CN201961405U - 一种履带式越障机器人的行走及调姿系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种履带式越障机器人的行走及调姿系统，它主要由行走系统及侧翻调姿系统组成。行走系统由顶履带、主履带、辅助履带组成，多履带使用提高了机器人的移动性能，主履带及顶履带与机器人本体间采用浮动连接，保证履带与地面正向接触，增加机器人对路面的附着能力，主履带与辅助履带间由转动关节连接，每个转动关节及履带都由电机驱动；侧翻调姿系统由主履带夹角调节机构和旋转支撑组成，主履带夹角调节机构可调整二主履带间夹角，旋转支撑用于顶履带着地时的侧翻调姿。本实用新型结构简单、实用性强，可有效解决现有机器人越障、抗侧翻能力差，翻倒后不能翻身等技术难题。适用于救援机器人、探测机器人等机械产品的越障行走系统中。

Description

一种履带式越障机器人的行走及调姿系统

技术领域：

本实用新型涉及一种履带式越障机器人的行走及调姿系统，尤其是组合履带式越障机器人的行走及调姿系统，主要适用于救援机器人、反恐机器人、军用机器人、探测机器人等机器人的移动系统中。

背景技术：

近年来地震、火灾、矿难、核危辐射机、恐怖袭击、武装冲突、病毒传染病等许多突发事件时有发生，将机器人技术运用于灾难救援、反恐、军事、病毒监测、星球探测等领域已成为当今社会研究的焦点，许多国家研究了大量的机器人平台，如可变形(多态)机器人、履带式搜救机器人、仿生搜救机器人等相继被开发出来。众所周知，移动性是机器人开展工作的基础，但是现有的机器人平台都有一些共同的缺点：在复杂情况下越障、抗侧翻能力差，翻倒后无法调姿而失去作业能力。机器人的移动性能限制了机器人科学的进一步发展，而本实用新型提出的一种独特的三组七支链的履带式越障机器人的行走及调姿系统可以有效地解决这一技术难题。本实用新型与现有的六履带式机器人行走系统的本质区别在于本实用新型增加了顶履带单元及浮动关节设计。

发明内容：

为了克服现有的机器人在复杂情况下越障、抗侧翻能力差，翻倒后无法调姿而失去作业能力等不足，本实用新型提出了一种履带式越障机器人的行走及调姿系统，可大大提高现有机器人移动系统的越障行走能力。

本实用新型涉及一种履带式越障机器人的行走及调姿系统，它主要由行走系统及侧翻调姿系统组成，行走系统包括一组顶履带、两组主履带、两组前辅助履带、两组后辅助履带，主履带及顶履带与机器人本体间采用浮动连接，主履带与辅助履带间由转动关节连接，每个转动关节及履带都由电机驱动；侧翻调姿系统由主履带夹角调节机构和旋转支撑组成，主履带夹角调节机构由旋转轴、驱动电机及减速器、倾角调节杆组成，旋转支撑由驱动电机及减速器、支撑腿、支撑腿导轮构成，旋转轴通过倾角调节杆及浮动关节与主履带相连，支撑腿通过转动关节与顶履带相连。

所述的行走系统的七组履带可分为三个单元，顶履带单独成为一个单元，每个主履带和一个前辅助履带、一个后辅助履带构成一个主履带单元，主履带单元及顶履带单元与机器人本体间采用浮动连接，主履带单元的前辅助履带和后辅助履带分别通过一个转动关节与主履带的两端相连，辅助履带相对于主履带可转动调姿；各主履带单元可通过主履带夹角调节机构相对于机器人本体转动调姿，以调节主履带单元间及主履带单元与顶履带单元间的夹角，即调节主履带间及主履带与顶履带间的夹角，七组履带配合使用可变换出不同的机器人越障行走姿态，机器人本体结构在三维方向上的尺寸可变可调。

所述的主履带夹角调节机构中的旋转轴由带减速器的电机驱动，旋转轴与倾角调节杆固定连接，驱动电机可通过旋转轴、倾角调节杆驱动主履带单元相对机器人本体转动调姿，倾角调节杆与主履带浮动连接，主履带单元与倾角调节杆的夹角随地形状况变化而改变，保证主履带单元与行走路面的正向接触性。

所述的旋转支撑由驱动电机及减速器、支撑腿、支撑腿导轮组成，旋转支撑有二组分别通过转动关节安装于顶履带两端，相对于顶履带可转动调姿。

本实用新型的有益效果是：

(1)独特的三组七支链行走及调姿系统具有良好的防侧翻和调姿能力、优越的平衡及越障能力，从而使机器人能够在更复杂的地形条件下自由行走；

(2)各履带单元的浮动设计，改变了现有履带式机器人刚性连接的夹角不可调的缺陷，能可靠地保证履带和地面的正向接触，增加了机器人对地面的附着能力，提高了机器人在复杂地形行走时的稳定性；

(3)将变胞设计思想引入机器人结构设计中，实现了本体结构在三维方向上的尺寸可变可调，增加了机器人在特定环境的穿越行走能力；

(4)该机器人行走及调姿系统在越障行走、爬坡、越沟、涉水、管内行走、管外行走等常规越障性能方面都有所提高，而且有效解决了现有的机器人在复杂情况下越障能力、抗侧翻能力差，翻倒后无法调姿而失去作业能力等问题。

附图说明：

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的主视图；

图2是本实用新型的俯视图；

图3是本实用新型的左视图；

图4是本实用新型的左侧翻调姿示意图；

图5本实用新型的不平路面重心调节姿态示意图；

图6是本实用新型的V形地面行走姿态示意图；

图7是本实用新型的管外行走姿态示意图；

图8是本实用新型的管内行走姿态示意图；

图中1.机器人本体，2.支撑腿调姿电机及减速器，3.顶履带，4.前辅助履带，5.前辅助履带驱动电机及减速器，6.前辅助履带调姿电机及减速器，7.主履带，8.后辅助履带调姿电机及减速器，9.后辅助履带，10.后辅助履带驱动电机及减速器，11.顶履带驱动电机及减速器，12.支撑腿调姿电机及减速器，13.旋转轴驱动电机及减速器，14.主履带驱动电机及减速器，15.支撑腿导轮，16.支撑腿，17.顶履带从动轮，18.倾角调节杆，19.主履带浮动关节，20.前辅助履带从动轮，21.前辅助履带驱动轮，22.后辅助履带驱动轮，23.后辅助履带从动轮，24.旋转轴，25.顶履带浮动关节，26.顶履带驱动轮，27.主履带驱动轮。

具体实施方式：

下面结合附图1-8详细说明本实施例。

如图1、图2、图3所示，本实用新型涉及一种履带式越障机器人的行走及调姿系统，它主要由行走系统及侧翻调姿系统组成。

行走系统由七组履带组成：一组顶履带3、两组主履带7、两组前辅助履带4、两组后辅助履带9。

所述的七组履带可分为三个单元，顶履带单独成为一个顶履带单元，每个主履带7和一个前辅助履带4、一个后辅助履带9构成一个主履带单元。所述的主履带单元及顶履带单元分别采用主履带浮动关节19和顶履带浮动关节25与机器人本体1浮动连接。所述的主履带单元的前辅助履带4和后辅助履带9与主履带7的两端分别通过一个转动关节相连。

所述的七组履每组都由一个驱动履带运行的驱动轮和一个从动的从动轮，每个驱动轮都有一个带减速器的驱动电机驱动，且每个主履带单元的前辅助履带4和后辅助履带9都可相对对应的主履带7转动调姿：主履带驱动电机及减速器14用于驱动主履带驱动轮27，进而驱动主履带7；顶履带驱动电机及减速器11用于驱动顶履带驱动轮26，进而驱动顶履带3；前辅助履带驱动电机及减速器5用于驱动前辅助履带驱动轮21，进而驱动前辅助履带4；后辅助履带驱动电机及减速器10用于驱动后辅助履带驱动轮22，进而驱动后辅助履带9；前辅助履带调姿电机及减速器6用于驱动前辅助履带4相对于主履带7旋转调姿；后辅助履带调姿电机及减速器8用于驱动后辅助履带9相对于主履带7旋转调姿；七组履带可配合使用变换出不同的机器人越障行走姿态，机器人本体结构在三维方向上的尺寸可变可调。

侧翻调姿系统由主履带夹角调节机构和旋转支撑组成。

如图1、图2、图3、图4所示，所述的主履带夹角调节机构由旋转轴24、旋转轴驱动电机及减速器13、倾角调节杆18组成。旋转轴24由旋转轴驱动电机及减速器13驱动，旋转轴24与倾角调节杆18固定连接，旋转轴驱动电机及减速器13可通过旋转轴24、倾角调节杆18驱动主履带单元相对机器人本体1转动调姿，以调节主履带单元间夹角α及主履带单元与顶履带单元间的夹角β、ε；倾角调节杆18与主履带7通过主履带浮动关节19浮动连接，主履带单元与倾角调节杆18的夹角γ、δ随地形状况变化而改变，改变了现有履带式机器人刚性连接的夹角不可调的缺陷，能可靠地保证主履带单元和路面的正向接触，增加了机器人对路面的附着能力，提高了机器人在复杂地形行走时的稳定性。

所述的旋转支撑由支撑腿调姿电机及减速器2(或12)，支撑腿16、支撑腿导轮15组成。旋转支撑有两组分别通过转动关节安装于顶履带3两端，支撑腿调姿电机及减速器2、12分别用于驱动两个支撑腿16相对于顶履带3旋转调姿；支撑腿导轮15用于减小旋转支撑旋转调姿过程中与路面间的摩擦阻力。

如图4所示，为本实用新型左侧翻调姿示意图，图示中两个主履带单元着地时，先将右侧主履带单元的前辅助履带4和后辅助履带9撑起到一定角度，使机器人本体1重心抬高并向左移动，同时减小两主履带单元间的夹角α，使机器人本体1重心进一步抬高并左移，直到产生左翻，机器人顶履带单元代替右侧主履带单元着地，此时机器人可继续行走或进行侧翻运动，与两个主履带单元着地时不同的是此时顶履带3和一个主履带7着地，顶履带3一侧抬高时使用的是两个支撑腿16而不是前辅助履带4和后辅助履带9；右侧翻调姿过程与左侧翻调姿过程类同。除了上述主动调姿外本实用新型还可以使机器人实现自动复位，自动复位只需按变位或侧翻的反向进行侧翻，或继续单向侧翻即可。当机器人在不平路面行驶时调姿过程还可用于机器人重心的调节，如图5所示，机器人将右侧前辅助履带4和后辅助履带9撑起到一定角度，将机器人本体1右侧抬起到同机器人本体左侧一样高，从而使机器人能继续平稳地行走。

如图6所示，为本实用新型的V形地面行走姿态示意图，机器人在V形地面行走时，可根据V形夹角φ大小来调节两主履带单元间夹角α，使机器人撑在V形路面两壁上行走。图7是本实用新型的管外行走姿态示意图，可根据圆管外径大小调节两主履带单元间夹角α，使机器人附着在圆管外壁上行走。图8是本实用新型的管内行走姿态示意图，机器人在管道内行走时，可根据圆管内径大小调节两主履带单元间夹角α，使机器人主履带单元、顶履带单元中两组或三组同时附着在管壁内侧行走。

如图6、图7、图8所示，主履带的浮动连接设计，使主履带单元与倾角调节杆间的夹角γ、δ随地形状况变化而改变，改变了现有履带式机器人刚性连接的夹角不可调的缺陷，能可靠地保证主履带单元和行走路面的正向接触，增加了机器人对地面的附着能力，提高了机器人在复杂地形行走时的稳定性。

本实用新型的越障姿态不局限于传统的六履带越障姿态，也不局限于图4、图5、图6、图7、图8所示越障姿态，除此之外还有其它多种变换姿态，以满足复杂环境下的越障需求。

Claims (4)

1.一种履带式越障机器人的行走及调姿系统，它主要由行走系统及侧翻调姿系统组成，其特征是：行走系统包括一组顶履带、两组主履带、两组前辅助履带、两组后辅助履带，主履带及顶履带与机器人本体间采用浮动连接，主履带与前辅助履带、后辅助履带间由转动关节连接，每个转动关节及履带都由电机驱动；侧翻调姿系统由主履带夹角调节机构和旋转支撑组成，主履带夹角调节机构由旋转轴、驱动电机及减速器、倾角调节杆组成，旋转支撑由驱动电机及减速器、支撑腿、支撑腿导轮组成，旋转轴通过倾角调节杆及浮动关节与主履带相连，支撑腿通过转动关节与顶履带相连。

2.按照权利要求1所述的履带式越障机器人的行走及调姿系统，其特征是：行走系统的七组履带可分为三个单元，顶履带单独成为一个单元，每个主履带与一个前辅助履带及一个后辅助履带构成一个主履带单元，主履带单元及顶履带单元与机器人本体间采用浮动连接，主履带单元的前辅助履带和后辅助履带分别通过一个转动关节与主履带的两端相连，前辅助履带及后辅助履带相对于主履带可转动调姿；各主履带单元通过主履带夹角调节机构可相对于机器人本体转动调姿，以调整主履带单元间及主履带单元与顶履带单元间的夹角，七组履带配合使用可变换出不同的机器人越障行走姿态，机器人本体结构在三维方向上的尺寸可变可调。

3.按照权利要求1或2所述的履带式越障机器人的行走及调姿系统，其特征是：所述的主履带夹角调整机构中的旋转轴由带减速器的电机驱动，旋转轴与倾角调节杆固定连接，驱动电机可通过旋转轴、倾角调节杆驱动主履带单元相对于机器人本体转动调姿，倾角调节杆与主履带浮动连接，主履带单元与倾角调节杆的夹角随地形状况变化而改变，保证主履带单元与行走路面的正向接触。

4.按照权利要求1或2所述的履带式越障机器人的行走及调姿系统，其特征是：所述的旋转支撑由驱动电机及减速器、支撑腿、支撑腿导轮组成，旋转支撑有两组分别通过转动关节安装于顶履带两端，相对于顶履带可转动调姿。

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