本發(fā)明屬于機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于四桿機(jī)構(gòu)的履帶可變形機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)。

背景技術(shù)：

當(dāng)前的機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)中，輪式機(jī)器人移動(dòng)靈活，能夠通過(guò)較為復(fù)雜的地面環(huán)境，但其效率低下，控制算法復(fù)雜。履帶式機(jī)器人的應(yīng)用研究廣泛，兼具了效率和障礙物通過(guò)性能，普通的履帶機(jī)器人大多為關(guān)節(jié)擺臂式結(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)擺臂的角度，主動(dòng)地適應(yīng)環(huán)境變化，這類機(jī)器人很大程度上依賴于傳感器所反饋的環(huán)境信息以及主動(dòng)的控制調(diào)節(jié)。而被動(dòng)自適應(yīng)履帶機(jī)器人能將環(huán)境中的約束力作為一種有效的輸出，使履帶外形輪廓被動(dòng)地發(fā)生改變，從而更好地適應(yīng)環(huán)境，從而減少了機(jī)器人對(duì)傳感系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的依賴性，并提高行走效率，成為履帶機(jī)器人的一個(gè)重要研究方向。

現(xiàn)有的被動(dòng)自適應(yīng)履帶機(jī)器人研究有：專利號(hào)為ZL2013101764130的中國(guó)專利公開(kāi)了一種被動(dòng)自適應(yīng)履帶可變形移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)，該機(jī)器人平臺(tái)采用欠驅(qū)動(dòng)的平面六桿機(jī)構(gòu)作為支撐履帶的機(jī)構(gòu)，能通過(guò)高于履帶的障礙，但其變形不大，平整路面速度較低，且輔助擺臂模塊在實(shí)際應(yīng)用中達(dá)不到太大效果。專利號(hào)為ZL2010102195152的中國(guó)專利公開(kāi)了一種具有自適應(yīng)能力的輪-履復(fù)合變形移動(dòng)機(jī)器人，該機(jī)器人具有輪-履兩種運(yùn)動(dòng)模式，但其在輪式運(yùn)動(dòng)時(shí)，履帶作為虛擬輪仍接觸地面，且要保持和主動(dòng)輪相同的線速度，容易產(chǎn)生履帶與地面的摩擦，其前輪驅(qū)動(dòng)的方式使得其在輪式運(yùn)動(dòng)模式下越障能力不足，且需要主動(dòng)避開(kāi)正前方小于車體寬度的小障礙。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種基于四桿機(jī)構(gòu)的履帶可變形機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)，解決了前輪驅(qū)動(dòng)方式造成的輪式運(yùn)動(dòng)模式下越障能力不足以及平整路面的通過(guò)效率問(wèn)題。

本發(fā)明解決現(xiàn)有的技術(shù)問(wèn)題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于四桿機(jī)構(gòu)的履帶可變形機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)，包括機(jī)器人本體和兩個(gè)輪履復(fù)合行走模塊，

所述機(jī)器人本體包括箱體、主動(dòng)傳動(dòng)軸、從動(dòng)傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)電機(jī)機(jī)構(gòu)；所述主動(dòng)傳動(dòng)軸安裝在箱體內(nèi)的前端并連接箱體兩側(cè)的第一車輪，所述從動(dòng)傳動(dòng)軸安裝在箱體內(nèi)的后端并連接箱體兩側(cè)的第二車輪；所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)機(jī)構(gòu)安裝在箱體內(nèi)，該驅(qū)動(dòng)電機(jī)機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第一齒輪、第二齒輪、第三齒輪、第四齒輪、第五齒輪，驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接第一齒輪，第一齒輪和第二齒輪相互嚙合，第二齒輪和主動(dòng)傳動(dòng)軸配合并同步轉(zhuǎn)動(dòng)，第三齒輪和第二齒輪同軸同步，第三齒輪和主動(dòng)傳動(dòng)軸配合且同軸同步，第三齒輪和第四齒輪相互嚙合，第四齒輪和第五齒輪相互嚙合，第五齒輪和第一車輪同軸同步，第四齒輪固裝在箱底內(nèi)的底板上；

所述輪履復(fù)合行走模塊包括履帶支撐連桿機(jī)構(gòu)和履帶機(jī)構(gòu)，所述履帶支撐連桿機(jī)構(gòu)包括前支撐桿、中間連接桿、變形限位機(jī)構(gòu)、第一拉桿、第一后支撐桿、變形復(fù)位機(jī)構(gòu)、第二后支撐桿和第二拉桿；前支撐桿、中間連接桿、第二后支撐桿組成平行四邊形機(jī)構(gòu)，第二后支撐桿、第一后支撐桿、第一拉桿、第二拉桿、變形限位機(jī)構(gòu)共同組成傘骨機(jī)構(gòu)，該變形限位機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)器人本體兩側(cè)固裝的連桿機(jī)構(gòu)軌道上；所述履帶機(jī)構(gòu)包括主動(dòng)大履帶輪、主動(dòng)小履帶輪、第一從動(dòng)大履帶輪、第二從動(dòng)小履帶輪、第一從動(dòng)小履帶輪、傳動(dòng)履帶和傳動(dòng)行走履帶；前支撐桿的兩端分別軸連接在主動(dòng)大履帶輪和第一從動(dòng)小履帶輪上，中間連接桿兩端分別軸連接在第一從動(dòng)小履帶輪和第二從動(dòng)小履帶輪上，第一后支撐桿、第二后支撐桿一端分別軸連接在第一從動(dòng)大履帶輪、第二從動(dòng)小履帶輪上，第一后支撐桿、第二后支撐桿另一端連接變形限位機(jī)構(gòu)并與第一拉桿和第二拉桿安裝在一起；所述主動(dòng)小履帶輪安裝在主動(dòng)傳動(dòng)軸上并且與第二齒輪同軸同步，其通過(guò)傳動(dòng)履帶將動(dòng)力傳遞到主動(dòng)大履帶輪上，所述主動(dòng)大履帶輪、主動(dòng)小履帶輪、第一從動(dòng)大履帶輪、第二從動(dòng)小履帶輪和第一從動(dòng)小履帶輪與傳動(dòng)行走履帶嚙合在一起。

所述主動(dòng)傳動(dòng)軸通過(guò)主動(dòng)傳動(dòng)軸支架安裝在箱體內(nèi)，該主動(dòng)傳動(dòng)軸支架安裝在箱體內(nèi)底板上，該傳動(dòng)軸支架和61900深溝球軸承配合；所述從動(dòng)傳動(dòng)軸通過(guò)從動(dòng)傳動(dòng)軸支架安裝在箱體內(nèi)，該從動(dòng)傳動(dòng)軸支架安裝在箱體內(nèi)底板上，該傳動(dòng)軸支架和61900深溝球軸承配合；所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)支架安裝在箱體內(nèi)，該驅(qū)動(dòng)電機(jī)支架安裝在主動(dòng)傳動(dòng)軸內(nèi)側(cè)的箱體內(nèi)底板上。

所述變形復(fù)位機(jī)構(gòu)為復(fù)位彈簧。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

1、本發(fā)明采用模塊化設(shè)計(jì)，具有被動(dòng)自適應(yīng)能力：在輪履復(fù)合行走模塊中以平行四邊形和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)構(gòu)成被動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，該結(jié)構(gòu)能夠根據(jù)具體障礙物的尺寸產(chǎn)生變形，從而使履帶外輪廓的形狀改變，且履帶長(zhǎng)度的變化可控制在一定的微小范圍內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)樓梯、斜坡、溝槽等復(fù)雜環(huán)境的平穩(wěn)高效行走，并能跨越高于自身的障礙物。

2、本發(fā)明具有輪-履兩種運(yùn)動(dòng)模式，可以被動(dòng)的實(shí)現(xiàn)兩種模式的轉(zhuǎn)換，具有很強(qiáng)的自主地形適應(yīng)能力，且不需要復(fù)雜的控制算法就可以實(shí)現(xiàn)；在平整路面，主動(dòng)車輪和驅(qū)動(dòng)后輪直接接觸地面，移動(dòng)平臺(tái)做輪式運(yùn)動(dòng)，能避免出現(xiàn)履帶作為虛擬輪仍接觸地面，與地面產(chǎn)生摩擦的問(wèn)題，且輪、履兩種運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相互獨(dú)立，提高了輪式運(yùn)動(dòng)的速度，且節(jié)約能量。

3、本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，能根據(jù)環(huán)境中障礙物的尺寸被動(dòng)地改變履帶的外形，并能在變形的同時(shí)自主地實(shí)現(xiàn)輪、履兩種運(yùn)動(dòng)模式的切換，在確保復(fù)雜地形適應(yīng)能力的前提下，增強(qiáng)了平整路面的通過(guò)效率，避免了履帶與地面的摩擦，且履帶在整個(gè)變形過(guò)程中的長(zhǎng)度變化在可控范圍內(nèi)，進(jìn)一步增加移動(dòng)平臺(tái)對(duì)障礙物的通過(guò)性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3a為本發(fā)明的輪履復(fù)合行走模塊的結(jié)構(gòu)圖；

圖3b為本發(fā)明的輪履復(fù)合行走模塊的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；

圖4為本發(fā)明的機(jī)器人本體與輪履復(fù)合行走模塊的連接示意圖；

圖5為本發(fā)明的輪履復(fù)合行走自適應(yīng)原理圖；

圖6為本發(fā)明的機(jī)器人翻越小障礙原理圖；

圖7a為本發(fā)明的機(jī)器人翻越大障礙原理示意圖(自適應(yīng)狀態(tài)一)；

圖7b為本發(fā)明的機(jī)器人翻越大障礙原理示意圖(自適應(yīng)狀態(tài)二)；

圖中，1-機(jī)器人本體，2-輪履復(fù)合行走模塊；1-1：側(cè)板，1-2：前板，1-3：驅(qū)動(dòng)電機(jī)支架，1-4：主傳動(dòng)軸支架，1-5：前車輪支架，1-6：后車輪支架，1-7：從傳動(dòng)軸支架，1-9：連桿機(jī)構(gòu)軌道，1-8：后板，1-10：底板；2-1：前支撐桿，2-2：車輪，2-3：中間連接桿，2-4：變形限位機(jī)構(gòu)，2-5：第一拉桿，2-6：第一后支撐桿，2-7：變形復(fù)位機(jī)構(gòu)，2-8：第二后支撐桿，2-9:第二拉桿，2-10：從動(dòng)傳動(dòng)軸，2-11：主動(dòng)傳動(dòng)軸；3-1：第一從動(dòng)大履帶輪，3-2：第二從動(dòng)小履帶輪，3-3：第二車輪，3-4：第一從動(dòng)小履帶輪，3-5：第一車輪，3-6：主動(dòng)小履帶輪，3-7：傳動(dòng)履帶，3-8：主動(dòng)大履帶輪，3-9：傳動(dòng)行走履帶，3-10：第五齒輪，3-11：第三齒輪，3-12：第四齒輪，3-13：第二齒輪，3-14：第一齒輪，3-15：驅(qū)動(dòng)電機(jī)，3-16：箱體。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步詳述：

一種基于四桿機(jī)構(gòu)的履帶可變形機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)，如圖1所示，包括機(jī)器人本體1和兩個(gè)輪履復(fù)合行走模塊2，兩個(gè)輪履復(fù)合行走模塊對(duì)稱安裝在本體結(jié)構(gòu)兩側(cè)。如圖2及圖4所示，所述機(jī)器人本體由前板1-2、后板1-8、兩塊側(cè)板1-1、底板1-10、上蓋(圖中未示出)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)支架1-3、主傳動(dòng)軸支架1-4、前車輪支架1-5、后車輪支架1-6、從傳動(dòng)軸支架1-7、連桿機(jī)構(gòu)軌道1-9和驅(qū)動(dòng)電機(jī)機(jī)構(gòu)組成。一塊前板、一塊后板、兩塊側(cè)板、一塊底板、一塊上蓋構(gòu)成一個(gè)長(zhǎng)方形箱體3-16，每個(gè)板的邊緣制有安裝螺紋孔并通過(guò)螺栓安裝在一起。主傳動(dòng)軸支架、從傳動(dòng)軸支架起到固定和支撐主動(dòng)傳動(dòng)軸和從動(dòng)傳動(dòng)軸的作用，該主動(dòng)傳動(dòng)軸支架和從傳動(dòng)軸支架均通過(guò)螺栓與底板上的螺紋孔進(jìn)行連接，傳動(dòng)軸支架和61900深溝球軸承配合。前車輪支架和后車輪支架安裝在底板上且位于主動(dòng)傳動(dòng)軸支架和從動(dòng)傳動(dòng)軸支架旁邊，分別用于安裝第一車輪3-5和第二車輪3-3，主動(dòng)傳動(dòng)軸、從動(dòng)傳動(dòng)軸分別與第一車輪和第二車輪安裝在一起，兩個(gè)傳動(dòng)軸相對(duì)于車體位置不變，在連桿機(jī)構(gòu)中起機(jī)架的作用。所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)支架安裝在主動(dòng)傳動(dòng)軸內(nèi)側(cè)的底板上用于安裝驅(qū)動(dòng)電機(jī)機(jī)構(gòu)。所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)3-15、第一齒輪3-14、第二齒輪3-13、第三齒輪3-12、第四齒輪3-11、第五齒輪3-10，3-16；所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在驅(qū)動(dòng)電機(jī)支架上，所述第一齒輪和第二齒輪相互嚙合，該驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)第一齒輪將動(dòng)力傳遞到第二齒輪上，第二齒輪和主動(dòng)傳動(dòng)軸配合并同步轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第三齒輪和第二齒輪同軸同步，所述第三齒輪和第四齒輪相互嚙合，第四齒輪和第五齒輪相互嚙合，第三齒輪在獲得動(dòng)力后通過(guò)第四齒輪傳遞到第五齒輪，第五齒輪和第一車輪同軸同步，第三齒輪和機(jī)器人主動(dòng)傳動(dòng)軸配合且同軸同步，第四齒輪通過(guò)齒輪支架固定于機(jī)器人本體的底板上。所述連桿機(jī)構(gòu)軌道對(duì)稱安裝在后車輪支架外側(cè)的側(cè)板上，其通過(guò)內(nèi)六角螺栓和側(cè)板進(jìn)行連接；該連桿機(jī)構(gòu)軌道有兩個(gè)功能，一方面作為滑塊軌道用于限制連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方向并確定軌跡，另一方面連桿機(jī)構(gòu)軌道設(shè)計(jì)成閉式結(jié)構(gòu)，起前后極限位置限位的作用。

如圖3a、圖3b及圖4所示，所述輪履復(fù)合行走模塊包括履帶支撐連桿機(jī)構(gòu)、車輪2-2和履帶機(jī)構(gòu)。所述履帶支撐連桿機(jī)構(gòu)包括前支撐桿2-1、中間連接桿2-3、變形限位機(jī)構(gòu)2-4、第一拉桿2-5、第一后支撐桿2-6、變形復(fù)位機(jī)構(gòu)2-7、第二后支撐桿2-8、第二拉桿2-9。第二后支撐桿和前支撐桿通過(guò)中間連接桿相連接，前支撐桿、中間連接桿、第二后支撐桿組成平行四邊形機(jī)構(gòu)，第一后支撐桿會(huì)跟隨前支撐桿的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)且同步轉(zhuǎn)動(dòng)。第二后支撐桿、第一后支撐桿、第一拉桿、第二拉桿、變形限位機(jī)構(gòu)共同組成傘骨機(jī)構(gòu)，該變形限位機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)器人本體的左右側(cè)板上，通過(guò)螺栓固定的方式固定，該變形限位機(jī)構(gòu)除限制四桿機(jī)構(gòu)變形位置外，也充當(dāng)移動(dòng)副作為第一拉桿、第二拉桿鉸接點(diǎn)的軌道限制鉸接點(diǎn)移動(dòng)方向。第二后支撐桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，推動(dòng)第一拉桿運(yùn)動(dòng)，第一拉桿推動(dòng)移動(dòng)滑塊在變形限位機(jī)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，拉動(dòng)第二拉桿，第二拉桿拉動(dòng)第一后支撐桿。第一拉桿和第二拉桿長(zhǎng)度相等，因此第一后支撐桿和第二后支撐桿之間的角度以相同的角度增量增大，隨著前支撐桿和后支撐桿角度的增大。隨著前支撐桿和后支撐桿角度的增大，機(jī)器人中心抬高，并且運(yùn)動(dòng)模式逐漸由輪式轉(zhuǎn)化到履帶式，完成越障。變形復(fù)位機(jī)構(gòu)的作用是機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)在越過(guò)障礙物或者越過(guò)復(fù)雜的環(huán)境到達(dá)較適合輪式運(yùn)動(dòng)模式的環(huán)境后，使行走機(jī)構(gòu)由履帶運(yùn)動(dòng)模式恢復(fù)到輪式運(yùn)動(dòng)模式。

所述履帶機(jī)構(gòu)包括主動(dòng)大履帶輪3-8、主動(dòng)小履帶輪3-6、第一從動(dòng)大履帶輪3-1、第二從動(dòng)小履帶輪3-2、第一從動(dòng)小履帶輪3-4、傳動(dòng)履帶3-7和傳動(dòng)行走履帶3-9。履帶機(jī)構(gòu)與履帶支撐連桿機(jī)構(gòu)具體安裝方式為：前支撐桿的兩端分別軸連接在主動(dòng)大履帶輪和第一從動(dòng)小履帶輪上，中間連接桿兩端分別軸連接在第一從動(dòng)小履帶輪和第二從動(dòng)小履帶輪上，第一后支撐桿、第二后支撐桿一端分別軸連接在第一從動(dòng)大履帶輪、第二從動(dòng)小履帶輪上，第一后支撐桿、第二后支撐桿另一端連接變形限位機(jī)構(gòu)并與第一拉桿和第二拉桿安裝在一起。所述主動(dòng)小履帶輪安裝在主動(dòng)傳動(dòng)軸上并且與第二齒輪同軸同步，其通過(guò)傳動(dòng)履帶將動(dòng)力傳遞到主動(dòng)大履帶輪上，所述主動(dòng)大履帶輪和傳動(dòng)行走履帶為嚙合的H型同步帶輪傳動(dòng)。履帶輪主要起支撐履帶并且和履帶同步嚙合傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)的作用。

本發(fā)明的電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理為：驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)第一齒輪將動(dòng)力傳遞到第二齒輪上，第二齒輪和主動(dòng)傳動(dòng)軸配合，同步轉(zhuǎn)動(dòng)。第二齒輪的動(dòng)力分成兩股：其一，第二齒輪和主動(dòng)小履帶輪同軸同步，主動(dòng)小履帶輪通過(guò)傳動(dòng)履帶將動(dòng)力傳遞到主動(dòng)大履帶輪，主動(dòng)小履帶輪安裝于主動(dòng)傳動(dòng)軸，并且和主動(dòng)傳動(dòng)軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)大履帶輪、第一從動(dòng)小履帶輪、主動(dòng)大履帶輪、第二從動(dòng)小履帶輪安裝于輪履復(fù)合行走模塊，共同支撐傳動(dòng)行走履帶。因此，主動(dòng)大履帶輪在獲得動(dòng)力后驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)行走履帶；其二，第三齒輪和第二齒輪同軸同步，第三齒輪在獲得動(dòng)力后通過(guò)第四齒輪傳遞到第五齒輪，第五齒輪和第一車輪3-5同軸同步。第二車輪為從動(dòng)輪。第三齒輪和機(jī)器人主動(dòng)傳動(dòng)軸配合，且同軸同步。

本移動(dòng)平臺(tái)的機(jī)器人被動(dòng)自適應(yīng)原理如圖5所示，桿ABC、桿CD、桿DF、桿BF組成平行四邊形機(jī)構(gòu)，桿FD、桿EH、滑塊H組成第一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，滑塊方向根據(jù)機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)確定方向，桿FG、桿HG、滑塊H組成的第二曲柄滑塊機(jī)構(gòu)并與第一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)稱，其中桿FE、桿FG等長(zhǎng)。因此，在桿ABC受到力F作用后開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的桿ABC帶動(dòng)連桿CD平動(dòng)，桿CD拉動(dòng)桿FD，從而驅(qū)動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)1，將桿ABC的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成滑塊H的平動(dòng)，滑塊的平動(dòng)又帶動(dòng)曲柄FG的轉(zhuǎn)動(dòng)。

如圖6所示，機(jī)器人在翻越小障礙物時(shí)，機(jī)器人在輪式運(yùn)動(dòng)模式下即可翻越障礙。當(dāng)機(jī)器人翻越較大障礙物時(shí)，機(jī)器人從輪式運(yùn)動(dòng)模式轉(zhuǎn)換成履帶式運(yùn)動(dòng)模式。其轉(zhuǎn)換過(guò)程如機(jī)器人遇到較高障礙物時(shí)，如圖7a中所示，機(jī)器人所保持的輪式運(yùn)動(dòng)模式不足以跨越障礙，在外力的干涉下，機(jī)器人開(kāi)始運(yùn)動(dòng)模式的轉(zhuǎn)換，由輪式轉(zhuǎn)化到履帶式運(yùn)動(dòng)模式，以跨越障礙，如圖7b所示。

需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明所述的實(shí)施例是說(shuō)明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明包括并不限于具體實(shí)施方式中所述的實(shí)施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他實(shí)施方式，同樣屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。