CN1292319A - 自主变位四履带足机器人行走机构 - Google Patents

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毛立民
李恩光
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东华大学
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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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