專利名稱：具有自適應(yīng)能力的輪-履復(fù)合變形移動機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)器人研究和工程領(lǐng)域，具體是一種對復(fù)雜地面具有自適應(yīng)能力的、 多運(yùn)動模式及多運(yùn)動姿態(tài)的新型輪-履復(fù)合變形移動機(jī)器人。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的移動機(jī)器人就其機(jī)構(gòu)構(gòu)型而言，輪式移動機(jī)器人具有速度快、機(jī)動靈活性好等特點(diǎn)，非常適合于平地運(yùn)動。普通的履帶式移動機(jī)器人具有越野性能好，爬坡、越障、跨溝等能力較強(qiáng)等特點(diǎn)，能在各種粗糙、陡峭、崎嶇的復(fù)雜地形上行走，但其轉(zhuǎn)彎的靈活性較差、能耗較大。目前已有的輪-履帶復(fù)合型移動機(jī)器人，幾乎全部采用了輪式和幾何形狀固定的履帶式復(fù)合移動機(jī)構(gòu)，具有多種運(yùn)動模式，能夠以較高的效率適應(yīng)比較復(fù)雜的路面環(huán)境，而這種機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中是很難越過高于自身高度的障礙物的?，F(xiàn)有的移動機(jī)器人就其驅(qū)動系統(tǒng)而言，復(fù)合式移動機(jī)器人運(yùn)動姿態(tài)和模式多變性必然有較多的自由度，它們中絕大部分采用了主動控制的驅(qū)動方式，每個(gè)自由度均由一個(gè)專門的電機(jī)驅(qū)動。當(dāng)機(jī)器人在復(fù)雜路面運(yùn)動時(shí)，它通過傳感器不斷地將所觀測獲得環(huán)境信息傳給控制系統(tǒng)，據(jù)此信息，每個(gè)電動機(jī)將驅(qū)動相應(yīng)的自由度使移動機(jī)構(gòu)改變運(yùn)動模式或運(yùn)動姿態(tài)以此適應(yīng)復(fù)雜路面。一方面，這種運(yùn)動模式或姿態(tài)的變化在很大的程度上依賴于傳感器所反饋的信息，所以對傳感器的精度要求一般較高；另一方面，這種驅(qū)動方式不僅要求電機(jī)和傳感器的數(shù)量較多，而且控制算法較為復(fù)雜，同時(shí)它也具有一定的滯后性。故而， 這種驅(qū)動方式直接影響到了機(jī)器人對復(fù)雜路面的自適應(yīng)性。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種對復(fù)雜路面具有自適應(yīng)能力的、履帶幾何形狀可變的輪-履復(fù)合變形移動機(jī)器人。本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明包括控制箱、兩個(gè)分別安裝在控制箱1兩側(cè)的輪-履復(fù)合移動模塊、安裝在控制箱尾端的尾輪機(jī)構(gòu)，所述的輪-履復(fù)合移動模塊包括履帶移動裝置和置于履帶移動裝置外側(cè)的運(yùn)動輪裝置，所述控制箱內(nèi)對稱設(shè)置有履帶驅(qū)動裝置，其輸出軸伸出控制箱外，且其上設(shè)有第一齒輪，與履帶移動裝置上的第二齒輪配合連接。本發(fā)明所述的履帶驅(qū)動裝置包括電池、電池架、驅(qū)動器、第一法蘭、電機(jī)與減速器及兩個(gè)電路板和電路板架，電池通過電池架固定在控制箱體內(nèi)，固定在控制箱體端板上的驅(qū)動器與電池連接，兩電路板分別通過兩電路板架固定在電池架兩端，電機(jī)與驅(qū)動器連接， 與電機(jī)連接的減速器的輸出軸通過第一法蘭伸出箱體外，其上安裝有第一齒輪，與電機(jī)連接的控制開關(guān)設(shè)置于控制箱體外尾端，與驅(qū)動器連接。所述的履帶移動裝置包括支撐機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)、履帶、履帶輪，所述支撐機(jī)構(gòu)包括由兩組對稱的輪架、前調(diào)節(jié)桿、調(diào)節(jié)后桿和調(diào)節(jié)短桿組成的四連桿機(jī)構(gòu)，兩輪架分置于輪架底板兩側(cè)，兩前調(diào)節(jié)桿一端通過前輪軸連接，另一端與調(diào)節(jié)后桿一端連接，調(diào)節(jié)后桿另一端部連接后輪軸，調(diào)節(jié)后桿與與輪架間通過調(diào)節(jié)短桿連接，在兩前調(diào)節(jié)桿間還連接有中心軸， 中心軸兩端分別與輪架連接，通過中心絞架連接，前、后輪軸間的兩個(gè)履帶輪軸置于兩輪架間，分別通過絞架連接在兩輪架上，在各輪軸上分別安裝有履帶輪，履帶包圍在履帶輪上， 兩限位法蘭套裝于伸出前調(diào)節(jié)桿的行星輪軸兩端，并固定在前調(diào)節(jié)桿上，且置于輪架的凹槽內(nèi)，限位塊固定于輪架底板上，位于前調(diào)節(jié)桿的上限位置，第一彈簧通過上彈簧桿、下彈簧桿分別與前調(diào)節(jié)桿、輪架相連；所述傳動機(jī)構(gòu)包括中心軸、行星輪軸、第一同步帶、相互嚙合的第三、第四齒輪及第二齒輪74，中心軸和行星輪軸分別連接在兩前調(diào)節(jié)桿間，分別通過第二法蘭和限位法蘭樞接，第一同步帶的第一、第二帶輪分別安裝在兩前調(diào)節(jié)桿間的前輪軸和行星輪軸上，第三、第四齒輪分別安裝在兩前調(diào)節(jié)桿間的行星輪軸和中心軸上，第二齒輪安裝在輪架外側(cè)的中心軸端，與履帶驅(qū)動裝置的第一齒輪嚙合傳動。所述的前調(diào)節(jié)桿上開有用于放置上彈簧桿的可調(diào)第一槽孔和多個(gè)配合安裝孔，所述的第一槽孔內(nèi)設(shè)有多個(gè)用于放置上彈簧桿的卡口。所述的輪架包括側(cè)板和分別安裝在側(cè)板兩端的輪板，所述側(cè)板上分別開有與限位法蘭配合的凹槽和用于安裝下彈簧桿的可調(diào)第二槽孔，及多個(gè)配合安裝孔；所述第二槽孔內(nèi)設(shè)有多個(gè)用于放置下彈簧桿的卡口。所述的中心絞架是在法蘭盤一側(cè)設(shè)有空心階梯軸，該階梯軸小軸端的內(nèi)孔與螺釘相配合。所述的限位法蘭固定在前調(diào)節(jié)桿上，其一側(cè)帶有外徑與輪架凹槽配合的第一套管，其內(nèi)孔與行星輪軸端部相配合。所述的運(yùn)動輪裝置包括運(yùn)動輪、運(yùn)動輪架和第二同步帶，運(yùn)動輪通過其運(yùn)動輪軸安裝于運(yùn)動輪架上，運(yùn)動輪架分別通過固定架和固定桿與前調(diào)節(jié)桿固定連接，且分別與行星輪軸及中心絞架連接，在運(yùn)動輪架與前調(diào)節(jié)桿間設(shè)置第二同步帶，所述第二同步帶的第三、第四帶輪分別安裝在行星輪軸和運(yùn)動輪軸上。所述的尾輪機(jī)構(gòu)包括尾輪軸、彈簧架桿和兩組對稱的連接架、限位桿、L桿、第二彈簧、尾輪，兩L桿一端連接有尾輪軸，另一端分別連接有連接架，在靠近尾輪軸的兩L桿間固定有彈簧架桿，兩第二彈簧分別與彈簧架桿和連接架連接，在L桿和第二彈簧間的連接架上設(shè)有限位桿，尾輪安裝于尾輪軸兩端。所述的連接架為帶有半圓弧的槽型結(jié)構(gòu)，半圓弧端帶有多個(gè)用于安裝限位桿的限位孔。本發(fā)明的有益效果是(1)本發(fā)明既能以輪式運(yùn)動模式在平坦硬路面運(yùn)動，也能以履帶式運(yùn)動模式在粗糙、陡峭、崎嶇的復(fù)雜地形上行走，能夠以合理的運(yùn)動模式在不同復(fù)雜地面高效地運(yùn)動。(2)本發(fā)明在復(fù)雜地形中行走時(shí)，履帶幾何形狀可根據(jù)所遇障礙物的形狀及大小而進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，使機(jī)器人能夠以最合適的運(yùn)動姿態(tài)越過障礙，其越障能力強(qiáng)，對復(fù)雜地形的適應(yīng)性好。(3)本發(fā)明的在復(fù)雜路面運(yùn)動過程中，每個(gè)輪-履復(fù)合移動模塊的移動、輪式運(yùn)動模式與履帶式運(yùn)動模式之間的互換、以及履帶幾何形狀的調(diào)整等動作均由一個(gè)電機(jī)驅(qū)動完成，電機(jī)使用效率高。(4)本發(fā)明在復(fù)雜路面行走時(shí)，每個(gè)輪-履復(fù)合移動模塊根據(jù)地形的變化而通過自身機(jī)構(gòu)的調(diào)整實(shí)現(xiàn)移動、輪式-履帶式互換、履帶幾何形狀調(diào)整，而不需要額外電機(jī)和專門的傳感器來控制，故而本發(fā)明對復(fù)雜地面具有較強(qiáng)的自適應(yīng)性，而且控制也極為方便。


圖1為本發(fā)明立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中控制箱結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖2中箱體內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖3(a)為圖3中電池架結(jié)構(gòu)示意圖。圖3(b)為圖3中電路板架結(jié)構(gòu)示意圖。圖3(c)為圖3中第一法蘭結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為圖1中輪-履復(fù)合移動模塊結(jié)構(gòu)示意圖一。圖5為圖1中輪-履復(fù)合移動模塊結(jié)構(gòu)示意圖二。圖5(a)為圖5中前調(diào)節(jié)桿結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為圖5中輪架部分分解示意圖。圖7為圖6中的限位塊結(jié)構(gòu)示意圖一。圖8為圖6中的限位塊結(jié)構(gòu)示意圖二。圖9為圖6中的輪架底板的結(jié)構(gòu)示意圖。圖10為圖6中輪架結(jié)構(gòu)示意圖。圖11為圖10中側(cè)板結(jié)構(gòu)示意圖。圖12為圖10中輪架結(jié)構(gòu)示意圖。圖13為圖5中I部分解結(jié)構(gòu)示意圖。圖14為圖13中前輪軸結(jié)構(gòu)示意圖。圖15為圖5中II部分解結(jié)構(gòu)示意圖。圖16為圖15中的中心絞架結(jié)構(gòu)示意圖。圖17為圖15中的軸套結(jié)構(gòu)示意圖。圖18為圖15中的行星輪軸結(jié)構(gòu)示意圖。圖19為圖15中的中心軸結(jié)構(gòu)示意圖。圖20為圖15中的限位法蘭結(jié)構(gòu)示意圖。圖21為圖15中的第二法蘭結(jié)構(gòu)示意圖。圖22為圖15中III部分解結(jié)構(gòu)示意圖。圖23為圖22中調(diào)節(jié)短桿結(jié)構(gòu)示意圖。圖M為圖22中外螺紋圈結(jié)構(gòu)示意圖。圖25為圖22中絞架結(jié)構(gòu)示意圖。圖沈?yàn)閳D22中連接軸結(jié)構(gòu)示意圖。圖27為圖5中前調(diào)節(jié)桿和調(diào)節(jié)后桿連接分解結(jié)構(gòu)示意圖。圖觀為圖5中運(yùn)動輪裝置分解結(jié)構(gòu)示意圖。圖四為圖觀中固定架結(jié)構(gòu)示意圖一。圖30為圖觀中固定架結(jié)構(gòu)示意圖二。圖31為圖觀中第三法蘭結(jié)構(gòu)示意圖。圖32為圖觀中運(yùn)動輪架結(jié)構(gòu)示意圖。圖33為圖觀中運(yùn)動輪軸結(jié)構(gòu)示意圖。圖34為圖1中尾輪機(jī)構(gòu)示意圖。
圖35為圖1中輪-履復(fù)合移動模塊結(jié)構(gòu)示意圖三。圖36為本發(fā)明上限位演示圖。圖37為本發(fā)明下限位演示圖。圖38為本發(fā)明履帶式運(yùn)動模式示意圖。圖39為本發(fā)明輪式運(yùn)動模式示意圖。圖40為本發(fā)明機(jī)器人處于輪式運(yùn)動與履帶式運(yùn)動之間的臨界狀態(tài)示意圖。圖41為本發(fā)明第一彈簧復(fù)位示意圖。圖42為本發(fā)明第一彈簧緩沖示意圖。圖中1.控制箱，101.箱體，102.箱蓋；2.輪-履復(fù)合移動模塊，3.履帶驅(qū)動裝置，301.輸出軸，302.第一齒輪，303.電池，304.電池架，305.驅(qū)動器，306.電機(jī)與減速器，307.電路板，308.電路板架，309.第一法蘭，310.控制開關(guān)，311. 帶臺階的孔，312.通孔；4.履帶移動裝置，401.輪架，402.輪架底板，403.前調(diào)節(jié)桿，404.調(diào)節(jié)后桿，405. 調(diào)節(jié)短桿，406.履帶輪，407.履帶，408.中心軸，409.行星輪軸，410.前輪軸，411.上彈簧桿，412.限位法蘭，413.中心絞架，414.絞架，415.后輪軸，416.第一同步帶，417.第二齒輪，418.第三齒輪，419.第四齒輪，420.下彈簧桿，421.履帶輪軸，422.限位塊，423.第一彈簧，4M.凹槽，425.第二法蘭，426.連接軸，427.內(nèi)螺紋圈，428.外螺紋圈，429.擋圈， 430.側(cè)板，431.輪板，432.第一帶輪，433.軸套，434.墊片，435.第一連接孔，436.第二連接孔，437.第一套管，438.階梯軸套，439.固定套，440.第二套管，441.階梯套管，442.第一槽孔，443.第二槽孔，444.第二帶輪，445.第三帶輪，446第四帶輪；5.尾輪機(jī)構(gòu)，501.連接架，502.限位桿，503. L桿，504.第二彈簧，505.彈簧架桿， 506.尾輪，507.尾輪軸；6.運(yùn)動輪裝置，601.固定架，602.運(yùn)動輪架，603.固定桿，604.第二同步帶，605. 運(yùn)動輪，606.運(yùn)動輪軸，607.內(nèi)套板，608.外套板，609.第三法蘭；7.螺釘，8.軸承。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例如圖1所示，本發(fā)明包括控制箱1、兩個(gè)分別安裝在控制箱1兩側(cè)的輪-履復(fù)合移動模塊2、安裝在控制箱1尾端的尾輪機(jī)構(gòu)3，所述的輪-履復(fù)合移動模塊2包括履帶移動裝置5和置于履帶移動裝置5外側(cè)的運(yùn)動輪裝置6，所述控制箱1內(nèi)對稱設(shè)置有履帶驅(qū)動裝置4，其輸出軸301伸出控制箱1外，且其上設(shè)有第一齒輪302，與履帶移動裝置5上的第二齒輪配合連接。能實(shí)現(xiàn)以輪式和履帶式兩種運(yùn)動模式在復(fù)雜路面上運(yùn)動，也能根據(jù)地面約束力而改變運(yùn)動模式(即“輪-履互換”)和調(diào)整運(yùn)動姿態(tài)(即改變履帶幾何形狀)。如圖2所示，本發(fā)明中所述控制箱1包括控制箱體101和箱蓋102，箱蓋102與箱體101配合連接，在箱體101上開有多個(gè)安裝孔，如圖3所示，在控制箱1內(nèi)對稱設(shè)置的履帶驅(qū)動裝置3，均包括電池303、電池架304、驅(qū)動器305、第一法蘭309、電機(jī)與減速器306及兩個(gè)電路板307和電路板架308，電池303通過電池架304固定在控制箱體101內(nèi)，固定在控制箱體101端板上的驅(qū)動器305與電池303連接，兩電路板307分別通過兩電路板架308 固定在電池架304兩端，電機(jī)與驅(qū)動器連接，與電機(jī)連接的減速器的輸出軸301通過第一法蘭309伸出箱體101外，輸出軸301端置于輪架側(cè)板430的孔內(nèi)，其上安裝有第一齒輪302， 與電機(jī)連接的控制開關(guān)310設(shè)置于控制箱體101外尾端，與驅(qū)動器305連接。所述的電池架304如圖3(a)所示，電路板架308如圖3(b)所示，第一法蘭309如圖3 (c)所示，其上均帶有多個(gè)安裝孔，第一法蘭309上開有分別與輸出軸301和中心軸408 相配合的孔，其中帶有臺階的孔311與箱體安裝中心軸408的孔相配合，不帶臺階的通孔 312與輸出軸301配合連接。如圖4 圖33所示，本發(fā)明所述的履帶移動裝置4包括支撐機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)、履帶 407、履帶輪406、限位法蘭412和限位塊422，所述支撐機(jī)構(gòu)包括由兩組對稱的輪架401、前調(diào)節(jié)桿403、調(diào)節(jié)后桿404和調(diào)節(jié)短桿405組成的四連桿機(jī)構(gòu)，如圖6所示，兩輪架401分置于輪架底板402兩側(cè)，通過緊固螺釘7連接；如圖13、圖27所示，兩前調(diào)節(jié)桿403 —端通過前輪軸410連接，另一端與調(diào)節(jié)后桿404 —端連接，在調(diào)節(jié)后桿404上設(shè)有通過軸承8安裝的連接軸426，與前調(diào)節(jié)桿403間通過緊固螺釘7相連；如圖4所示，調(diào)節(jié)后桿404的另一端部連接后輪軸415，如圖5、圖22所示，調(diào)節(jié)后桿404與輪架401間通過調(diào)節(jié)短桿405連接，絞架414和內(nèi)螺紋圈427通過螺栓固定在輪架401兩側(cè)，如圖23所示，調(diào)節(jié)短桿405上帶有兩個(gè)連接孔，其第一連接孔435內(nèi)置軸承8與伸出內(nèi)螺紋圈427的絞架414連接，并通過外螺紋圈428、螺釘7對軸承8進(jìn)行軸向固定，第二連接孔436通過軸承8安裝于調(diào)節(jié)后桿404的軸似6上，通過螺釘7緊固；如圖5、圖15所示，在兩前調(diào)節(jié)桿403間還連接有中心軸408，中心軸408兩端分別與輪架401連接，通過中心絞架413連接，具體為在中心軸 408兩端分別通過軸承8安裝有與中心絞架413連接的第二法蘭425 ；如圖6所示，前、后輪軸410、415間的兩個(gè)履帶輪軸421置于兩輪架401間，分別通過絞架414連接在兩輪架401 的輪板431上，絞架414與履帶輪406兩側(cè)的內(nèi)螺紋圈427和外螺紋圈428固定連接，在各輪軸上分別通過軸承8安裝有履帶輪406，如圖5、15所示，履帶407包圍在履帶輪406上， 兩限位法蘭412套裝于伸出前調(diào)節(jié)桿403的行星輪軸409兩端，并固定在前調(diào)節(jié)桿403上， 且置于輪架401的凹槽424內(nèi)；第一彈簧423通過上彈簧桿411、下彈簧桿420分別與前調(diào)節(jié)桿403、輪架401相連；如圖6、圖35所示，限位塊422固定于圖9所示的輪架底板402安裝孔上，位于前調(diào)節(jié)桿403的上限位置。如圖7、圖8所示，限位塊422帶有弧形面，與前調(diào)節(jié)桿403和調(diào)節(jié)后桿404連接處的弧面相配合，限位塊422的作用確保本發(fā)明中前調(diào)節(jié)桿 403在一定范圍內(nèi)運(yùn)動，其轉(zhuǎn)動幅度范圍為30°。其運(yùn)動原理如下(1)上限位置如圖36 所示，當(dāng)限位法蘭412與機(jī)架401的凹槽脫離接觸時(shí)，限位塊422與調(diào)節(jié)后桿404接觸。此時(shí)前調(diào)節(jié)桿403處于上限位置，前調(diào)節(jié)桿403不能再旋轉(zhuǎn)。( 下限位置如圖37所示，限位法蘭412與輪架401的凹槽似4相接觸時(shí)，限位塊422與后調(diào)節(jié)桿404脫離接觸。此時(shí)前調(diào)節(jié)桿403處于下限位置。其中如圖5(a)所示，為前調(diào)節(jié)桿403，其上開有用于放置上彈簧桿411的可調(diào)第一槽孔442，與前輪軸410、中心軸408、行星輪軸409和調(diào)節(jié)后桿404配合連接的安裝孔， 其上還開有多個(gè)固定安裝孔。圖10所示的輪架401包括側(cè)板430和分別安裝在側(cè)板430 兩端的輪板431 ；如圖11所示，所述側(cè)板430上分別開有與中心軸408、絞架414、放置電機(jī)輸出軸301的孔，與限位法蘭412配合的凹槽424，用于安裝下彈簧桿420的可調(diào)第二槽孔443，及多個(gè)安裝孔；所述第一槽孔442和第二槽孔443內(nèi)均設(shè)有多個(gè)分別用于放置上彈簧桿411和下彈簧桿420的卡口 444，以調(diào)節(jié)其放置位置，本例中第一槽孔442內(nèi)設(shè)置5個(gè)卡口 444，第二槽孔443內(nèi)設(shè)置3個(gè)卡口 444。如圖12所示的輪板431上開有與履帶輪軸421 配合連接的孔及與側(cè)板430連接的孔。圖14所示的前輪軸410上帶有軸套，其兩端截面為D型。本例中第一彈簧423的作用如下(1)如圖41所示，復(fù)位作用確保機(jī)器人從地面約束較大的環(huán)境進(jìn)入約束較小的環(huán)境時(shí)，機(jī)器人在第一彈簧423的拉力作用下由運(yùn)動模式1轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)動模式2。(2)如圖42所示，緩沖功能當(dāng)機(jī)器人運(yùn)行過程中，可能會遇到一些突發(fā)事件，例如當(dāng)車體前段突然墜入溝壑，變形復(fù)位機(jī)構(gòu)便可以起到緩沖作用，從而大大減弱外界對機(jī)器人的沖擊作用，以此保護(hù)機(jī)器人免于受損。如圖4、圖5、圖15所示，所述傳動機(jī)構(gòu)包括中心軸408、行星輪軸409、第一同步帶 416、相互嚙合的第三、第四齒輪418、419及第二齒輪417，中心軸408和行星輪軸409分別連接在兩前調(diào)節(jié)桿403間，中心軸408兩端分別通過軸承8安裝，通過第二法蘭425固定在兩前調(diào)節(jié)桿403上，行星輪軸409兩端分別通過軸承8安裝，通過限位法蘭412固定在兩前調(diào)節(jié)桿403上，中心軸408和行星輪軸409均可自由轉(zhuǎn)動，第一同步帶416的第一、第二帶輪分別通過D型孔軸配合安裝在兩前調(diào)節(jié)桿403間的前輪軸410和行星輪軸409上，第三、 第四齒輪418、419分別安裝在兩前調(diào)節(jié)桿403間的行星輪軸409和中心軸408上，第二齒輪417通過螺釘7安裝在輪架401外側(cè)的中心軸408 —端，與履帶驅(qū)動裝置3的第一齒輪 302嚙合。其中如圖16所示，為中心絞架結(jié)構(gòu)示意圖，是在法蘭盤一側(cè)設(shè)有空心階梯軸，該階梯軸小軸端的內(nèi)孔與螺釘7相配合，用于安裝螺釘7 ；如圖17所示，為軸套433結(jié)構(gòu)示意圖，用于限位第三帶輪445，其內(nèi)外孔徑分別與行星輪軸409和限位法蘭412配合。如圖18 所示行星輪軸409結(jié)構(gòu)示意圖，其端部截面為D型的空心軸，其上帶有固定套439，起到限位作用。如圖19所示中心軸408結(jié)構(gòu)示意圖，其端部截面為D型的空心軸，其上帶有階梯軸套438，用于限位。圖20所示的限位法蘭412，其一側(cè)帶有外徑與輪架凹槽似4配合的第一套管437，其內(nèi)孔與行星輪軸409端部相配合。圖21所示的第二法蘭425，其上帶有與中心軸408端相配合的第二套管440。圖M所示為外螺紋圈4 結(jié)構(gòu)示意圖，其上外圈為帶有螺紋，和與其連接的零件內(nèi)螺紋孔相配合，其內(nèi)圈帶有臺階，配合與其連接的軸承。圖25 所示的絞架414帶有與調(diào)節(jié)短桿405配合的階梯套管441。如圖沈、圖27所示，連接軸4 兩端為對稱的階梯軸結(jié)構(gòu)，軸端與調(diào)節(jié)短桿405的第二連接孔436配合。如圖觀所示，所述的運(yùn)動輪裝置包括運(yùn)動輪605、運(yùn)動輪架602和第二同步帶 604，運(yùn)動輪605通過其運(yùn)動輪軸606安裝于運(yùn)動輪架602上，其中運(yùn)動輪605兩側(cè)分別通過螺釘7固定有內(nèi)套板607和外套板608，外套板608上開有與運(yùn)動輪軸606相配合的孔， 通過外套板608配合安裝于運(yùn)動輪軸606上，運(yùn)動輪軸606通過第三法蘭609固定在運(yùn)動輪架602上，其端部套裝軸承8穿過運(yùn)動輪架602的安裝孔內(nèi)，與第四帶輪446連接，運(yùn)動輪架602分別通過固定架601和固定桿603與前調(diào)節(jié)桿403固定連接，且與中心絞架412連接，其中中心絞架412通過軸承8與運(yùn)動輪架602連接，并通過緊固螺釘7進(jìn)行軸向固定； 在運(yùn)動輪架602與前調(diào)節(jié)桿403間設(shè)置第二同步帶604，所述第二同步帶604的兩帶輪分別安裝在行星輪軸409和運(yùn)動輪軸606上，行星輪軸409端部通過其上的軸承8安裝于運(yùn)動輪架602上，通過緊定螺釘7與行星輪軸409端的內(nèi)螺紋孔軸向固定。其中圖四、圖30所示為固定架601，用于連接運(yùn)動輪架602和前調(diào)節(jié)桿403。圖 31所示為第三法蘭609，套裝于運(yùn)動輪軸606并連接于運(yùn)動輪架602上，用于固定連接。圖 32所示為運(yùn)動輪架602，其上開有用于安裝運(yùn)動輪軸606、中心絞架413、行星輪軸409的孔，及多個(gè)固定安裝孔。圖33所示為運(yùn)動輪軸606為空心軸，其上帶有固定套439，兩軸端截面為D型。如圖34所示，所述的尾輪機(jī)構(gòu)5包括尾輪軸507、彈簧架桿505和兩組對稱的連接架501、限位桿502、L桿503、第二彈簧504、尾輪506，兩L桿503 —端連接有尾輪軸507， 另一端分別連接有連接架501，在靠近尾輪軸507的兩L桿503間固定有彈簧架桿505，兩第二彈簧504分別與彈簧架桿505和連接架501連接，在L桿503和第二彈簧504間的連接架501上設(shè)有限位桿502，尾輪506安裝于尾輪軸507兩端。連接架501為帶有半圓弧的槽型結(jié)構(gòu)，半圓弧端帶有多個(gè)用于安裝限位桿502的限位孔508，使尾輪機(jī)構(gòu)5可以繞限位桿502在65度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，尾輪機(jī)構(gòu)5的運(yùn)動范圍可以根據(jù)實(shí)際需要通過調(diào)節(jié)限位桿502 的位置而調(diào)節(jié)。本發(fā)明的工作過程本發(fā)明機(jī)器人能夠在一個(gè)電機(jī)驅(qū)動作用下，以輪式和履帶式運(yùn)動兩種運(yùn)動模式進(jìn)行運(yùn)動，也能夠調(diào)整運(yùn)動模式及姿態(tài)過程。如圖39所示，輪式運(yùn)動模式履帶輪移動裝置與地面通過線接觸，可將其作為一個(gè)虛擬輪。如圖39所示，當(dāng)本發(fā)明機(jī)器人在約束力較小的環(huán)境(如平坦路面)運(yùn)動時(shí)，該虛擬輪與運(yùn)動輪裝置一起支撐機(jī)器人運(yùn)動，此運(yùn)動方式可作為輪式運(yùn)動模式。機(jī)器人的運(yùn)動輪605與地面接觸、履帶407與地面相切，此時(shí)機(jī)器人作輪式運(yùn)動。電機(jī)與減速器306驅(qū)動第一齒輪302運(yùn)動，第二齒輪417與第一齒輪302嚙合而轉(zhuǎn)動，第三齒輪418與第二齒輪417同軸轉(zhuǎn)動，第四齒輪419與第三齒輪418嚙合而轉(zhuǎn)動， 第一帶輪432、第三帶輪445與第四齒輪419共同安裝于行星輪軸409進(jìn)行同軸轉(zhuǎn)動，第一帶輪432經(jīng)第一同步帶416帶動第二帶輪444轉(zhuǎn)動，前輪軸410上的履帶輪406隨第二帶輪 444同軸轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動履帶407運(yùn)動，第三帶輪445經(jīng)第二同步帶604帶動第四帶輪446 轉(zhuǎn)動，運(yùn)動輪605隨第四帶輪446同軸轉(zhuǎn)動。當(dāng)機(jī)器人在約束力較大的環(huán)境(如崎嶇路面) 運(yùn)動時(shí)，運(yùn)動輪605離開地面，履帶407下部與地面接觸，此時(shí)機(jī)器人作履帶式運(yùn)動，此時(shí)， 機(jī)器人運(yùn)動的內(nèi)部工作原理與輪式運(yùn)動相同。如圖5、圖38所示，履帶式運(yùn)動模式當(dāng)機(jī)器人在地面約束力較大的環(huán)境運(yùn)動時(shí)， 即遇到障礙時(shí)，機(jī)器人的履帶輪移動裝置與地面為面接觸，運(yùn)動輪裝置與地面脫離接觸。此時(shí)機(jī)器人為履帶式運(yùn)動模式。履帶407和運(yùn)動輪605運(yùn)動受阻而停止運(yùn)動，導(dǎo)致第四齒輪 419、第一帶輪432、第二帶輪444、第三帶輪445、第四帶輪446運(yùn)動停止，然而電機(jī)與減速器306驅(qū)動第一齒輪302繼續(xù)運(yùn)動，從而第二齒輪417與第一齒輪302嚙合也繼續(xù)轉(zhuǎn)動，從而使得第三齒輪418繞第四齒輪419周向轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動前調(diào)節(jié)桿403繞中心軸408轉(zhuǎn)動。 由此，機(jī)器人的履帶407的形狀開始發(fā)生變化，同時(shí)，機(jī)器人運(yùn)動模式由輪式運(yùn)動向履帶式運(yùn)動轉(zhuǎn)化。當(dāng)機(jī)器人越過障礙進(jìn)入平坦路面時(shí)，機(jī)器人在內(nèi)部前調(diào)節(jié)桿403在彈簧423的拉力作用下機(jī)器人的履帶407形狀逐漸進(jìn)行調(diào)整，而機(jī)器人的運(yùn)動模式也逐漸由履帶式運(yùn)動轉(zhuǎn)變成輪式運(yùn)動。而在此過程中，機(jī)器人運(yùn)動的各傳動齒輪與傳動帶輪的運(yùn)動均與輪式運(yùn)動相同。 如圖38 —圖40 —圖39所示，運(yùn)動模式轉(zhuǎn)化及姿態(tài)調(diào)整，每個(gè)輪-履復(fù)合移動模塊2均可根據(jù)地面環(huán)境的約束情況，通過履帶驅(qū)動裝置3作用而使得前調(diào)節(jié)桿403繞中心軸408旋轉(zhuǎn)，以此實(shí)現(xiàn)輪式和履帶式兩種運(yùn)動模式之間的互換，如圖38 —圖40所示，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人運(yùn)動姿態(tài)的調(diào)整，如圖40 —圖39所示。
權(quán)利要求
1.一種具有自適應(yīng)能力的輪-履復(fù)合變形移動機(jī)器人，其特征在于包括控制箱、兩個(gè)分別安裝在控制箱1兩側(cè)的輪-履復(fù)合移動模塊、安裝在控制箱尾端的尾輪機(jī)構(gòu)，所述的輪-履復(fù)合移動模塊包括履帶移動裝置和置于履帶移動裝置外側(cè)的運(yùn)動輪裝置，所述控制箱內(nèi)對稱設(shè)置有履帶驅(qū)動裝置，其輸出軸伸出控制箱外，且其上設(shè)有第一齒輪，與履帶移動裝置上的第二齒輪配合連接。
2.按照權(quán)利要求1所述具有自適應(yīng)能力的輪-履復(fù)合變形移動機(jī)器人，其特征在于 所述的履帶驅(qū)動裝置包括電池、電池架、驅(qū)動器、第一法蘭、電機(jī)與減速器及兩個(gè)電路板和電路板架，電池通過電池架固定在控制箱體內(nèi)，固定在控制箱體端板上的驅(qū)動器與電池連接，兩電路板分別通過兩電路板架固定在電池架兩端，電機(jī)與驅(qū)動器連接，與電機(jī)連接的減速器的輸出軸通過第一法蘭伸出箱體外，其上安裝有第一齒輪，與電機(jī)連接的控制開關(guān)設(shè)置于控制箱體外尾端，與驅(qū)動器連接。
3.按照權(quán)利要求1所述具有自適應(yīng)能力的輪-履復(fù)合變形移動機(jī)器人，其特征在于 所述的履帶移動裝置包括支撐機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)、履帶、履帶輪，所述支撐機(jī)構(gòu)包括由兩組對稱的輪架、前調(diào)節(jié)桿、調(diào)節(jié)后桿和調(diào)節(jié)短桿組成的四連桿機(jī)構(gòu)，兩輪架分置于輪架底板兩側(cè)，兩前調(diào)節(jié)桿一端通過前輪軸連接，另一端與調(diào)節(jié)后桿一端連接，調(diào)節(jié)后桿另一端部連接后輪軸，調(diào)節(jié)后桿與與輪架間通過調(diào)節(jié)短桿連接，在兩前調(diào)節(jié)桿間還連接有中心軸，中心軸兩端分別與輪架連接，通過中心絞架連接，前、后輪軸間的兩個(gè)履帶輪軸置于兩輪架間，分別通過絞架連接在兩輪架上，在各輪軸上分別安裝有履帶輪，履帶包圍在履帶輪上，兩限位法蘭套裝于伸出前調(diào)節(jié)桿的行星輪軸兩端，并固定在前調(diào)節(jié)桿上，且置于輪架的凹槽內(nèi)，限位塊固定于輪架底板上，位于前調(diào)節(jié)桿的上限位置，第一彈簧通過上彈簧桿、下彈簧桿分別與前調(diào)節(jié)桿、輪架相連；所述傳動機(jī)構(gòu)包括中心軸、行星輪軸、第一同步帶、相互嚙合的第三、第四齒輪及第二齒輪74，中心軸和行星輪軸分別連接在兩前調(diào)節(jié)桿間，分別通過第二法蘭和限位法蘭樞接， 第一同步帶的第一、第二帶輪分別安裝在兩前調(diào)節(jié)桿間的前輪軸和行星輪軸上，第三、第四齒輪分別安裝在兩前調(diào)節(jié)桿間的行星輪軸和中心軸上，第二齒輪安裝在輪架外側(cè)的中心軸端，與履帶驅(qū)動裝置的第一齒輪嚙合傳動。
4.按照權(quán)利要求3所述具有自適應(yīng)能力的輪-履復(fù)合變形移動機(jī)器人，其特征在于 所述的前調(diào)節(jié)桿上開有用于放置上彈簧桿的可調(diào)第一槽孔和多個(gè)配合安裝孔，所述的第一槽孔內(nèi)設(shè)有多個(gè)用于放置上彈簧桿的卡口。
5.按照權(quán)利要求3所述具有自適應(yīng)能力的輪-履復(fù)合變形移動機(jī)器人，其特征在于 所述的輪架包括側(cè)板和分別安裝在側(cè)板兩端的輪板，所述側(cè)板上分別開有與限位法蘭配合的凹槽和用于安裝下彈簧桿的可調(diào)第二槽孔，及多個(gè)配合安裝孔；所述第二槽孔內(nèi)設(shè)有多個(gè)用于放置下彈簧桿的卡口。
6.按照權(quán)利要求3所述具有自適應(yīng)能力的輪-履復(fù)合變形移動機(jī)器人，其特征在于 所述的中心絞架是在法蘭盤一側(cè)設(shè)有空心階梯軸，該階梯軸小軸端的內(nèi)孔與螺釘相配合。
7.按照權(quán)利要求3所述具有自適應(yīng)能力的輪-履復(fù)合變形移動機(jī)器人，其特征在于 所述的限位法蘭固定在前調(diào)節(jié)桿上，其一側(cè)帶有外徑與輪架凹槽配合的第一套管，其內(nèi)孔與行星輪軸端部相配合。
8.按照權(quán)利要求1所述具有自適應(yīng)能力的輪-履復(fù)合變形移動機(jī)器人，其特征在于所述的運(yùn)動輪裝置包括運(yùn)動輪、運(yùn)動輪架和第二同步帶，運(yùn)動輪通過其運(yùn)動輪軸安裝于運(yùn)動輪架上，運(yùn)動輪架分別通過固定架和固定桿與前調(diào)節(jié)桿固定連接，且分別與行星輪軸及中心絞架連接，在運(yùn)動輪架與前調(diào)節(jié)桿間設(shè)置第二同步帶，所述第二同步帶的第三、第四帶輪分別安裝在行星輪軸和運(yùn)動輪軸上。
9.按照權(quán)利要求8所述具有自適應(yīng)能力的輪-履復(fù)合變形移動機(jī)器人，其特征在于 所述的尾輪機(jī)構(gòu)包括尾輪軸、彈簧架桿和兩組對稱的連接架、限位桿、L桿、第二彈簧、尾輪， 兩L桿一端連接有尾輪軸，另一端分別連接有連接架，在靠近尾輪軸的兩L桿間固定有彈簧架桿，兩第二彈簧分別與彈簧架桿和連接架連接，在L桿和第二彈簧間的連接架上設(shè)有限位桿，尾輪安裝于尾輪軸兩端。
10.按照權(quán)利要求1所述具有自適應(yīng)能力的輪-履復(fù)合變形移動機(jī)器人，其特征在于 所述的連接架為帶有半圓弧的槽型結(jié)構(gòu)，半圓弧端帶有多個(gè)用于安裝限位桿的限位孔。
全文摘要
一種具有自適應(yīng)能力的輪-履復(fù)合變形移動機(jī)器人，屬于機(jī)器人研究和工程技術(shù)領(lǐng)域。包括控制箱、兩個(gè)分別安裝在控制箱1兩側(cè)的輪-履復(fù)合移動模塊、安裝在控制箱尾端的尾輪機(jī)構(gòu)，所述的輪-履復(fù)合移動模塊包括履帶移動裝置和置于履帶移動裝置外側(cè)的運(yùn)動輪裝置，所述控制箱內(nèi)對稱設(shè)置有履帶驅(qū)動裝置，其輸出軸伸出控制箱外，且其上設(shè)有第一齒輪，與履帶移動裝置上的第二齒輪配合連接。本發(fā)明既能以輪式運(yùn)動模式在平坦硬路面運(yùn)動，也能以履帶式運(yùn)動模式在粗糙、陡峭、崎嶇的復(fù)雜地形上行走，能夠以合理的運(yùn)動模式在不同復(fù)雜地面高效地運(yùn)動。其履帶幾何形狀可根據(jù)所遇障礙物的形狀及大小而進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，對復(fù)雜地面具有較強(qiáng)的自適應(yīng)性。
文檔編號B62D55/26GK102310403SQ20101021951
公開日2012年1月11日 申請日期2010年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月7日
發(fā)明者李斌, 李智卿, 王明輝, 王聰, 馬書根 申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所