CN103419851A - 六杆自适应履带机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明属于履带机器人领域,具体的说,涉及一种六杆自适应履带机器人。六杆自适应履带机器人包括履带、同步带轮、车体及其中部的驱动电机,其中每条履带由两个六杆连动机构支撑,所述的六杆连动机构由车架、前下臂、前上臂、主臂、后壁和大臂构成,两个六杆连动机构之间通过支架固定连接,固定两大臂的支架和固定两车架的支架中间设置一弹簧组,优选的六杆自适应履带机器人还包括尾轮。本发明的机器人稳定性强、越障能力好、控制简单,不需要越障驱动设备,依靠自身结构就可越障;同时六杆自适应履带机器人只有车架与车体固定连接,可获得较好的减震效果。
Description
技术领域
本发明属于履带机器人领域,具体的说,涉及一种六杆自适应履带机器人。
背景技术
目前,典型的履带式移动机器人可分为固定式履带机器人(单节双履带)和可变形履带机器人。
单节双履带机器人,美国的URBOT、NUGV、Talon机器人是比较典型的单节双履带机器人,这类机器人,包括倒梯形和扁长形两种结构,倒梯形履带机器人机动性能较优越,能够攀爬较高的障碍物,但重心较高且履带与坡面或楼梯接触长度短,运动稳定性差;扁长形履带机器人,稳定性能好,但攀爬障碍的能力限制;两种结构的支撑轮系构架与机车固定为一体,严重限制了减震效果。
双节双履带和多节多履带变形机器人,根据摆臂的数量可分为四履带双摆臂机器人和六履带四摆臂机器人,沈阳自动化研究所的“灵晰-B”型排爆机器人采用了六履带四摆臂的三段式履带设计。这类机器人具有较好的越障能力,机动性强、运动较平稳,但因其变形自由度高,运动和控制比较复杂,能效转化率低。
专利CN101734295公开了一种变形履带机器人,通过电机驱动变形驱动轴,进而使固接在变形驱动轴上的主动摆杆发生摆动,变形摆杆结构发生变形,越过障碍。这里的变形摆杆用电机来驱动,控制较为复杂。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供了一种稳定性好、攀爬障碍能力高、控制简单、减震效果好的六杆自适应履带机器人。
本发明所述的六杆自适应履带机器人,包括履带,同步带轮A,与履带啮合的同步带轮B、同步带轮C、同步带轮D、同步带轮E、同步带轮F,车体,车体中部设有驱动电机,驱动电机的输出轴与同步带轮A的轮轴通过齿轮啮合,同步带轮A与同步带轮C通过同步带连接,履带设置于车体两侧,其中,每条履带由两个对称设置的六杆连动机构支撑,所述六杆连动机构包括车架、前下臂、前上臂、主臂、大臂和后臂。
所述的前下臂与车架铰接于同步带轮B的轮轴上,主臂和车架铰接与同步带轮A的轮轴上,后臂和车架铰接于同步带轮E的轮轴上,前下臂和前上臂铰接于同步带轮D的轮轴上,前上臂、主臂和大臂铰接与同步带轮C的轮轴上,大臂和后臂铰接于同步带轮F的轮轴上,其中,车架与车体固接。
所述两个对称设置的六杆连动机构之间通过支架固定连接,两个主臂通过支架D连接,两个车架通过支架E和支架F连接,支架D与支架E之间设有弹簧组A。
六杆自适应履带机器人在行走时,驱动电机将动力传给同步带轮A,同步带轮A通过同步带将动力传给同步带轮C,同步带轮C作为履带的主动轮,带动履带行进;攀爬时,在重力作用下,支撑履带的六杆连动机构变形,继而弹簧组A受力变形,弹簧组A的弹力促使六杆连动机构恢复原状,在驱动电机的牵引力作用下,履带上攀住障碍物,直至弹簧组A复位,六杆连动机构恢复原状,机器人攀越障碍。
所述的两个六杆连动机构之间通过支架固定连接,支架与车体用螺栓固定,增强了六杆自适应机器人各臂的机械强度,增强了机器人的承重能力;六杆连动机构中仅车架与车体固定连接,增强了机器人的减震能力。
所述的大臂,包括固定部和可拆卸部,固定部和可拆卸部通过螺栓连接。
固定两大臂的支架与固定部通过螺栓连接,可拆卸部上无固定支架,固定部和可拆卸部通过螺栓连接,这样就可以实现可拆卸部的更换,同时可改变大臂长度,控制六杆连动机构的高度,进而影响机器人的运动稳定性。
优选的,六杆自适应履带机器人还包括设置于车体尾部、与车体固定连接的尾轮。
所述尾轮包括支架座、弯架、辅助轮一、辅助轮二、辅助轮三、转轴和弹簧B;支架座与车体固接,转轴固定在支架座上,弹簧B固定在转轴一端,弯架铰接在转轴上,辅助轮一、辅助轮二和辅助轮三紧配,且轮轴固定在两侧弯架上;所述的辅助轮一、辅助轮二、辅助轮三轮径之比为:1.6:1.2:1。
三个辅助轮轮径的设计,在机器人不工作的时候,尾轮可以收回去,减少机器人的车身长度;在尾轮上对弹簧B有不同的限位,通过调整弹簧B的位置,也可调节整个车身的长度;在攀爬时,尾轮可增加机器人与地面的接触面积,增加机器人的稳定性;障碍物的高度不同,尾轮与车体之间的夹角也会发生变化,弹簧B发生变形,当越过障碍物时,弹簧B的弹力带动转轴转动,使尾轮复位。
本发明与现有技术相比,有益效果是:
1、机器人的主体基于六杆连动机构,结构简单,在攀爬过程中可以自主调节支撑框架的形状,改变机器人的攀爬姿势,使机器人运动更加灵活;
2、支撑框架中的弹簧组A和尾轮中的弹簧B设置,在攀爬时发生形变,促使六杆连动机构复位,增强了机器人的越障能力;
3、通过驱动电机提供行进动力,攀爬时六杆连动机构在重力作用下自动变形,不需借助外力,自动调节,控制机构简单;
4、尾轮的设计,增加了履带与坡面或楼梯的接触长度,同时车体两侧履带、尾轮与地面的接触面形成三角形,机械稳定性好;每条履带采用两个六杆连动机构,增强了履带支撑框架的承载能力;
5、履带支撑框架中的两个六杆连动机构,仅车架与车体固定连接,减震效果好。
附图说明
图1为本发明的结构示意图之一;
图2为本发明中六杆连动机构的结构示意图;
图3为本发明的结构示意图之二;
图4为本发明的部分结构示意图之一;
图5为本发明的部分结构示意图之二;
图6为本发明中尾轮的结构示意图;
图7为本发明攀爬状态示意图之一;
图8为本发明攀爬状态示意图之二。
其中,1、履带;2、车体;3、尾轮;4、车架;5、前下臂;6、前上臂;7、主臂;8、大臂;8a、固定部;8b、可拆卸部;9、后臂;10、弹簧组A;11、电机;12、齿轮;13、同步带轮A;14、同步带轮B;15、同步带轮C;16、同步带轮D;17、同步带轮E;18、同步带轮F;19、同步带;20、支架A;21a、支架B;21b、支架C;22、支架D;23a、支架E;23b、支架F;24、支架G;25、支架H;26、尾轮支架座;27、弯架;28、辅助轮一;29、辅助轮二;30、辅助轮三;31、转轴;32、弹簧B。
具体实施方式
下面结合附图进一步解释本发明。
本发明所述的六杆自适应履带机器人,包括履带1,同步带轮A13,与履带1啮合的同步带轮B14、同步带轮C15、同步带轮D16、同步带轮E17、同步带轮F18,车体2,车体2中部设有驱动电机11,尾轮3,履带设置于车体两侧,其中,同步带轮A13的轮轴与驱动电机11的输出轴通过齿轮12啮合,同步带轮A13与同步带轮C15之间设有同步带19。
履带1由两个对称设置的六杆连动机构支撑。六杆连动机构由车架4、前下臂5、前上臂6、主臂7、大臂8、后臂9组成,大臂8包括固定部8a和可拆卸部8b,两部分用螺栓连接。两个车架4通过支架E23a和支架F23b固定,两个主臂7通过支架D22固定,支架D22与支架E23a之间悬挂一弹簧组A10,两个前下臂6通过支架G24固定,两个前上臂5通过支架A20固定,两个大臂8的固定部8a通过支架B21a和支架C21b固定,可拆卸部8b通过螺栓固定在固定部8a上,可拆卸部8b可更换,进而可改变大臂8的长度,两个后臂9通过支架H25固定,各臂与支架之间用螺栓固定;前下臂5与车架4铰接于同步带轮B14的轮轴上,主臂7和车架4铰接与同步带轮A13的轮轴上,后臂9和车架4铰接于同步带轮E17的轮轴上,前下臂5和前上臂6铰接于同步带轮D16的轮轴上,前上臂6、主臂7和大臂8铰接与同步带轮C15的轮轴上,大臂8和后臂9铰接于同步带轮F18的轮轴上,其中,车架4通过螺栓固定在车体2上。
尾轮3由支架座26、弯架27、辅助轮一28、辅助轮二29、辅助轮三30、转轴31和弹簧B32组成,支架座26与车体2固接,转轴31固定在支架座26上,弹簧B32固定在转轴31一端,弯架27铰接在转轴31上,辅助轮一28、辅助轮二29和辅助轮三30紧配,且轮轴固定在两侧弯架27上,辅助轮一28、辅助轮二29、辅助轮三30的轮径之比为:1.6:1.2:1。在尾轮3上对弹簧B32有不同的限位,可调节弹簧B32的位置,进而实现对机器人车身长度的调节。在机器人不工作时,可将尾轮收回,减少车身长度;在机器人攀爬时,起到支撑作用,增强机器人的稳定性。
六杆自适应履带机器人行走或者攀爬时的情况如下:
行走:驱动电机11带动齿轮12转动,将动力传给同步带轮A13,然后通过同步带19将动力传给同步带轮C15,同步带轮C15作为主动带轮带动履带,实现前进或者后退。
攀爬:当机器人遇到障碍物比如楼梯时,如图7、8所示,在重力作用下大臂8向后下方倾斜,后臂9向后倾斜,继而弹簧组10A被拉长,此时前上臂6和前下臂5呈一条直线,尾轮3的弹簧B32发生形变,尾轮3与车体2之间的夹角变大,在驱动电机11的牵引力作用下,机器人通过履带1攀上台阶,此时弹簧组A10的弹力拉动大臂8、后臂9复位,机器人爬上台阶,在弹簧B32弹力的作用下,尾轮3的转轴31转动,尾轮3复位。下台阶时,大臂8向前下方倾斜,后臂9向前倾斜,弹簧组A10被压缩,在驱动电机11的牵引力作用下,机器人向前移动,此时弹簧组A10产生的弹力促使大臂8和后臂9复位,机器人从台阶上下来。
本发明具有良好的越障性能、运动稳定性以及机动性,可广泛应用于灾难救援、反恐排爆、军事等领域。
Claims (6)
1.一种六杆自适应履带机器人,包括履带(1),同步带轮A(13),与履带(1)啮合的同步带轮B(14)、同步带轮C(15)、同步带轮D(16)、同步带轮E(17)、同步带轮F(18),车体(2),车体(2)中部设有驱动电机(11),驱动电机(11)的输出轴与同步带轮A(13)的轮轴通过齿轮(12)啮合,同步带轮A(13)与同步带轮C(15)通过同步带(19)连接,履带(1)设置于车体两侧,其特征在于:每条履带(1)由两个对称设置的六杆连动机构支撑,所述六杆连动机构包括车架(4)、前下臂(5)、前上臂(6)、主臂(7)、大臂(8)和后臂(9)。
2.根据权利要求1所述的六杆自适应履带机器人,其特征在于,所述的前下臂(5)与车架(4)铰接于同步带轮B(14)的轮轴上,主臂(7)和车架(4)铰接与同步带轮A(13)的轮轴上,后臂(9)和车架(4)铰接于同步带轮E(17)的轮轴上,前下臂(5)和前上臂(6)铰接于同步带轮D(16)的轮轴上,前上臂(6)、主臂(7)和大臂(8)铰接与同步带轮C(15)的轮轴上,大臂(8)和后臂(9)铰接于同步带轮F(18)的轮轴上,其中,车架(4)与车体(2)固接。
3.根据权利要求1所述的六杆自适应履带机器人,其特征在于,所述两个对称设置的六杆连动机构之间通过支架固定连接,两个主臂(7)通过支架D(22)连接,两个车架(4)通过支架E(23a)和支架F(23b)连接,支架D(22)与支架E(23a)之间设有弹簧组A(10)。
4.根据权利要求1所述的六杆自适应履带机器人,其特征在于,大臂(8)包括固定部(8a)和可拆卸部(8b),固定部(8a)和可拆卸部(8b)通过螺栓连接。
5.根据权利要求1~4任一权利要求所述的六杆自适应履带机器人,其特征在于,还包括设置于车体尾部、与车体固定连接的尾轮(3)。
6.根据权利要求5所述的六杆自适应履带机器人,其特征在于,所述尾轮(3)包括支架座(26)、弯架(27)、辅助轮一(28)、辅助轮二(29)、辅助轮三(30)、转轴(31)和弹簧B(32);支架座(26)与车体(2)固接,转轴(31)固定在支架座(26)上,弹簧B(32)固定在转轴(31)一端,弯架(27)铰接在转轴(31)上,辅助轮一(28)、辅助轮二(29)和辅助轮三(30)紧配,且轮轴固定在两侧弯架(27)上;所述的辅助轮一(28)、辅助轮二(29)、辅助轮三(30)轮径之比为:1.6:1.2:1。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160413 Termination date: 20210823 |