基于等腰梯形結(jié)構(gòu)的履帶可變形機(jī)器人移動平臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及機(jī)器人移動平臺技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于等腰梯形結(jié)構(gòu)的履帶可變形機(jī)器人移動平臺。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有的機(jī)器人移動機(jī)構(gòu)研究中，輪式移動機(jī)器人的靈活機(jī)動性較好，但是其主要應(yīng)用于平整地面環(huán)境中；腿式移動機(jī)器人能夠通過較為復(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)，通過調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)擺臂的角度，主動地適應(yīng)環(huán)境變化。而這類機(jī)器人很大程度上依賴于傳感器所反饋的環(huán)境信息以及主動的控制調(diào)節(jié)。而被動自適應(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地發(fā)生改變，從而更好的適應(yīng)環(huán)境，從而減少了機(jī)器人對傳感系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的依賴性，并提高行走效率，成為履帶機(jī)器人的一個重要研究方向。
[0003]現(xiàn)有的被動自適應(yīng)履帶機(jī)器人研究有:專利號為ZL2013101764130的中國專利公開了一種被動自適應(yīng)履帶可變形移動機(jī)器人平臺，該機(jī)器人平臺采用欠驅(qū)動的平面六桿機(jī)構(gòu)作為支撐履帶的機(jī)構(gòu)，能通過高于履帶的障礙，但其變形不大，平整路面速度較低，且輔助擺臂模塊在實際應(yīng)用中達(dá)不到太大效果;專利號為ZL2010102195152的中國專利公開了一種具有自適應(yīng)能力的輪-履復(fù)合變形移動機(jī)器人，該機(jī)器人具有輪-履兩種運動模式，但其在輪式運動時，履帶作為虛擬輪仍接觸地面，且要保持和主動輪相同的線速度，容易產(chǎn)生履帶與地面的摩擦，其前輪驅(qū)動的方式使得其在輪式運動模式下越障能力不足，且需要主動避開正前方小于車體寬度的小障礙。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型擬解決的技術(shù)問題是，提供一種基于等腰梯形結(jié)構(gòu)的履帶可變形機(jī)器人移動平臺，該移動平臺采用模塊化設(shè)計，具有被動自適應(yīng)能力，且具有輪、履兩種運動模式，能根據(jù)環(huán)境中障礙物的尺寸被動地改變履帶的外形，并能在變形的同時自主地實現(xiàn)輪、履兩種運動模式的切換，在確保復(fù)雜地形適應(yīng)能力的前提下，增強了平整路面的通過效率，避免了履帶與地面的摩擦，且履帶在整個變形過程中的長度變化可控，并采用一種用于輔助越障的輔助底輪模塊，進(jìn)一步增加移動平臺對障礙物的通過性。
[0005]本實用新型解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:提供一種基于等腰梯形結(jié)構(gòu)的履帶可變形機(jī)器人移動平臺，該移動平臺包括車體模塊、兩個等腰梯形輪-履模塊、驅(qū)動后輪模塊和輔助底輪模塊;兩個等腰梯形輪-履模塊左右對稱布置在車體模塊的兩側(cè)，輔助底輪模塊安裝在車體模塊的底部，驅(qū)動后輪模塊位于車體模塊的后部；
[0006]所述車體模塊包括電機(jī)驅(qū)動器、殼體及兩個履帶驅(qū)動系統(tǒng)和兩個后輪驅(qū)動系統(tǒng)，電機(jī)驅(qū)動器安裝在車體模塊的中心，兩個履帶驅(qū)動系統(tǒng)和兩個后輪驅(qū)動系統(tǒng)均以電機(jī)驅(qū)動器所在直線為軸平行對稱設(shè)置，履帶驅(qū)動系統(tǒng)和后輪驅(qū)動系統(tǒng)反向安裝在殼體內(nèi)，殼體底部與輔助底輪模塊連接;每個履帶驅(qū)動系統(tǒng)包括伺服電機(jī)、電機(jī)減速器、電機(jī)安裝架和錐齒輪，電機(jī)減速器通過電機(jī)安裝架安裝在輔助底輪模塊上，所述電機(jī)減速器一端與伺服電機(jī)的輸出軸相連，另一端與錐齒輪連接;后輪驅(qū)動系統(tǒng)的組成與連接方式同履帶驅(qū)動系統(tǒng)；
[0007]所述驅(qū)動后輪模塊包括驅(qū)動后輪、傳動箱體、輸入軸、輸出軸和同步帶輪;傳動箱體的前段伸入車體模塊中，輸入軸與輸出軸均經(jīng)軸承平行安裝在傳動箱體內(nèi)的相應(yīng)安裝孔上，輸入軸和輸出軸通過同步帶輪及同步帶傳遞動力，所述輸入軸伸出傳動箱體的兩端均安裝有一個錐齒輪，該錐齒輪與相應(yīng)的后輪驅(qū)動系統(tǒng)中的錐齒輪相互嚙合;所述輸出軸伸出傳動箱體的兩端均安裝有一個驅(qū)動后輪；
[0008]所述等腰梯形輪-履模塊包括履帶、后支撐架、連桿、前支撐架、彈簧、從動車輪、傳動軸、主軸、履帶驅(qū)動輪及三個履帶支撐輪;履帶環(huán)繞安裝在三個履帶支撐輪和一個履帶驅(qū)動輪上，前支撐架和后支撐架各自分別由兩片相同形狀規(guī)格的梯形框架構(gòu)成，后支撐架的后端兩個頂點處均安裝有一個履帶支撐輪，前端下部與車體模塊的殼體通過鉸鏈相連接，連接點為第一鉸鏈連接點，后支撐架的前端上部和前支撐架的后端上部均與連桿通過鉸鏈相連接，后支撐架的前端上部與連桿的連接點為第二鉸鏈連接點，前支撐架的后端上部與連桿的連接點為第三鉸鏈連接點；前支撐架的后端下部通過主軸與車體模塊的殼體相鉸接，鉸接處為第四鉸鏈連接點，前支撐架的前端上部裝有履帶驅(qū)動輪;四個鉸接連接點依次的連線構(gòu)成一個等腰梯形；
[0009]所述主軸一端伸入車體模塊中并安裝有錐齒輪，該錐齒輪與相應(yīng)履帶驅(qū)動系統(tǒng)的錐齒輪相互嚙合;在前支撐架的兩片梯形框架之間的主軸上安裝有圓柱齒輪;所述傳動軸兩端通過軸承與前支撐架相連接，傳動軸上設(shè)有圓柱齒輪，且與主軸上的圓柱齒輪相嚙合，傳動軸上還安裝有同步帶輪，通過同步帶與履帶驅(qū)動輪連接;在前支撐架和車體模塊之間安裝有彈簧;所述從動車輪通過車輪軸與前支撐架相連接。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是:
[0011]1.本實用新型采用模塊化設(shè)計，具有被動自適應(yīng)能力:在等腰梯形輪-履模塊中以四個鉸鏈連接點(J1、J2、J3、J4)為頂點構(gòu)成具有一個自由度的等腰梯形結(jié)構(gòu)，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，且履帶長度的變化可控制在一定的微小范圍內(nèi)，前支撐架和后支撐架均為梯形結(jié)構(gòu)或近似梯形的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，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。
[0012]2.本實用新型具有輪-履兩種運動模式，可以被動的實現(xiàn)兩種模式的轉(zhuǎn)換，具有很強的自主地形適應(yīng)能力，且不需要復(fù)雜的控制算法就可以實現(xiàn);在平整路面，從動車輪和驅(qū)動后輪直接接觸地面，移動平臺做輪式運動，能避免出現(xiàn)履帶作為虛擬輪仍接觸地面，與地面產(chǎn)生摩擦的問題，且輪、履兩種運動的驅(qū)動系統(tǒng)相互獨立，提高了輪式運動的速度，且節(jié)約能量。
[0013]3.本實用新型設(shè)置輔助底輪模塊，配合驅(qū)動后輪模塊，克服輪式運動模式下前輪驅(qū)動存在的越障能力不足的局限性，能夠更好通過位于移動平臺下面的小障礙物，而無需主動避障。本申請中的輔助底輪模塊，采用前、中、后三種底輪系統(tǒng)，每個底輪系統(tǒng)均設(shè)計特定數(shù)量的小底輪和小底輪軸，進(jìn)一步增強了移動平臺通過小障礙物的通過性，加快了行進(jìn)速度。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型基于等腰梯形結(jié)構(gòu)的履帶可變形機(jī)器人移動平臺一種實施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本實用新型基于等腰梯形結(jié)構(gòu)的履帶可變形機(jī)器人移動平臺一種實施例的等腰梯形輪-履模塊2的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3為本實用新型基于等腰梯形結(jié)構(gòu)的履帶可變形機(jī)器人移動平臺一種實施例的車體模塊I內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4為本實用新型基于等腰梯形結(jié)構(gòu)的履帶可變形機(jī)器人移動平臺一種實施例的驅(qū)動后輪模塊3的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖5為本實用新型基于等腰梯形結(jié)構(gòu)的履帶可變形機(jī)器人移動平臺一種實施例的輔助底輪模塊4的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；