專利名稱：履帶—雪橇組合式長航程極地自主漫游機器人的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種極地漫游機器人，特別是一種履帶一雪橇組合式的長航程極地漫游機器人。
背景技術：
南極因其特殊地理環(huán)境、豐富礦藏資源等，具有很高的科學、經(jīng)濟、戰(zhàn)略和政治價值，使其成為各國關注的焦點。面對南極復雜環(huán)境，科考作業(yè)具有高成本、高危險性和地域局限性，同時技術裝備手段匱乏。目前應用于極地的機器人的共同點主要還是依靠蓄電池作為提供主動動力的能源的輪式或履帶式機器人，沒有充分利用太陽能和風能等極地可再生能源。由于能源供給不足或者雪地適應性的限制，目前極地機器人很難滿足長航程的極地探測任務。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所需要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術中的缺點與不足，提供一種履帶、雪橇組合式長航程極低自主漫游機器人，并安裝有可控主動與發(fā)電一體化的風能復用裝置以節(jié)約和存儲能源，保證探測任務的完成。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用下述技術方案
一種履帶-雪橇組合式極地漫游機器人，包括抗傾覆系統(tǒng)、履帶式行走機構和風能復用裝置。所述的抗傾覆系統(tǒng)與履帶式行走機構通過滑動套筒連接，所述的風能復用裝置固定在抗傾覆系統(tǒng)中的長套筒尾部。所述的抗傾覆系統(tǒng)主要包括三對支腿、三個雪橇、短套筒、長套筒、密封筒組件、軸向轉動組件、軸向移動組件、升降組件；所述的三對支腿一端分別與三個雪橇固定連接，每對支腿的兩個支腿另一端分別與短套筒或長套筒的凸柱通過螺栓固定連接；所述短套筒和長套筒的三個凸柱分別沿其軸線周向均布，短套筒和長套筒通過螺栓對接；所述的密封筒組件包括密封筒、密封前蓋和密封后蓋，所述的密封筒的前后兩端與密封前蓋、密封后蓋固定連接，所述的密封前蓋以轉動副安裝在短套筒上，所述的密封后蓋以轉動副安裝在長套筒上，密封筒組件可以繞短套筒與長套筒的軸向進行轉動。所述的軸向轉動組件包括電機組件a、圓柱齒輪副，所述的電機組件a中的電機座固定在密封筒組件的頂部內(nèi)側，所述的圓柱齒輪副包括大齒輪、小齒輪，大齒輪與小齒輪外嚙合，大齒輪固定安裝在短套筒上，小齒輪安裝在電機組件a的減速器軸上；所述的電機組件包括電機a、減速器、電機座，電機與減速器固定連接，減速器安裝在電機座上。所述的軸向移動組件通過電機座固定在密封筒組件的底部內(nèi)側，所述的軸向移動組件包括電機組件b、聯(lián)軸器、滾珠絲杠、絲杠螺母組件、導軌、支撐板；所述的電機組件b通過聯(lián)軸器與滾珠絲杠一端連接，另一端安裝在支撐板的中間孔中，所述的支撐板安裝在長套筒尾部，并可繞長套筒軸向轉動；所述的導軌與絲杠平行安裝，兩端分別安裝在密封后板、支撐板的安裝孔中；所述的絲杠螺母組件包括絲杠螺母、承重底座，所述的絲杠螺母安裝在絲杠上，并可以沿絲杠軸向移動，絲杠螺母固定在承重底座上，承重底座同時安裝在導軌上，可沿導軌軸向移動。所述的升降組件通過絲杠螺母組件的承重底座與軸向移動組件固定連接，所述的升降組件包括安裝套筒、升降套筒、電機組件C、錐齒輪副a、傳力絲杠、絲杠安裝板；所述的安裝套筒與絲杠螺母組件的承重底座固定連接，與升降套筒滑動裝配；所述的電機組件c安裝在安裝套筒內(nèi)側，所述的錐齒輪副包括小錐齒輪、大錐齒輪，大錐齒輪安裝在傳力絲杠頂部，傳力絲杠安裝在絲杠安裝板上，所述的絲杠安裝板安裝在安裝套筒內(nèi)側，距最頂端約200mm ;所述的升降套筒頂部加工有螺紋孔，與傳力絲杠之間螺紋配合，與履帶式行走機構部分固定連接。所述的履帶式行走機構包括殼體、電機組件d、錐齒輪副b、主動輪、主動輪軸、主動輪軸組件、從動輪、從動輪軸、從動輪軸組件、連接板、承重輪、履帶。所述的殼體與升降套筒固定連接，所述的電機組件d安裝在殼體底面上，所述的錐齒輪副b的大小齒輪安裝在主動輪軸和電機組件d的減速器軸上，所述的主動輪軸通過主動輪軸組件安裝在殼體上，主 動輪軸的伸出端安裝主動輪，主動輪軸組件包括軸承座、軸承蓋、軸承；所述的從動輪軸通過從動輪軸組件安裝在殼體上，從動輪軸的伸出端安裝從動輪，從動輪軸組件包括軸承座、軸承蓋、軸承；所述的連接板固定安裝在殼體兩側，連接板底部固定安裝承重輪軸及其組件，承重輪固定安裝在承重輪軸上；所述的履帶安裝在主動輪、從動輪與承重輪上。所述的風能復用裝置包括風機、風機支架，所述的風機通過風機支架安裝在長套筒尾端。本發(fā)明所涉及的履帶雪橇組合式長航程漫游機器人的工作原理如下在南極自主探測過程中，當風力可以提供推力的條件下，風能復用裝置在風力作用下，推動機器人前進，同時將富余風能轉化為電能存儲起起來；當風力不能提供推力的條件下，控制系統(tǒng)使升降組件的電機轉動，通過齒輪副、傳力絲杠使履帶著地，履帶行走裝置的電機轉動，通過齒輪副、主動輪軸、主動輪帶動履帶轉動，為機器人前進提供動力；當強大風速使機器人發(fā)生翻轉時，兩條雪橇著地，控制系統(tǒng)發(fā)出信號，使軸向轉動組件的電機轉動，通過圓柱齒輪畐IJ，帶動密封筒組件繞長套筒軸向轉動，使履帶式行走機構轉至套筒正下方，恢復初始狀態(tài)；當機器人行進過程中遇到冰溝裂縫時，軸向移動組件與升降組件動作，使履帶與雪橇進行不同方式組合，以實現(xiàn)機器人越障功能，具體動作如下軸向移動組件電機轉動，通過滾珠絲杠，將履帶式行走機構部分移動至近冰溝裂縫位置，軸向移動電機停止轉動，升降組件的電機轉動，使履帶行走機構部分著地，并施加一定負載，升降組件的電機停止轉動，軸向移動組件的電機轉動，由于履帶行走機構部分與地面接觸，電機轉動帶動主動機器人的其余組件向前移動，直至雪橇前端抵達冰溝裂縫另一側，軸向移動組件的電機停止轉動，升降組件的電機轉動，帶動履帶式行走機構部分上升，是履帶與地面脫離，升降組件的電機停止轉動，軸向移動組件的電機轉動，帶動履帶式行走機構部分移動到冰溝裂縫的另一側，軸向移動組件的電機停止轉動，升降組件的電機轉動，使履帶行走機構部分著地，并施加一定負載，升降組件的電機停止轉動，軸向移動組件的電機轉動，由于履帶行走機構部分與地面接觸，電機轉動帶動主動機器人的其余組件向前移動，直至雪橇后端抵達冰溝裂縫另一側。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著技術進
I K
少:本發(fā)明通過履帶和雪橇的位置變換，可完成自主復位、跨越較大的冰溝裂縫。通過風能復用裝置合理利用風能為機器人提供前進動力，并將風能轉化為電能儲備，實現(xiàn)可控主動與發(fā)電一體化，保證機器人長航自主探測任務的順利完成。


圖I是履帶-雪橇組合式極地漫游機器人結構示意圖。圖2是圖I去掉雪橇的結構示意圖。圖3是圖I中I處局部放大圖。圖4是履帶-雪橇組合式極地漫游機器人履帶式行走機構部分俯視圖(a)和側視圖(b)。圖5是抗傾覆系統(tǒng)工作過程示意圖(a)、(b)、(c)。 圖6是履帶-雪橇組合式極地漫游機器人跨溝過程示意圖a)遇到冰縫，b)履帶軸向移動，c)履帶下降，d)機器人軸向移動，e)履帶上升，f)履帶軸向移動，g)履帶下降，h)機器人軸向移動，i)履帶上升，j)履帶復位。
具體實施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實施例結合附圖詳述如下
實施例一
參見圖廣圖4，本履帶一雪橇組合式長航程極地自主漫游機器人，由抗傾覆系統(tǒng)(01)、履帶式行走機構(02)和風能復用裝置(05)組成，其特征在于所述的抗傾覆系統(tǒng)(01)與履帶式行走機構(02)通過抗傾覆系統(tǒng)(01)的一個長套筒(26)和一個短套筒(4)活動連接，所述的風能復用裝置(05)固連在所述的長套筒(26)尾部。實施例二
本實施例與實施例一基本相同，特別之處是所述的抗傾覆系統(tǒng)(01)包括三個雪橇
(I)、三對支腿(2)、短套筒(4)、長套筒(26)、密封筒組件(06)、軸向轉動組件(08)、軸向移動組件(09)和升降組件(03)，所述的三對支腿(2)—端分別與三個雪橇(I)固定連接，每對支腿的兩個支腿另一端分別與短套筒(4)或長套筒(26)的凸柱(5)連接，三對支腿(2)呈120°周向分布；所述短套筒(4)和長套筒(26)的三個凸柱(5)周向均布，短套筒(4)和長套筒(26 )通過螺栓固定連接；所述的密封筒組件(06 )包括密封筒(24 )、密封前蓋(3 )和密封后蓋(25 )，密封筒(24 )與密封前蓋(3 )、密封后蓋(25 )固定連接；所述的軸向轉動組件
(08)通過一個電機座固定在密封筒組件(06)的頂部內(nèi)側,包括電機組件a (07a)和圓柱齒輪副；所述的軸向移動組件(09)通過一個電機座固定在密封筒組件(06)的底部內(nèi)側，包括電機組件b (07b)、聯(lián)軸器(6)、滾珠絲杠(7)、絲杠螺母組件、導軌(8)、支撐板(27)，所述的電機組件b (07b )通過聯(lián)軸器(6 )與滾珠絲杠(7 ) 一端連接,滾珠絲杠(7 )另一端安裝在支撐板(27)的中間孔中；所述的支撐板(27)滑套安裝在長套筒(26)尾部，可繞長套筒(26)軸向轉動；所述的導軌(8)與絲杠(7)平行安裝，兩端分別安裝在密封后蓋(25)和支撐板
(27)的安裝孔中；所述的絲杠螺母組件包括絲杠螺母(22)和承重底座(23)，所述的絲杠螺母(22 )旋配安裝在絲杠(7 )上，可沿絲杠(7 )軸向移動，絲杠螺母(22 )固定連接承重底座
(23)，承重底座(23)同時安裝在導軌(8)上，可沿導軌(8)軸向移動；所述的升降組件通過絲杠螺母(22)的承重底座(23)與軸向移動組件(08)固定連接，包括安裝套筒(9)、升降套筒(17)、電機組件c (07c)、錐齒輪副a (04a)、傳力絲杠(18)和絲杠安裝板(21)，所述的安裝套筒(9)與絲杠螺母組件的承重底座(23)固定連接，與升降套筒(17)滑動裝配；所述的絲杠安裝板(21)安裝在安裝套筒(9)內(nèi)側，距最頂端約200mm±20mm;所述的升降套筒(17)頂部加工有螺紋孔，與傳力絲杠(18)之間螺紋配合，與履帶式行走機構(02)固定連接。實施例三
本實施例與實施例一基本相同，特別之處是所述的履帶式行走機構(02)包括殼體(38)、電機組件d (07d)、錐齒輪副b (04b)、主動輪(14)、主動輪軸(15)、主動輪軸組件 (011)、從動輪(10 )、從動輪軸(11)、從動輪軸組件(010)、連接板(30 )、承重輪(12 )和履帶
(16)，所述的殼體(38)與升降套筒(17)固定連接；所述的電機組件d (07d)安裝在殼體
(38)底面上；所述的主動輪軸(15)通過主動輪軸組件(011)安裝在殼體(38)上，主動輪軸組件(011)包括軸承座(35 )、軸承(36 )、軸承蓋(37 );所述的從動輪軸(11)通過從動輪軸組件(010 )安裝在殼體(38 )上，從動輪軸組件(010 )包括軸承座(31)、軸承蓋(32 )、軸承(33 );所述的連接板(30)固定安裝在殼體(38)兩側，連接板(30)底部固定安裝承重輪軸(13)及其組件，承重輪(12)固定安裝在承重輪軸(13)上；所述的履帶(16)安裝在主動輪(14)、從動輪(10)與承重輪(12)上。實施例四
本實施例與實施例一基本相同，特別之處是所述的風能復用裝置(05)包括風機(29)和風機支架(28 )，所述的風機(29 )通過風機支架(28 )安裝在長套筒(26 )尾端。具體應用
1.在南極自主探測過程中，當風力可以提供推力的條件下，風能復用裝置05在風力作用下，推動機器人前進，同時將富余風能轉化為電能存儲起起來；當風力不能提供推力的條件下，控制系統(tǒng)使升降組件03的電機轉動，通過錐齒輪副04、傳力絲杠18使履帶16著地，履帶行走裝置02的電機轉動，通過錐齒輪副04、主動輪軸15、主動輪14帶動履帶16轉動，為機器人如進提供動力；
2.當強大風速使機器人發(fā)生翻轉時,兩條雪橇I著地，控制系統(tǒng)發(fā)出信號，使軸向轉動組件08的電機轉動，通過圓柱齒輪副，帶動密封筒組件06繞長套筒26軸向轉動，使機器人復位到初始狀態(tài)；當機器人行進過程中遇到冰溝裂縫時，軸向移動組件09與升降組件03動作，使履帶16與雪橇I進行不同方式組合，以實現(xiàn)機器人越障功能，具體動作如下軸向移動組件09的電機轉動，通過滾珠絲杠18，將履帶式行走機構02移動至近冰溝裂縫位置，軸向移動組件09的電機停止轉動，升降組件03的電機轉動，使履帶行走機構02著地，并施加一定負載，升降組件03的電機停止轉動，軸向移動組件09的電機轉動，由于履帶行走機構02與地面接觸，電機34轉動帶動主動機器人的其余組件向前移動，直至雪橇I前端抵達冰溝裂縫另一側，軸向移動組件08的電機停止轉動，升降組件03的電機轉動，帶動履帶式行走機構02上升，使履帶16與地面脫離，升降組件03的電機停止轉動，軸向移動組件09的電機轉動，帶動履帶式行走機構02移動到冰溝裂縫的另一側，軸向移動組件09的電機停止轉動，升降組件03的電機轉動，使履帶行走機構02著地，并施加一定負載，升降組件03的電機停止轉動，軸向移動組件08的電機轉動，由于履帶行走機構與地面接觸，電機轉動帶動主動機器人的其余組件向前移動，直至雪橇后端抵達冰溝裂縫另一側。
權利要求
1.一種履帶-雪橇組合式長航程極地自主漫游機器人，由抗傾覆系統(tǒng)(01)、履帶式行走機構(02)和風能復用裝置(05)組成，其特征在于所述的抗傾覆系統(tǒng)(01)與履帶式行走機構(02)通過抗傾覆系統(tǒng)(01)的一個長套筒(26)和一個短套筒(4)活動連接，所述的風能復用裝置(05 )固連在所述的長套筒(26 )尾部。
2.根據(jù)權利要求I所述的履帶-雪橇組合式極地漫游機器人，其特征在于所述的抗傾覆系統(tǒng)(01)包括三個雪橇(I)、三對支腿(2)、短套筒(4)、長套筒(26)、密封筒組件(06 )、軸向轉動組件(08 )、軸向移動組件(09 )和升降組件(03 )，所述的三對支腿(2 ) 一端分別與三個雪橇(I)固定連接，每對支腿的兩個支腿另一端分別與短套筒(4)或長套筒(26)的凸柱(5)連接，三對支腿(2)呈120°周向分布；所述短套筒(4)和長套筒(26)的三個凸柱(5)周向均布，短套筒(4)和長套筒(26)通過螺栓固定連接；所述的密封筒組件(06)包括密封筒(24)、密封前蓋(3)和密封后蓋(25)，密封筒(24)與密封前蓋(3)、密封后蓋(25)固定連接；所述的軸向轉動組件(08 )通過一個電機座固定在密封筒組件(06 )的頂部內(nèi)側，包括電機組件a (07a)和圓柱齒輪副；所述的軸向移動組件(09)通過一個電機座固定在密封筒組件(06)的底部內(nèi)側，包括電機組件b (07b)、聯(lián)軸器(6)、滾珠絲杠(7)、絲杠螺母組件、導軌(8)、支撐板(27)，所述的電機組件b (07b)通過聯(lián)軸器(6)與滾珠絲杠(7)—端連接，滾珠絲杠(7)另一端安裝在支撐板(27)的中間孔中；所述的支撐板(27)滑套安裝在長套筒(26)尾部，可繞長套筒(26)軸向轉動；所述的導軌(8)與絲杠(7)平行安裝，兩端分別安裝在密封后蓋(25)和支撐板(27)的安裝孔中；所述的絲杠螺母組件包括絲杠螺母(22)和承重底座(23)，所述的絲杠螺母(22)旋配安裝在絲杠(7)上，可沿絲杠(7)軸向移動，絲杠螺母(22)固定連接承重底座(23)，承重底座(23)同時安裝在導軌(8)上，可沿導軌(8)軸向移動；所述的升降組件通過絲杠螺母(22)的承重底座(23)與軸向移動組件(08)固定連接，包括安裝套筒(9)、升降套筒(17)、電機組件c (07c)、錐齒輪副a (04a)、傳力絲杠(18)和絲杠安裝板(21)，所述的安裝套筒(9)與絲杠螺母組件的承重底座(23)固定連接，與升降套筒(17)滑動裝配；所述的絲杠安裝板(21)安裝在安裝套筒(9)內(nèi)側，距最頂端約200mm±20mm ;所述的升降套筒(17)頂部加工有螺紋孔，與傳力絲杠(18)之間螺紋配合，與履帶式行走機構(02)固定連接。
3.根據(jù)權利要求I所述的履帶-雪橇組合式極地漫游機器人，其特征在于所述的履帶式行走機構(02)包括殼體(38)、電機組件d (07d)、錐齒輪副b (04b)、主動輪(14)、主動輪軸(15 )、主動輪軸組件(011)、從動輪(IO )、從動輪軸(11)、從動輪軸組件(OIO )、連接板(30)、承重輪(12)和履帶(16)，所述的殼體(38)與升降套筒(17)固定連接；所述的電機組件d (07d)安裝在殼體(38)底面上；所述的主動輪軸(15)通過主動輪軸組件(011)安裝在殼體(38 )上，主動輪軸組件(011)包括軸承座(35 )、軸承(36 )、軸承蓋(37 );所述的從動輪軸(11)通過從動輪軸組件(010)安裝在殼體(38 )上，從動輪軸組件(010)包括軸承座(31)、軸承蓋(32 )、軸承(33 );所述的連接板(30 )固定安裝在殼體(38 )兩側，連接板(30 )底部固定安裝承重輪軸(13)及其組件，承重輪(12)固定安裝在承重輪軸(13)上；所述的履帶(16 )安裝在主動輪(14 )、從動輪(10 )與承重輪(12 )上。
4.根據(jù)權利要求I所述的履帶-雪橇組合式極地漫游機器人，其特征在于所述的風能復用裝置(05 )包括風機(29 )和風機支架(28 )，所述的風機(29 )通過風機支架(28 )安裝在長套筒(26)尾端。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種履帶—雪橇組合式長航程極地自主漫游機器人。本發(fā)明由抗傾覆系統(tǒng)部分、履帶式行走機構部分和風能復用裝置部分組成。所述的抗傾覆系統(tǒng)部分通過滑動套筒與履帶式行走機構部分連接，風能復用裝置安裝在抗傾覆系統(tǒng)的尾部。本發(fā)明通過履帶和雪橇的位置變換，可完成自主復位、跨越較大的冰溝裂縫；通過風能復用裝置合理利用風能為機器人提供前進動力，并將風能轉化為電能儲備，實現(xiàn)可控主動與發(fā)電一體化，保證機器人長航程自主探測任務的順利完成。
文檔編號B60L8/00GK102874338SQ20121035585
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月24日 優(yōu)先權日2012年9月24日
發(fā)明者劉吉成, 陳鵬偉, 李斌, 劉樹林, 周曉君, 翟宇毅 申請人:上海大學