一種地形自適應(yīng)的可變形移動(dòng)機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的是一種地形自適應(yīng)的可變形移動(dòng)機(jī)器人，包括平衡機(jī)構(gòu)、搖臂機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)，兩個(gè)搖臂機(jī)構(gòu)固定安裝在平衡機(jī)構(gòu)的兩側(cè)，每個(gè)搖臂機(jī)構(gòu)的兩端各設(shè)置一個(gè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，每個(gè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的下端設(shè)置一個(gè)轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)。本發(fā)明通過(guò)平衡機(jī)構(gòu)的差分齒輪組實(shí)現(xiàn)差動(dòng)，以適應(yīng)崎嶇地形的變化，通過(guò)搖臂機(jī)構(gòu)的搖桿擺角和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的L形桿轉(zhuǎn)角的變化得到不同的構(gòu)型，本發(fā)明是一種多自由度、構(gòu)型可變、適應(yīng)地形能力強(qiáng)的、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠的可變形輪式移動(dòng)機(jī)器人。
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種移動(dòng)機(jī)器人，尤其涉及一種地形自適應(yīng)的可變形移動(dòng)機(jī)器人。 一種地形自適應(yīng)的可變形移動(dòng)機(jī)器人

【背景技術(shù)】
[0002] 移動(dòng)機(jī)器人廣泛應(yīng)用于航天、軍事、救援、服務(wù)、娛樂等領(lǐng)域。實(shí)際工作時(shí)會(huì)遇到 不同的地形環(huán)境，移動(dòng)機(jī)器人的地形適應(yīng)能力對(duì)于其運(yùn)動(dòng)的可靠性和穩(wěn)定性具有重要的作 用。
[0003] 移動(dòng)機(jī)器人按照行走運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的不同可以分為：履帶式、腿式、跳躍式、輪式等。 履帶式移動(dòng)機(jī)器人具有越野能力強(qiáng)、控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但是靈活性不夠、且行走機(jī)構(gòu)容易損 壞。腿式移動(dòng)機(jī)器人地形適應(yīng)能力強(qiáng)，但是機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)復(fù)雜，且速度慢，穩(wěn)定性差。 跳躍式移動(dòng)機(jī)器人體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，但可靠性和穩(wěn)定性差。相比于這些，輪式機(jī)器人機(jī)構(gòu) 簡(jiǎn)單、摩擦阻力小、速度快、效率高，控制簡(jiǎn)單，所以得到廣泛采用，但輪式機(jī)器人在越障能 力上稍有不足。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了適應(yīng)運(yùn)動(dòng)可靠性和穩(wěn)定性要求、提高越障能力而提供一種地 形自適應(yīng)的可變形移動(dòng)機(jī)器人。
[0005] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：包括平衡機(jī)構(gòu)、搖臂機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)，兩 個(gè)搖臂機(jī)構(gòu)固定安裝在平衡機(jī)構(gòu)的兩側(cè)，每個(gè)搖臂機(jī)構(gòu)的兩端各設(shè)置一個(gè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，每個(gè) 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的下端設(shè)置一個(gè)轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)。
[0006] 本發(fā)明還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征：
[0007] 1.所述平衡機(jī)構(gòu)包括底盤、連接軸a、連接軸b、錐齒輪a、錐齒輪b、錐齒輪c和傳 動(dòng)軸，錐齒輪a安裝在連接軸a上，連接軸a通過(guò)安裝座a安裝在底盤上，錐齒輪b安裝在 連接軸b上，連接軸b通過(guò)安裝座b安裝在底盤上，錐齒輪c安裝在傳動(dòng)軸上，傳動(dòng)軸通過(guò) 安裝座c安裝在底盤上，錐齒輪c同時(shí)和錐齒輪a和錐齒輪b嚙合。
[0008] 2.所述搖臂機(jī)構(gòu)分三段，搖臂段a和搖臂段c的結(jié)構(gòu)相同，包括支架、安裝在支架 上的一號(hào)電機(jī)、與一號(hào)電機(jī)連接的聯(lián)軸器、通過(guò)聯(lián)軸器與一號(hào)電機(jī)連接的絲杠和套在絲杠 上的螺母，還包括連桿和搖桿，連桿的一端與螺母鉸接、另一端與搖桿的一端鉸接，搖桿的 另一端與支架鉸接，搖臂段b是一連接板，連接板的一端與搖臂段a的支架固定連接，連接 板的另一端與搖臂段b的支架固定連接，所述兩個(gè)搖臂機(jī)構(gòu)固定安裝在平衡機(jī)構(gòu)的兩側(cè)是 指兩個(gè)搖臂機(jī)構(gòu)的搖臂段b與連接軸a和連接軸b的軸端固定連接。
[0009] 3.所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)包括舵機(jī)、轉(zhuǎn)向法蘭套和L形連桿，舵機(jī)安裝在搖桿的末端，舵機(jī) 的輸出端與轉(zhuǎn)向法蘭套連接，L形連桿的一端與轉(zhuǎn)向法蘭套固定連接，L形連桿的另一端固 連所述轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)的二號(hào)電機(jī)，轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)還包括轉(zhuǎn)子法蘭套和車輪，二號(hào)電機(jī)的輸出端與轉(zhuǎn) 子法蘭套連接，轉(zhuǎn)子法蘭套與車輪固定連接。
[0010] 4.所述一號(hào)電機(jī)和二號(hào)電機(jī)是帶減速器的直流電機(jī)。 toon] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的移動(dòng)機(jī)器人通過(guò)搖臂機(jī)構(gòu)的搖 桿擺角和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的L形桿轉(zhuǎn)角的變化得到不同的構(gòu)型，由于移動(dòng)機(jī)器人的每個(gè)自由度都 有獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)所以可以得到多種構(gòu)型。幾個(gè)典型的構(gòu)型如：常規(guī)構(gòu)型，適用于一般地形 條件；極限爬坡構(gòu)型，將機(jī)器人的重心降到最低，適用于坡度較高的地形；原地旋轉(zhuǎn)構(gòu)型， 適用于要求移動(dòng)機(jī)器人原地轉(zhuǎn)向的情況。移動(dòng)機(jī)器人所需構(gòu)型根據(jù)地形條件的變化通過(guò)控 制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整，以提高行走運(yùn)動(dòng)的可靠性、穩(wěn)定性。同時(shí)機(jī)器人可以作為多種設(shè)備的搭載 平臺(tái)，以滿足不同的功能需要。本發(fā)明是一種多自由度、構(gòu)型可變、適應(yīng)地形能力強(qiáng)的、結(jié)構(gòu) 穩(wěn)定可靠的可變形輪式移動(dòng)機(jī)器人，可以根據(jù)地形條件的不同，改變機(jī)器人的機(jī)械構(gòu)型，以 適應(yīng)運(yùn)動(dòng)可靠性和穩(wěn)定性的要求，提高越障能力。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1是本發(fā)明的總體機(jī)構(gòu)圖；
[0013] 圖2是本發(fā)明的平衡機(jī)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖3是本發(fā)明的搖臂機(jī)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖4是本發(fā)明的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖5是本發(fā)明的車輪機(jī)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖6是本發(fā)明移動(dòng)機(jī)器人常規(guī)構(gòu)型示意圖；
[0018] 圖7是本發(fā)明移動(dòng)機(jī)器人常規(guī)構(gòu)型下的越障示意圖；
[0019] 圖8是本發(fā)明移動(dòng)機(jī)器人極限爬坡構(gòu)型示意圖；
[0020] 圖9是本發(fā)明移動(dòng)機(jī)器人原地旋轉(zhuǎn)構(gòu)型示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0022] 如圖1所示：本發(fā)明的移動(dòng)機(jī)器人由平衡機(jī)構(gòu)1、搖臂機(jī)構(gòu)2、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3、輪子機(jī) 構(gòu)4組成，兩個(gè)搖臂機(jī)構(gòu)2固定安裝在平衡機(jī)構(gòu)1的兩側(cè)，每個(gè)搖臂機(jī)構(gòu)2的兩端各設(shè)置一 個(gè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3,每個(gè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3的下端設(shè)置一個(gè)轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)4。
[0023] 如圖2所示：平衡機(jī)構(gòu)1包括底盤1-6、連接軸al-Ι、連接軸b 1-5、錐齒輪al-2、錐 齒輪bl-3、錐齒輪cl-7和傳動(dòng)軸1-8,錐齒輪al-2安裝在連接軸al-Ι上，連接軸al-Ι通過(guò) 安裝座al-ΙΟ安裝在底盤1-6上，錐齒輪bl-3安裝在連接軸bl-5上，連接軸bl-5通過(guò)安 裝座b 1-1-4安裝在底盤上，錐齒輪cl-7安裝在傳動(dòng)軸1-8上，傳動(dòng)軸1-8通過(guò)安裝座c 1-9 安裝在底盤1-6上，錐齒輪cl-7同時(shí)和錐齒輪al-2和錐齒輪bl-3嚙合。錐齒輪al-2和 錐齒輪bl-3的齒數(shù)為30,錐齒輪cl-7的齒數(shù)為15 ;平衡機(jī)構(gòu)通過(guò)兩側(cè)連接軸a、連接軸b 實(shí)現(xiàn)與其固定搖臂的差動(dòng)；移動(dòng)機(jī)器人的控制系統(tǒng)硬件和其它外加的設(shè)備安裝在底盤1-6 上。
[0024] 如圖3所示：搖臂機(jī)構(gòu)2分三段，中間位置是搖臂段b，兩端分別是搖臂段a和搖 臂段c，搖臂段a和搖臂段c的結(jié)構(gòu)相同，包括支架2-8、安裝在支架2-8上的一號(hào)電機(jī)2-2、 與一號(hào)電機(jī)2-2連接的聯(lián)軸器2-3、通過(guò)聯(lián)軸器2-3與一號(hào)電機(jī)2-2連接的絲杠2-4和套在 絲杠2-4上的螺母2-5,還包括連桿2-6和搖桿2-7,連桿2-6的一端與螺母2-5鉸接、另一 端與搖桿2-7的一端鉸接，搖桿2-7的另一端與支架2-8鉸接，搖臂段b是一連接板2-9， 連接板2-9的一端與搖臂段a的支架固定連接，連接板的另一端與搖臂段b的支架固定連 接，則搖臂段a、搖臂段b、搖臂段c鉚接成一個(gè)整體，所述兩個(gè)搖臂機(jī)構(gòu)固定安裝在平衡機(jī) 構(gòu)1的兩側(cè)是指兩個(gè)搖臂機(jī)構(gòu)2的搖臂段b與連接軸al-Ι和連接軸bl-5的軸端固定連接。 絲杠2-4的末端通過(guò)聯(lián)軸器2-3與固定在搖臂上的帶減速器的直流電機(jī)2-2運(yùn)動(dòng)耦合；電 機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)絲杠帶動(dòng)移動(dòng)螺母直線運(yùn)動(dòng)，螺母的行程為〇-1〇〇_，對(duì)應(yīng)的搖桿擺幅角度為 0-90° ;當(dāng)搖桿擺幅為90°，即螺母移動(dòng)到最大行程100mm時(shí)，電機(jī)、絲杠、搖桿的軸線在同 一條直線上；當(dāng)搖桿擺幅為0°，即螺母行程〇mm時(shí)，搖桿的軸線與絲杠和電機(jī)的軸線垂直； 搖桿末端與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3的舵機(jī)固聯(lián)，且轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的軸線與搖桿軸線同軸，搖桿擺角的變化 得到不同的機(jī)器人構(gòu)型。
[0025] 如圖4所示：轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)3包括舵機(jī)3-1、轉(zhuǎn)向法蘭套3-3和L形連桿3-2,舵機(jī)3-1 安裝在搖桿2-7的末端，舵機(jī)3-1的輸出端與轉(zhuǎn)向法蘭套3-3固定連接，L形桿3-2的兩臂 通過(guò)半徑為22_的圓弧連接，兩臂投影長(zhǎng)度72mm ;L形桿的一側(cè)臂端與轉(zhuǎn)向法蘭套3-3固 定，另一側(cè)臂端與車輪機(jī)構(gòu)4固聯(lián)，使得車輪機(jī)構(gòu)在舵機(jī)的輸出作用下轉(zhuǎn)向。
[0026] 如圖5所示：轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)4包括二號(hào)電機(jī)4-2、轉(zhuǎn)子法蘭套4-3和車輪4-1，二號(hào)電機(jī) 4-2的輸出端與轉(zhuǎn)子法蘭套4-3連接，轉(zhuǎn)子法蘭套4-3與車輪4-1固定連接，車輪4-1的輪 面軸向截面為半徑80_的圓弧，當(dāng)接觸彈性地面時(shí)可以增大接觸面積，同時(shí)降低車輪轉(zhuǎn)向 時(shí)所需的扭矩；車輪徑向最大截面為半徑50mm的圓，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的軸線與該圓共面且穿過(guò)其 圓心；帶減速器的直流電機(jī)4-2的轉(zhuǎn)動(dòng)輸出與轉(zhuǎn)子法蘭套4-3固定；轉(zhuǎn)子法蘭套4-3與車輪 4-1的輪輻固定連接，每個(gè)車輪都能由電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，以提供較高的自由度和驅(qū)動(dòng)力。
[0027] 移動(dòng)機(jī)器人由于具有多個(gè)可控制的自由度，通過(guò)主動(dòng)的改變搖桿擺角或者L形桿 轉(zhuǎn)角可以得到很多不同的構(gòu)型，以適應(yīng)地形條件的變化。幾個(gè)典型的構(gòu)型如：常規(guī)構(gòu)型、極 限爬坡構(gòu)型、原地旋轉(zhuǎn)構(gòu)型。
[0028] 如圖6所示：搖桿擺幅為10°，移動(dòng)機(jī)器人工作在常規(guī)構(gòu)型下，由于底盤距離地面 高使得機(jī)器人具有較好的通過(guò)性和崎嶇地面適應(yīng)力。
[0029] 如圖7所示：機(jī)器人在常規(guī)構(gòu)型的越障運(yùn)動(dòng)，左前輪翻越障礙時(shí)，車身會(huì)被向左上 方抬起一定角度。由于平衡機(jī)構(gòu)的作用，兩側(cè)搖臂產(chǎn)生差動(dòng)，使得四個(gè)輪子能同時(shí)接觸到地 面，避免車輪的懸空，提供越障的可靠性、穩(wěn)定性。
[0030] 如圖8所示：搖桿擺幅為90°，移動(dòng)機(jī)器人工作在極限爬坡構(gòu)型下，增大搖桿擺角 有利于減小機(jī)器人的重心高度，防止機(jī)器人在陡坡上運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生后仰或者側(cè)翻，提供運(yùn)動(dòng) 的穩(wěn)定性和可靠性。
[0031] 如圖9所示：搖桿擺幅為0°，每個(gè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角60°，使得四個(gè)車輪的軸線相交 于一點(diǎn)，移動(dòng)機(jī)器人工作在原地旋轉(zhuǎn)構(gòu)型下，當(dāng)機(jī)器人遇到無(wú)法通過(guò)的障礙時(shí)，可以快速原 地轉(zhuǎn)向。
【權(quán)利要求】
1. 一種地形自適應(yīng)的可變形移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于：包括平衡機(jī)構(gòu)、搖臂機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向 機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)，兩個(gè)搖臂機(jī)構(gòu)固定安裝在平衡機(jī)構(gòu)的兩側(cè)，每個(gè)搖臂機(jī)構(gòu)的兩端各設(shè)置 一個(gè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，每個(gè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的下端設(shè)置一個(gè)轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地形自適應(yīng)的可變形移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于：所述平 衡機(jī)構(gòu)包括底盤、連接軸a、連接軸b、錐齒輪a、錐齒輪b、錐齒輪c和傳動(dòng)軸,錐齒輪a安裝 在連接軸a上，連接軸a通過(guò)安裝座a安裝在底盤上，錐齒輪b安裝在連接軸b上，連接軸 b通過(guò)安裝座b安裝在底盤上，錐齒輪c安裝在傳動(dòng)軸上，傳動(dòng)軸通過(guò)安裝座c安裝在底盤 上，錐齒輪c同時(shí)和錐齒輪a和錐齒輪b P齒合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種地形自適應(yīng)的可變形移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于：所 述搖臂機(jī)構(gòu)分三段，搖臂段a和搖臂段c的結(jié)構(gòu)相同，包括支架、安裝在支架上的一號(hào)電機(jī)、 與一號(hào)電機(jī)連接的聯(lián)軸器、通過(guò)聯(lián)軸器與一號(hào)電機(jī)連接的絲杠和套在絲杠上的螺母，還包 括連桿和搖桿，連桿的一端與螺母鉸接、另一端與搖桿的一端鉸接，搖桿的另一端與支架鉸 接，搖臂段b是一連接板，連接板的一端與搖臂段a的支架固定連接，連接板的另一端與搖 臂段b的支架固定連接，所述兩個(gè)搖臂機(jī)構(gòu)固定安裝在平衡機(jī)構(gòu)的兩側(cè)是指兩個(gè)搖臂機(jī)構(gòu) 的搖臂段b與連接軸a和連接軸b的軸端固定連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種地形自適應(yīng)的可變形移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于：所述轉(zhuǎn) 向機(jī)構(gòu)包括舵機(jī)、轉(zhuǎn)向法蘭套和L形連桿，舵機(jī)安裝在搖桿的末端，舵機(jī)的輸出端與轉(zhuǎn)向法 蘭套連接，L形連桿的一端與轉(zhuǎn)向法蘭套固定連接，L形連桿的另一端固連所述轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)的 二號(hào)電機(jī)，轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)還包括轉(zhuǎn)子法蘭套和車輪，二號(hào)電機(jī)的輸出端與轉(zhuǎn)子法蘭套連接，轉(zhuǎn)子 法蘭套與車輪固定連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種地形自適應(yīng)的可變形移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于：所述一 號(hào)電機(jī)和二號(hào)電機(jī)是帶減速器的直流電機(jī)。
【文檔編號(hào)】B62D61/10GK104058022SQ201410293386
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】徐賀, 唐濤, 郭衛(wèi)興, 楊文成, 許怡賢, 朱海濤, 王文杰, 匡振驃 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)