悬挂、前托带轮及前桥车轮，所述前摆臂包括呈钝角连接的第一臂杆和第二臂杆，所述第一臂杆的末端旋转式活动安装所述主动轮，所述第一臂杆和所述第二臂杆的连接处安装有传动轮，所述传动轮通过传动链与所述主动轮传动连接，所述第二臂杆的末端旋转式活动连接所述前桥车轮，所述前托带轮安装在机身上，其轴心连接所述前弹簧悬挂的第一端，所述前弹簧悬挂的第二端连接所述第二臂杆的中部；
所述后轮机构包括后摆臂、后弹簧悬挂、后托带轮及后桥车轮，所述后摆臂第一端旋转式活动连接机身，第二端旋转式活动连接所述后桥车轮，所述后托带轮安装在机身上，其轴心连接所述后弹簧悬挂的第一端，所述后弹簧悬挂的第二端旋转式活动连接所述后桥车轮；
所述履带依次套设在所述前托带轮、所述主动轮、所述前桥车轮、所述后桥车轮及后托带轮上。
2.根据权利要求1所述的自适应式履带行走系统，其特征在于，还包括电机，所述电机设置在机身内部，并与所述传动轮同轴连接。
3.根据权利要求1所述的自适应式履带行走系统，其特征在于，所述主动轮和传动轮采用链传动结构。
4.根据权利要求1所述的自适应式履带行走系统，其特征在于，所述主动轮的位置高于地平面。
5.根据权利要求1所述的自适应式履带行走系统，其特征在于，所述前桥车轮采用由2个车轮通过横梁连接的桥式车轮，所述第二臂杆的末端旋转式活动连接在所述横梁上。
6.根据权利要求1所述的自适应式履带行走系统，其特征在于，所述后摆臂的第二端和所述后弹簧悬挂的第二端旋转式活动连接在所述后桥车轮的同一位置。
7.根据权利要求1所述的自适应式履带行走系统，其特征在于，所述后桥车轮包括通过横梁连接的第一车轮和第二车轮，第一车轮的直径大于第二车轮的直径。
8.根据权利要求7所述的自适应式履带行走系统，其特征在于，所述第一车轮的位置高于地平面。
9.一种自适应式履带机器人，其特征在于，包括权利要求1-8中任一项所述的自适应式履带行走系统和机器人机身，所述机器人机身通过所述自适应式履带行走系统与地面进行接触。
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