CN111846020B - 用于四轮全方位移动机器人的地面自适应悬架及使用方法 - Google Patents

Abstract

用于四轮全方位移动机器人的地面自适应悬架及使用方法，包括机器人底盘、复合铰链铰支座及两个对称布置的空间正交单开链悬架，所述机器人底盘下表面中心处通过螺栓连接有复合铰链铰支座，复合铰链铰支座底端通过其上对称设置的连接轴及轴承与空间正交单开链悬架一端连接，空间正交单开链悬架另一端与全方位轮连接。本发明自适应悬架，适用于基于任何类型的轮全方位轮所搭建的四轮全方位移动机器人，通用性强。可保证自适应越障过程不引入新的激振力，越障过程较传统的“弹簧‑阻尼”式悬挂平稳性更加显著。空间正交单开链悬架与机器人底盘之间通过四个铰支座及一个复合铰链铰支座连接，具备良好的承载力和稳定性。

Description

用于四轮全方位移动机器人的地面自适应悬架及使用方法

技术领域

本发明属于自适应悬架技术领域，具体涉及用于四轮全方位移动机器人的地面自适应悬架及使用方法，尤其是应用于X型布置轮轴的四轮全方位移动机器人。

背景技术

现有全方位移动机器人大多不具备地面自适应能力，在跨越障碍物时存在全方位轮悬空或与地面接触不够紧密进而造成驱动力不足的情况。少数具备地面自适应能力的全方位移动机器人所采用的悬架多为“弹簧-阻尼”式的。这种悬架的构型类似于汽车悬挂，在跨越障碍物时虽然能适应地面但是因为“弹簧-阻尼”这种构型又引入了激振力使得全方位移动机器人运动的平稳性降低。

发明内容

本发明提出了用于四轮全方位移动机器人的地面自适应悬架及使用方法，克服现有全方位移动机器人地面环境适应性差、运动平稳性差等问题，实现X型布置轮轴的四轮全方位移动机器人地面自适应和重载。

用于四轮全方位移动机器人的地面自适应悬架，包括机器人底盘、复合铰链铰支座及两个对称布置的空间正交单开链悬架，所述机器人底盘下表面中心处通过螺栓连接有复合铰链铰支座，复合铰链铰支座底端通过其上设置的连接轴及轴承与空间正交单开链悬架一端连接，空间正交单开链悬架另一端与全方位轮连接。

所述空间正交单开链悬架包括第六连杆，第六连杆中部设置有连接孔，连接架通过第六连杆上的连接孔与复合铰链铰支座底端的连接轴连接，第六连杆两端分别通过销轴与两个第五连杆首端铰接，两个第五连杆末端分别通过销轴与两个第四连杆首部铰接，两个第四连杆末端分别通过销轴与两个第三连接首部铰接，两个第三连杆末端分别通过销轴与两组第二连杆首端铰接，每组第二连杆设置为两个，两个第二连杆以第三连杆为对称中心对称设置，两组第二连杆末端分别通过销轴与两个第一连杆首端连接，第一连杆中部通过销轴与具有转动副的铰支座一端连接，铰支座另一端通过螺栓螺接在机器人底盘下表面处，铰支座的作用为支撑及连接悬架和全方位移动机器人底盘，第一连杆末端设置有连接座，其通过连接座与全方位轮通过螺纹连接装配在一起，第一连杆的作用为提供支撑力、连接全方位轮，并且其末端是空间正交单开链的执行端，两个第五连杆之间的夹角为90度。

所述第二连杆、第三连杆、第四连杆及第五连杆为二力杆，且两端均为转动副；第二连杆的作用为拉动或推动第一连杆传递运动；所述第三连杆首部转动副与末端转动副回转轴线正交，第三连杆的作用为拉动或推动第二连杆传递运动，改变运动传递方向；第四连杆的作用为拉动或推动第三连杆传递运动；所述第五连杆首部转动副与末端转动副回转轴线正交，第五连杆的主要作用为拉动或推动第四连杆传递运动，改变运动传递方向。

一种用于四轮全方位移动机器人的地面自适应悬架的使用方法，包括以下步骤：

当全方位移动机器人的全方位轮A运动至障碍物高度逐渐爬高时，因空间正交单开链悬架具有空间中的一个自由度，因而全方位轮D随着全方位轮A的升高而随动下降，而且因悬架具有对称性，全方位轮A和全方位轮D侧空间正交单开链悬架的铰支座对应升起和下降的高度一致；通过复合铰链铰支座的引入使得两条对称布置的两个空间正交单开链悬架可以差分运动，所以另一条空间正交单开链悬架不受越障侧空间正交单开链悬架的运动影响，全方位轮B和全方位轮C仍然有效地与水平地面接触，完成越障过程。

本发明的有益效果是：

本发明所提出的应用于四轮全方位移动机器人的地面自适应悬架，可以适用于基于任何类型的轮全方位轮所搭建的四轮全方位移动机器人，通用性强。可保证自适应越障过程不引入新的激振力，越障过程较传统的“弹簧-阻尼”式悬挂平稳性更加显著。本发明所述空间正交单开链悬架与全方位底盘之间通过设置四个铰支座及一个复合铰链铰支座连接，具备良好的承载力和稳定性。两个空间正交单开链悬架对称布置时可实现四轮全方位移动机器人的地面自适应运动，保证全方位移动机器人的全方位轮实时有效接地进而保证全方位轮的有效驱动性。

附图说明

图1为本发明用于四轮全方位移动机器人的地面自适应悬架示意图；

图2为本发明自适应机构中空间正交单开链结构的示意图；

图3为本发明用于四轮全方位移动机器人的地面自适应悬架的越障过程图；

1-全方位轮A，2-全方位轮B，3-全方位轮C，4-全方位轮D，5-机器人底盘，6-复合铰链铰支座，7-空间正交单开链悬架，701-第一连杆，702-铰支座，703-第二连杆，704-第三连杆，705-第四连杆，706-第五连杆，707-第六连杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1和图2所示，用于四轮全方位移动机器人的地面自适应悬架，包括机器人底盘5、复合铰链铰支座6及两个对称布置的空间正交单开链悬架7，所述机器人底盘5下表面中心处通过螺栓连接有复合铰链铰支座6，复合铰链铰支座6底端通过其上设置的连接轴及轴承与空间正交单开链悬架7一端连接，空间正交单开链悬架7另一端与全方位轮连接。

所述空间正交单开链悬架7包括第六连杆707，第六连杆707中部设置有连接孔，连接架通过第六连杆707上的连接孔与复合铰链铰支座6底端的连接轴连接，第六连杆707两端分别通过销轴与两个第五连杆706首端铰接，两个第五连杆706末端分别通过销轴与两个第四连杆705首部铰接，两个第四连杆705末端分别通过销轴与两个第三连接首部铰接，两个第三连杆704末端分别通过销轴与两组第二连杆703首端铰接，每组第二连杆703设置为两个，两个第二连杆703以第三连杆704为对称中心对称设置，两组第二连杆703末端分别通过销轴与两个第一连杆701首端连接，第一连杆701中部通过销轴与具有转动副的铰支座702一端连接，铰支座702另一端通过螺栓螺接在机器人底盘5下表面处，铰支座702的作用为支撑及连接悬架和全方位移动机器人底盘5，第一连杆701末端设置有连接座，其通过连接座与全方位轮通过螺纹连接装配在一起，第一连杆701的作用为提供支撑力、连接全方位轮，并且其末端是空间正交单开链的执行端，两个第五连杆706之间的夹角为90度，其中一个空间正交单开链悬架7上的两个第一连杆701末端的连接座上分别安装全方位轮A1和全方位轮D4，另一个空间正交单开链悬架7上的两个第一连杆701末端的连接座上分别安装全方位轮B2和全方位轮C3，且全方位轮A1与全方位轮B2相邻，全方位轮A1、全方位轮D4、全方位轮B2和全方位轮C3型号相同，均为MY4。

所述第二连杆703、第三连杆704、第四连杆705及第五连杆706为二力杆，且两端均为转动副；第二连杆703的作用为拉动或推动第一连杆701传递运动；所述第三连杆704首部转动副与末端转动副回转轴线正交，第三连杆704的作用为拉动或推动第二连杆703传递运动，改变运动传递方向；第四连杆705的作用为拉动或推动第三连杆704传递运动；所述第五连杆706首部转动副与末端转动副回转轴线正交，第五连杆706的主要作用为拉动或推动第四连杆705传递运动，改变运动传递方向。

一种用于四轮全方位移动机器人的地面自适应悬架的使用方法，包括以下步骤：

如图3所示，当全方位移动机器人的全方位轮A1运动至障碍物高度逐渐爬高时，因空间正交单开链悬架7具有空间中的一个自由度，连接全方位轮A1的第一连杆701首端向下转动，与第一连杆701连接的第二连杆702末端随之向下运动，通过第三连杆704、第四连杆705及第五连杆706带动第六连杆707与全方位轮A1连接的一端向下转动，第六连杆707与全方位轮D4连接的另一端向上转动，通过与第六连杆707另一端连接的第五连杆706、第四连杆705及第三连杆704将向上转动传递至第二连杆702的首端，第二连杆702向上抬起，带动第一连杆701首端向上转动使第一连杆701末端向下转动使全方位轮D4随着全方位轮A1的升高而随动下降，而且因悬架具有对称性，全方位轮A1和全方位轮D4侧空间正交单开链悬架7的铰支座702对应升起和下降的高度一致；通过复合铰链铰支座6的引入使得两条对称布置的两个空间正交单开链悬架7可以差分运动，所以另一条空间正交单开链悬架7不受越障侧空间正交单开链悬架7的运动影响，全方位轮B2和全方位轮C3仍然有效地与水平地面接触，直至完成越障过程。

Claims (3)

1.一种用于四轮全方位移动机器人的地面自适应悬架，其特征在于，包括机器人底盘、复合铰链铰支座及两个对称布置的空间正交单开链悬架，所述机器人底盘下表面中心处通过螺栓连接有复合铰链铰支座，复合铰链铰支座底端通过其上设置的连接轴及轴承与空间正交单开链悬架一端连接，空间正交单开链悬架另一端与全方位轮连接；

所述空间正交单开链悬架包括第六连杆，第六连杆中部设置有连接孔，连接架通过第六连杆上的连接孔与复合铰链铰支座底端的连接轴连接，第六连杆两端分别通过销轴与两个第五连杆首端铰接，两个第五连杆末端分别通过销轴与两个第四连杆首部铰接，两个第四连杆末端分别通过销轴与两个第三连杆首部铰接，两个第三连杆末端分别通过销轴与两组第二连杆首端铰接，每组第二连杆设置为两个，两个第二连杆以第三连杆为对称中心对称设置，两组第二连杆末端分别通过销轴与两个第一连杆首端连接，第一连杆中部通过销轴与具有转动副的铰支座一端连接，铰支座另一端通过螺栓螺接在机器人底盘下表面处，第一连杆末端设置有连接座，其通过连接座与全方位轮通过螺纹连接装配在一起。

2.根据权利要求1所述的用于四轮全方位移动机器人的地面自适应悬架，其特征在于：所述第二连杆、第三连杆、第四连杆及第五连杆为二力杆，且两端均为转动副；所述第三连杆首部转动副与末端转动副回转轴线正交；所述第五连杆首部转动副与末端转动副回转轴线正交。

3.一种根据权利要求1所述的用于四轮全方位移动机器人的地面自适应悬架的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

当全方位移动机器人的全方位轮A运动至障碍物高度逐渐爬高时，因空间正交单开链悬架具有空间中的一个自由度，因而全方位轮D随着全方位轮A的升高而随动下降，而且因悬架具有对称性，全方位轮A和全方位轮D侧空间正交单开链悬架的铰支座对应升起和下降的高度一致；通过复合铰链铰支座的引入使得两条对称布置的两个空间正交单开链悬架可以差分运动，所以另一条空间正交单开链悬架不受越障侧空间正交单开链悬架的运动影响，全方位轮B和全方位轮C仍然有效地与水平地面接触，完成越障过程。

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