CN1076655C - 自主变位四履带足机器人行走机构 - Google Patents

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Abstract

一种自主变位四履带足机器人行走机构，采用四履带足驱动，四履带足两两相互平行，沿机架1纵轴线对称布置，采用驱动轮5低置和导向轮15辅助支承的结构，无任何复杂的变位传动机构，结构简单，造价低廉，有承载能力大，行走平稳，回转灵活，机动性强等优点，可毫不费力地越过比履带高数倍的直壁型障碍，有优异的越障性能，适于作诸如工程抢险机器人，越野车辆之类机器人或车辆的行走机构。

Description

自主变位四履带足机器人行走机构
本发明涉及一种自主变位四履带足机器人行走机构，属四履带车辆或机器人的驱动技术领域。
背景技术介绍。美国专利US4596298介绍一种四履带爬坡车辆，该车主要包括车身，四个拱形的履带足，回转装置和驱动装置。四个履带足以每边前后各一个的方式安装在车身的两边，履带足上挂套有履带，每个履带足都带有独立驱动装置，回转装置用来使车辆回转，改变车辆行驶方向。背景技术的优点是越障能力强，不仅能翻越直壁型障碍和在不平坦的地面上行驶，而且能爬坡，甚至爬楼梯；能较灵活地回转行驶。但背景技术也有以下缺点，驱动装置和回转装置结构复杂，造价昂贵；回转不够灵活，车辆不能作原地回转，即零半径回转，回转半径较大；履带足与车身固定在一起，前者不能按路况自主变位，使车辆难以爬越比履带足高的直壁型障碍。
本发明的目的是提供一种结构简单，造价低廉，回转灵活，越障性能优异，行走平稳和承载能力大的自主变位四履带足机器人行走机构。
附图说明。图1是本发明的结构示意图，其中1是机架，2是后托架，3是前托架，4A是前履带足，4B是后履带足，5是驱动轮，6是张紧轮，7是承载轮，8是履带，9是履带支架，10是链轮，11是链，12是链轮，13是电动机，14是驱动轮轴和15是导向轮。图2是本发明爬越直壁型障碍的示意图，其中16是障碍，图2包括(a)～(d)四个分图：图2(a)是本发明越障时正对障碍16保持直行的示意图；图2(b)是本发明的前履带足4A在后履带足4B的推动下，头端上翘，沿障碍16的直壁上攀的示意图；图2(c)是本发明的前履带足4A的履带8顺障碍16的尖角上爬，前履带足4A登上障碍16的平台的示意图；图2(d)是本发明的前履带足4A走下障碍16，后履带足4B攀壁越障的示意图。
现结合附图说明本发明为实现上述目的而采用的技术方案和本发明的工作原理。
本发明涉及采用下列结构的一种自主变位四履带足机器人行走机构，主要由机架1，后托架2，前托架3，前履带足4A，后履带足4B，和导向轮15组成，后托架2共有二个，以沿机架1纵轴对称布置方式固定在机架1尾部的下方，前托架3固定在机架1头部的正下方，履带足共有四个，前履带足4A和后履带足4B各二个，每个履带足含驱动轮5，张紧轮6，承载轮7，履带8和履带支架9，履带8挂套在驱动轮5，张紧轮6和承载轮7上，后履带足4B还包括由链轮10，链11，链轮12和电动机13组成的独立驱动，二个后履带足4B以二条履带8相互平行的方式分别安装在二个后托架2的下方，链轮10和链轮12分别固定在驱动轮5和电动机13的转轴上，链11挂套在链轮10和链轮12上，其特征在于，驱动轮5位于两个张紧轮6之间，驱动轮5采用低置形式，驱动轮5的转轴和两个张紧轮6的转轴构成底边在上，顶点在下的三角形，两个张紧轮6的转轴的轴心之间的连线为底边，驱动轮5的转轴的轴心为顶点，二个前履带足4A以二条履带8相互平行的方式分别安装在前托架3底部的两端，驱动轮轴14以与机架1纵轴垂直的方式从前托架3的底部穿过，二个前履带足4A的驱动轮5分别固定在驱动轮轴14的两端，二个前履带足的4A还包括由链轮10，链11，链轮12和电动机13组成的同轴驱动，每个履带足4与各自的驱动轮5的转轴构成前者绕后者旋转，即前者绕后者作自主变位的约束机构，导向轮15是万向轮，共有二个，以沿机架1纵轴对称布置方式固定在前托架3中部的后下方。
驱动轮5的转轴和两个紧张轮6的转轴构成的三角形是等腰三角形。
每个履带足绕各自的驱动轮5的转轴作自主变位的仰俯角的范围为±90°。
实施例。驱动轮5与张紧轮6呈非对称布置；二个后履带足4B分别由二只带减速箱的直流25W电动机13独立驱动，电动机输出扭矩178N·cm，二个前履带足4A由一只带减速箱的直流25W电动机13同轴驱动，机器人行进速度14.45m/min；履带8采用宽3cm的聚胺脂双面同步齿形带，二个后履带足4B之间的平行间距为60cm，二个前履带足4A之间的平行间距为30cm，张紧轮6的直径为8cm，驱动轮5的直径为4.5cm，导向轮15的直径为3cm，前后履带驱动轮5之间的中心距为760cm，履带足相对水平线变位摆角，即自主变位的仰俯角的范围为±45°；行走机构设计负重为40Kg，包括行走机构自重，外形尺寸长宽高为1m×1m×0.27m。经实际试验，该行走机构能毫不费力地越过20cm高30cm宽的直壁型障碍。直行时，启动前履带足4A和后履带足4B的三只驱动电动机13，当驱动后履带足4B的二只电机同速同向时，该行走机构直行；当同时改变三只电动机13的转向时，该行走机构后退；当驱动后履带足4B的两只电动机13有转速差时，该行走机构产生转向动作；当驱动后履带足4B的两只电动机13转速相同转向相反时，该行走机构作零半径回转。越障时，该行走机构正对障碍16保持直行状态，见图2(a)，履带8碰到障碍时，在直壁对履带8的磨擦力和后履带足4B的推力作用下，前履带足4A的头端上翘，沿直壁上攀见图2(b)，这时导向轮15的轮缘自然隐于履带8的内侧，因此履带8可顺障碍16的尖角上爬，直到机架1对履带8的支反力使前履带足4A的头端下摆到障碍16的平台上，见图2(c)，接着前履带足4A走下障碍16，后履带足4B开始爬壁越障，这时前履带足4A着地，能产生较大的牵引力，帮助后履带足4B越过障碍16，见图2(d)。
与背景技术相比，本发明有下列优点：
1.结构简单，造价低廉。
2.采用支承以二个后履带足4B为主、二个导向轮15为辅和二个后履带足4B独立驱动相结合的结构确保本行走机构承载能力大，行走平稳和回转灵活。二个后履带足4B与地面接触面积大，减小了本行走机构对地面的压强，二个导向轮15的轮缘比履带8稍许突出，将前履带足4A的履带8稍许架空，这些结构确保了本行走机构具有承载能力大和行走平稳的功能。二个后履带足4B的独立驱动和二个导向轮15相结合的结构确保了本行走机构具有回转灵活的功能。
3.每个履带足绕各自驱动轮5的转轴作自主变位，低置驱动轮5和前履带足4A的同轴驱动相结合的结构确保了本行走机构具有卓越的越障能力：本行走机构能轻易地越过比履带高度高2.5倍的直壁型障碍。
本发明特别适于作诸如工厂的自动化运输机器人，工程抢险机器人，越野车辆，游乐休闲车辆和玩具车辆之类机器人或车辆的行走机构。

Claims (4)

1.一种自主变位四履带足机器人行走机构，主要由机架1，后托架2，前托架3，前履带足4A，后履带足4B，和导向轮15组成，后托架2共有二个，以沿机架1纵轴对称布置方式固定在机架1尾部的下方，前托架3固定在机架1头部的正下方，履带足共有四个，前履带足4A和后履带足4B各二个，每个履带足含驱动轮5，张紧轮6，承载轮7，履带8和履带支架9，履带8挂套在驱动轮5，张紧轮6和承载轮7上，后履带足4B还包括由链轮10，链11，链轮12和电动机13组成的独立驱动，二个后履带足4B以二条履带8相互平行的方式分别安装在二个后托架2的下方，链轮10和链轮12分别固定在驱动轮5和电动机13的转轴上，链11挂套在链轮10和链轮12上，其特征在于，驱动轮5位于两个张紧轮6之间，驱动轮5采用低置形式，驱动轮5的转轴和两个张紧轮6的转轴构成底边在上，顶点在下的三角形，两个张紧轮6的转轴的轴心之间的连线为底边，驱动轮5的转轴的轴心为顶点，二个前履带足4A以二条履带8相互平行的方式分别安装在前托架3底部的两端，驱动轮轴14以与机架1纵轴垂直的方式从前托架3的底部穿过，二个前履带足4A的驱动轮5分别固定在驱动轮轴14的两端，二个前履带足的4A还包括由链轮10，链11，链轮12和电动机13组成的同轴驱动，每个履带足4与各自的驱动轮5的转轴构成前者绕后者旋转，即前者绕后者作自主变位的约束机构，导向轮15是万向轮，共有二个，以沿机架1纵轴对称布置方式固定在前托架3中部的后下方。
2.根据权利要求1所述的自主变位四履带足机器人行走机构，其特征在于，驱动轮5的转轴和两个紧张轮6的转轴构成的三角形是等腰三角形。
3.根据权利要求1所述的自主变位四履带足机器人行走机构，其特征在于，每个履带足绕各自的驱动轮5的转轴作自主变位的仰俯角的范围为±90°。
4.根据权利要求1所述的自主变位四履带足机器人行走机构，其特征在于，驱动轮5与张紧轮6呈非对称布置；二个后履带足4B分别由二只带减速箱的直流25W电动机13独立驱动，电动机输出扭矩178N·cm，二个前履带足4A由一只带减速箱的直流25W电动机13同轴驱动，机器人行进速度14.45m/min；履带8采用宽3cm的聚胺脂双面同步齿形带，二个后履带足4B之间的平行间距为60cm，二个前履带足4A之间的平行间距为30cm，张紧轮6的直径为8cm，驱动轮5的直径为4.5cm，导向轮15的直径为3cm，前后履带驱动轮5之间的中心距为760cm，履带足相对水平线变位摆角，即自主变位的仰俯角的范围为±45°；行走机构设计负重为40Kg，包括行走机构自重，外形尺寸长宽高为1m×1m×0.27m。
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