專利名稱：一種履帶式越障機器人的行走及調姿系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種履帶式越障機器人的行走及調姿系統，尤其是組合履帶式越障機器人的行走及調姿系統，主要適用于救援機器人、反恐機器人、軍用機器人、探測機器人等機器人的移動系統中。
技術背景近年來地震、火災、礦難、核危輻射機、恐怖襲擊、武裝沖突、病毒傳染病等許多突發事件時有發生，將機器人技術運用于災難救援、反恐、軍事、病毒監測、星球探測等領域已成為當今社會研究的焦點，許多國家研究了大量的機器人平臺，如可變形(多態)機器人、 履帶式搜救機器人、仿生搜救機器人等相繼被開發出來。眾所周知，移動性是機器人開展工作的基礎，但是現有的機器人平臺都有一些共同的缺點在復雜情況下越障、抗側翻能力差，翻倒后無法調姿而失去作業能力。機器人的移動性能限制了機器人科學的進一步發展， 而本實用新型提出的一種獨特的三組七支鏈的履帶式越障機器人的行走及調姿系統可以有效地解決這一技術難題。本實用新型與現有的六履帶式機器人行走系統的本質區別在于本實用新型增加了頂履帶單元及浮動關節設計。
發明內容為了克服現有的機器人在復雜情況下越障、抗側翻能力差，翻倒后無法調姿而失去作業能力等不足，本實用新型提出了一種履帶式越障機器人的行走及調姿系統，可大大提高現有機器人移動系統的越障行走能力。本實用新型涉及一種履帶式越障機器人的行走及調姿系統，它主要由行走系統及側翻調姿系統組成，行走系統包括一組頂履帶、兩組主履帶、兩組前輔助履帶、兩組后輔助履帶，主履帶及頂履帶與機器人本體間采用浮動連接，主履帶與輔助履帶間由轉動關節連接，每個轉動關節及履帶都由電機驅動；側翻調姿系統由主履帶夾角調節機構和旋轉支撐組成，主履帶夾角調節機構由旋轉軸、驅動電機及減速器、傾角調節桿組成，旋轉支撐由驅動電機及減速器、支撐腿、支撐腿導輪構成，旋轉軸通過傾角調節桿及浮動關節與主履帶相連，支撐腿通過轉動關節與頂履帶相連。所述的行走系統的七組履帶可分為三個單元，頂履帶單獨成為一個單元，每個主履帶和一個前輔助履帶、一個后輔助履帶構成一個主履帶單元，主履帶單元及頂履帶單元與機器人本體間采用浮動連接，主履帶單元的前輔助履帶和后輔助履帶分別通過一個轉動關節與主履帶的兩端相連，輔助履帶相對于主履帶可轉動調姿；各主履帶單元可通過主履帶夾角調節機構相對于機器人本體轉動調姿，以調節主履帶單元間及主履帶單元與頂履帶單元間的夾角，即調節主履帶間及主履帶與頂履帶間的夾角，七組履帶配合使用可變換出不同的機器人越障行走姿態，機器人本體結構在三維方向上的尺寸可變可調。所述的主履帶夾角調節機構中的旋轉軸由帶減速器的電機驅動，旋轉軸與傾角調節桿固定連接，驅動電機可通過旋轉軸、傾角調節桿驅動主履帶單元相對機器人本體轉動調姿，傾角調節桿與主履帶浮動連接，主履帶單元與傾角調節桿的夾角隨地形狀況變化而改變，保證主履帶單元與行走路面的正向接觸性。所述的旋轉支撐由驅動電機及減速器、支撐腿、支撐腿導輪組成，旋轉支撐有二組分別通過轉動關節安裝于頂履帶兩端，相對于頂履帶可轉動調姿。本實用新型的有益效果是(1)獨特的三組七支鏈行走及調姿系統具有良好的防側翻和調姿能力、優越的平衡及越障能力，從而使機器人能夠在更復雜的地形條件下自由行走；(2)各履帶單元的浮動設計，改變了現有履帶式機器人剛性連接的夾角不可調的缺陷，能可靠地保證履帶和地面的正向接觸，增加了機器人對地面的附著能力，提高了機器人在復雜地形行走時的穩定性；(3)將變胞設計思想引入機器人結構設計中，實現了本體結構在三維方向上的尺寸可變可調，增加了機器人在特定環境的穿越行走能力；(4)該機器人行走及調姿系統在越障行走、爬坡、越溝、涉水、管內行走、管外行走等常規越障性能方面都有所提高，而且有效解決了現有的機器人在復雜情況下越障能力、 抗側翻能力差，翻倒后無法調姿而失去作業能力等問題。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。圖1是本實用新型的主視圖；圖2是本實用新型的俯視圖；圖3是本實用新型的左視圖；圖4是本實用新型的左側翻調姿示意圖；圖5本實用新型的不平路面重心調節姿態示意圖；圖6是本實用新型的V形地面行走姿態示意圖；圖7是本實用新型的管外行走姿態示意圖；圖8是本實用新型的管內行走姿態示意圖；圖中1.機器人本體，2.支撐腿調姿電機及減速器，3.頂履帶，4.前輔助履帶， 5.前輔助履帶驅動電機及減速器，6.前輔助履帶調姿電機及減速器，7.主履帶，8.后輔助履帶調姿電機及減速器，9.后輔助履帶，10.后輔助履帶驅動電機及減速器，11.頂履帶驅動電機及減速器，12.支撐腿調姿電機及減速器，13.旋轉軸驅動電機及減速器，14.主履帶驅動電機及減速器，15.支撐腿導輪，16.支撐腿，17.頂履帶從動輪，18.傾角調節桿，19.主履帶浮動關節，20.前輔助履帶從動輪，21.前輔助履帶驅動輪，22.后輔助履帶驅動輪， 23.后輔助履帶從動輪，24.旋轉軸，25.頂履帶浮動關節，26.頂履帶驅動輪，27.主履帶驅動輪。
具體實施方式
以下結合附圖1-8詳細說明本實施例。如圖1、圖2、圖3所示，本實用新型涉及一種履帶式越障機器人的行走及調姿系統，它主要由行走系統及側翻調姿系統組成。[0025]行走系統由七組履帶組成一組頂履帶3、兩組主履帶7、兩組前輔助履帶4、兩組后輔助履帶9。所述的七組履帶可分為三個單元，頂履帶單獨成為一個頂履帶單元，每個主履帶7 和一個前輔助履帶4、一個后輔助履帶9構成一個主履帶單元。所述的主履帶單元及頂履帶單元分別采用主履帶浮動關節19和頂履帶浮動關節25與機器人本體1浮動連接。所述的主履帶單元的前輔助履帶4和后輔助履帶9與主履帶7的兩端分別通過一個轉動關節相連。所述的七組履每組都由一個驅動履帶運行的驅動輪和一個從動的從動輪，每個驅動輪都有一個帶減速器的驅動電機驅動，且每個主履帶單元的前輔助履帶4和后輔助履帶 9都可相對對應的主履帶7轉動調姿主履帶驅動電機及減速器14用于驅動主履帶驅動輪 27，進而驅動主履帶7 ；頂履帶驅動電機及減速器11用于驅動頂履帶驅動輪沈，進而驅動頂履帶3 ；前輔助履帶驅動電機及減速器5用于驅動前輔助履帶驅動輪21，進而驅動前輔助履帶4 ；后輔助履帶驅動電機及減速器10用于驅動后輔助履帶驅動輪22，進而驅動后輔助履帶9 ；前輔助履帶調姿電機及減速器6用于驅動前輔助履帶4相對于主履帶7旋轉調姿；后輔助履帶調姿電機及減速器8用于驅動后輔助履帶9相對于主履帶7旋轉調姿；七組履帶可配合使用變換出不同的機器人越障行走姿態，機器人本體結構在三維方向上的尺寸可變可調。側翻調姿系統由主履帶夾角調節機構和旋轉支撐組成。如圖1、圖2、圖3、圖4所示，所述的主履帶夾角調節機構由旋轉軸對、旋轉軸驅動電機及減速器13、傾角調節桿18組成。旋轉軸M由旋轉軸驅動電機及減速器13驅動，旋轉軸M與傾角調節桿18固定連接，旋轉軸驅動電機及減速器13可通過旋轉軸對、傾角調節桿18驅動主履帶單元相對機器人本體1轉動調姿，以調節主履帶單元間夾角α及主履帶單元與頂履帶單元間的夾角β、ε ；傾角調節桿18與主履帶7通過主履帶浮動關節19浮動連接，主履帶單元與傾角調節桿18的夾角Y、δ隨地形狀況變化而改變，改變了現有履帶式機器人剛性連接的夾角不可調的缺陷，能可靠地保證主履帶單元和路面的正向接觸， 增加了機器人對路面的附著能力，提高了機器人在復雜地形行走時的穩定性。所述的旋轉支撐由支撐腿調姿電機及減速器2(或12)，支撐腿16、支撐腿導輪15 組成。旋轉支撐有兩組分別通過轉動關節安裝于頂履帶3兩端，支撐腿調姿電機及減速器 2、12分別用于驅動兩個支撐腿16相對于頂履帶3旋轉調姿；支撐腿導輪15用于減小旋轉支撐旋轉調姿過程中與路面間的摩擦阻力。如圖4所示，為本實用新型左側翻調姿示意圖，圖示中兩個主履帶單元著地時，先將右側主履帶單元的前輔助履帶4和后輔助履帶9撐起到一定角度，使機器人本體1重心抬高并向左移動，同時減小兩主履帶單元間的夾角α，使機器人本體1重心進一步抬高并左移，直到產生左翻，機器人頂履帶單元代替右側主履帶單元著地，此時機器人可繼續行走或進行側翻運動，與兩個主履帶單元著地時不同的是此時頂履帶3和一個主履帶7著地，頂履帶3 —側抬高時使用的是兩個支撐腿16而不是前輔助履帶4和后輔助履帶9 ；右側翻調姿過程與左側翻調姿過程類同。除了上述主動調姿外本實用新型還可以使機器人實現自動復位，自動復位只需按變位或側翻的反向進行側翻，或繼續單向側翻即可。當機器人在不平路面行駛時調姿過程還可用于機器人重心的調節，如圖5所示，機器人將右側前輔助履帶4和后輔助履帶9撐起到一定角度，將機器人本體1右側抬起到同機器人本體左側一樣高，從而使機器人能繼續平穩地行走。如圖6所示，為本實用新型的V形地面行走姿態示意圖，機器人在V形地面行走時，可根據V形夾角Φ大小來調節兩主履帶單元間夾角α，使機器人撐在V形路面兩壁上行走。圖7是本實用新型的管外行走姿態示意圖，可根據圓管外徑大小調節兩主履帶單元間夾角α，使機器人附著在圓管外壁上行走。圖8是本實用新型的管內行走姿態示意圖，機器人在管道內行走時，可根據圓管內徑大小調節兩主履帶單元間夾角α，使機器人主履帶單元、頂履帶單元中兩組或三組同時附著在管壁內側行走。如圖6、圖7、圖8所示，主履帶的浮動連接設計，使主履帶單元與傾角調節桿間的夾角Y、S隨地形狀況變化而改變，改變了現有履帶式機器人剛性連接的夾角不可調的缺陷，能可靠地保證主履帶單元和行走路面的正向接觸，增加了機器人對地面的附著能力，提高了機器人在復雜地形行走時的穩定性。本實用新型的越障姿態不局限于傳統的六履帶越障姿態，也不局限于圖4、圖5、 圖6、圖7、圖8所示越障姿態，除此之外還有其它多種變換姿態，以滿足復雜環境下的越障需求。
權利要求1.一種履帶式越障機器人的行走及調姿系統，它主要由行走系統及側翻調姿系統組成，其特征是行走系統包括一組頂履帶、兩組主履帶、兩組前輔助履帶、兩組后輔助履帶， 主履帶及頂履帶與機器人本體間采用浮動連接，主履帶與前輔助履帶、后輔助履帶間由轉動關節連接，每個轉動關節及履帶都由電機驅動；側翻調姿系統由主履帶夾角調節機構和旋轉支撐組成，主履帶夾角調節機構由旋轉軸、驅動電機及減速器、傾角調節桿組成，旋轉支撐由驅動電機及減速器、支撐腿、支撐腿導輪組成，旋轉軸通過傾角調節桿及浮動關節與主履帶相連，支撐腿通過轉動關節與頂履帶相連。
2.按照權利要求1所述的履帶式越障機器人的行走及調姿系統，其特征是行走系統的七組履帶可分為三個單元，頂履帶單獨成為一個單元，每個主履帶與一個前輔助履帶及一個后輔助履帶構成一個主履帶單元，主履帶單元及頂履帶單元與機器人本體間采用浮動連接，主履帶單元的前輔助履帶和后輔助履帶分別通過一個轉動關節與主履帶的兩端相連，前輔助履帶及后輔助履帶相對于主履帶可轉動調姿；各主履帶單元通過主履帶夾角調節機構可相對于機器人本體轉動調姿，以調整主履帶單元間及主履帶單元與頂履帶單元間的夾角，七組履帶配合使用可變換出不同的機器人越障行走姿態，機器人本體結構在三維方向上的尺寸可變可調。
3.按照權利要求1或2所述的履帶式越障機器人的行走及調姿系統，其特征是所述的主履帶夾角調整機構中的旋轉軸由帶減速器的電機驅動，旋轉軸與傾角調節桿固定連接，驅動電機可通過旋轉軸、傾角調節桿驅動主履帶單元相對于機器人本體轉動調姿，傾角調節桿與主履帶浮動連接，主履帶單元與傾角調節桿的夾角隨地形狀況變化而改變，保證主履帶單元與行走路面的正向接觸。
4.按照權利要求1或2所述的履帶式越障機器人的行走及調姿系統，其特征是所述的旋轉支撐由驅動電機及減速器、支撐腿、支撐腿導輪組成，旋轉支撐有兩組分別通過轉動關節安裝于頂履帶兩端，相對于頂履帶可轉動調姿。
專利摘要本實用新型涉及一種履帶式越障機器人的行走及調姿系統，它主要由行走系統及側翻調姿系統組成。行走系統由頂履帶、主履帶、輔助履帶組成，多履帶使用提高了機器人的移動性能，主履帶及頂履帶與機器人本體間采用浮動連接，保證履帶與地面正向接觸，增加機器人對路面的附著能力，主履帶與輔助履帶間由轉動關節連接，每個轉動關節及履帶都由電機驅動；側翻調姿系統由主履帶夾角調節機構和旋轉支撐組成，主履帶夾角調節機構可調整二主履帶間夾角，旋轉支撐用于頂履帶著地時的側翻調姿。本實用新型結構簡單、實用性強，可有效解決現有機器人越障、抗側翻能力差，翻倒后不能翻身等技術難題。適用于救援機器人、探測機器人等機械產品的越障行走系統中。
文檔編號B62D57/02GK201961405SQ201120089548
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月30日 優先權日2011年3月30日
發明者何濤, 王成軍 申請人:安徽理工大學