CN105216899A - 越障机器人 - Google Patents

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蒋海义
陈才
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Abstract

本发明公开了一种越障机器人，包括机架和设置在机架上的行走***、运载平衡***、控制***；所述行走***包括用于带动机架运动的主履带组件、用于辅助主履带组件跨越障碍的副履带组件和仿蚁机械臂机构，所述副履带组件沿竖直方向可翻转的设置在机架上，所述仿蚁机械臂机构设置在主履带组件外侧；所述运载平衡***包括可翻转的设置在机架上的载物板、用于支承和调节载物板倾斜度的支承液压缸、用于保持载物板自平衡的重力摆；所述控制***包括用于驱动主履带组件工作的驱动电机、传感器、控制器，所述控制器与驱动电机、传感器电连接。本发明不仅适应能力强、效率高、灵活机动性好，而且能够越过各种复杂路况的路段，平衡性好。

Description

越障机器人
技术领域
本发明涉及一种机器人，特别涉及一种越障机器人。
背景技术
移动越障机器人所处环境大多为复杂的非结构化环境，如通过上下坡段和楼梯等复杂路况，因此需要越障机器人具备高机动性、强大的环境感知能力和快速的反应能力。
目前主要的越障方式有：轮式、腿式、履带式。其中轮式的效率最高，但适应能力最差；而腿式的适应能力最强，但效率最差；履带式的虽然有良好的爬坡性能和一定的越障能力，但效率比较低，灵活机动性差。
因此，急需开发一种不仅适应能力强、效率高、灵活机动性好，而且能够越过各种复杂路况的路段，平衡性好的越障机器人。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种越障机器人，不仅适应能力强、效率高、灵活机动性好，而且能够越过各种复杂路况的路段，平衡性好。
本发明的越障机器人，包括机架和设置在机架上的行走***、运载平衡***、控制***；所述行走***包括用于带动机架运动的主履带组件、用于辅助主履带组件跨越障碍的副履带组件和仿蚁机械臂机构，所述副履带组件沿竖直方向可翻转的设置在机架上，所述仿蚁机械臂机构设置在主履带组件外侧；所述运载平衡***包括可翻转的设置在机架上的载物板、用于支承和调节载物板倾斜度的支承液压缸、用于保持载物板自平衡的重力摆；所述控制***包括用于驱动主履带组件工作的驱动电机、传感器、控制器，所述控制器与驱动电机、传感器电连接。
进一步，所述主履带组件为两组，两组主履带组件对称设置在机架两侧，每组主履带组件均包括前动力轮、后动力轮、主履带、支承架，所述前动力轮和后动力轮分别可转动的安装在机架上，且前动力轮和后动力轮与驱动电机传动连接，所述主履带安装在前动力轮和后动力轮上，所述支承架的两端分别固定在前动力轮和后动力轮上。
进一步，各主履带组件的前动力轮和后动力轮之间的中间位置处设置有呈上下排布的支承轮，各支承轮分别与主履带接触，各支承轮分别安装在机架上设有的用于带动支承轮上下运动的调节液压缸上。
进一步，所述副履带组件为两组，且对称设置在两组主履带组件之间，各副履带组件包括主动轮、传动轮、副履带、保持架，所述主动轮的直径大于传动轮的直径，所述主动轮和传动轮分别可转动的安装在保持架的两端，所述副履带安装在主动轮和传动轮上，所述保持架用于安装主动轮的一端沿竖直方向可翻转的设置在机架上，另一端悬空位于机架外。
进一步，所述保持架的中部可转动的安装有用于支承副履带的辅助支承轮，所述辅助支承轮与副履带接触。
进一步，所述仿蚁机械臂机构包括用于向机架斜向前方运动的前臂组件、用于向机架两边运动的中臂组件和用于向机架斜向后方运动的后臂组件，所述前臂组件、中臂组件和后臂组件均为两组，各组前臂组件、中臂组件和后臂组件对称设置在所对应主履带组件的外侧，所述前臂组件、中臂组件和后臂组件均为四自由度机械臂。
进一步，各前臂组件、中臂组件和后臂组件均包括底座、大臂、中臂和小臂，所述底座固定在支承架上，所述大臂的一端可转动的安装在底座上设有的旋转关节上，大臂的另一端与中臂的一端铰接，中臂的另一端与小臂的一端铰接。
进一步，所述载物板通过转动关节可翻转的安装在机架中部，所述支承液压缸为四个，四个支承液压缸呈矩形分布在机架上，各支承液压缸的活塞杆分别与载物板连接固定，所述重力摆固定于转动关节处。
进一步，所述重力摆包括摆架、摆杆、摆球和刻度盘，所述摆架固定于转动关节处，该摆架的下部为中空结构，所述摆杆上端可转动的设置于摆架的中空腔内，摆杆下端伸出摆架外与所述摆球固定连接，所述刻度盘固定于摆架上。
进一步，所述驱动电机设置于机架内，所述传感器为多个，多个传感器分别位于机架前部和两侧，所述控制器固定于机架后部，且位于载物板下方。
本发明的有益效果：本发明的越障机器人，通过设置主履带组件、副履带组件和仿蚁机械臂机构，当机器人行走在路面较平坦且凹凸较小的路况下时，副履带组件和仿蚁机械臂机构不工作，由主履带组件工作带动越障机器人运动；当机器人行走在路面凹凸较大且有较多障碍物的时，副履带组件和仿蚁机械臂机构辅助主履带组件工作，以保证主履带组件能够平稳的工作，从而使越障机器人能够顺利且轻松的越过各种复杂路况的路段；同时通过设置运载平衡***，使越障机器人在越障过程中出现倾斜时，载物板能够进行自动调整以保持水平状态。因此，本发明不仅适应能力强、效率高、灵活机动性好，而且能够越过各种复杂路况的路段，平衡性好，并且整体结构简单，易于实现。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为图1的A向示意图(去载物板)；
图3为图1的B向示意图；
图4为本发明重力摆的结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明的立体结构示意图，图2为图1的A向示意图(去载物板)，图3为图1的B向示意图，图4为本发明重力摆的结构示意图，如图所示：本实施例的越障机器人，包括机架1和设置在机架1上的行走***、运载平衡***、控制***；所述行走***包括用于带动机架运动的主履带组件、用于辅助主履带组件跨越障碍的副履带组件和仿蚁机械臂机构，所述副履带组件沿竖直方向可翻转的设置在机架上，所述仿蚁机械臂机构设置在主履带组件外侧，使其能够采用履带式和腿式相融合的复合方式，相互协调以通过楼梯、上下坡路及凹凸不平的复杂路面等路段；所述运载平衡***包括可翻转的设置在机架1上的载物板2、用于支承和调节载物板2倾斜度的支承液压缸3、用于保持载物板2自平衡的重力摆4，使越障机器人在越障过程中出现倾斜时，载物板2能够进行自动调整以保持水平状态；所述控制***包括用于驱动主履带组件工作的驱动电机(图中未示出)、传感器5、控制器6，所述控制器6与驱动电机、传感器5电连接，通过控制器控制整个机器人工作。
本实施例中，所述主履带组件为两组，两组主履带组件对称设置在机架1两侧，每组主履带组件均包括前动力轮7、后动力轮8、主履带9、支承架10，所述前动力轮7和后动力轮8分别可转动的安装在机架1上，且前动力轮7和后动力轮8与驱动电机传动连接，所述主履带9安装在前动力轮7和后动力轮8上，所述支承架10的两端分别固定在前动力轮7和后动力轮8上，通过前动力轮7和后动力轮8转动带动主履带9移动，从而带动机架1移动。
本实施例中，各主履带组件的前动力轮7和后动力轮8之间的中间位置处设置有呈上下排布的支承轮11，各支承轮11分别与主履带9接触，对主履带9形成支承，各支承轮11分别安装在机架1上设有的用于带动支承轮11上下运动的调节液压缸12上，调节液压缸12的数量与支承轮11的数量一一对应，且调节液压缸12的工作方式为垂直运动，在调节液压缸12的作用下，主履带9接地侧能够随着支承轮11的上下移动形成上凹或下凸，以使主履带9能够更好的与地面接触，提高移动效率和稳定性。
本实施例中，所述副履带组件为两组，且对称设置在两组主履带组件之间，各副履带组件包括主动轮13、传动轮14、副履带15、保持架16，所述主动轮13的直径大于传动轮14的直径，所述主动轮13和传动轮14分别可转动的安装在保持架16的两端，所述副履带15安装在主动轮13和传动轮14上，使副履带15能够随主动轮13转动而移动，并带动传动轮14转动，实现副履带组件的运动；所述保持架16用于安装主动轮13的一端沿竖直方向可翻转的设置在机架1上，另一端悬空位于机架1外，使副履带组件能够翻转一定的角度，以配合主履带组件跨越复杂路况的路段，提高适应能力。
本实施例中，所述保持架16的中部可转动的安装有用于支承副履带15的辅助支承轮17，所述辅助支承轮17与副履带15接触，保持架16的上下端面分别设置有相互对称的辅助支承轮17，以提高支承效果，增强稳定性。
本实施例中，所述仿蚁机械臂机构包括用于向机架1斜向前方运动的前臂组件18、用于向机架1两边运动的中臂组件19和用于向机架1斜向后方运动的后臂组件20，所述前臂组件18、中臂组件19和后臂组件20均为两组，各组前臂组件18、中臂组件19和后臂组件20对称设置在所对应主履带组件的外侧，所述前臂组件18、中臂组件19和后臂组件20均为四自由度机械臂。
本实施例中，各前臂组件18、中臂组件19和后臂组件20均包括底座(前臂组件18的底座181、中臂组件19的底座191、后臂组件20的底座201)、大臂(前臂组件18的大臂182、中臂组件19的大臂192、后臂组件20的大臂202)、中臂(前臂组件18的中臂183、中臂组件19的中臂193、后臂组件20的中臂203)和小臂(前臂组件18的小臂184、中臂组件19的小臂194、后臂组件20的小臂204)，所述底座固定在支承架10上(前臂组件18的底座181固定在支承架10前部、中臂组件19的底座191固定在支承架10中部、后臂组件20的底座201固定在支承架10后部)，所述大臂的一端可转动的安装在底座上设有的旋转关节上，大臂的另一端与中臂的一端铰接，中臂的另一端与小臂的一端铰接(前臂组件18的大臂182的一端可转动的安装在前臂组件18的底座181上设有的旋转关节上，前臂组件18的大臂182的另一端与前臂组件18的中臂183的一端铰接，前臂组件18的中臂183的另一端与前臂组件18的小臂184的一端铰接；中臂组件19的大臂192的一端可转动的安装在中臂组件19的底座191上设有的旋转关节上，中臂组件19的大臂192的另一端与中臂组件19的中臂193的一端铰接，中臂组件19的中臂193的另一端与中臂组件19的小臂194的一端铰接；后臂组件20的大臂2022的一端可转动的安装在后臂组件20的底座201上设有的旋转关节上，后臂组件20的大臂202的另一端与后臂组件20的中臂203的一端铰接，后臂组件20的中臂203的另一端与后臂组件20的小臂204的一端铰接)，使各前臂组件18、中臂组件19和后臂组件20能够分别形成四自由度机械臂，以配合主履带组件和副履带组件跨越复杂路况的路段，提高灵活性。
本实施例中，所述载物板2通过转动关节可翻转的安装在机架1中部，所述支承液压缸3为四个，四个支承液压缸3呈矩形分布在机架1上，各支承液压缸3的活塞杆分别与载物板2连接固定，用于支承和调节载物板2的倾斜度，所述重力摆4固定于转动关节处，使载物板2能够通过重力摆4自动保持平衡。
本实施例中，所述重力摆4包括摆架41、摆杆42、摆球43和刻度盘44，所述摆架41固定于转动关节处，该摆架41的下部为中空结构，所述摆杆42上端可转动的设置于摆架41的中空腔内，摆杆42下端伸出摆架41外与所述摆球43固定连接，所述刻度盘44固定于摆架41上，通过设置重力摆4实现了载物板2的自动平衡。
本实施例中，所述驱动电机设置于机架1内，所述传感器5为多个，多个传感器5分别位于机架1前部和两侧，所述控制器6固定于机架1后部，且位于载物板2下方，本实施例的传感器5为视觉传感器，传感器5的数量为五个，其中一个位于机架1前部，其余四个分别设置在两支承架10上。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种越障机器人，其特征在于：包括机架和设置在机架上的行走***、运载平衡***、控制***；
所述行走***包括用于带动机架运动的主履带组件、用于辅助主履带组件跨越障碍的副履带组件和仿蚁机械臂机构，所述副履带组件沿竖直方向可翻转的设置在机架上，所述仿蚁机械臂机构设置在主履带组件外侧；
所述运载平衡***包括可翻转的设置在机架上的载物板、用于支承和调节载物板倾斜度的支承液压缸、用于保持载物板自平衡的重力摆；
所述控制***包括用于驱动主履带组件工作的驱动电机、传感器、控制器，所述控制器与驱动电机、传感器电连接。
2.根据权利要求1所述的越障机器人，其特征在于：所述主履带组件为两组，两组主履带组件对称设置在机架两侧，每组主履带组件均包括前动力轮、后动力轮、主履带、支承架，所述前动力轮和后动力轮分别可转动的安装在机架上，且前动力轮和后动力轮与驱动电机传动连接，所述主履带安装在前动力轮和后动力轮上，所述支承架的两端分别固定在前动力轮和后动力轮上。
3.根据权利要求2所述的越障机器人，其特征在于：各主履带组件的前动力轮和后动力轮之间的中间位置处设置有呈上下排布的支承轮，各支承轮分别与主履带接触，各支承轮分别安装在机架上设有的用于带动支承轮上下运动的调节液压缸上。
4.根据权利要求2所述的越障机器人，其特征在于：所述副履带组件为两组，且对称设置在两组主履带组件之间，各副履带组件包括主动轮、传动轮、副履带、保持架，所述主动轮的直径大于传动轮的直径，所述主动轮和传动轮分别可转动的安装在保持架的两端，所述副履带安装在主动轮和传动轮上，所述保持架用于安装主动轮的一端沿竖直方向可翻转的设置在机架上，另一端悬空位于机架外。
5.根据权利要求4所述的越障机器人，其特征在于：所述保持架的中部可转动的安装有用于支承副履带的辅助支承轮，所述辅助支承轮与副履带接触。
6.根据权利要求2所述的越障机器人，其特征在于：所述仿蚁机械臂机构包括用于向机架斜向前方运动的前臂组件、用于向机架两边运动的中臂组件和用于向机架斜向后方运动的后臂组件，所述前臂组件、中臂组件和后臂组件均为两组，各组前臂组件、中臂组件和后臂组件对称设置在所对应主履带组件的外侧，所述前臂组件、中臂组件和后臂组件均为四自由度机械臂。
7.根据权利要求6所述的越障机器人，其特征在于：各前臂组件、中臂组件和后臂组件均包括底座、大臂、中臂和小臂，所述底座固定在支承架上，所述大臂的一端可转动的安装在底座上设有的旋转关节上，大臂的另一端与中臂的一端铰接，中臂的另一端与小臂的一端铰接。
8.根据权利要求1所述的越障机器人，其特征在于：所述载物板通过转动关节可翻转的安装在机架中部，所述支承液压缸为四个，四个支承液压缸呈矩形分布在机架上，各支承液压缸的活塞杆分别与载物板连接固定，所述重力摆固定于转动关节处。
9.根据权利要求8所述的越障机器人，其特征在于：所述重力摆包括摆架、摆杆、摆球和刻度盘，所述摆架固定于转动关节处，该摆架的下部为中空结构，所述摆杆上端可转动的设置于摆架的中空腔内，摆杆下端伸出摆架外与所述摆球固定连接，所述刻度盘固定于摆架上。
10.根据权利要求1所述的越障机器人，其特征在于：所述驱动电机设置于机架内，所述传感器为多个，多个传感器分别位于机架前部和两侧，所述控制器固定于机架后部，且位于载物板下方。
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