CN109747728A

CN109747728A - 一种全转动副模块化机器人运输平台

Info

Publication number: CN109747728A
Application number: CN201711081165.6A
Authority: CN
Inventors: 张�林; 单绍福; 王磊; 吴承格
Original assignee: Shandong Jiaotong University
Current assignee: Shandong Jiaotong University
Priority date: 2017-11-07
Filing date: 2017-11-07
Publication date: 2019-05-14

Abstract

一种全转动副模块化机器人运输平台，包含两个及以上机器人平台单元，所述机器人平台单元包含机器人轮腿机构和车轮。所述机器人轮腿机构为七杆两自由度全转动副机构，含两个闭环回路，包含平台、2个主动杆、2个连杆、大臂、小臂等构件。该种模块化机器人运输平台采用连杆传动替代了现有平板车液压传动系统，避免了液压管线束缚，便于快速重构，同时降低了故障率、能耗以及维护保养成本；相比现有平板车，全车采用控制用电动机驱动，大幅提高了智能化水平，缩短了动作响应时间；所述机器人轮腿机构各构件均采用转动副连接，相比移动副连接，由于加工、装配精度要求低，有效降低了该种运输平台的制造成本，满足高精度特种运输作业要求。

Description

一种全转动副模块化机器人运输平台

技术领域

本发明涉及平板车领域，特别是一种全转动副模块化机器人运输平台。

背景技术

平板车是一种主要用来装卸大型、重型不可拆卸货物的工程运输车辆，由于采用公路运输，不需铺设专门轨道，具有成本低、运输效率高等特点，且比相同规格的其他种车型，可以装载更多的货物，因此广泛应用于机场、港口、火车站、工厂和大型仓库，并深受运输单位的青睐。但是，在工程应用过程中，现有平板车也存在着诸多工程技术问题，首先，现有平板车特别是模块化平板车均采用液压传动系统，存在着能耗高、机械效率低、可靠性差、易发生漏油事故等问题；其次，现有平板车多数不具备重构能力，出厂后轴数一般已固定，用户很难根据自己的需要进行重构、重组，对于现有模块化平板车，因受制于复杂的液压管线，在根据任务进行平台模块化拼装工作耗时长，且需要专业人员操作，严重影响了作业效率；再有，现有平板车技术中采用的轮腿机构，工作空间小、灵活度差，致使平板车越障能力差，甚至不具备任何的越障能力，在港口、码头等铺装路面上亦存在减速带等障碍，平板车在经过时不可避免受到冲击，因此很难满足危险物品的运输作业要求。

随着以可控机构为代表的机构学前沿学科的发展，以及现代计算机技术、现代控制技术、机器人等现代技术不断进步，为平板车的绿色化、智能化、模块化提供了技术基础，如何提出一种全转动副模块化机器人运输平台，具有低成本、低能耗、高可靠性、低维护保养成本等特点的同时，具备快速可重构能力和较高的越障能力，能够在水平和竖直方向实现车轮的两自由度大工作空间、高灵活度可控运动，满足港口、码头等危险特种物品的运输作业要求，已成为平板车领域一个亟需解决的工程问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种全转动副模块化机器人运输平台，在具有低成本、低能耗、高可靠性、低维护保养成本等特点的同时，具备快速可重构能力和较高的越障能力，能够在水平和竖直方向实现车轮的两自由度大运动空间、高灵活度可控运动，满足港口、码头等危险特种物品的运输作业要求。

本发明通过以下技术方案达到上述目的：

一种全转动副模块化机器人运输平台，包含两个及以上机器人平台单元，所述机器人平台单元包含机器人轮腿机构和车轮，所述机器人轮腿机构为七杆两自由度全转动副机构，含两个闭环回路，包含平台、第一主动杆、第二主动杆、第一连杆、第二连杆、大臂、小臂，所述第一主动杆、第二主动杆均由安装在平台上的控制用电动机驱动，小臂可实现两自由度运动输出，车轮安装在小臂上，根据实时路况，通过机器人轮腿机构的两自由度可控耦合运动方式，实现车轮两自由度受控运动，完成越障动作。相比采用单闭环两自由度轮腿机构的平板车，采用含两个闭环回路的七杆两自由度全转动副机构作为机器人轮腿机构，可以大幅提高车轮的抬升和跨越距离，有效提高该种全转动副模块化机器人运输平台的越障能力。

所述第一主动杆一端通过第一转动副与平台连接，另一端通过第二转动副与第一连杆一端连接，所述第一连杆另一端通过第三转动副与小臂连接，所述小臂通过第四转动副与大臂连接，大臂通过第五转动副与第二连杆一端连接，第二连杆另一端通过第六转动副与第二主动杆一端连接，所述第二主动杆另一端通过第七转动副与平台连接，所述大臂通过第八转动副与平台连接；车轮通过第九转动副安装在小臂上。所述第一转动副与第八转动副轴线同轴，并且第一主动杆、第一连杆、小臂、大臂构成的闭环回路为平行四边形结构，第二主动杆、第二连杆、大臂、平台构成的闭环回路也为平行四边形结构，如此可以有效降低该种机器人轮腿机构的运动学求解难度，便于编程控制。

所述机器人轮腿机构七杆两自由度全转动副机构，含两个闭环回路，相比单闭环五杆并联机构，具有更大的运动空间和灵活性，进而保证了安装在小臂上的车轮可以进行两自由度大工作空间，高灵活度的运动，使运输平台具有更加出色的越障性能；所述机器人轮腿机构中所含运动副均为转动副，可靠性高，加工、制造精度低，安装、装配技术要求低；同时，由于采用连杆传动替代了现有模块化平板车采用的液压系统，大幅提高了动力传动效率和可靠性，具有低成本、低能耗、高可靠性、低维护保养成本等特点。

所述全转动副模块化机器人运输平台，包含两个及以上机器人平台单元，由于取消了液压传动系统，不再受制于复杂的液压管线，所述机器人平台单元可通过平台上的连接件快速与多个机器人平台单元快速连接重构，形成多足机器人运输平台。在计算机控制下，通过耦合运动即可使多足高负载机器人平板车维持水平并完成跨越障碍等动作，满足大型、重型特种货物的运输工作；由于该种模块化机器人运输平台采用计算机控制，相比液压系统智能化水平更高，并具有更佳的运动精度和响应速度。

本发明的突出优点在于：

1.所述机器人轮腿机构为七杆两自由度全转动副机构，含两个闭环回路，相比单闭环五杆并联机构，具有更好的运动空间和灵活性，保证了安装在小臂上的车轮可以进行两自由度大工作空间，高灵活度的运动，从而使运输平台具有更加出色的越障性能；机器人轮腿机构中所含的运动副均为转动副，相比移动副，具有可靠性高，加工、制造精度低，安装、装配技术要求低等优势；同时，由于采用连杆传动替代了现有模块化平板车采用的液压系统，大幅提高了动力传动效率和可靠性，具有低成本、低能耗、高可靠性、低维护保养成本等特点。

2.该种全转动副模块化机器人运输平台相比现有模块化平板车，具有更强的可重构能力。由于取消了液压传动系统，不再受制于复杂的液压管线，机器人平台单元可通过连接件迅速实现平台与平台之间的模块化拼接，形成多足机器人运输平台，满足大型、重型特种货物的运输工作，重构操作简单，技术要求低，有效提高了该种机器人运输平台的效率和适用范围。

3.该种全转动副模块化机器人运输平台在计算机控制下，通过耦合运动即可轻易实现运输平台水平并完成跨越障碍等动作，由于该种模块化机器人运输平台采用计算机控制，具有控制系统简单，成本低等特点，相比采用液压系统的平板车，不仅自动化水平高，而且具有更佳的运动精度和响应速度。

附图说明

图1为本发明所述全转动副模块化机器人运输平台的机器人平台单元示意图。

图2为本发明所述全转动副模块化机器人运输平台的机器人轮腿机构示意图。

图3为本发明所述机器人轮腿机构的拓扑结构图。

图4为本发明所述全转动副模块化机器人运输平台的机器人平台单元的三维示意图。

图5为本发明所述机器人轮腿机构的小臂示意图。

图6为本发明所述四足全转动副模块化机器人运输平台示意图。

图7为本发明所述四足全转动副模块化机器人运输平台俯视图。

图8为本发明所述四足全转动副模块化机器人运输平台主视图。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

对照图1、图2、图3、图4，一种全转动副模块化机器人运输平台，包含两个及以上机器人平台单元，所述机器人平台单元包含机器人轮腿机构和车轮15，所述机器人轮腿机构为七杆两自由度全转动副机构，含两个闭环回路，包含平台1、第一主动杆4、第二主动杆13、第一连杆7、第二连杆11、大臂2、小臂9，所述第一主动杆4、第二主动杆13均由安装在平台上的控制用电动机驱动，小臂9可实现两自由度运动输出，车轮15安装在小臂9上，根据实时路况，通过机器人轮腿机构的两自由度可控耦合运动方式，实现车轮两自由度受控运动，完成越障动作。相比采用单闭环两自由度轮腿机构的平板车，采用含两个闭环回路的七杆两自由度全转动副机构作为机器人轮腿机构，可以大幅提高车轮15的抬升和跨越距离，有效提高该种全转动副模块化机器人运输平台的越障能力。

对照图1、图2、图3、图4、图5，所述第一主动杆4一端通过第一转动副3与平台1连接，另一端通过第二转动副6与第一连杆7一端连接，所述第一连杆7另一端通过第三转动副8与小臂9连接，所述小臂9通过第四转动副4与大臂2连接，大臂2通过第五转动副10与第二连杆11一端连接，第二连杆11另一端通过第六转动副12与第二主动杆13一端连接，所述第二主动杆13另一端通过第七转动副14与平台1连接，所述大臂7通过第八转动副26与平台1连接；车轮15通过第九转动副16安装在小臂9上。所述第一转动副3与第八转动副26轴线同轴，并且第一主动杆4、第一连杆7、小臂9、大臂2构成的闭环回路为平行四边形结构，第二主动杆13、第二连杆11、大臂2、平台1构成的闭环回路也为平行四边形结构，如此可以有效降低该种机器人轮腿机构的运动学求解难度，便于编程控制。

对照图3、图4、图6、图7、图8，所述机器人轮腿机构七杆两自由度全转动副机构，含两个闭环回路，相比单闭环五杆并联机构，具有更大的运动空间和灵活性，进而保证了安装在小臂9上的车轮15可以进行两自由度大工作空间，高灵活度的运动，使运输平台具有更加出色的越障性能；所述机器人轮腿机构中所含运动副均为转动副，可靠性高，加工、制造精度低，安装、装配技术要求低；同时，由于采用连杆传动替代了现有模块化平板车采用的液压系统，大幅提高了动力传动效率和可靠性，具有低成本、低能耗、高可靠性、低维护保养成本等特点。

对照图4、图6、图7、图8，所述全转动副模块化机器人运输平台，包含两个及以上机器人平台单元，由于取消了液压传动系统，不再受制于复杂的液压管线，所述机器人平台单元通过平台1上的连接件5快速与多个机器人平台单元快速连接重构，形成多足机器人运输平台。在计算机控制下，通过耦合运动即可使多足高负载机器人平板车维持水平并完成跨越障碍等动作，满足大型、重型特种货物的运输工作；由于该种模块化机器人运输平台采用计算机控制，相比液压系统智能化水平更高，并具有更佳的运动精度和响应速度。

四足全转动副模块化机器人运输平台搭建实施例：

对照图4、图6、图7、图8，所述四足全转动副模块化机器人运输平台包含四个机器人平台单元，所述机器人平台单元通过平台1、平台17、平台18、平台19上的连接件连接重构，形成较大面积载货平台，在计算机系统的帮助下，实现各机器人轮腿机构、车轮的耦合控制，根据实时路况，安装在小臂9、小臂20、小臂21、小臂22上的车轮15、车轮23、车轮24、车轮25均可以迅速实现水平、竖直方向的两自由度运动，在维持灾祸平台水平的情形下，实现仿生抬腿动作，便于跨越路肩、减速带等特种货物的运输作业。

Claims

1.一种全转动副模块化机器人运输平台，其特征在于：包含两个及以上机器人平台单元，所述机器人平台单元包含机器人轮腿机构和车轮，所述机器人轮腿机构为七杆两自由度全转动副机构，含两个闭环回路，包含平台、第一主动杆、第二主动杆、第一连杆、第二连杆、大臂、小臂，所述第一主动杆、第二主动杆均由安装在平台上的控制用电动机驱动，小臂可实现两自由度运动输出，车轮安装在小臂上，通过机器人轮腿机构的两自由度可控耦合运动方式，实现车轮两自由度受控运动。

2.根据权利要求1所述的机器人轮腿机构，其特征在于：所述第一主动杆一端通过第一转动副与平台连接，另一端通过第二转动副与第一连杆一端连接，所述第一连杆另一端通过第三转动副与小臂连接，所述小臂通过第四转动副与大臂连接，大臂通过第五转动副与第二连杆一端连接，第二连杆另一端通过第六转动副与第二主动杆一端连接，所述第二主动杆另一端通过第七转动副与平台连接，所述大臂通过第八转动副与平台连接，所述第一转动副与第八转动副轴线同轴，第一主动杆、第一连杆、小臂、大臂构成的闭环回路为平行四边形结构，第二主动杆、第二连杆、大臂、平台构成的闭环回路为平行四边形结构。