變形履輪復合懸架及具有其的移動平臺的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及移動技術領域，尤其涉及一種變形履輪復合懸架及具有其的移動平臺，可用于移動機器人。
【背景技術】
[0002]履帶行走懸架被廣泛應用于移動平臺裝置尤其移動機器人領域，在救援救災、探測偵察、工業、農業和軍事等方面占據重要地位，有良好的應用前景，尤其是在復雜、艱難的環境中，具備輪式移動機器人無法比擬的適應性和通過性，履帶行走懸架是當前熱門的研究領域。中國礦業大學研制了一種履帶移動平臺用W形履帶懸架(申請號:CN201320552131.1)，其前后履帶單元呈不規則四邊形，履帶行走部總成呈W形，有四段坡形履帶段，有利于攀越障礙；履帶底部的水平段增加了履帶的接地面積，有利于克服松軟、泥濘地形環境。然而，該W形履帶懸架形狀不可調節，無法克服更復雜的地形環境，在某種程度上限制了其地形通過性和環境適應能力，而當前對可變形履帶行走懸架的報道相對較少。若履帶懸架可根據地形主動的發生變形，將可提高履帶式移動平臺的地形適應性與地形通過性；通過履帶懸架的變形可以改變移動平臺的重心位置以及履帶的接地尺寸進而可提高移動平臺的運動穩定性。另外，履帶行走裝置的效率較低，功耗大，在一些平坦地形其優勢弱于輪式行走裝置。在一些特殊的工況下，輪式行走裝置的優勢更為明顯，如在軌道上采用了輪式行走裝置效率較高。為此，為了更好的地形適應性，設計一種可變形的履輪復合懸架以及使用該懸架的移動平臺十分必要。
[0003]在國家自然科學基金青年基金(批準號:51205391)的支持下，本發明人團隊進一步進行研究，為克服上述的問題，探索一種變形履輪復合懸架和具有該變形履輪復合懸架的移動平臺。
【發明內容】
[0004]本發明的一個目的旨在解決現有技術中存在的技術問題，提出一種變形履輪復合懸架和具有該變形履輪復合懸架的移動平臺，該變形履輪復合懸架可根據地形的需要進行變形調節，形成不同形狀的履帶行走機構，提高了履帶行走機構的地形適應性、地形通過性以及運動穩定性；也可進行履帶式和輪式行走模式的變換，進一步提高本發明的適應性。
[0005]根據本發明實施例的變形履輪復合懸架，包括:中間聯接架、變形履帶單元、變形驅動組件和車輪單元。所述變形履帶單元為兩個，且包括第一變形履帶單元和第二變形履帶單元；兩個所述變形履帶單元均與所述中間聯接架相連，且呈對稱布置。所述變形履帶單元包括變形履帶架、履帶輪、履帶和履帶驅動組件；所述變形履帶架與所述中間聯接架相連，所述變形履帶架包括一個四桿機構，所述四桿機構包括四個桿件，分別為:機架，所述機架與所述中間聯接架相連；第一連架桿，所述第一連架桿與所述機架相連，構成第一轉動副；第二連架桿，所述第二連架桿與所述機架相連，構成第四轉動副；連桿，所述連桿的一端與所述第一連架桿相連，構成第二轉動副，所述連桿的另一端與所述第二連架桿相連，構成第三轉動副。所述履帶輪不少于四個，所述履帶輪與所述四桿機構相連，所述履帶輪包括驅動輪和改向輪；其中四個所述履帶輪分別與所述四桿機構的四個所述轉動副同軸線相連，且四個所述履帶輪的直徑相同。所述履帶包絡于所述履帶輪外，且所述履帶與所述驅動輪相傳動；所述履帶驅動組件與所述驅動輪相連并驅動所述驅動輪。所述變形驅動組件不多于兩個，所述變形驅動組件與所述變形履帶單元的所述變形履帶架相連并驅動所述變形履帶架變形。所述車輪單元為兩個，所述車輪單元與中間聯接架相連，且呈對稱布置，所述車輪單元包括車輪和車輪驅動件；當所述變形履帶單元與地面接觸時，所述車輪不與地面接觸；當所述變形履帶單元向上發生變形時，所述變形履帶單元脫離地面，所述車輪可接觸并支撐地面。
[0006]作為可選的，所述履帶輪為四個，所述履帶輪包括第一履帶輪、第二履帶輪、第三履帶輪和第四履帶輪，且所述第一履帶輪、所述第二履帶輪、所述第三履帶輪和所述第四履帶輪的直徑相等，所述第一履帶輪、所述第二履帶輪、所述第三履帶輪和所述第四履帶輪分別與所述四桿機構的所述第一轉動副、所述第二轉動副、所述第三轉動副、所述第四轉動副同軸線相連。當所述履帶輪的數量多于四個時，所述履帶輪還可與所述四桿機構的所第一連架桿、所述第二連架桿、所述連桿相連，所述履帶輪對履帶起到支撐改向作用。
[0007]作為進一步可選的，所述履帶輪為五個，且所述履帶輪還包括第五履帶輪，所述第五履帶輪與所述四桿機構的所述第一連架桿相連，且所述第五履帶輪中心處于所述第一連架桿兩端轉動副中心連線的外側；所述履帶包絡于五個所述履帶輪外，形成可變形五邊形履帶。
[0008]根據本發明的實施例，所述變形驅動組件為兩個時，包括第一變形驅動組件和第二變形驅動組件，分別與所述第一變形履帶單元的所述變形履帶架和所述第二變形履帶單元的所述變形履帶架相連，并驅動所述變形履帶架變形。所述變形驅動組件為一個時，所述變形驅動組件與所述中間聯接架相連，且所述變形驅動組件與所述第一變形履帶單元和所述第二變形履帶單元均相連，并驅動所述變形履帶架變形。
[0009]作為可選的，根據本發明的一實施例，所述變形驅動組件為一個，所述變形驅動組件為齒輪式變形驅動組件，且包括齒輪傳動裝置、齒輪驅動組件。所述齒輪傳動裝置與兩個所述變形履帶單元的所述變形履帶架的所述四桿機構均相連，且所述齒輪傳動裝置包括:第一齒輪，所述第一齒輪與所述第一變形履帶單元的所述變形履帶架的所述四桿機構的一個連架桿相連，且所述第一齒輪以所述連架桿與所述機架構成的轉動副為回轉中心；第二齒輪，所述第二齒輪與所述第二變形履帶單元的所述變形履帶架的所述四桿機構的相應的連架桿相連，且所述第二齒輪以所述連架桿與所述機架構成的轉動副為回轉中心，且所述第二齒輪與所述第一齒輪相嚙合。所述齒輪驅動組件與所述齒輪傳動裝置相連，并驅動所述齒輪傳動裝置嚙合轉動。作為進一步可選，所述連架桿可選擇所述第一連架桿，也可以選擇所述第二連架桿。
[0010]作為另一可選的，根據本發明的另一實施例，所述變形驅動組件為一個，所述變形驅動組件為連桿滑塊式變形驅動組件，且包括:驅動連桿、滑塊、滑塊驅動件。所述驅動連桿為兩個，記為第一驅動連桿和第二驅動連桿，所述第一驅動連桿與所述第一變形履帶單元的所述變形履帶架的所述四桿機構的一個連架桿可樞轉地相連，所述第二驅動連桿與所述第二變形履帶單元的所述變形履帶架的所述四桿機構的相應的連架桿可樞轉地相連，所述連架桿為三副元素構件。所述滑塊與兩個所述驅動連桿可樞轉地相連，且所述滑塊與所述中間聯接架可移動地相連，構成移動副。所述滑塊驅動件與所述滑塊相連，并驅動滑塊沿所述中間聯接架移動。
[0011]作為可選的，根據本發明的一實施例，兩個所述變形履帶單元均以第一履帶輪作為驅動輪，所述履帶驅動組件為一個，所述履帶驅動組件與兩個所述驅動輪均相連并驅動兩個所述驅動輪。
[0012]作為可選，所述車輪單元還包括車輪搖架，所述車輪搖架中部與中間聯接架可樞轉地相連，所述車輪與車輪搖架的一端相連；所述車輪搖架的另一端設有滾輪，所述滾輪可與所述變形履帶架的四桿機構的桿件相接觸，所述四桿機構的桿件可帶動所述滾輪上下運動，從而帶動所述車輪搖架擺動。
[0013]作為可選，所述車輪單元的所述車輪可采用普通車輪，所述車輪可采用輪轂電機車輪，所述車輪可采用軌道輪。
[0014]此外，本發明還提出了一種移動平臺，其包括主車體和兩個上述變形履輪復合懸架，兩個變形履輪復合懸架連接在所述主車體的左右兩側。
[0015]通過上述技術方案，所述中間聯接架、兩個所述變形履帶單元、兩個車輪單元以及所述變形驅動組件相連為一體，組成了所述變形履輪復合懸架；所述變形驅動組件驅動兩個所述變形履帶單元實現變形，可改變所述變形履輪復合懸架的形狀，可變形成W形、近似梯形等。因此，所述變形履輪復合懸架可根據地形主動的發生變形以滿足通過該地形的需要，這樣將可大大提高使用所述變形履輪復合懸架的履帶式移動平臺的地形適應性與地形通過性；因為變形改變了移動平臺的重心位置，以及接地履帶的長度，也可提高移動平臺的穩定性；也可實現履帶行走模式與輪式行走模式的變換。
[0016]具體而言，所述變形履帶單元包括變形履帶架，所述變形履帶架包括一個四桿機構，所述四桿機構的四個所述轉動副處均連接有所述履帶輪，四個所述履帶輪的直徑相等，所述履帶包絡于所述履帶輪外。采用此技術方案，所述四桿機構運動時，四個所述履帶輪的位置隨四桿機構變形而發生變化，因此包絡在所述履帶輪外的所述履帶的形狀發生變化，且在所述變形履帶架變化過程中所述履帶的節線長度不需發生變化。
[0017]根據另一些實施例的技術方案，所述履帶輪