CN102627127A - 关节履带复合式仿生机器人 - Google Patents

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聂朝瑞
杨逢瑜
陈君辉
杨涛
***
高兴
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Lanzhou University of Technology
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Abstract

关节履带复合式仿生机器人，由由四只动力形式相同的动力单元组成，每个运动单元包括大臂、小臂、驱动轮、从动轮和小臂***的履带，主电机(17)安装在侧架体(3)上，由主电机(17)驱动转动的大臂(2)，主齿轮(24)安装在动力电机(8)的动力输出轴上，主齿轮(24)与从齿轮(25)啮合，由从齿轮(25)驱动的驱动轮(11)，由驱动轮(11)带动的履带(5)，旋转齿轮(26)安装在旋转电机(7)的输出轴上，内齿环(27)与旋转齿轮(26)啮合，大臂(2)的末端嵌入特殊成型填料(20)，旋转电机(7)和动力电机(8)安装在填料(20)中，旋转电机(7)和动力电机(8)中间的填料(20)中安装有主轴(21)和轴承(22)，推力轴承(23)安装在主轴(21)和填料(20)之中。

Description

关节履带复合式仿生机器人
技术领域
本发明涉及用于复杂地理环境下的机器人。
背景技术
探测机器人是能在保证能够尽最大程度适应特定地形的情况下，对各种人类无法达到或者有危险进入的区域进行巡视和探测。一般在出现突发性灾害等未知原因事故时，为防止第二次伤害事故而代替搜救探测人员第一时间探测事故发生地区的各种环境数据以方便营救人员顺利展开下一步的各种营救工作。
发明内容
本发明的目的是提供一种关节履带复合式仿生机器人。
本发明是关节履带复合式仿生机器人，有四只大臂2，四个驱动轮11，四只小臂12，四个从动轮14，由由四只动力形式相同的动力单元组成，每个运动单元包括大臂2、小臂12、驱动轮11、从动轮14和小臂12***的履带5，主电机17安装在侧架体3上，由主电机17在控制命令下驱动转动的大臂2，主齿轮24安装在动力电机8的动力输出轴上，主齿轮24与从齿轮25啮合，由从齿轮25驱动的驱动轮11，由驱动轮11带动的履带5，旋转齿轮26安装在旋转电机7的输出轴上，内齿环27与旋转齿轮26啮合，大臂2的末端嵌入特殊成型填料20，旋转电机7和动力电机8安装在填料20中，旋转电机7和动力电机8中间的填料20中安装有主轴21和轴承22，推力轴承23安装在主轴21和填料20之中，设备舱19为机器人所载设备的舱室。
本发明装置主要实现了将爬行机器人和履带式机器人的特点有机地结合起来，使得机器人能够翻越比自身驱动轮尺寸更高的障碍。利用倾角传感器技术实现机器人箱体的自适应平衡控制，与此同时采用单片机技术实现各运动单元在运行时结合肢体关节的特定运动，可适应更加复杂的路面状况。
附图说明
图1为本发明的关节履带复合式机器人的主视图，图2为图1中的A向视图，图3为图1的俯视图，图4为图1中的B-B向剖视图；
附图标记及对应名称为：1：正架体，2：大臂，3：侧架体，4：减重孔，5：履带，6：角度编码器，7：旋转电机，8：动力电机，9：驱动轮孔，10：旋转方向，11：驱动轮，12：小臂，13：柔性连接键，14：从动轮，15：齿轮箱，16：大臂连接键，17：主电机，18：角度传感器，19：设备舱，20：填料，21：主轴，22：轴承，23：推力轴承，24：主齿轮，25：从齿轮，26：旋转齿轮，27：内齿环。
具体实施方式
如图1、图2、图3所示，本发明的关节履带复合式仿生机器人，有四只大臂2，四个驱动轮11，四只小臂12，四个从动轮14，由由四只动力形式相同的动力单元组成，每个运动单元包括大臂2、小臂12、驱动轮11、从动轮14和小臂12***的履带5，主电机17安装在侧架体3上，由主电机17在控制命令下驱动转动的大臂2，主齿轮24安装在动力电机8的动力输出轴上，主齿轮24与从齿轮25啮合，由从齿轮25驱动的驱动轮11，由驱动轮11带动的履带5，旋转齿轮26安装在旋转电机7的输出轴上，内齿27与旋转齿轮26啮合，大臂2的末端嵌入特殊成型填料20，旋转电机7和动力电机8安装在填料20中，旋转电机7和动力电机8中间的填料20中安装有主轴21和轴承22，推力轴承23安装在主轴21和填料20之中，设备舱19为机器人所载设备的舱室。
如图1、图2、图3所示，主体由四套运动单元构成，运动单元由大臂2和小臂12组成，大臂2和小臂12之间的连接部分由一套行星齿轮箱15构成，大臂2和小臂12在机械布局上的运动是独立的，都是受控于机器人的控制***。小臂12的驱动轮11和齿轮箱15是一体式的，旋转电机7为小臂12提供旋转动力，动力电机8为驱动轮11提供转动动力，小臂12的驱动轮11带动履带5运动，当转换成为仿生爬行运动时，履带5变为静止。齿轮箱15内部为两组传动机构，分别为小臂12和驱动轮11提供动力，二者的动力为平行传输，其中内齿环27和齿轮箱15固定连接，旋转齿轮26与内齿环27为小臂12的旋转提供动力，主齿轮24与从齿轮25为履带5提供动力。
本发明关节履带复合式仿生机器人具有多种运动方式：
轮式运动：机器人所行走的路面较为平坦时，机器人在控制指令下达后在主电机17的调节下将大臂2调节到一定角度，然后将小臂12上摆，四个驱动轮11着地。这时机器人每个动力单元的驱动轮11的履带5与地面接触成一条线，等效于轮式行走。在这种模式下因为减少了驱动***和地面的摩擦力，并且可以灵活实现前进、后退、转向、原地转弯等机动动作。因此可以节省机器人能源消耗，以实现机器人的长距离快速高效的运动要求。
关节仿生运动：在进入地形地况异常复杂的环境中，机器人首先将大臂2和小臂12全部复位，然后各个动力单元的旋转电机7以一定的速率带动内齿环27，与内齿环27相连的小臂12就会同时起竖，最终达到从动轮14与地面呈接触状态，在进行变形完成后机器人就由普通运动状态变化关节仿生运动状态。由于在处理器的控制下可以实现四个动力单元的大臂2和小臂12的协同运动，控制机器人的关节仿生运动，增加机器人的越障高度，因此这种运动方式可以低速通过比较复杂坎坷的地形。
履带运动：在主电机17带动大臂12调节以及旋转电机7带动小臂2摆动到一定角度的情况下，四条履带5实现完全和地面接触，增大和地面的接触面积从而减小对地面的压强，从而使机器人适应松软，泥泞，沼泽和凹凸不平的地形。在爬跃障碍时，通过小臂2的摆动，使前履带5形成一个合适的前攻角，以方便的爬越障碍，其爬越高度可达到驱动轮11高度的2倍。

Claims (4)

1.关节履带复合式仿生机器人，有四只大臂(2)，四个驱动轮(11)，四只小臂(12)，四个从动轮(14)，其特征在于由由四只动力形式相同的动力单元组成，每个运动单元包括大臂(2)、小臂(12)、驱动轮(11)、从动轮(14)和小臂(12)***的履带(5)，主电机(17)安装在侧架体(3)上，由主电机(17)在控制命令下驱动转动的大臂(2)，主齿轮(24)安装在动力电机(8)的动力输出轴上，主齿轮(24)与从齿轮(25)啮合，由从齿轮(25)驱动的驱动轮(11)，由驱动轮(11)带动的履带(5)，旋转齿轮(26)安装在旋转电机(7)的输出轴上，内齿环(27)与旋转齿轮(26)啮合，大臂(2)的末端嵌入特殊成型填料(20)，旋转电机(7)和动力电机(8)安装在填料(20)中，旋转电机(7)和动力电机(8)中间的填料(20)中安装有主轴(21)和轴承(22)，推力轴承(23)安装在主轴(21)和填料(20)之中，设备舱(19)为机器人所载设备的舱室。
2.根据权利要求1所述的关节履带复合式仿生机器人，其特征在于主体由四套运动单元构成，运动单元由大臂(2)和小臂(12)组成，大臂(2)和小臂(12)之间的连接部分由一套行星齿轮箱(15)构成，大臂(2)和小臂(12)在机械布局上的运动是独立的，都是受控于机器人的控制***。
3.根据权利要求2所述的关节履带复合式仿生机器人，其特征在于小臂(12)的驱动轮(11)和齿轮箱(15)是一体式的，旋转电机(7)为小臂(12)提供旋转动力，动力电机(8)为驱动轮(11)提供转动动力，小臂(12)的驱动轮(11)带动履带(5)运动，当转换成为仿生爬行运动时，履带(5)变为静止。
4.根据权利要求3所述的关节履带复合式仿生机器人，其特征在于齿轮箱(15)内部为两组传动机构，分别为小臂(12)和驱动轮(11)提供动力，二者的动力为平行传输，其中内齿环(27)和齿轮箱(15)固定连接，旋转齿轮(26)与内齿环(27)为小臂(12)的旋转提供动力，主齿轮(24)与从齿轮(25)为履带(5)提供动力。
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