CN110481657A - 一种具备复杂地形自适应功能的特种机器人及其运动作业方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具备复杂地形自适应功能的特种机器人及其运动作业方法，该特种机器人包括履带式底盘、减震悬挂组件、悬挂自适应调整组件和电控组件，悬挂自适应调整组件用于实现对减震悬挂组件的角度调整。本发明通过设置悬挂自适应调整组件等结构，实现了对减震悬挂组件的左右两侧自适应角度调整，包括对减震悬挂组件的左右独立俯仰角和横滚角调整，配合路面感知传感器，实现了履带式机器人对复杂恶劣路况的自适应性，保障了履带等机构对不同复杂路面障碍物的通过性能和贴合能力，进一步提升了履带式机器人负载性能，保障了移动平台安全性、稳定性和自适应性，对提升特种机器人复杂环境运动的高性能、自适应、高稳定和智能化具有重要意义。

Description

一种具备复杂地形自适应功能的特种机器人及其运动作业 方法
技术领域
本发明涉及工程机械技术领域，具体地说是涉及一种具备复杂地形自适应功能的特种机器人及其运动作业方法。
背景技术
履带式底盘具有动作灵活、负重性能好、越障能力强等优点，常用于复杂恶劣地面特种机器移动平台。相对轮式底盘，履带式底盘由于设置有悬挂减震机构，具备更强的越障性能和复杂地形通过能力。履带式底盘以及配套的悬挂结构作为相关机械的行走机构，其发展方向始终围绕着高自适应性、高运动性能、安全可靠性和运动平稳性等方面发展。
现有的履带式底盘的悬挂结构一般采用固定式结构，其运动时悬挂系统的角度等无法改变，当悬挂结构经过截面呈“∨”型、“∧”型或其它两侧坡度各异的复杂地面、障碍物或坡道时，底盘工作平稳性降低、悬挂系统受力不均，履带会发生严重形变，轻微者损伤履带或掉带，重则使左右两侧履带结构受力不均发生车体损伤甚至倾覆，严重危害履带底盘寿命，对底盘通过性和越障性提出巨大挑战。
目前履带式底盘有些采用特定结构的减震悬挂系统，分为左右两侧各设置对称的悬挂结构。为提高履带式底盘复杂路面通过能力，一般采用如下两种方案：
(1)采用机械式抬高机构实现机器人在行进过程中的底盘高度，从而实现避障等。典型的技术方案有专利号为201810575356.6公布的一种可调整履带装置，其通过调整液压杆长度，实现底盘的高度调整，从而提高履带式底盘的通过性。
(2)改变减震悬挂系统前后倾斜角度，实现对坡面的适应性，从而补偿机器人履带底盘倾斜角度，提高平台的水平性。典型的技术方案有专利号为201610975634.8公布的自适应调平底盘，其采用车轮与悬架配合，各悬架高度自适应调整，减小由地形变化引起底盘的侧倾角和俯仰角变化量，实现底盘的动态调平。
现有技术方案中仅对底盘高度或前后俯仰角调节，仅能调平底盘的工作角度，无法从本质上解决底盘的越障自适应问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种具备复杂地形自适应功能的特种机器人，其可实时改变履带式底盘的两侧悬挂结构的俯仰和横滚工作角度，从而使悬挂系统和履带系统更好的贴合地面，提高底盘爬坡越障性能。同时，本发明还提供一种具备复杂地形自适应功能的特种机器人的运动作业方法。
本发明所采用的技术解决方案是：
一种具备复杂地形自适应功能的特种机器人，包括履带式底盘、减震悬挂组件、悬挂自适应调整组件和电控组件；
所述履带式底盘包括底盘本体，底盘本体为框架式结构，在底盘本体的两侧面设置有悬挂支撑侧板，在底盘本体的顶面、底面、前端面和后端面均设置有固定盖板；
所述减震悬挂组件共设置两套，分别位于履带式底盘的两侧；减震悬挂组件包括悬挂本体和履带，在悬挂本体的两端分别设置有主动轮和从动轮，在悬挂本体的上部间隔设置有托带轮，在悬挂本体的底部间隔设置有负载轮，负载轮与用于控制其张紧履带的张紧机构连接，所述履带绕设于由托带轮、主动轮、从动轮和负载轮组成的外轮廓上；
所述悬挂自适应调整组件共设置两套，分别位于底盘本体的两侧靠后位置处，每一套减震悬挂组件对应一套悬挂自适应调整组件，悬挂自适应调整组件用于实现对减震悬挂组件的角度调整；
所述悬挂自适应调整组件包括转向电机、主齿轮、副齿轮、转向齿轮、动力传递机构和固定机构；所述转向电机包括第一转向电机和第二转向电机，第一转向电机和第二转向电机平行放置，且均设置于悬挂支撑侧板的后端；所述主齿轮包括第一主齿轮和第二主齿轮，所述副齿轮包括第一副齿轮和第二副齿轮，第一主齿轮、第二主齿轮分别设置于第一转向电机、第二转向电机的转轴上，且分别与第一副齿轮、第二副齿轮啮合，转向齿轮设置于第一副齿轮和第二副齿轮之间，并与第一副齿轮和第二副齿轮分别啮合；转向齿轮的中心与空心轴的一端连接，空心轴的另一端固定连接于悬挂本体的后端；
所述动力传递机构包括主动轴、万向节和从动轴，万向节连接在主动轴和从动轴之间；
所述固定机构包括第一固定杆和第二固定杆，第一固定杆为T型空心杆结构，第一转向电机和第二转向电机连接在第一固定杆的尾端，第一副齿轮和第二副齿轮分别连接在第一固定杆的前端两端头处，第一副齿轮和第二副齿轮间通过刚性轴连接，刚性轴从第一固定杆的前端穿过，在刚性轴的两端外侧均设置有轴套；第二固定杆呈U形结构，其横跨第一副齿轮和第二副齿轮，且第二固定杆的两端分别固定于刚性轴穿过第一副齿轮和第二副齿轮两端外侧的轴套上，在第二固定杆的中心对应转向齿轮的中心处连接有固定座，与转向齿轮相连的空心轴垂直穿过固定座，且空心轴能相对于固定座自由转动；
所述电控组件包括控制器、传感器、驱动器和动力电机，控制器连接传感器和驱动器，驱动器分别与动力电机和转向电机相连接，所述动力电机与动力传递机构的主动轴相连接，动力传递机构的从动轴与减震悬挂组件的主动轮相连接。
优选的，所述电控组件设置在底盘本体上，所述悬挂支撑侧板和固定盖板共同围拢形成用于保护电控组件的空间。
优选的，所述第一主齿轮、第二主齿轮、第一副齿轮、第二副齿轮和转向齿轮均为伞齿轮；第一副齿轮和第二副齿轮的轴线重合，且垂直于第一主齿轮和第二主齿轮的轴线，转向齿轮的轴线平行于第一主齿轮和第二主齿轮的轴线。
优选的，所述传感器为激光传感器或视觉传感器，传感器设置于履带式底盘的前端，用以探测地面障碍物或路面形状；控制器通过对路面参数采集并决策，控制驱动器实现对动力电机控制；动力电机共设置两套，左右对称设置于底盘本体后端两侧，通过减速箱后，输出轴通过联轴器与动力传递机构的主动轴连接。
一种具备复杂地形自适应功能的特种机器人的运动作业方法，具体步骤如下：
A特种机器人常规运动作业方法
当传感器检测到特种机器人前方待通过路面平整时，控制器分析决策后，仅驱动两套动力电机运动，而转向电机不动作；
具体的，
(1)特种机器人直线前进运动作业方法
①控制器通过控制驱动器，实现对两套动力电机的正向转动驱动；
②动力电机将动力传递至主动轴，左右两套悬挂自适应调整组件中的主动轴均正转；
③主动轴通过万向节将动力传递至从动轴上，从动轴正转；
④从动轴转动时，带动主动轮正转，从而拖动履带正向向前滚动铺设，驱动履带式底盘直线前进；
(2)特种机器人直线后退运动作业方法
①控制器通过控制驱动器，实现对两套动力电机的反向转动驱动；
②动力电机将动力传递至主动轴，左右两套悬挂自适应调整组件中的主动轴均反转；
③主动轴通过万向节将动力传递至从动轴上，从动轴反转；
④从动轴转动时，带动主动轮反转，从而拖动履带正向向后滚动铺设，驱动履带式底盘直线后退。
(3)特种机器人差速转弯运动作业方法
①控制器通过控制驱动器，实现对两套动力电机的同时正向或反向转动驱动，但两套动力电机转动速度有差异；
②动力电机将动力传递至主动轴，左右两套悬挂自适应调整组件中的主动轴实现差异性转动；
③主动轴通过万向节将动力传递至从动轴上，从动轴转动；
④从动轴转动时，带动主动轮转动，从而拖动履带滚动铺设，由于左右两侧的动力电机转速差异原因，动力传递至主动轮的转动速度也存在差异，从而导致履带滚动转动速度不同，实现驱动履带式底盘转弯前进；
⑤通过控制左右两套动力电机的转动方向，重复步骤①-④，可实现对履带式底盘的向左或向右转弯运动；
(4)特种机器人原地转圈运动作业方法
①控制器通过控制驱动器，实现对两套动力电机的一正一反转动驱动；
②动力电机将动力传递至主动轴，左右两套悬挂自适应调整组件中的主动轴实现一正一反转动；
③主动轴通过万向节将动力传递至从动轴上，左右两套从动轴也一正一反转动；
④从动轴转动时，带动主动轮转动，从而拖动履带滚动铺设，由于左右两侧的动力电机转速相反原因，动力传递至主动轮的转动速度也相反，从而导致履带滚动转动速度大小相同、方向相反，从而实现驱动履带式底盘运抵转弯；
⑤通过控制左右两套动力电机的转动方向，重复步骤①-④，可实现对履带式底盘的向左或向右原地转圈运动；
B特种机器人自适应越障运动作业方法
当传感器检测到机器人前方待通过路面复杂不平整时，控制器分析决策后，按照上述步骤中常规的动力驱动方法驱动机器人运动的同时，还通过驱动器驱动悬挂自适应调整组件对减震悬挂组件作如下控制动作，从而实现对复杂恶劣路况的自适应越障通过功能，具体的，
(1)特种机器人经过∨型路面作业方法
对于处于履带式底盘左侧的减震悬挂组件、悬挂自适应调整组件来讲，
①控制器通过传感器检测到特种机器人即将通过截面呈∨型的路面时，控制器控制驱动器驱动左侧的第一转向电机、第二转向电机分别反转和正转，此时第一副齿轮、第二副齿轮同时正向旋转；
②与第一副齿轮、第二副齿轮相啮合的转向齿轮不自旋，此时转向齿轮随第一副齿轮、第二副齿轮的轴心作正向摆动运动；
③与转向齿轮的空心转轴相连的左侧悬挂本体绕副齿轮的轴心正向转动，从而带动减震悬挂组件相对履带式底盘的偏转角增大，最终实现减震悬挂组件对∨型路面的贴合适应；
④对于右侧的减震悬挂组件、悬挂自适应调整组件来讲，与上述过程相同；
(2)特种机器人经过∧型路面作业方法
对于处于履带式底盘左侧的减震悬挂组件、悬挂自适应调整组件来讲，
①控制器通过传感器检测到特种机器人即将通过∧型路面时，控制器控制驱动器驱动左侧的第一转向电机、第二转向电机分别正转和反转，此时第一副齿轮3-3-a、第二副齿轮3-3-b同时反向旋转；
②与第一副齿轮、第二副齿轮相啮合的转向齿轮不自旋，此时转向齿轮随第一副齿轮、第二副齿轮的轴心作反向摆动运动；
③与转向齿轮的空心转轴相连的左侧悬挂本体绕副齿轮的轴心反向转动，从而带动减震悬挂组件相对履带式底盘的偏转角减小，最终实现减震悬挂组件对∧型路面的贴合适应；
④对于右侧的减震悬挂组件、悬挂自适应调整组件来讲，与上述过程相同；
(3)特种机器人经过前低后高的╱型路面作业方法
对于处于履带式底盘左侧的减震悬挂组件、悬挂自适应调整组件来讲，
①控制器通过传感器检测到特种机器人即将通过╱型路面时，控制器控制驱动器驱动左侧的第一转向电机、第二转向电机同时反转，此时第一副齿轮、第二副齿轮分别反向和正向旋转；
②与第一副齿轮、第二副齿轮相啮合的转向齿轮开始自旋，转向齿轮反向旋转；
③与转向齿轮的空心转轴相连的左侧悬挂本体绕转向齿轮逆时针旋转，从而实现对减震悬挂组件的俯仰角减小调节，适应前低后高的╱型路面，提高减震悬挂组件对╱型路面的贴合适应能力；
④对于右侧的减震悬挂组件、悬挂自适应调整组件来讲，与上述过程相同；
(4)特种机器人经过前高后低的╲型路面作业方法
对于处于履带式底盘左侧的减震悬挂组件、悬挂自适应调整组件来讲，
①控制器通过传感器检测到特种机器人即将通过╲型路面时，控制器控制驱动器驱动左侧的第一转向电机、第二转向电机同时正转，此时第一副齿轮、第二副齿轮分别正向和反向旋转；
②与第一副齿轮、第二副齿轮相啮合的转向齿轮开始自旋，转向齿轮正向旋转；
③与转向齿轮的空心转轴相连的左侧悬挂本体绕转向齿轮顺时针旋转，从而实现对减震悬挂组件的俯仰角增大调节，适应前高后低的╲型路面，提高减震悬挂组件对╲型路面的贴合适应能力；
④对于右侧的减震悬挂组件、悬挂自适应调整组件来讲，与上述过程相同；
(5)特种机器人经过其它各类复杂路面的作业方法
当传感器检测到机器人前方待通过路面复杂不平整时，控制器分析决策后，按照上述步骤B中的(1)-(4)中某一个或多个组合的驱动方法实现对左右两侧的减震悬挂组件的俯仰角和偏转角调整，从而适应不同的复杂地面环境。
本发明的有益技术效果是：
本发明通过设置悬挂自适应调整组件等结构，实现了对减震悬挂组件的左右两侧自适应角度调整，包括对减震悬挂组件的左右独立俯仰角和横滚角调整，配合路面感知传感器，实现了履带式机器人对复杂恶劣路况的自适应性，保障了履带等机构对不同复杂路面障碍物的通过性能和贴合能力，进一步提升了履带式机器人负载性能，保障了移动平台安全性、稳定性和自适应性，对提升特种机器人复杂环境运动的高性能、自适应、高稳定和智能化具有重要意义。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：
图1为本发明具备复杂地形自适应功能的特种机器人的立体结构示意图；
图2为本发明具备复杂地形自适应功能的特种机器人的主视结构示意图；
图3为本发明具备复杂地形自适应功能的特种机器人的左视结构示意图；
图4为本发明具备复杂地形自适应功能的特种机器人的右视结构示意图；
图5为本发明具备复杂地形自适应功能的特种机器人的俯视结构示意图；
图6为本发明具备复杂地形自适应功能的特种机器人的仰视结构示意图；
图7为本发明特种机器人中悬挂自适应组件的结构原理示意图；
图8示出图7中主齿轮、副齿轮与转向齿轮相啮合的立体结构示意图；
图9为本发明特种机器人中动力传递机构的结构原理示意图；
图10为本发明特种机器人通过正常路面时的状态图；
图11为本发明特种机器人通过“∧”型路面时调整后的状态图；
图12为本发明特种机器人通过“∨”型路面时调整后的状态图。
具体实施方式
本发明提出一种具备复杂地形自适应功能的特种机器人及其运动作业方法，其通过实时改变履带式底盘的两侧悬挂结构的俯仰和横滚工作角度，从而使悬挂系统和履带系统更好的贴合地面，提高底盘爬坡越障性能，解决履带面临各类复杂地面时的贴合度差、掉履带和越障性能弱甚至倾覆等难题。
结合附图，一种具备复杂地形自适应功能的特种机器人，包括履带式底盘1、减震悬挂组件2、悬挂自适应调整组件3和电控组件4。所述履带式底盘1包括底盘本体1-1，底盘本体1-1为框架式结构，在底盘本体1-1的两侧面设置有悬挂支撑侧板1-3，在底盘本体的顶面、底面、前端面和后端面均设置有固定盖板1-2。所述电控组件4设置在底盘本体1-1上，所述悬挂支撑侧板1-3和固定盖板1-2共同围拢形成用于保护电控组件4的空间。
所述减震悬挂组件2共设置两套，分别位于履带式底盘1的两侧。减震悬挂组件2包括悬挂本体2-1和履带2-7，在悬挂本体的两端分别设置有主动轮2-3和从动轮2-4，在悬挂本体的上部间隔设置有托带轮2-2，在悬挂本体的底部间隔设置有负载轮2-5，负载轮2-5与用于控制其张紧履带的张紧机构2-6连接，所述履带2-7绕设于由托带轮2-2、主动轮2-3、从动轮2-4和负载轮2-5组成的外轮廓上。
所述悬挂自适应调整组件3共设置两套，分别位于底盘本体1-1的两侧靠后位置处，每一套减震悬挂组件2对应一套悬挂自适应调整组件3，悬挂自适应调整组件3用于实现对减震悬挂组件2的角度调整。所述悬挂自适应调整组件3包括转向电机3-1、主齿轮3-2、副齿轮3-3、转向齿轮3-4、动力传递机构3-5和固定机构3-6。所述转向电机3-1包括第一转向电机3-1-a和第二转向电机3-1-b，第一转向电机3-1-a和第二转向电机3-1-b平行放置，且均设置于悬挂支撑侧板1-3的后端。所述主齿轮3-2包括第一主齿轮3-2-a和第二主齿轮3-2-b，所述副齿轮3-3包括第一副齿轮3-3-a和第二副齿轮3-3-b，第一主齿轮3-2-a设置于第一转向电机3-1-a的转轴上，且与第一副齿轮3-3-a啮合，第二主齿轮3-2-b设置于第二转向电机3-1-b的转轴上，且与第二副齿轮3-3-b啮合。转向齿轮3-4设置于第一副齿轮3-3-a和第二副齿轮3-3-b之间，并与第一副齿轮3-3-a和第二副齿轮3-3-b分别啮合。转向齿轮3-4的中心与空心轴3-4-1的一端连接，空心轴3-4-1的另一端固定连接于悬挂本体2-1的后端。
所述第一主齿轮3-2-a、第二主齿轮3-2-b、第一副齿轮3-3-a、第二副齿轮3-3-b和转向齿轮3-4均为伞齿轮。第一副齿轮3-3-a和第二副齿轮3-3-b的轴线重合，且垂直于第一主齿轮3-2-a和第二主齿轮3-2-b的轴线，转向齿轮3-4的轴线平行于第一主齿轮3-2-a和第二主齿轮3-2-b的轴线。
所述动力传递机构3-5包括主动轴3-5-a、万向节3-5-b和从动轴3-5-c，万向节3-5-b连接在主动轴3-5-a和从动轴3-5-c之间。
所述固定机构3-6包括第一固定杆3-6-a和第二固定杆3-6-b，第一固定杆3-6-a为T型空心杆结构，第一转向电机3-1-a和第二转向电机3-1-b连接在第一固定杆3-6-a的尾端，第一副齿轮3-3-a和第二副齿轮3-3-b分别连接在第一固定杆3-6-a的前端两端头处。第一副齿轮3-3-a和第二副齿轮3-3-b间通过刚性轴连接，刚性轴从第一固定杆的前端头3-6-a-1处穿过，在刚性轴的两端外侧均设置有轴套3-6-c。第二固定杆3-6-b呈U形结构，其横跨第一副齿轮3-3-a和第二副齿轮3-3-b，且第二固定杆3-6-b的两端分别固定于刚性轴穿过第一副齿轮和第二副齿轮两端外侧的轴套3-6-c上，第二固定杆3-6-b和两端轴套3-6-c连接后整体呈∏形结构，第二固定杆也为空心杆结构。在第二固定杆3-6-b的中间位置且对应转向齿轮3-4的中心处连接有固定座3-6-d，与转向齿轮3-4相连的空心轴3-4-1垂直穿过固定座3-6-d，且空心轴3-4-1能相对于固定座3-6-d自由转动。
所述电控组件4包括控制器4-1、传感器4-2、驱动器4-3和动力电机4-4，控制器4-1连接传感器4-2和驱动器4-3，驱动器4-3分别与动力电机4-4和转向电机3-1相连接，所述动力电机4-4与动力传递机构的主动轴3-5-a相连接，动力传递机构的从动轴3-5-c与减震悬挂组件的主动轮2-3相连接。
所述传感器4-2为激光传感器或视觉传感器，传感器设置于履带式底盘1的前端，用以探测地面障碍物或路面形状。控制器4-1通过对路面参数采集并决策，控制驱动器4-3实现对动力电机4-4控制。动力电机4-4共设置两套，左右对称设置于底盘本体1-1后端两侧，通过减速箱后，输出轴通过联轴器与动力传递机构的主动轴3-5-a连接。
下面通过对特种机器人的各个组成部分进行详细阐述以进一步说明本发明。
本发明具备复杂地形自适应功能的特种机器人，包括：履带式底盘1、减震悬挂组件2、悬挂自适应调整组件3和电控组件4。
履带式底盘1是特种机器人的本体，实现对其它组件的连接、支撑和固定功能，包括：底盘本体1-1、盖板1-2、悬挂支撑侧板1-3。其中底盘本体1-1是框架式结构，两侧连接悬挂支撑侧板1-3，顶、前、后和底侧连接固定盖板1-2。固定盖板1-2是板状结构，共4面，分别设置于底盘本体1-1的顶、前、后和底侧，用于保护机器人内部组件(如电控组件4)。悬挂支撑侧板1-3是长方形条形板，数量为两套，分别固定于底盘本体1-1两侧。悬挂支撑侧板1-3是连接履带式底盘1、减震悬挂组件2和悬挂自适应调整组件3的媒介。
减震悬挂组件2可实现机器人对路面的贴合、摩擦转动和减震效果，是机器人实现越障平稳性的主体，共2套组件，分别设置于悬挂支撑侧板1-3上，对于每1套减震悬挂组件2，至少包含：悬挂本体2-1、托带轮2-2、主动轮2-3、从动轮2-4、负载轮2-5、张紧机构2-6、履带2-7。
悬挂本体2-1为板结构，通过支架与悬挂自适应调整组件3连接(具体为与悬挂自适应调整组件3中的空心轴连接)，悬挂本体2-1上设置有托带轮2-2、主动轮2-3、从动轮2-4、负载轮2-5和张紧机构2-6等组件。托带轮2-2间隔设置于悬挂本体2-1上侧，用以被动拖动履带。主动轮2-3和从动轮2-4分别设置于悬挂本体2-1后侧和前侧，主动轮2-3通过动力传递机构从动力组件4获取动力，拖动履带2-7旋转，实现机器人运动。负载轮2-5通过支架设置于悬挂本体2-1最底端，用以承重。张紧机构2-6设置于悬挂本体2-1内部，通过弹性元件实现对悬挂机构中负载轮2-5张紧，从而张紧履带2-7。履带2-7设置于由托带轮2-2、主动轮2-3、从动轮2-4、负载轮2-5、张紧机构2-6组成的外轮廓上。
减震悬挂组件2的整体工作效果为：主动轮2-3转动，拖动履带2-7转动，通过托带轮2-2、从动轮2-4、负载轮2-5配合张紧机构2-6实现对履带2-7的连续拖动循环铺设，带动履带式底盘1运动。
悬挂自适应调整组件3实现对减震悬挂组件2的角度自动调整，分别设置于底盘本体1-1两侧靠后位置处，对于任意一套悬挂自适应调整组件3，包含如下机构：转向电机3-1、主齿轮3-2、副齿轮3-3、转向齿轮3-4、动力传递机构3-5、固定机构3-6。
转向电机3-1包括：第一转向电机3-1-a、第二转向电机3-1-b，第一转向电机3-1-a和第二转向电机3-1-b平行放置，之间设置有第一固定杆3-6-a，转向电机3-1设置于悬挂支撑侧板1-3后端，其转轴上设置有主齿轮3-2。转向电机3-1还通过支架设置于“T”型第一固定杆3-6-a的尾部两端。
主齿轮3-2包括：第一主齿轮3-2-a、第二主齿轮3-2-b，均为伞齿轮，第一主齿轮3-2-a、第二主齿轮3-2-b分别设置于第一转向电机3-1-a、第二转向电机3-1-b的转轴上，且分别与第一副齿轮3-3-a、第二副齿轮3-3-b啮合。
副齿轮3-3包括：第一副齿轮3-3-a、第二副齿轮3-3-b，均为伞齿轮，第一副齿轮3-3-a、第二副齿轮3-3-b对称设置于“T”型第一固定杆3-6-a的前端两侧，轴线垂直于第一主齿轮3-2-a、第二主齿轮3-2-b，且两个第一副齿轮3-3-a、第二副齿轮3-3-b间通过刚性轴连接，刚性轴穿过第一固定杆的前端头3-6-a-1。
转向齿轮3-4同样是伞齿轮，设置于第一副齿轮3-3-a、第二副齿轮3-3-b之间，与两个第一副齿轮3-3-a、第二副齿轮3-3-b分别啮合，通过空心轴3-4-1固定于第二固定杆3-6-b的前端，轴心垂直于副齿轮3-3，平行于主齿轮3-2。转向齿轮3-4的空心轴外端固定于悬挂本体2-1的后端，且轴心垂直于悬挂本体2-1平面。
动力传递机构3-5主要实现转动动力从动力电机4-4传递至主动轮2-3上，包括：主动轴3-5-a、万向节3-5-b、从动轴3-5-c。主动轴3-5-a、万向节3-5-b、从动轴3-5-c相连接形成动力变向传递机构。当转向齿轮3-4的轴心相对“T”型第一固定杆3-6-a的轴心呈现夹角时，通过万向节3-5-b的变向作用，仍能实现动力从动力电机4-4→主动轴3-5-a→万向节3-5-b→从动轴3-5-c→主动轮2-3。从动轴3-5-c的末端设置于主动轮2-3轴心处。总体来说，动力传递机构在主动轴和从动轴之间设置万向节，可确保当从动轴随减震悬挂组件2发生角度偏转时(主动轴3-5-a与从动轴3-5-c之间呈现一定的夹角)，仍不影响动力的正常传输。
固定机构3-6可实现对转向电机3-1、主齿轮3-2、副齿轮3-3、转向齿轮3-4、动力传递机构3-5等的支撑、连接和固定作用，包括：第一固定杆3-6-a、第二固定杆3-6-b。第一固定杆3-6-a为“T”型空心杆结构，两端通过固定座或支架连接两套第一转向电机3-1-a、第二转向电机3-1-b，前端通过固定座或支架固定两套第一副齿轮3-3-a、第二副齿轮3-3-b。
第二固定杆3-6-b为“U”型空心杆结构，横跨两套第一副齿轮3-3-a、第二副齿轮3-3-b，且固定于副齿轮3-3刚性轴外侧的轴套上，轴套与刚性轴之间可相互自由转动，互不影响。第二固定杆3-6-b前端通过固定座固定有转向齿轮3-4。
悬挂自适应调整组件3的整体工作效果为：
(1)转向电机3-1中的两套第一转向电机3-1-a、第二转向电机3-1-b同向转动(转动方向相同，同为正向或同为反向)时，两套第一副齿轮3-3-a、第二副齿轮3-3-b反向旋转，从而与第一副齿轮3-3-a、第二副齿轮3-3-b相啮合的转向齿轮3-4实现正向或反向旋转，从而带动与其空心轴连接的悬挂本体2-1旋转，从而实现对减震悬挂组件2的俯仰角调节。
(2)转向电机3-1中的两套第一转向电机3-1-a、第二转向电机3-1-b异向转动(转动方向相反，一正一反或一反一正)时，两套第一副齿轮3-3-a、第二副齿轮3-3-b同向旋转，从而与第一副齿轮3-3-a、第二副齿轮3-3-b相啮合的转向齿轮3-4不自旋，但会随第一副齿轮3-3-a、第二副齿轮3-3-b的轴心作摆动运动，从而带动与其空心轴连接的悬挂本体2-1绕副齿轮3-3的轴心转动，实现对减震悬挂组件2的横滚角调节。
电控组件4为机器人参数采集、信息融合、动力驱动和控制决策机构，包括：控制器4-1、传感器4-2、驱动器4-3、动力电机4-4、动力电池4-5。控制器4-1、传感器4-2、驱动器4-3设置于底盘本体1-1上，控制器4-1连接传感器4-2和驱动器4-3，通过对路面参数采集并决策，控制驱动器4-3实现对动力电机4-4控制。动力电池4-5可为机器人内部耗电元件供电。传感器4-2为激光或视觉传感器，设置于履带式底盘1前端，用以探测地面障碍物或路面形状。驱动器4-3可实现对动力电机4-4的驱动，动力电机4-4共两套，左右对称设置于底盘本体1-1后端两侧，通过减速箱后，输出轴通过联轴器与主动轴3-5-a连接。
如上所述的一种具备复杂地形自适应功能的特种机器人的运动作业方法，其特征在于步骤如下：
A特种机器人常规运动(前进、后退和转弯)作业方法
当传感器4-2检测到机器人前方待通过路面平整时，控制器4-1分析决策后，仅驱动两套动力电机4-4运动，而转向电机3-1不动作。
具体的，
(1)特种机器人直线前进运动作业方法
①控制器4-1通过控制驱动器4-3，实现对两套动力电机4-4的正向转动驱动；
②动力电机4-4的转轴通过变速箱将动力传递至主动轴3-5-a，左右两套悬挂自适应调整组件3中的主动轴3-5-a均正转；
③主动轴3-5-a通过万向节3-5-b将动力传递至从动轴3-5-c上，从动轴3-5-c正转；
④从动轴3-5-c转动时，带动主动轮2-3正转，从而拖动履带2-7正向向前滚动铺设，驱动履带式底盘1直线前进。
(2)特种机器人直线后退运动作业方法
①控制器4-1通过控制驱动器4-3，实现对两套动力电机4-4的反向转动驱动；
②动力电机4-4的转轴通过变速箱将动力传递至主动轴3-5-a，左右两套悬挂自适应调整组件3中的主动轴3-5-a均反转；
③主动轴3-5-a通过万向节3-5-b将动力传递至从动轴3-5-c上，从动轴3-5-c反转；
④从动轴3-5-c转动时，带动主动轮2-3反转，从而拖动履带2-7正向向后滚动铺设，驱动履带式底盘1直线后退。
(3)特种机器人差速转弯运动作业方法
①控制器4-1通过控制驱动器4-3，实现对两套动力电机4-4的正向或反向转动驱动，但两套动力电机4-4转动速度有差异；
②动力电机4-4的转轴通过变速箱将动力传递至主动轴3-5-a，左右两套悬挂自适应调整组件3中的主动轴3-5-a实现差异性转动；
③主动轴3-5-a通过万向节3-5-b将动力传递至从动轴3-5-c上，从动轴3-5-c转动；
④从动轴3-5-c转动时，带动主动轮2-3转动，从而拖动履带2-7滚动铺设，由于左右两侧的动力电机4-4转速差异原因，动力传递至主动轮2-3的转动速度也存在差异，从而导致履带2-7滚动转动速度不同，从而实现驱动履带式底盘1转弯前进。
⑤通过控制左右两套动力电机4-4的转动方向，根据步骤①-④，可实现对履带式底盘1的向左或向右转弯运动。
(4)特种机器人原地转圈运动作业方法
①控制器4-1通过控制驱动器4-3，实现对两套动力电机4-4的一正一反转动驱动；
②动力电机4-4的转轴通过变速箱将动力传递至主动轴3-5-a，左右两套悬挂自适应调整组件3中的主动轴3-5-a实现一正一反转动；
③主动轴3-5-a通过万向节3-5-b将动力传递至从动轴3-5-c上，左右两套从动轴3-5-c也一正一反转动；
④从动轴3-5-c转动时，带动主动轮2-3转动，从而拖动履带2-7滚动铺设，由于左右两侧的动力电机4-4转速相反原因，动力传递至主动轮2-3的转动速度也相反，从而导致履带2-7滚动转动速度大小相同、方向相反，从而实现驱动履带式底盘1运抵转弯。
⑤通过控制左右两套动力电机4-4的转动方向，根据步骤①-④，可实现对履带式底盘1的向左或向右原地转圈运动。
B特种机器人自适应越障(通过截面呈“∨”、“∧”型等路面)运动作业方法
当传感器4-2检测到机器人前方待通过路面复杂不平整时，控制器4-1分析决策后，按照上述步骤A中常规的动力驱动方法驱动机器人运动的同时，还通过驱动器4-3驱动悬挂自适应调整组件3对减震悬挂组件2作如下控制动作，从而实现对复杂恶劣路况的自适应越障通过功能，具体的，
(1)特种机器人经过“∨”型路面作业方法
对于处于履带式底盘1左侧的减震悬挂组件2、悬挂自适应调整组件3来讲，
①控制器4-1通过传感器4-2检测到特种机器人即将通过截面呈“∨”型路面时，控制器4-1控制驱动器4-3驱动左侧的第一转向电机3-1-a、第二转向电机3-1-b分别反转和正转，此时第一副齿轮3-3-a、第二副齿轮3-3-b同时正向旋转；
②与第一副齿轮3-3-a、第二副齿轮3-3-b相啮合的转向齿轮3-4不自旋，此时转向齿轮3-4随第一副齿轮3-3-a、第二副齿轮3-3-b的轴心作正向摆动运动；
③与转向齿轮3-4的空心转轴相连的左侧悬挂本体2-1绕副齿轮3-3的轴心正向转动，从而带动减震悬挂组件2相对履带式底盘1的偏转角(横滚角)增大，最终实现减震悬挂组件2中的负载轮2-5、履带2-7等机构实现对“∨”路面的贴合适应。
④对于右侧的减震悬挂组件2、悬挂自适应调整组件3来讲，与上述过程相同。
(2)特种机器人经过“∧”型路面作业方法
对于处于履带式底盘1左侧的减震悬挂组件2、悬挂自适应调整组件3来讲，
①控制器4-1通过传感器4-2检测到特种机器人即将通过“∧”型路面时，控制器4-1控制驱动器4-3驱动左侧的第一转向电机3-1-a、第二转向电机3-1-b分别正转和正转，此时第一副齿轮3-3-a、第二副齿轮3-3-b同时反向旋转；
②与第一副齿轮3-3-a、第二副齿轮3-3-b相啮合的转向齿轮3-4不自旋，此时转向齿轮3-4随第一副齿轮3-3-a、第二副齿轮3-3-b的轴心作反向摆动运动；
③与转向齿轮3-4的空心转轴相连的左侧悬挂本体2-1绕副齿轮3-3的轴心反向转动，从而带动减震悬挂组件2相对履带式底盘1的偏转角(横滚角)减小，最终实现减震悬挂组件2中的负载轮2-5、履带2-7等机构实现对“∧”路面的贴合适应。
④对于右侧的减震悬挂组件2、悬挂自适应调整组件3来讲，与上述过程相同。
(3)特种机器人经过前低后高的“╱”型路面作业方法
对于处于履带式底盘1左侧的减震悬挂组件2、悬挂自适应调整组件3来讲，
①控制器4-1通过传感器4-2检测到特种机器人即将通过“╱”型路面时，控制器4-1控制驱动器4-3驱动左侧的第一转向电机3-1-a、第二转向电机3-1-b同时反转，此时第一副齿轮3-3-a、第二副齿轮3-3-b分别反向和正向旋转；
②与第一副齿轮3-3-a、第二副齿轮3-3-b相啮合的转向齿轮3-4开始自旋，此时转向齿轮3-4开始反向旋转；
③与转向齿轮3-4的空心转轴相连的左侧悬挂本体2-1绕转向齿轮3-4逆时针旋转，从而实现对减震悬挂组件2的俯仰角减小调节，适应前低后高的“╱”路面，提高减震悬挂组件2中的负载轮2-5、履带2-7等机构实现对“╱”路面的贴合适应能力。
④对于右侧的减震悬挂组件2、悬挂自适应调整组件3来讲，与上述过程相同。
(4)特种机器人经过前高后低的“╲”型路面作业方法
对于处于履带式底盘1左侧的减震悬挂组件2、悬挂自适应调整组件3来讲，
①控制器4-1通过传感器4-2检测到特种机器人即将通过“╲”型路面时，控制器4-1控制驱动器4-3驱动左侧的第一转向电机3-1-a、第二转向电机3-1-b同时正转，此时第一副齿轮3-3-a、第二副齿轮3-3-b分别正向和反向旋转；
②与第一副齿轮3-3-a、第二副齿轮3-3-b相啮合的转向齿轮3-4开始自旋，此时转向齿轮3-4开始正向旋转；
③与转向齿轮3-4的空心转轴相连的左侧悬挂本体2-1绕转向齿轮3-4顺时针旋转，从而实现对减震悬挂组件2的俯仰角增大调节，适应前高后低的“╲”路面，提高减震悬挂组件2中的负载轮2-5、履带2-7等机构实现对“╲”路面的贴合适应能力。
④对于右侧的减震悬挂组件2、悬挂自适应调整组件3来讲，与上述过程相同。
(5)特种机器人经过其它各类复杂路面的作业方法
当传感器4-2检测到机器人前方待通过路面复杂不平整时，控制器4-1分析决策后，按照上述步骤B方法(1)-(4)中某一个或多个组合的驱动方法实现对左右两侧的减震悬挂组件2的俯仰角和横滚角调整，从而适应不同的复杂地面环境，实现对复杂恶劣路况的自适应越障通过功能，保证履带式底盘1的运动平稳性、高越障性和路面自适应性。
上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。
需要说明的是，在本说明书的教导下，本领域技术人员所作出的任何等同替代方式，或明显变型方式，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种具备复杂地形自适应功能的特种机器人，其特征在于：包括履带式底盘、减震悬挂组件、悬挂自适应调整组件和电控组件；
所述履带式底盘包括底盘本体，底盘本体为框架式结构，在底盘本体的两侧面设置有悬挂支撑侧板，在底盘本体的顶面、底面、前端面和后端面均设置有固定盖板；
所述减震悬挂组件共设置两套，分别位于履带式底盘的两侧；减震悬挂组件包括悬挂本体和履带，在悬挂本体的两端分别设置有主动轮和从动轮，在悬挂本体的上部间隔设置有托带轮，在悬挂本体的底部间隔设置有负载轮，负载轮与用于控制其张紧履带的张紧机构连接，所述履带绕设于由托带轮、主动轮、从动轮和负载轮组成的外轮廓上；
所述悬挂自适应调整组件共设置两套，分别位于底盘本体的两侧靠后位置处，每一套减震悬挂组件对应一套悬挂自适应调整组件，悬挂自适应调整组件用于实现对减震悬挂组件的角度调整；
所述悬挂自适应调整组件包括转向电机、主齿轮、副齿轮、转向齿轮、动力传递机构和固定机构；所述转向电机包括第一转向电机和第二转向电机，第一转向电机和第二转向电机平行放置，且均设置于悬挂支撑侧板的后端；所述主齿轮包括第一主齿轮和第二主齿轮，所述副齿轮包括第一副齿轮和第二副齿轮，第一主齿轮、第二主齿轮分别设置于第一转向电机、第二转向电机的转轴上，且分别与第一副齿轮、第二副齿轮啮合，转向齿轮设置于第一副齿轮和第二副齿轮之间，并与第一副齿轮和第二副齿轮分别啮合；转向齿轮的中心与空心轴的一端连接，空心轴的另一端固定连接于悬挂本体的后端；
所述动力传递机构包括主动轴、万向节和从动轴，万向节连接在主动轴和从动轴之间；
所述固定机构包括第一固定杆和第二固定杆，第一固定杆为T型空心杆结构，第一转向电机和第二转向电机连接在第一固定杆的尾端，第一副齿轮和第二副齿轮分别连接在第一固定杆的前端两端头处，第一副齿轮和第二副齿轮间通过刚性轴连接，刚性轴从第一固定杆的前端穿过，在刚性轴的两端外侧均设置有轴套；第二固定杆呈U形结构，其横跨第一副齿轮和第二副齿轮，且第二固定杆的两端分别固定于刚性轴穿过第一副齿轮和第二副齿轮两端外侧的轴套上，在第二固定杆的中心对应转向齿轮的中心处连接有固定座，与转向齿轮相连的空心轴垂直穿过固定座，且空心轴能相对于固定座自由转动；
所述电控组件包括控制器、传感器、驱动器和动力电机，控制器连接传感器和驱动器，驱动器分别与动力电机和转向电机相连接，所述动力电机与动力传递机构的主动轴相连接，动力传递机构的从动轴与减震悬挂组件的主动轮相连接。
2.根据权利要求1所述的一种具备复杂地形自适应功能的特种机器人，其特征在于：所述电控组件设置在底盘本体上，所述悬挂支撑侧板和固定盖板共同围拢形成用于保护电控组件的空间。
3.根据权利要求1所述的一种具备复杂地形自适应功能的特种机器人，其特征在于：所述第一主齿轮、第二主齿轮、第一副齿轮、第二副齿轮和转向齿轮均为伞齿轮；第一副齿轮和第二副齿轮的轴线重合，且垂直于第一主齿轮和第二主齿轮的轴线，转向齿轮的轴线平行于第一主齿轮和第二主齿轮的轴线。
4.根据权利要求1所述的一种具备复杂地形自适应功能的特种机器人，其特征在于：所述传感器为激光传感器或视觉传感器，传感器设置于履带式底盘的前端，用以探测地面障碍物或路面形状；控制器通过对路面参数采集并决策，控制驱动器实现对动力电机控制；动力电机共设置两套，左右对称设置于底盘本体后端两侧，通过减速箱后，输出轴通过联轴器与动力传递机构的主动轴连接。
5.如权利要求1-4中任一权利要求所述的一种具备复杂地形自适应功能的特种机器人的运动作业方法，其特征在于步骤如下：
A特种机器人常规运动作业方法
当传感器检测到特种机器人前方待通过路面平整时，控制器分析决策后，仅驱动两套动力电机运动，而转向电机不动作；
具体的，
(1)特种机器人直线前进运动作业方法
①控制器通过控制驱动器，实现对两套动力电机的正向转动驱动；
②动力电机将动力传递至主动轴，左右两套悬挂自适应调整组件中的主动轴均正转；
③主动轴通过万向节将动力传递至从动轴上，从动轴正转；
④从动轴转动时，带动主动轮正转，从而拖动履带正向向前滚动铺设，驱动履带式底盘直线前进；
(2)特种机器人直线后退运动作业方法
①控制器通过控制驱动器，实现对两套动力电机的反向转动驱动；
②动力电机将动力传递至主动轴，左右两套悬挂自适应调整组件中的主动轴均反转；
③主动轴通过万向节将动力传递至从动轴上，从动轴反转；
④从动轴转动时，带动主动轮反转，从而拖动履带正向向后滚动铺设，驱动履带式底盘直线后退。
(3)特种机器人差速转弯运动作业方法
①控制器通过控制驱动器，实现对两套动力电机的同时正向或反向转动驱动，但两套动力电机转动速度有差异；
②动力电机将动力传递至主动轴，左右两套悬挂自适应调整组件中的主动轴实现差异性转动；
③主动轴通过万向节将动力传递至从动轴上，从动轴转动；
④从动轴转动时，带动主动轮转动，从而拖动履带滚动铺设，由于左右两侧的动力电机转速差异原因，动力传递至主动轮的转动速度也存在差异，从而导致履带滚动转动速度不同，实现驱动履带式底盘转弯前进；
⑤通过控制左右两套动力电机的转动方向，重复步骤①-④，可实现对履带式底盘的向左或向右转弯运动；
(4)特种机器人原地转圈运动作业方法
①控制器通过控制驱动器，实现对两套动力电机的一正一反转动驱动；
②动力电机将动力传递至主动轴，左右两套悬挂自适应调整组件中的主动轴实现一正一反转动；
③主动轴通过万向节将动力传递至从动轴上，左右两套从动轴也一正一反转动；
④从动轴转动时，带动主动轮转动，从而拖动履带滚动铺设，由于左右两侧的动力电机转速相反原因，动力传递至主动轮的转动速度也相反，从而导致履带滚动转动速度大小相同、方向相反，从而实现驱动履带式底盘运抵转弯；
⑤通过控制左右两套动力电机的转动方向，重复步骤①-④，可实现对履带式底盘的向左或向右原地转圈运动；
B特种机器人自适应越障运动作业方法
当传感器检测到机器人前方待通过路面复杂不平整时，控制器分析决策后，按照上述步骤中常规的动力驱动方法驱动机器人运动的同时，还通过驱动器驱动悬挂自适应调整组件对减震悬挂组件作如下控制动作，从而实现对复杂恶劣路况的自适应越障通过功能，具体的，
(1)特种机器人经过∨型路面作业方法
对于处于履带式底盘左侧的减震悬挂组件、悬挂自适应调整组件来讲，
①控制器通过传感器检测到特种机器人即将通过截面呈∨型的路面时，控制器控制驱动器驱动左侧的第一转向电机、第二转向电机分别反转和正转，此时第一副齿轮、第二副齿轮同时正向旋转；
②与第一副齿轮、第二副齿轮相啮合的转向齿轮不自旋，此时转向齿轮随第一副齿轮、第二副齿轮的轴心作正向摆动运动；
③与转向齿轮的空心转轴相连的左侧悬挂本体绕副齿轮的轴心正向转动，从而带动减震悬挂组件相对履带式底盘的偏转角增大，最终实现减震悬挂组件对∨型路面的贴合适应；
④对于右侧的减震悬挂组件、悬挂自适应调整组件来讲，与上述过程相同；
(2)特种机器人经过∧型路面作业方法
对于处于履带式底盘左侧的减震悬挂组件、悬挂自适应调整组件来讲，
①控制器通过传感器检测到特种机器人即将通过∧型路面时，控制器控制驱动器驱动左侧的第一转向电机、第二转向电机分别正转和反转，此时第一副齿轮3-3-a、第二副齿轮3-3-b同时反向旋转；
②与第一副齿轮、第二副齿轮相啮合的转向齿轮不自旋，此时转向齿轮随第一副齿轮、第二副齿轮的轴心作反向摆动运动；
③与转向齿轮的空心转轴相连的左侧悬挂本体绕副齿轮的轴心反向转动，从而带动减震悬挂组件相对履带式底盘的偏转角减小，最终实现减震悬挂组件对∧型路面的贴合适应；
④对于右侧的减震悬挂组件、悬挂自适应调整组件来讲，与上述过程相同；
(3)特种机器人经过前低后高的╱型路面作业方法
对于处于履带式底盘左侧的减震悬挂组件、悬挂自适应调整组件来讲，
①控制器通过传感器检测到特种机器人即将通过╱型路面时，控制器控制驱动器驱动左侧的第一转向电机、第二转向电机同时反转，此时第一副齿轮、第二副齿轮分别反向和正向旋转；
②与第一副齿轮、第二副齿轮相啮合的转向齿轮开始自旋，转向齿轮反向旋转；
③与转向齿轮的空心转轴相连的左侧悬挂本体绕转向齿轮逆时针旋转，从而实现对减震悬挂组件的俯仰角减小调节，适应前低后高的╱型路面，提高减震悬挂组件对╱型路面的贴合适应能力；
④对于右侧的减震悬挂组件、悬挂自适应调整组件来讲，与上述过程相同；
(4)特种机器人经过前高后低的╲型路面作业方法
对于处于履带式底盘左侧的减震悬挂组件、悬挂自适应调整组件来讲，
①控制器通过传感器检测到特种机器人即将通过╲型路面时，控制器控制驱动器驱动左侧的第一转向电机、第二转向电机同时正转，此时第一副齿轮、第二副齿轮分别正向和反向旋转；
②与第一副齿轮、第二副齿轮相啮合的转向齿轮开始自旋，转向齿轮正向旋转；
③与转向齿轮的空心转轴相连的左侧悬挂本体绕转向齿轮顺时针旋转，从而实现对减震悬挂组件的俯仰角增大调节，适应前高后低的╲型路面，提高减震悬挂组件对╲型路面的贴合适应能力；
④对于右侧的减震悬挂组件、悬挂自适应调整组件来讲，与上述过程相同；
(5)特种机器人经过其它各类复杂路面的作业方法
当传感器检测到机器人前方待通过路面复杂不平整时，控制器分析决策后，按照上述步骤B中的(1)-(4)中某一个或多个组合的驱动方法实现对左右两侧的减震悬挂组件的俯仰角和偏转角调整，从而适应不同的复杂地面环境。
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