一種移動(dòng)機(jī)器人及其運(yùn)行方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種移動(dòng)機(jī)器人及其運(yùn)行方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于人類活動(dòng)所涉及的范圍越來(lái)越廣，人類的足跡正在由地面向海洋和太空不斷擴(kuò)展。近幾年來(lái)隨著機(jī)器人技術(shù)的逐漸成熟，機(jī)器人的應(yīng)用早已不在局限于制造領(lǐng)域；在一些非制造領(lǐng)域，機(jī)器人也扮演著重要角色。比如災(zāi)場(chǎng)搜救、宇宙探索、軍事偵察、海底礦藏勘測(cè)、采掘、建筑、醫(yī)療服務(wù)等特殊行業(yè)。這些領(lǐng)域?qū)τ谌祟悂?lái)說(shuō)，有些根本是人類根本無(wú)法到達(dá)的；而另一些雖然人類也能達(dá)到，卻充滿了危險(xiǎn)。由于在這些人類難以涉足或無(wú)法到達(dá)的惡劣、危險(xiǎn)和有害的環(huán)境中，移動(dòng)機(jī)器人需要行使其特殊的職能，代替人類完成具有危險(xiǎn)性質(zhì)任務(wù)，這就意味著和傳統(tǒng)意義上的機(jī)器人相比，對(duì)移動(dòng)機(jī)器人在結(jié)構(gòu)和控制上的要求就更高。除了傳統(tǒng)的移動(dòng)功能外，其還應(yīng)具有更強(qiáng)的多地形自適應(yīng)越野能力、生存能力、環(huán)境感知能力及相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)自規(guī)劃能力等。
[0003]復(fù)雜地面環(huán)境下由于地面不平度而引起的振動(dòng)在汽車行業(yè)中非常重視，稱其為行駛平穩(wěn)性。同樣，地面不平度也會(huì)使機(jī)器人產(chǎn)生振動(dòng)，尤其是懸臂梁式的車載作業(yè)手臂，這類振動(dòng)和沖擊會(huì)大大降低機(jī)器人可靠性和平穩(wěn)性，雖然設(shè)計(jì)合理的懸臂結(jié)構(gòu)，建立快速的優(yōu)化分析模型可以將地面對(duì)機(jī)器人振動(dòng)和沖擊進(jìn)行轉(zhuǎn)化和利用或者進(jìn)行抵消。路面的幾何參數(shù)對(duì)于機(jī)器人通過(guò)性能的影響主要表現(xiàn)像斜面、壕溝和垂直障礙等會(huì)使機(jī)器人機(jī)身的重心在垂直方向上發(fā)生較大改變。為了提高機(jī)器人的越障性能可以設(shè)計(jì)多運(yùn)動(dòng)模式的移動(dòng)機(jī)器人，但這樣大大增加了控制難度。
[0004]由以上分析可知，地面環(huán)境對(duì)移動(dòng)機(jī)器人有很大的影響，在很大程度上制約了移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展。因此提高機(jī)器人對(duì)地面環(huán)境的自適應(yīng)能力是機(jī)器人現(xiàn)階段發(fā)展過(guò)程中最重要的問(wèn)題之一。而本設(shè)計(jì)中所提到的被動(dòng)自適應(yīng)，則是指機(jī)器人能夠在欠驅(qū)動(dòng)條件下，能夠完全依靠自身結(jié)構(gòu)完成越障，這在一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，如:太空、災(zāi)區(qū)、礦井底部等場(chǎng)合有著極其重要的應(yīng)用。它降低了整個(gè)機(jī)器人的電機(jī)數(shù)目，降低了對(duì)控制系統(tǒng)的要求卻沒(méi)有降低機(jī)器人的自由度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種移動(dòng)機(jī)器人，能夠被動(dòng)自適應(yīng)地面環(huán)境，能夠降低結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，能夠降低對(duì)控制系統(tǒng)的要求。
[0006]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提出一種移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)行方法，能夠根據(jù)地面環(huán)境實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)，能降低結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，能夠降低對(duì)控制系統(tǒng)的要求。
[0007]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]一種移動(dòng)機(jī)器人，包括機(jī)器人本體，所述機(jī)器人本體由輪體支撐，所述輪體由行星輪結(jié)構(gòu)和帶輪結(jié)構(gòu)組成，所述行星輪結(jié)構(gòu)包括中心輪以及與所述中心輪嚙合的行星齒輪，所述帶輪結(jié)構(gòu)包括多個(gè)帶輪，所述帶輪的個(gè)數(shù)與所述行星齒輪的個(gè)數(shù)相同，所述行星輪結(jié)構(gòu)由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，所述行星輪結(jié)構(gòu)為所述帶輪結(jié)構(gòu)提供動(dòng)力，所述帶輪結(jié)構(gòu)與地面之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)所述移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。
[0009]進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述行星齒輪上固定安裝有第一輸出軸，所述第一輸出軸遠(yuǎn)離所述行星齒輪的一端安裝有帶輪，所述第一輸出軸帶動(dòng)所述帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0010]進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述帶輪的個(gè)數(shù)至少為三個(gè)，包括第一帶輪、第二帶輪和第三帶輪，所述第一帶輪和所述第三帶輪與地面接觸，所述第一帶輪位于所述移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方向的最前方，所述第二帶輪位于所述第一帶輪沿逆時(shí)針?lè)较虻南噜徫恢谩?br>[0011]進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述帶輪均設(shè)有輪齒，所述帶輪通過(guò)輪齒與同一履帶相嚙合。
[0012]進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)，所述電機(jī)帶動(dòng)所述行星輪結(jié)構(gòu)中的中心輪轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0013]進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述電機(jī)和所述行星輪結(jié)構(gòu)之間設(shè)有減速器，所述減速器上安裝有第二輸出軸，所述第二輸出軸與所述中心輪固定。
[0014]進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述減速器通過(guò)支撐結(jié)構(gòu)安裝在所述機(jī)器人本體上，所述支撐結(jié)構(gòu)包括第一軸承和第一軸承支撐座。
[0015]進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述機(jī)器人還包括至少1個(gè)與所述輪體的結(jié)構(gòu)相同的從動(dòng)輪體，所述從動(dòng)輪體通過(guò)第二軸承安裝在所述機(jī)器人本體上。
[0016]—種移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)行方法，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)所述輪體轉(zhuǎn)動(dòng)，所述輪體上的帶輪與地面相對(duì)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)所述機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)，當(dāng)所述第一帶輪遇到的障礙物高度小于所述第一帶輪的直徑時(shí)，所述第一帶輪在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的牽引下，第一帶輪在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)，根據(jù)障礙物的高度將機(jī)器人本體重心升高，所述從動(dòng)輪體對(duì)機(jī)器人本體起到支撐作用，當(dāng)所述輪體翻過(guò)所述障礙物后，所述從動(dòng)輪體在所述輪體的牽引下翻過(guò)所述障礙物。
[0017]進(jìn)一步的技術(shù)方案，當(dāng)所述第一帶輪遇到的障礙物的高度大于所述第一帶輪的直徑且小于帶輪結(jié)構(gòu)的總高度時(shí)，所述第一帶輪被所述障礙物阻擋，無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)所述中心輪轉(zhuǎn)動(dòng)，所述帶輪結(jié)構(gòu)在所述行星輪結(jié)構(gòu)的帶動(dòng)下以第一帶輪的為支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第二帶輪與障礙物接觸后，所述輪體越過(guò)所述障礙物，所述從動(dòng)輪體在輪體的帶動(dòng)下翻過(guò)所述障礙物。
[0018]本發(fā)明的有益效果:
[0019]本發(fā)明提出的移動(dòng)機(jī)器人，包括由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)的輪體，輪體包括行星輪結(jié)構(gòu)和帶輪結(jié)構(gòu)，根據(jù)輪體的結(jié)構(gòu)，移動(dòng)機(jī)器人能夠跨越不同高度的障礙物；移動(dòng)機(jī)器人上還包括從動(dòng)輪體，從動(dòng)輪體不連接電機(jī)，能夠在運(yùn)行過(guò)程中在輪體的牽引下移動(dòng)或者跨越障礙物，能夠減少電機(jī)的數(shù)量，但是能夠依賴自身結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)地面環(huán)境的被動(dòng)自適應(yīng)，能夠降低對(duì)控制系統(tǒng)的要求。
[0020]本發(fā)明提出的移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)行方法，是根據(jù)移動(dòng)機(jī)器人自身的結(jié)構(gòu)，當(dāng)遇到障礙物的高度小于帶輪直徑的，可以直接在電機(jī)的牽引下抬高機(jī)器人的重心，翻越障礙物；當(dāng)障礙物的高度大于所述帶輪直徑且小于帶輪結(jié)構(gòu)整體高度時(shí)，第一帶輪遇到障礙物后不再轉(zhuǎn)動(dòng)，在電機(jī)的帶動(dòng)下，帶輪結(jié)構(gòu)會(huì)以第一帶輪為支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，使得第二帶輪接觸障礙物，第二帶輪的位置到達(dá)第一帶輪的原來(lái)位置，使得輪體翻過(guò)障礙物，從動(dòng)輪體在輪體的牽引下以同樣機(jī)理翻過(guò)障礙物，該運(yùn)行方法能夠?qū)崿F(xiàn)被動(dòng)自適應(yīng)，使得機(jī)器人通過(guò)自身結(jié)構(gòu)即能通過(guò)不同環(huán)境的地面，能夠降低對(duì)控制系統(tǒng)的要求。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是本發(fā)明提供的移動(dòng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是圖1中A向視圖；
[0023]圖3是圖2中B-B面的截面圖。
[0024]其中，1、機(jī)器人本體；2、輪體；21、行星輪結(jié)構(gòu)；211、中心輪；212、行星齒輪；213、第一輸出軸；22、帶輪結(jié)構(gòu)；221、第一帶輪；222、第二帶輪；223、第三帶輪；224、履帶；3、從動(dòng)輪體；4、電機(jī)；5、減速器；51、小齒輪；52、大齒輪；53、第二輸出軸；6、支撐結(jié)構(gòu)；61、第一軸承；62、第一軸承支撐座；7、連桿；8、第二軸承。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖并通過(guò)【具體實(shí)施方式】來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0026]實(shí)施例1
[0027]如圖1-3所示，一種移動(dòng)機(jī)器人，包括機(jī)器人本體1，機(jī)器人本體1由輪體2支撐，輪體2由行星輪結(jié)構(gòu)21和帶輪結(jié)構(gòu)22組成，行星輪結(jié)構(gòu)21包括中心輪211以及與中心輪211嚙合的行星齒輪212，帶輪結(jié)構(gòu)22包括多個(gè)帶輪，帶輪的個(gè)數(shù)與行星齒輪212的個(gè)數(shù)相同，行星輪結(jié)構(gòu)21由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，行星輪結(jié)構(gòu)21為帶輪結(jié)構(gòu)22提供動(dòng)力，帶輪結(jié)構(gòu)22與地面之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，以上結(jié)構(gòu)具有被動(dòng)自適應(yīng)性，能夠根據(jù)地面情況依靠輪體2的不同轉(zhuǎn)動(dòng)方式進(jìn)行越障。
[0028]行星齒輪212上固定安裝有第一輸出軸213，第一輸出軸213遠(yuǎn)離行星齒輪212的一端安裝有帶輪，第一輸出軸213帶動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，因此帶輪與行星齒輪212同步轉(zhuǎn)動(dòng)，由于行星齒輪212同時(shí)與中心輪211嚙合，因此不同帶輪之間同樣保持同步轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0029]帶輪的個(gè)數(shù)至少為三個(gè)，包括第一帶輪221、第二帶輪222和第三帶輪223，第一帶輪221和第三帶輪223與地面接觸，第一帶輪221位于移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方向的最前方，第二帶輪222位于第一帶輪221沿逆時(shí)針?lè)较虻南噜徫恢?。帶輪上均設(shè)有輪齒，帶輪通過(guò)輪齒與同一履帶224相嚙合，通過(guò)履帶224直接與地