CN103231748B - 内外加固结构式可变构型越障机器人 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供内外加固结构式可变构型越障机器人，包括车体、主臂、辅助臂，车体的两侧安装有主臂履带支撑架，主臂履带支撑架上从前到后依次安装有动力驱动轮、主臂轮、从动轮，主臂安装在主臂履带支撑架上，主臂的一端连接主臂轮，另一端安装行星轮，辅助臂的两端分别安装第一辅助轮、第二辅助轮，第二辅助轮与从动轮同轴，在主臂履带支撑架上通过行星轮、动力驱动轮、主臂轮、从动轮安装有主臂履带，在辅助臂上通过第一辅助轮和第二辅助轮安装有辅助臂履带。本发明采用了复合主臂结构，对主臂采用内外臂加固式的设计，保证运动过程中主臂的强度，从而提高了越障时车体的平稳性。

Description

内外加固结构式可变构型越障机器人

技术领域

本发明涉及的是一种机器人，具体地说是越障机器人。

背景技术

由于救援机器人在9·11事件中的成功应用，引发了人们研究救援机器人的热潮。救援机器人的最重要的部分就是越障机构与机械本体，只有很好的翻越障碍，才能顺利的执行任务。越障机构的移动载体，按其运动机构总体上可分为蛇形即无肢类、轮式、多足式、以及履带式。

蛇形机器人具有运动稳定性好、适应地形能力强和高的牵引力等特点，但多自由度的控制困难，运动速度低。轮式机器人具有结构简单、重量轻、轮式滚动摩擦阻力小和机械效率高等特点，但越过壕沟、台阶的能力差。多足式机器人具有适应地形能力强的特点，能越过大的壕沟和台阶，其缺点是速度慢；轮腿式机器人融合腿式机构的地形适应能力和轮式机构的高速高效性能，其缺点是结构复杂，控制繁琐。履带式机器人因为自身地形适应能力强，控制简单，动载荷小等特点在实际应用中十分广泛。

发明内容

本发明的目的在于提供适用于灾后救援、环境侦查等的内外加固结构式可变构型越障机器人。

本发明的目的是这样实现的：

本发明内外加固结构式可变构型越障机器人，其特征是：包括车体、主臂、辅助臂，车体的两侧安装有主臂履带支撑架，主臂履带支撑架上从前到后依次安装有动力驱动轮、主臂轮、从动轮，主臂安装在主臂履带支撑架上，主臂的一端连接主臂轮，另一端安装行星轮，辅助臂的两端分别安装第一辅助轮、第二辅助轮，第二辅助轮与从动轮同轴，在主臂履带支撑架上通过行星轮、动力驱动轮、主臂轮、从动轮安装有主臂履带，在辅助臂上通过第一辅助轮和第二辅助轮安装有辅助臂履带，动力驱动轮连接动力驱动电机，从动轮连接辅助臂驱动电机，主臂轮连接主臂驱动电机，动力驱动电机、辅助臂驱动电机、主臂驱动电机均安装在车体上。

本发明还可以包括：

1、所述的主臂包括外臂、内臂；外臂包括滑板、上压板、底板、上挂钩、下挂钩，上压板为上下两层，滑板位于两层上压板之间，底板与上压板下端相连，上压板中部开有通透的槽，上挂钩安装在两层上压板的上部，下挂钩安装在滑板上并位于上压板中部的槽内，上挂钩和下挂钩之间安装有拉伸弹簧，滑板可在上压板之间移动，当滑板位于最下方时，滑板的下端位于底板内；内臂的结构除不包括上挂钩、下挂钩和弹簧外，其余与外臂相同、对称布置，行星轮安装在外臂和内臂的上端部之间，主臂轮安装在外臂和内臂的下端部之间。

本发明的优势在于：

1.机器人采用了复合主臂结构，在设计主臂时，考虑到机构越障的复杂性，对主臂采用内外臂加固式的设计，保证运动过程中主臂的强度，从而提高了越障时车体的平稳性。

2.为了进一步提高车体的地形适应能力，左右两边主臂分别采用独立的主臂驱动电机驱动，从而机器人能够获得更多的运动姿态。

3.辅助臂的设计上，采用轴套轴结构，一方面，使辅助臂驱动电机能够独立地控制辅助臂的运动而对车体的运行不产生影响，另一方面，轴套轴结构的应用，使辅助臂上的辅助臂行进轮对车体的行进提供了一定的动力与支撑，进一步的增强了机构运行的平稳性。

附图说明

图1为本发明的传动图；

图2为本发明的结构图；

图3a为本发明的主臂结构图a，图3b为本发明的主臂结构图b，图3c为本发明的主臂结构图c，图3d为本发明的主臂结构图d，图3e为本发明的主臂结构图e；

图4为本发明的辅助臂结构图；

图5为本发明上台阶前示意图。

图6为本发明上台阶中Ⅰ示意图。

图7为本发明上台阶中Ⅱ示意图。

图8为本发明上台阶后示意图。

图9为本发明下台阶前示意图。

图10为本发明下台阶中Ⅰ示意图。

图11为本发明下台阶中Ⅱ示意图。

图12为本发明下台阶后示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～12，本发明包括的部件：机器人是由车体6，主臂驱动电机7，驱动电机12，辅助臂驱动电机5，动力驱动轮13，从动轮8，行星轮11，履带2，履带支撑架10，辅助臂履带4，辅助臂履带支撑架9，以及整个主臂1，辅助臂3驱动部分等构成。动力驱动轮13分布于车体6前端两侧，主臂1位于动力驱动轮13左右两侧，辅助臂3位于从动轮8左右两侧。

主臂1分内臂16与外臂14，见图3，内外臂间通过一支撑板15连接，内外臂均包括底板22、上压板19，侧压板23、拉伸弹簧20、上挂钩18、下挂钩21和滑板17。滑板位于两层上压板之间，底板与上压板下端相连，上压板中部开有通透的槽，上挂钩安装在两层上压板的上部，下挂钩安装在滑板上并位于上压板中部的槽内。当主臂1摆动使得履带2越来越松弛时，拉伸弹簧20的拉力使滑板17向上滑动，使得履带2张紧，当主臂1摆动使得履带2越来越张紧时，滑板17向下移动，使得拉伸弹簧20拉伸，通过这种主臂可伸缩的方法使得履带2时刻保持张紧状态，从而使车体6平稳而快速的越过障碍。采用内臂16与外臂14相结合的结构，使主臂1的强度大大增强，提高了整个车体6的越障能力。

辅助臂3采用轴套轴结构，见图4，包括辅助臂驱动轴24，辅助臂支撑轴25，驱动轴轴承26，支撑轴轴承27，辅助臂履带4，辅助臂履带支撑架9，第二辅助轮28和第一辅助轮29。辅助臂驱动轴24直接与辅助臂驱动电机5相连接，通过驱动轴轴承26安装于辅助臂支撑轴内部，从而使辅助臂驱动电机5能独立控制辅助臂2运动，辅助臂驱动轴24另一端与辅助臂履带支撑架9相连，以控制整个辅助臂3的运动，为使辅助臂履带支撑架9对从动轮8及第二辅助轮28的转动不产生影响，内侧的辅助臂履带支撑架9通过支撑轴轴承27与辅助臂支撑轴25安装。辅助臂3采用的轴套轴结构，能够使辅助臂3的运动与车体6的运动互不干扰，提高了机构越障的平稳性。

在本机器人的机构几何关系中。一方面，在一侧主臂处的两焦点处布置驱动轮13，从动轮8，二者通过履带支撑架10连接固定。驱动轮13，从动轮8，行星轮11通过履带2相连从而实现三者同步转动。另一方面，驱动电机12连接在驱动轮13上提供底盘前进动力。

当车体6在地面31行驶时，车体6上的主臂1上移，驱动电机12驱动车体6前进，见图5。遇到台阶30时，见图6，第一阶段，主臂驱动电机12驱动车体6两侧主臂1下移，一方面，提高车体6重心，另一方面，令履带2前端“攀爬”至台阶30上。辅助臂驱动电机5驱动辅助臂3下移至与地面31相接触，使辅助臂3上行进轮28对车体6“攀爬”台阶提供驱动力。第二阶段，当车体6重心上移到合理高度时，见图7，辅助臂驱动电机5驱动车体6后侧两端辅助臂3下移，支撑车体6越过台阶30，驱动电机12驱动车体6继续前进。同时，主臂驱动电机7驱动主臂1上移，辅助臂驱动电机5驱动辅助臂3上移，见图8。至此，车体6完全越过台阶30。

在主臂驱动电机7驱动下，主臂1位置的改变令履带2与地面30的接触面积发生变化，从而使力也在发生变化，直至获得合适的形状、抓地力等参数，应用灵活。在“攀爬”阶梯时，其运动过程与其类似。

当机构遇到下台阶30时。首先，主臂驱动电机7驱动车体6两侧主臂1下移见图9至履带2前端接触到地面31，同时，辅助臂驱动电机5驱动车体6后侧两端辅助臂3下移。其次，驱动电机12驱动车体6前进，见图10，同时通过操作主臂驱动电机7来调整主臂1在车体6前进过程中的“变形”状态，见图11，使履带2充分接触地面31，获得最佳的力、几何状态等参数。再次，主臂驱动电机7驱动车体6两侧主臂1渐渐的同步向上移动，辅助臂驱动电机5也驱动辅助臂3缓缓上移。最后，当车体6重心降低到合理高度，见图12、履带2前端部分与地面31完全接触。驱动电机12驱动车体6继续前进。同时，主臂驱动电机7驱动主臂1上移，辅助臂驱动电机5也驱动辅助臂3上移。至此，整个车体6顺利完成下台阶31的结构变化过程。

本机器人可以根据不同的地形调节车体6底盘履带2的形状，使车体6重心在对称的轴内上下移动。稳定性和越障性都能够很好的实现。

Claims (2)

1.内外加固结构式可变构型越障机器人，其特征是：包括车体、主臂、辅助臂，车体的两侧安装有主臂履带支撑架，主臂履带支撑架上从前到后依次安装有动力驱动轮、主臂轮、从动轮，主臂安装在主臂履带支撑架上，主臂的一端连接主臂轮，另一端安装行星轮，辅助臂的两端分别安装第一辅助轮、第二辅助轮，第二辅助轮与从动轮同轴，在主臂履带支撑架上通过行星轮、动力驱动轮、主臂轮、从动轮安装有主臂履带，在辅助臂上通过第一辅助轮和第二辅助轮安装有辅助臂履带，动力驱动轮连接动力驱动电机，从动轮连接辅助臂驱动电机，主臂轮连接主臂驱动电机，动力驱动电机、辅助臂驱动电机、主臂驱动电机均安装在车体上。

2.根据权利要求1所述的内外加固结构式可变构型越障机器人，其特征是：所述的主臂包括外臂、内臂；外臂包括滑板、上压板、底板、上挂钩、下挂钩，上压板为上下两层，滑板位于两层上压板之间，底板与上压板下端相连，上压板中部开有通透的槽，上挂钩安装在两层上压板的上部，下挂钩安装在滑板上并位于上压板中部的槽内，上挂钩和下挂钩之间安装有拉伸弹簧，滑板可在上压板之间移动，当滑板位于最下方时，滑板的下端位于底板内；内臂的结构除不包括上挂钩、下挂钩和拉伸弹簧外，其余与外臂相同、对称布置，行星轮安装在外臂和内臂的上端部之间，主臂轮安装在外臂和内臂的下端部之间。