CN107902006B - 轮腿式全地形主/被动姿态调整机器人 - Google Patents

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Abstract

一种轮腿式全地形主/被动姿态调整机器人，包括一个机器人本体、设置在机器人本体上的雷达***，前后、左右对称设置在机器人本体上的四个机器人单腿，每个所述机器人单腿包括作动器、连接作动器的三脚架、连接三脚架的阻尼弹簧、连接阻尼弹簧的双横臂悬架、连接双横臂悬架的转向电机、连接转向电机的轮腿、连接轮腿的带有轮毂电机的驱动轮，所述三脚架下角连接机器人本体、上方两角分别连接作动器和阻尼弹簧，双横臂悬架包括悬架上控制臂和悬架下控制臂，悬架上控制臂和悬架下控制臂一端与机器人本体侧面铰接、另一端与转向电机铰接，所述阻尼弹簧与悬架上控制臂连接。该机器人能够实现360度无死角转向，实现机器人的主/被动姿态调整模式的切换。

Description

轮腿式全地形主/被动姿态调整机器人
技术领域
本发明涉及一种轮腿式全地形移动机器人，具体的说是一种具有优良动力学行驶平顺性的轮腿式全地形主/被动姿态调整机器人。
技术背景
足式机器人越障性能好，但是能源利用率低；轮式机器人机动性能好，然而环境适应性差。轮腿式全地形移动机器人融合两者优势，具有适应性强、机动性能好等优点，在军事侦查、资源勘探、航空航天等领域有广泛的应用前景。典型的轮腿机器人有美国的ATHLETE，日本的Roller-Walker、ALDURO、Halluc-II，波兰的LegVan等。传统轮腿机器人大多在关节处布置电机，研究的重点主要集中在主动调姿调节及越障性能等方面。近年来随着轮腿机器人研究的深入，研究者们也逐渐意识到传统轮腿机器人的不足，例如，关节处载荷集中、稳定性不易控制、平顺性能差等问题。为了解决这类问题，研究者们在设计轮腿机器人时需要更多的去考虑其行驶平顺性及操纵稳定性。目前关于汽车的行驶平顺性研究已相当完善，但是机器人领域的行驶平顺性研究还主要集中在车身及其关节的稳定性方面，在设计机器人时，往往忽略其行驶平顺性。本发明基于以上研究，立足学科交叉理念将成熟的汽车悬架结构融合到轮腿机器人当中，设计出一种新型轮腿式全地型移动机器人，有效的改善了轮腿机器人的行驶平顺性。
发明内容
本发明的目的是要提供一种轮腿式全地形主/被动姿态调整机器人，该机器人具有优良的动力学行驶平顺性，采用四轮驱动模式能够实现360度无死角转向，能够实现机器人的主/被动姿态调整模式的切换。
本发明的目的是这样实现的：一种轮腿式全地形主/被动姿态调整机器人，该机器人包括一个机器人本体、设置在机器人本体上的雷达***，前后、左右对称设置在机器人本体上的四个机器人单腿，每个所述机器人单腿包括作动器、连接作动器的三脚架、连接三脚架的阻尼弹簧、连接阻尼弹簧的双横臂悬架、连接双横臂悬架的转向电机、连接转向电机的轮腿、连接轮腿的带有轮毂电机的驱动轮，所述三脚架下角连接机器人本体、上方两角分别连接作动器和阻尼弹簧，所述双横臂悬架包括悬架上控制臂和悬架下控制臂，所述悬架上控制臂和悬架下控制臂一端与机器人本体侧面铰接、另一端与转向电机铰接，所述阻尼弹簧与悬架上控制臂连接。
本发明的优点和技术效果：
（1）本发明采用四轮驱动模式能够实现360度无死角转向，当纵向行驶方向遇到无法逾越障碍且深陷其中时（例如泥泞路面），可切换行驶方向，进而摆脱障碍。
（2）本发明采用轮腿机构，具有适应性强、机动性能好等优点，在军事侦查、资源勘探等领域有得天多厚的优势。
（3）本发明基于学科交叉理念，首次将汽车悬架***引入到轮腿式全地形机器人的设计当中，具有很强的现实意义。
（4）本发明能够实现机器人的主/被动姿态调整模式的切换，当路况不好时，可根据雷达预瞄的路况同步调整作动器工作，实现姿态调整，保证优良行驶平顺性，此时机器人为主动姿态调整，；当行驶在较好路况时，作动器不工作，利用机器人本身特有的弹簧阻尼悬架***即可保证较好的行驶平顺性。此时机器人为被动姿态调整。
（5）本发明涉及的悬架上控制臂采用三角形结构设计，利用三角形本身固有的稳定特性有效改善了本发明悬架***的强度。
（6）当作动器工作时，图2所示三脚架能够将作动器的控制力以放大1.2倍的形式传递到阻尼弹簧，这样设计的优点是以较小的控制力即可实现车身姿态的主动调整，提高能源利用率。
（7）本发明涉及的轮腿式全地形移动机器人在主动姿态调整模式下，能够在车身加速度、悬架动行程、轮胎动载荷三项行驶平顺性性能指标上相对被动模式分别提升2.334%、17.383%、0.595%。
附图说明
图1是本发明机器人整体结构示意图。
图2是本发明图1中机器人单腿局部放大结构示意图。
图3是双横臂悬架放大图。
具体实施方式
本发明涉及的具体实施方式如下：
由附图1所示：一种轮腿式全地形主/被动姿态调整机器人，该机器人包括一个机器人本体1、设置在机器人本体1上的雷达***2，前后、左右对称设置在机器人本体1上的四个机器人单腿3，每个所述机器人单腿3包括作动器3-1、连接作动器3-1的三脚架3-2、连接三脚架3-2阻尼弹簧3-3、连接阻尼弹簧3-3的双横臂悬架3-4、连接双横臂悬架3-4的转向电机3-5、连接转向电机3-5的轮腿3-6、连接轮腿3-6的带有轮毂电机3-7的驱动轮3-8，所述三脚架3-2下角连接机器人本体1、上方两角分别连接作动器3-1和阻尼弹簧3-3，所述双横臂悬架3-4包括悬架上控制臂3-4-1和悬架下控制臂3-4-2（图3），所述悬架上控制臂3-4-1和悬架下控制臂3-4-2一端与机器人本体1侧面铰接、另一端与转向电机3-5铰接，所述阻尼弹簧3-3与悬架上控制臂3-4-1连接。
图2所示：所述作动器3-1与机器人本体1之间通过耳件以铰接的方式连接，作动器3-1与三脚架3-2之间通过铰接的方式连接，三脚架3-2与阻尼弹簧3-3之间通过铰接的方式连接，阻尼弹簧3-3与悬架下控制臂3-4-2之间通过铰接的方式连接，双横臂悬架3-4与机器人本体1之间通过铰接的方式连接，相应的耳件与部件之间为焊接，雷达***2与机器人本体1之间为螺栓连接。
所述轮毂电机3-7构成了机器人的动力***，转向电机3-5构成了机器人的转向***，驱动轮3-8构成了机器人的行驶***，所述电池及控制模块均集成于机器人本体1当中构成机器人的电器***，本发明机器人带有雷达***2，具有四轮转向、主/被动姿态调节、四轮驱动等功能。所设计机器人采用左右、前后对称结构，总体尺寸为1200mm×600mm×600mm，典型的特点是加入了汽车悬架元素，具体结构如图2所示。
本发明采用四轮驱动模式，具体实施方式是在各个驱动轮布置轮毂电机3-7，轮毂电机7-7与车轮采用螺栓连接，轮毂电机3-7与轮腿3-6的连接方式同样为螺栓连接；
四轮转向功能是通过转向电机3-5带动轮腿3-6转动，进而带动驱动轮3-8实现转向，转向电机3-5内置有减速器，保证转向速度不至过快，以提高操纵稳定性，四轮转向能够实现360度无死角转向。
主动姿态调节是通过作动器3-1带动三脚架3-2转动，通过三脚架3-2、阻尼弹簧3-2的二次传递，将控制力传递到悬架下控制臂3-4-2，实现车身姿态的调整。
本发明能够实现机器人的主/被动姿态调整模式的切换，当路况不好时，可根据雷达***2预瞄的路况同步调整作动器3-1工作，实现姿态调整，保证优良行驶平顺性，此时机器人为主动姿态调整，；当行驶在较好路况时，作动器3-1不工作，利用机器人本身特有的弹簧阻尼悬架***即可保证较好的行驶平顺性。此时机器人为被动姿态调整。全车布置四个作动器，可实现俯仰、侧倾范围内多角度的主动姿态调整，实现优良的越障及行驶平顺性。
本发明涉及的电池及控制模块均集成于机器人本体1当中，这不是本发明的研究重点，因此不做详细介绍。

Claims (2)

1.一种轮腿式全地形主/被动姿态调整机器人，其特征在于：该机器人包括一个机器人本体（1）、设置在机器人本体（1）上的雷达***（2），前后、左右对称设置在机器人本体（1）上的四个机器人单腿（3），每个所述机器人单腿（3）包括作动器（3-1）、连接作动器（3-1）的三脚架（3-2）、连接三脚架（3-2）的阻尼弹簧（3-3）、连接阻尼弹簧（3-3）的双横臂悬架（3-4）、连接双横臂悬架（3-4）的转向电机（3-5）、连接转向电机（3-5）的轮腿（3-6）、连接轮腿（3-6）的带有轮毂电机（3-7）的驱动轮（3-8），所述三脚架（3-2）下角连接机器人本体（1）、上方两角分别连接作动器（3-1）和阻尼弹簧（3-3），所述双横臂悬架（3-4）包括悬架上控制臂（3-4-1）和悬架下控制臂（3-4-2），所述悬架上控制臂（3-4-1）和悬架下控制臂（3-4-2）一端与机器人本体（1）侧面铰接、另一端与转向电机（3-5）铰接，所述阻尼弹簧（3-3）与悬架上控制臂（3-4-1）连接。
2.根据权利要求1所述的一种轮腿式全地形主/被动姿态调整机器人，其特征在于：所述作动器（3-1）与机器人本体（1）之间通过耳件以铰接的方式连接，作动器（3-1）与三脚架（3-2）之间通过铰接的方式连接，三脚架（3-2）与阻尼弹簧（3-3）之间通过铰接的方式连接，阻尼弹簧（3-3）与悬架下控制臂（3-4-2）之间通过铰接的方式连接，双横臂悬架（3-4）与机器人本体（1）之间通过铰接的方式连接，相应的耳件与部件之间为焊接，雷达***（2）与机器人本体（1）之间为螺栓连接。
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