專利名稱：輪腿彈跳復(fù)合式移動機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機器人技術(shù)，尤其是涉及一種輪腿彈跳復(fù)合式移動機器人。
背景技術(shù)：
移動機器人自從五十年代初美國Barrett Electronicsgs公司研制出世界第一臺自動引導(dǎo)車輛系統(tǒng)起，作為機器人學(xué)中的一個重要分支，在家庭服務(wù)、娛樂、科學(xué)考察、星際探索、軍事武器、反恐防暴、公共安全等危險與惡劣環(huán)境中有著廣闊的應(yīng)用前景。
目前，在移動機器人的運動機構(gòu)中，普遍采用輪式、履帶式和腿式機構(gòu)，輪式機器人具有結(jié)構(gòu)簡單、速度高和能耗低的優(yōu)點，但是不適合于跨越像溝壑、臺階、樓梯等障礙，越障能力差；履帶式機器人在松軟、不平坦地形等自然環(huán)境中有著較高的穿越能力和良好的環(huán)境適應(yīng)性，但存在摩擦阻力較大、能耗很高的缺點；腿式機器人具有較高的機動性，容易適應(yīng)各種復(fù)雜地面環(huán)境，但機構(gòu)與控制較為復(fù)雜。另外，相對于采用以上三種運動方式的移動機器人，彈跳機器人可以輕而易舉地躍過與自身尺寸大小相當(dāng)?shù)恼系K物或溝壑，甚至可以躍過數(shù)倍于自身尺寸的障礙物，因此更適合復(fù)雜和不可預(yù)測的環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
由于上述各種移動機器人機構(gòu)的長處與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種新型輪腿彈跳復(fù)合式移動機器人，使之具有結(jié)構(gòu)簡單，活動靈活的特點，能適應(yīng)各種復(fù)雜地形，能實現(xiàn)自復(fù)位功能和跳躍功能。
為實現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是采用了主體為四輪車體，復(fù)合前后倆擺動輪腿且彈跳機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式。具體是在裝有激光測距儀、聲音傳感器、加速度傳感器和陀螺儀的車體上安裝4個驅(qū)動輪，兩個后車輪分別由裝有第一、第二傳感器的兩個車輪驅(qū)動電機驅(qū)動，車輪驅(qū)動電機分別通過同步帶與兩個前車輪轉(zhuǎn)動連接，驅(qū)動車體前方安裝一個前擺動輪腿，其由裝有第三傳感器的前擺動輪腿驅(qū)動電機驅(qū)動，后方安裝一個后擺動輪腿，其由裝有第四傳感器的后擺動輪腿驅(qū)動電機驅(qū)動，兩個擺動輪腿能繞其所安裝的軸自由擺動，末端分別裝有車輪，車體底部與頂部開有為前、后擺動輪腿完全收回放置的槽，機器人上的CCD攝像頭安裝在具有俯仰、回轉(zhuǎn)兩個轉(zhuǎn)動自由度的云臺上，云臺安裝在可以升降的觀測臺上，觀測臺與車體之間通過兩根支桿形成擺動平行四桿結(jié)構(gòu)的升降機構(gòu)，其中支桿由裝有第五傳感器的觀測臺升降電機通過兩個傳動齒輪驅(qū)動；當(dāng)觀測臺放低時，可以恰好收回到車體前端的卡座里；在車體底部安裝有彈跳機構(gòu)。
本發(fā)明采用五臺電機，其中兩臺主電機用于主驅(qū)動，實現(xiàn)機器人的前進、后退、轉(zhuǎn)向等功能，兩臺擺動驅(qū)動電機分別驅(qū)動前后擺動輪腿，一臺升降電機控制觀測臺的升降。
本發(fā)明具有的有益效果是本發(fā)明的機器人由于采用了前后擺動輪腿，不但增加了越障能力，而且借助于后擺動輪腿，當(dāng)機器人傾覆時能實現(xiàn)自復(fù)位功能，本發(fā)明中機器人底部安裝的彈跳機構(gòu)突破了一般地面移動機器人的限制，實現(xiàn)了飛躍越障功能，安裝CCD攝像頭的云臺安裝在可升降的觀測臺中，大大增加了機器人的視野，由于以上特點，本發(fā)明在野外自然環(huán)境下具備很高的環(huán)境適應(yīng)性和越障能力。


圖1是本發(fā)明各機構(gòu)伸出時的前視圖；圖2是本發(fā)明反映內(nèi)部傳動機構(gòu)(去掉頂蓋，且后擺動輪腿伸出與觀測臺升起)的俯視圖；圖3(b)是本發(fā)明各機構(gòu)完全收回時的前視圖，其中(a)是局部視圖A所示的是彈跳機構(gòu)的示意圖；圖4是圖3的A-A剖視圖；圖5是本發(fā)明各機構(gòu)完全收回時的俯視圖；圖6是本發(fā)明各機構(gòu)完全收回時的仰視圖；圖7是本發(fā)明復(fù)位過程示意圖；圖8是本發(fā)明越障過程示意圖；圖9是本發(fā)明跨溝過程示意圖；圖10是本發(fā)明飛躍過程示意圖。
圖中1、車體；2、后擺動輪腿；3.1、3.2、3.3、3.4、車輪；4.1、4.2、支桿；5、后擺動輪腿車輪；6、云臺；7、觀測臺；8、前擺動輪腿；9.1、9.2、彈跳機構(gòu)；10、前擺動輪腿車輪；11、后擺動輪腿驅(qū)動電機；12、觀測臺升降驅(qū)動電機；13.1、13.2、車輪驅(qū)動電機；14.1、14.2、同步帶；15、前擺動輪腿驅(qū)動電機；16.1、16.2、傳動齒輪；17、彈跳機構(gòu)電機；18、螺旋傳動機構(gòu)；19、彈簧；20、底板。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
如圖1～圖6所示，本發(fā)明采用了主體為四輪車體，復(fù)合前后倆擺動輪腿且彈跳機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式，在裝有激光測距儀、聲音傳感器、加速度傳感器和陀螺儀的機器人車體1上安裝4個驅(qū)動輪3，兩個后車輪3.1、3.2分別由車輪驅(qū)動電機13.2、13.1驅(qū)動，兩個前車輪3.3、3.4通過同步帶14.1、14.2也分別由車輪驅(qū)動電機13.1、13.2驅(qū)動。車體1前方安裝一個前擺動輪腿8，其由前擺動輪腿驅(qū)動電機15驅(qū)動，后方安裝一個后擺動輪腿2，其由后擺動輪腿驅(qū)動電機11驅(qū)動，兩個擺動輪腿能繞其所安裝的軸自由轉(zhuǎn)動，末端都裝有車輪5和10，車體1底部與頂部開有為前、后擺動輪腿8、2完全收回放置的槽，在平坦的地面上行走時，前后擺動輪腿8、2都收到車體1內(nèi)，為4輪車，而在越障、跨溝和翻滾時則將擺動輪腿伸展開，構(gòu)成3輪式；CCD攝像頭安裝在具有兩個轉(zhuǎn)動自由度(俯仰、回轉(zhuǎn))的云臺6上，云臺6安裝在可以升降的觀測臺7上，觀測臺7與車體1之間通過兩根支桿4.1、4.2形成平行四桿結(jié)構(gòu)的升降機構(gòu)，其中支桿4.2由觀測臺升降電機12通過傳動齒輪16.1、16.2驅(qū)動。當(dāng)觀測臺7放低時，可以恰好收回到車體1前端的卡座里；在車體1底部安裝有彈跳機構(gòu)9，需要時實現(xiàn)機器人的飛躍越障功能。
本發(fā)明采用六臺電機，其中兩臺主電機用于主驅(qū)動，實現(xiàn)機器人的前進、后退、轉(zhuǎn)向等功能，兩臺擺動驅(qū)動電機分別驅(qū)動前后擺動輪腿，一臺升降電機控制觀測臺的升降，一臺電機用于彈跳機構(gòu)的彈簧伸縮。
圖3中(a)是局部視圖A給出的彈跳機構(gòu)的示意圖，其組成為直流電機17位于機構(gòu)頂部，螺旋傳動裝置18貫穿機構(gòu)整體，他們構(gòu)成了彈跳機構(gòu)的驅(qū)動機構(gòu)，螺旋傳動機構(gòu)18把電機17的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為垂直方向上的直線行動，從而實現(xiàn)了彈簧19的壓縮，當(dāng)螺旋傳動機構(gòu)18把彈簧19壓縮到一定位置，由鎖定機構(gòu)實現(xiàn)彈簧19的鎖定，螺旋傳動機構(gòu)18的繼續(xù)向下運動將觸發(fā)釋放機構(gòu)，釋放彈簧，儲存在彈簧中的能量將推動整個機構(gòu)，實現(xiàn)機構(gòu)的彈跳。彈跳機構(gòu)借鑒他人成果不在本專利申請范圍內(nèi)。
以下結(jié)合圖對機器人的各動作的實現(xiàn)進行說明。
(1)圖7(機器人復(fù)位)機器人在復(fù)雜地形上高速行走以及在彈跳越障后可能會出現(xiàn)傾覆的情況，這就要求機器人能夠自動恢復(fù)到機動狀態(tài)。機器人復(fù)位過程如圖所示，當(dāng)機器人所帶傳感器感知車體傾覆時(圖a)，利用后擺動輪腿2作向外擺動(圖b、圖c)，實現(xiàn)機器人復(fù)位(圖d)。
(2)圖8(越障)當(dāng)機器人遇到僅靠車輪3.3、3.4無法跨越的障礙時(圖a)，可以依靠前后擺動輪腿8、2實現(xiàn)越障。越障時，根據(jù)障礙的高度或坡度將前擺動輪腿8抬起一定角度使前擺動輪腿車輪10在障礙之上(圖b)，然后向下擺動頂起車輪3.3、3.4同時驅(qū)動車輪使車輪3.3、3.4跨到障礙之上(圖c、圖d)，后擺動輪腿2向下擺著地頂起移動機器人，然后驅(qū)動車輪(圖e、圖f、)使移動機器人四個車輪都在障礙之上，這樣就實現(xiàn)了移動機器人越障。過程如圖所示。
(3)圖9(跨溝)當(dāng)機器人遇到較深的溝且寬度在機器人前車輪3.3、3.4與后車輪3.1、3.2距離之間時(圖a)，可以借助前后擺動輪腿8、2實現(xiàn)跨溝功能?？鐪蠒r，前擺動輪腿8擺出(圖b)，依靠前擺動輪腿8著地溝對岸以免機器人調(diào)入溝中(圖c、)，驅(qū)動車輪3.1、3.2使機器人前進(圖d)，此時驅(qū)動后擺動輪腿2使后擺動輪腿2著地(圖e)，同樣避免機器人掉入溝中，驅(qū)動車輪使機器人跨過溝(圖f、圖g)，最后收起后擺動輪腿2(圖h)。具體過程如圖所示(4)圖10(飛躍)當(dāng)機器人遇到不可跨越的溝或無法借助前擺動輪腿跨越的障礙時(圖a)，可以由控制器給彈跳機構(gòu)發(fā)出信號，彈跳機構(gòu)彈簧彈出實現(xiàn)機器人飛躍溝渠或障礙(圖b、圖c)，彈跳機構(gòu)彈出后直流電機立即啟動，通過旋轉(zhuǎn)運動壓縮彈簧使其在機器人落地前實現(xiàn)彈跳機構(gòu)收回(圖d)。具體過程如圖所示。
機器人的整體控制如下圖所示，機器人對環(huán)境的感知由安裝在車體上的激光測距儀、聲音傳感器、加速度傳感器、陀螺儀和安裝在觀測臺內(nèi)的CCD獲知并把信號傳送給控制器，由控制器計算并發(fā)出指令對各電機進行控制，各電機的運行狀態(tài)同樣由電機傳感器反饋給控制器。所以機器人的各種功能，如復(fù)位、越障、跨溝、彈跳等，都由各傳感器感知機器人所處周圍環(huán)境后，由控制器發(fā)信號控制各電機和彈跳機構(gòu)實現(xiàn)所需的功能。
以上元器件均可通過選購?fù)赓徣〉谩?br> 上述具體實施方式
用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種輪腿彈跳復(fù)合式移動機器人，其特征在于在裝有激光測距儀、聲音傳感器、加速度傳感器和陀螺儀的車體(1)上安裝4個驅(qū)動輪(3)，兩個后車輪(3.1、3.2)分別由裝有第一、第二傳感器的兩個車輪驅(qū)動電機(13.2、13.1)驅(qū)動，車輪驅(qū)動電機(13.2、13.1)分別通過同步帶(14.2、14.1)與兩個前車輪(3.3、3.4)轉(zhuǎn)動連接，驅(qū)動車體(1)前方安裝一個前擺動輪腿(8)其由裝有第三傳感器的前擺動輪腿驅(qū)動電機(15)驅(qū)動，后方安裝一個后擺動輪腿(2)，其由裝有第四傳感器的后擺動輪腿驅(qū)動電機(11)驅(qū)動，兩個擺動輪腿(2、8)能繞其所安裝的軸自由擺動，末端分別裝有車輪(5、10)，車體(1)底部與頂部開有為前、后擺動輪腿(8、2)完全收回放置的槽，機器人上的CCD攝像頭安裝在具有俯仰、回轉(zhuǎn)兩個轉(zhuǎn)動自由度的云臺(6)上，云臺(6)安裝在可以升降的觀測臺(7)上，觀測臺(7)與車體(1)之間通過兩根支桿(4.1、4.2)形成擺動平行四桿結(jié)構(gòu)的升降機構(gòu)，其中支桿(4.2)由裝有第五傳感器的觀測臺升降電機(12)通過兩個傳動齒輪(16.1、16.2)驅(qū)動；當(dāng)觀測臺(7)放低時，可以恰好收回到車體(1)前端的卡座里；在車體(1)底部安裝有彈跳機構(gòu)(9)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種輪腿彈跳復(fù)合式移動機器人。采用了主體為四輪車體，復(fù)合前后倆擺動輪腿且彈跳機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式。該機器人機構(gòu)融合輪式機構(gòu)和腿式機構(gòu)的優(yōu)點，并且可以根據(jù)不同的地形條件變換運動模式。本發(fā)明的機器人由于采用了前后擺動輪腿，不但增加了越障能力，而且借助于后擺動輪腿，當(dāng)機器人傾覆時能實現(xiàn)自復(fù)位功能，本發(fā)明中機器人底部安裝的彈跳機構(gòu)突破了一般地面移動機器人的限制，實現(xiàn)了飛躍越障功能，安裝CCD攝像頭的云臺安裝在可升降的觀測臺中，大大增加了機器人的視野，由于以上特點，本發(fā)明在野外自然環(huán)境下具備很高的環(huán)境適應(yīng)性和越障能力。
文檔編號A63H11/00GK1994804SQ200610155370
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月21日
發(fā)明者王宣銀, 程佳, 富曉杰 申請人:浙江大學(xué)