專利名稱：具有輪－腿－履帶復(fù)合移動(dòng)機(jī)構(gòu)的危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體說是一種具有輪-腿-履帶復(fù)合移動(dòng)機(jī)構(gòu)的危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人。
背景技術(shù)：
實(shí)現(xiàn)世界和平是愛好和平人們的最大愿望，人們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)世界和平，進(jìn)行了艱苦和不懈的努力，也為此付出了巨大的代價(jià)。
由于各種復(fù)雜的因素，許多阻擋實(shí)現(xiàn)世界和平的恐怖事件和惡性刑事案件時(shí)有發(fā)生，造成大量平民傷亡和巨大的財(cái)產(chǎn)經(jīng)濟(jì)損失。特別是許多專業(yè)技術(shù)人員在處理危險(xiǎn)物品(爆炸物及有毒有害氣體等)作業(yè)時(shí)，時(shí)常發(fā)生爆炸物或有毒有害氣體對(duì)專業(yè)技術(shù)人員造成傷害。為了減少損失和避免不必要的人員傷害，世界許多國(guó)家都在研究和配備先進(jìn)的技術(shù)裝備，危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人便成了擔(dān)負(fù)這項(xiàng)使命的各種先進(jìn)技術(shù)裝備之一。這是因?yàn)槲ｋU(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人可替代警員在危險(xiǎn)區(qū)域去完成多種危險(xiǎn)作業(yè)，如探查、排除爆炸物，搬運(yùn)或銷毀危險(xiǎn)物品等。機(jī)器人作為高技術(shù)產(chǎn)品，隨著各單元和整體技術(shù)的發(fā)展與完善，越來越受到各國(guó)反恐防爆專家和從事危險(xiǎn)工作人員的重視，各國(guó)先后研究、開發(fā)出多種危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人。
由于危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人大都在復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)環(huán)境中使用，如高低不平地面、障礙物、爬坡、上下樓梯等，因此，要求危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人應(yīng)具有較好的環(huán)境適應(yīng)能力和地面通過能力?，F(xiàn)在危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人有許多種，在移動(dòng)機(jī)構(gòu)方面，大都采用履帶或履帶與腿復(fù)合型式。美國(guó)REMOTEC公司研制警方使用的防爆機(jī)器人，是履帶與腿復(fù)合形式危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人較具代表性的一種，它已在美國(guó)警方服務(wù)，替代警員去完成排除爆炸物等危險(xiǎn)作業(yè)任務(wù)；法國(guó)研制了多種用于危險(xiǎn)爆炸物的探測(cè)、搬運(yùn)和銷毀等危險(xiǎn)作業(yè)的機(jī)器人。在這些機(jī)器人中，移動(dòng)機(jī)構(gòu)大多采用有兩種形式，一種移動(dòng)機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)采用的是純履帶式；另一種移動(dòng)機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)采用的是履帶--腿復(fù)合式(詳見“河南科學(xué)技術(shù)出版社”2000.6版社的《機(jī)器人世界》)。履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)是危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人常用的移動(dòng)機(jī)構(gòu)，具有一定的復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)能力，但在越障、越溝和上下樓梯方面的能力有限，若想提高這三方面能力，必須加大機(jī)器人的整體尺寸，這樣，就給實(shí)際使用帶來一定的困難。履帶-腿復(fù)合式移動(dòng)機(jī)構(gòu)也是危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人一種常用的移動(dòng)機(jī)構(gòu)，具有較強(qiáng)的復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)能力，雖然，在越障、越溝和上下樓梯方面的能力優(yōu)于單節(jié)履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)，但由于它和履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)一樣，都是以履帶移動(dòng)為主要運(yùn)動(dòng)方式。因此，在平地和較平地面移動(dòng)中，存在著移動(dòng)效率低、功耗大和靈活性不夠等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種可在復(fù)雜、多變、有障礙物或樓梯的環(huán)境使用的，功能和性能優(yōu)于純履帶式和履帶-腿復(fù)合式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的新型輪-腿-履帶復(fù)合型移動(dòng)機(jī)構(gòu)的危險(xiǎn)作業(yè)器人。
本發(fā)明的技術(shù)方案是具有四條擺腿、主履帶、輔助履帶、移動(dòng)本體，所述四條擺腿的一端安裝有輪子，主履帶通過帶輪安裝在移動(dòng)本體上，輔助履帶一端通過帶輪安裝在移動(dòng)本體上，另一端通過導(dǎo)輪與分別四條擺腿相連；所述移動(dòng)本體對(duì)角線方向分別構(gòu)成結(jié)構(gòu)相同的行走和擺動(dòng)兩部分；其中行走部分包括行走驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述行走驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸與第一帶輪傳動(dòng)齒輪固連，所述第一帶輪傳動(dòng)齒輪與固連在帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的第二帶輪傳動(dòng)齒輪相嚙合，第一帶輪的軸一端與帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸安裝在一起，另一端與第一輪子傳動(dòng)齒輪固連，第一輪子傳動(dòng)齒輪與第二輪子傳動(dòng)齒輪、第三輪子傳動(dòng)齒輪相嚙合，第三輪子傳動(dòng)齒輪與輪子固接；第一帶輪通過輔助履帶及導(dǎo)輪與擺腿相連；所述擺腿部分包括擺腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)，擺腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸與第一擺腿轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪固連，第一擺腿轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪與第二擺腿轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪相嚙合，第二擺腿轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪固聯(lián)在擺腿轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，擺腿轉(zhuǎn)動(dòng)軸依次穿過第二帶輪及第四輪子傳動(dòng)齒輪與擺腿固連；第四輪子傳動(dòng)齒輪與第五輪子傳動(dòng)齒輪、第六輪子傳動(dòng)齒輪相嚙合，第六輪子傳動(dòng)齒輪與輪子固接；第二帶輪通過輔助履帶及導(dǎo)輪與擺腿相連；所述帶輪均為不同尺寸的兩部分組合結(jié)構(gòu)，其中尺寸大的部分位于內(nèi)側(cè)，本體同側(cè)兩帶輪之間用主履帶連接；尺寸小的部分位于外側(cè)，通過輔助履帶與導(dǎo)輪相連；所述的前部?jī)蓚€(gè)擺腿和后部?jī)蓚€(gè)擺腿在水平方向，都是同相位安裝；所述的四個(gè)輪子分別與四條輔助履帶設(shè)在同一平面內(nèi)。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、由于本發(fā)明采用了新型輪-腿-履帶復(fù)合移動(dòng)機(jī)構(gòu)，使得機(jī)器人具有完全獨(dú)立的履帶移動(dòng)方式和輪式移動(dòng)方式，避免了以往兩種移動(dòng)方式不能獨(dú)立使用所帶來的運(yùn)動(dòng)相互干涉問題，并可發(fā)揮兩種移動(dòng)方式的各其所長(zhǎng)。特別是履帶移動(dòng)方式和輪子移動(dòng)方式在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中，可根據(jù)環(huán)境地面情況相互切換，使該危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人盡快到達(dá)指定作業(yè)地點(diǎn)。
2、靈活性好。由于輪子運(yùn)動(dòng)可獨(dú)立于履帶運(yùn)動(dòng)，因此，提高了本發(fā)明機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的靈活性。具體體現(xiàn)在本發(fā)明可通過行走驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人同側(cè)的一條主履帶、兩條輔助履帶和兩個(gè)輪子同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)；可通過擺腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人前部左右側(cè)的兩條擺腿同時(shí)上下擺動(dòng)，使輪子同時(shí)上下擺動(dòng)。通過對(duì)輪、腿的控制，可使輪子處于著地狀態(tài)，使機(jī)器人的移動(dòng)方式由履帶移動(dòng)變成輪式移動(dòng)，輪式移動(dòng)方式適合在平地和較平地面使用。此時(shí)，該危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、左右轉(zhuǎn)向、爬坡等功能。
3、本發(fā)明采用輪子著地點(diǎn)到擺腿轉(zhuǎn)軸中心的距離大于履帶著地點(diǎn)到帶輪的轉(zhuǎn)軸中心距離(二者轉(zhuǎn)軸中心相同)結(jié)構(gòu)，提高了機(jī)器人的地面適應(yīng)能力。
4、本發(fā)明將輪子與四條輔助履帶設(shè)計(jì)在同一平面內(nèi)，降低了機(jī)器人的整體寬度，有利于提高機(jī)器人通過能力和適應(yīng)能力。
5、本發(fā)明將擺腿轉(zhuǎn)動(dòng)軸從機(jī)器人本體內(nèi)部穿過，使得四條擺腿轉(zhuǎn)動(dòng)范圍增大，可呈垂直地面狀態(tài)，極大地降低了機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎半徑。
6、移動(dòng)效率高。由于本發(fā)明輪子與帶輪之間采用了齒輪傳動(dòng)，且為增速傳動(dòng)，使機(jī)器人采用輪子移動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度大于采用履帶移動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度，大大提高了機(jī)器人在平地、較平地的移動(dòng)效率。
7.功耗低。由于本發(fā)明帶輪均為不同尺寸的兩部分組合結(jié)構(gòu)，其中尺寸大的部分位于內(nèi)側(cè)，因此，比以往履帶移動(dòng)機(jī)構(gòu)，功耗低，節(jié)省能源。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明機(jī)構(gòu)及原理作進(jìn)一步說明。
本發(fā)明機(jī)構(gòu)構(gòu)成如圖1所示，它主要具有四條擺腿T、兩條主履帶L1、四條輔助履帶L2、四個(gè)輪子LZ和移動(dòng)本體BT；所述四條擺腿的一端安裝有輪子LZ，主履帶L1通過帶輪D安裝在移動(dòng)本體BT上，輔助履帶L2一端通過帶輪D安裝在移動(dòng)本體BT上，另一端通過導(dǎo)輪DL分別與四條擺腿T相連；所述移動(dòng)本體BT對(duì)角線方向分別構(gòu)成結(jié)構(gòu)相同的行走和擺動(dòng)兩部分；其中行走部分(在移動(dòng)本體BT對(duì)角線方向分別構(gòu)成結(jié)構(gòu)相同的兩部分，即左下、右上兩部分，現(xiàn)以一部分為例加以說明)本發(fā)明所述行走部分包括行走驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1，它的輸出軸與第一帶輪傳動(dòng)齒輪DC11固連，第一帶輪傳動(dòng)齒輪DC11與固連在帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸Z1上的第二帶輪傳動(dòng)齒輪DC12相嚙合；第一帶輪D11的軸一端與帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸Z1安裝在一起，另一端與第一輪子傳動(dòng)齒輪LC11固連，第一輪子傳動(dòng)齒輪LC11與第二輪子傳動(dòng)齒輪LC12、第三輪子傳動(dòng)齒輪LC13相嚙合，第三輪子傳動(dòng)齒輪LC13與一個(gè)輪子LZ固接；第一帶輪D11通過輔助履帶L2及導(dǎo)輪與一條擺腿T相連。
擺腿部分(在移動(dòng)本體BT對(duì)角線方向，分別構(gòu)成結(jié)構(gòu)相同的兩部分，即左上、右下兩部分，現(xiàn)以一部分為例加以說明)本發(fā)明所述擺腿部分包括擺腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)M2，它的輸出軸與第一擺腿轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪BC11固連，第一擺腿轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪BC11與第二擺腿轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪BC12相嚙合，第二擺腿轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪BC12固聯(lián)在擺腿轉(zhuǎn)動(dòng)軸Z2上，擺腿轉(zhuǎn)動(dòng)軸Z2一端依次穿過第一帶輪D11及第一輪子傳動(dòng)齒輪LC11與一條擺腿T固連；另一端依次穿過第二帶輪D22及第四輪子傳動(dòng)齒輪LC21與另一條擺腿T固連；第四輪子傳動(dòng)齒輪LC21與第五輪子傳動(dòng)齒輪LC22、第六輪子傳動(dòng)齒輪LC23相嚙合，第六輪子傳動(dòng)齒輪LC23與另一個(gè)輪子LZ固接；第二帶輪D22通過輔助履帶L2及導(dǎo)輪DL與另一條擺腿T相連。
本發(fā)明所述帶輪均為不同尺寸的兩部分組合結(jié)構(gòu)，其中尺寸大的部分位于內(nèi)側(cè)，移動(dòng)本體BT同側(cè)兩帶輪之間用主履帶L1連接；尺寸小的部分位于外側(cè)，通過輔助履帶L2與導(dǎo)輪DL相連。
最佳實(shí)施例說明本發(fā)明經(jīng)過運(yùn)動(dòng)性能和功能試驗(yàn)，證明機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)原理和設(shè)計(jì)結(jié)論是正確的。即采用本發(fā)明研制的危作業(yè)機(jī)器人，具有獨(dú)立的輪式和履帶式移動(dòng)方式，在擺腿T運(yùn)動(dòng)的參與下，非結(jié)構(gòu)環(huán)境的適應(yīng)能力和各種地面的通過能力好于已有的危作業(yè)機(jī)器人，充分體現(xiàn)了本發(fā)明全部?jī)?yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)原理如下當(dāng)對(duì)角兩個(gè)行走驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1同時(shí)、同方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩個(gè)行走驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1通過第一～二帶輪傳動(dòng)齒輪DC11、DC12，將轉(zhuǎn)動(dòng)分別傳給兩個(gè)帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸Z1，使對(duì)角線方向兩個(gè)第一帶輪D11同時(shí)、同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)兩條主履帶L1、兩個(gè)第二帶輪D22、四條輔助履帶L2轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)，機(jī)器人移動(dòng)本體BT可以前進(jìn)后退；當(dāng)對(duì)角兩個(gè)行走驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1同時(shí)、不同方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，機(jī)器人移動(dòng)本體BT可以實(shí)現(xiàn)左右轉(zhuǎn)向和原地轉(zhuǎn)向。當(dāng)對(duì)角兩個(gè)擺腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)M3轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可使前部?jī)蓷l擺腿T和后部?jī)蓷l擺腿T同時(shí)上下擺動(dòng)，并控制四個(gè)輪子LZ的著地狀態(tài)。在機(jī)器人移動(dòng)本體BT移動(dòng)時(shí)，通過控制四條擺腿T的狀態(tài)，可控制機(jī)器人移動(dòng)本體BT移動(dòng)方式(履帶或輪子)的選擇。在采用履帶移動(dòng)時(shí)，機(jī)器人移動(dòng)本體BT具有前進(jìn)、后退、左右轉(zhuǎn)向、爬坡、上下樓梯和跨越障礙功能；在采用輪子LZ移動(dòng)時(shí)，機(jī)器人移動(dòng)本體BT具有前進(jìn)、后退、左右轉(zhuǎn)向和爬坡功能，且移動(dòng)速度是履帶移動(dòng)時(shí)的兩倍。
權(quán)利要求
1.一種具有輪-腿-履帶復(fù)合型移動(dòng)機(jī)構(gòu)的危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人，其特征在于具有四條擺腿(T)、主履帶(L1)、輔助履帶(L2)、移動(dòng)本體(BT)，所述四條擺腿(T)的一端安裝有輪子(LZ)，主履帶(L1)通過帶輪安裝在移動(dòng)本體(BT)上，輔助履帶(L2)一端通過帶輪安裝在移動(dòng)本體(BT)上，另一端通過導(dǎo)輪(DL)分別與四條擺腿(T)相連；所述移動(dòng)本體(BT)對(duì)角線方向分別構(gòu)成結(jié)構(gòu)相同的行走和擺動(dòng)兩部分；其中行走部分包括行走驅(qū)動(dòng)電機(jī)(M1)，所述行走驅(qū)動(dòng)電機(jī)(M1)的輸出軸與第一帶輪傳動(dòng)齒輪(DC11)固連，所述第一帶輪傳動(dòng)齒輪(DC11)與固連在帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸(Z1)上的第二帶輪傳動(dòng)齒輪(DC12)相嚙合，第一帶輪(D11)的軸一端與帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸(Z1)安裝在一起，另一端與第一輪子傳動(dòng)齒輪(LC11)固連，第一輪子傳動(dòng)齒輪(LC11)與第二輪子傳動(dòng)齒輪(LC12)、第三輪子傳動(dòng)齒輪(LC13)相嚙合，第三輪子傳動(dòng)齒輪(LC13)與輪子(LZ)固接；第一帶輪(D11)通過輔助履帶(L2)及導(dǎo)輪與擺腿(T)相連；所述擺腿部分包括擺腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)(M2)，擺腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)(M2)的輸出軸與第一擺腿轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪(BC11)固連，第一擺腿轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪(BC11)與第二擺腿轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪(BC12)相嚙合，第二擺腿轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪(BC12)固聯(lián)在擺腿轉(zhuǎn)動(dòng)軸(Z2)上，擺腿轉(zhuǎn)動(dòng)軸(Z2)依次穿過第二帶輪(D22)及第四輪子傳動(dòng)齒輪(LC21)與擺腿(T)固連；第四輪子傳動(dòng)齒輪(LC21)與第五輪子傳動(dòng)齒輪(LC22)、第六輪子傳動(dòng)齒輪(LC23)相嚙合，第六輪子傳動(dòng)齒輪(LC23)與輪子(LZ)固接；第二帶輪(D22)通過輔助履帶(L2)及導(dǎo)輪(DL)與擺腿(T)相連。
2.按權(quán)利要求1所述具有輪-腿-履帶復(fù)合型移動(dòng)機(jī)構(gòu)的危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人，其特征在于水平方向前部?jī)蓚€(gè)擺腿(T)同相位安裝，后部?jī)蓚€(gè)擺腿(T)同相位安裝。
3.按權(quán)利要求1所述具有輪-腿-履帶復(fù)合型移動(dòng)機(jī)構(gòu)的危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人，其特征在于四個(gè)輪子(LZ)分別與四條輔助履帶(L2)設(shè)在同一平面內(nèi)。
4.按權(quán)利要求1所述具有輪-腿-履帶復(fù)合型移動(dòng)機(jī)構(gòu)的危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人，其特征在于帶輪均為不同尺寸的兩部分組合結(jié)構(gòu)，靠近移動(dòng)本體(BT)一側(cè)尺寸大于另一側(cè)，所述靠近移動(dòng)本體(BT)一側(cè)的帶輪之間用主履帶(L1)連接；另一側(cè)帶輪通過輔助履帶(L2)與導(dǎo)輪(DL)相連。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具有輪－腿－履帶復(fù)合移動(dòng)機(jī)構(gòu)的危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人。包括四條擺腿、兩條主履帶、四條輔助履帶、四個(gè)帶輪和移動(dòng)本體，其兩對(duì)角線方向的機(jī)構(gòu)構(gòu)成是完全相同的；其中，兩個(gè)行走驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過帶輪傳動(dòng)齒輪和兩條主履帶將轉(zhuǎn)動(dòng)分別傳給四個(gè)帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸和四條輔助履帶，并通過輪子傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)四個(gè)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)；兩個(gè)擺腿驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過兩對(duì)擺腿轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪和兩根擺腿轉(zhuǎn)動(dòng)軸，驅(qū)動(dòng)四條擺腿上下擺動(dòng)。本發(fā)明能在平地和較平地面實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、左右轉(zhuǎn)向、爬坡等功能；特別是履帶移動(dòng)方式和輪子移動(dòng)方式在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中，根據(jù)環(huán)境地面情況可相互切換，使該危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人盡快到達(dá)指定作業(yè)地點(diǎn)。
文檔編號(hào)B62D57/02GK1715121SQ20041002085
公開日2006年1月4日 申請(qǐng)日期2004年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月30日
發(fā)明者李小凡, 姚辰, 王 忠, 原培章, 羅宇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所