專利名稱：一種適應(yīng)于多種障礙環(huán)境的復(fù)合機(jī)構(gòu)機(jī)器人裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種采用復(fù)合機(jī)構(gòu)的，具有結(jié)構(gòu)變形能力的機(jī)器人裝置。將機(jī)器人置于各種結(jié)構(gòu)化或野外非確定性環(huán)境中，能夠進(jìn)行正常移動(dòng)，能夠越過(guò)凸起的障礙物，且能夠通過(guò)一定寬度的溝壑。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的輪式或履帶式機(jī)器人在應(yīng)用中存在各種問(wèn)題。比如，采用輪式的機(jī)器人，雖然在環(huán)境中能夠快速移動(dòng)，但不能適應(yīng)崎嶇、泥濘和松軟的路面行駛；而履帶式機(jī)器人，雖然克服輪式機(jī)器人在泥濘和松軟路面上行駛時(shí)易遇到的陷入等問(wèn)題，但存在行駛速度慢，易磨損等問(wèn)題。
本機(jī)器人裝置的意義在于具有通常的越障機(jī)器人的基本功能，在其中綜合運(yùn)用輪式、履帶兩種運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)形式，并通過(guò)結(jié)構(gòu)變形，使得機(jī)器人適應(yīng)各種不同的道路狀況，比如，平坦、崎嶇、泥濘、松軟，以及一定的坡度等，在平坦的路面上，充分利用輪式機(jī)構(gòu)可以快速行駛的優(yōu)點(diǎn)，而在其他路況條件下，則充分利用履帶的單位面積受力小，路面附著力大的優(yōu)點(diǎn)，使得可以順利通過(guò)。該機(jī)器人具有的增強(qiáng)的獨(dú)特功能在于，在路面行駛過(guò)程中，遇到障礙一、障礙物為溝壑，溝壑寬度小于1/2履帶長(zhǎng)度加上臂長(zhǎng)，二、障礙物為凸起物，障礙物高度低于輪徑加上臂長(zhǎng)，通過(guò)連續(xù)的組合結(jié)構(gòu)變形，調(diào)整機(jī)器人與地面的接觸長(zhǎng)度、重心和姿態(tài)，使得機(jī)器人都能夠可靠通過(guò)障礙物，不會(huì)造成機(jī)器人被阻擋或陷入。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種可適應(yīng)各種不同環(huán)境使用的機(jī)器人裝置，可在各種路況條件下，包括存在突起的障礙物或溝壑的情形下，該裝置都能夠通過(guò)變形方式來(lái)適應(yīng)，并可靠地通過(guò)。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種適應(yīng)于多種障礙環(huán)境的復(fù)合機(jī)構(gòu)機(jī)器人裝置，移動(dòng)本體兩側(cè)安裝了由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輪，本體上安裝有電源、控制電路等外設(shè)裝置，其特征在于所述的移動(dòng)本體兩側(cè)對(duì)稱安裝了一組平移副及其驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)，平移副的平移塊上各安裝一搖臂機(jī)構(gòu)及其驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)作為轉(zhuǎn)動(dòng)副，搖臂機(jī)構(gòu)的另一端轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接了履帶行走機(jī)構(gòu)。
所述的平移副由螺桿、螺母、導(dǎo)桿組成，螺母和導(dǎo)桿滑動(dòng)配合，螺母和螺桿螺紋配合，其驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)安裝在本體上并驅(qū)動(dòng)螺桿；螺母上固定安裝有平移塊，搖臂機(jī)構(gòu)由搖臂轉(zhuǎn)軸、搖臂組成；搖臂轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在平移塊上，其驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)安裝在平移塊上驅(qū)動(dòng)搖臂轉(zhuǎn)軸，搖臂轉(zhuǎn)軸固定連接有搖臂；該驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)輸出軸上裝置彈簧預(yù)緊機(jī)構(gòu)和電磁制動(dòng)器，由預(yù)緊彈簧實(shí)現(xiàn)自鎖，由電磁制動(dòng)器線圈得電脫扣實(shí)現(xiàn)解鎖；履帶行走機(jī)構(gòu)由履帶支承機(jī)構(gòu)、履帶、驅(qū)動(dòng)輪、及其驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)組成，履帶安裝在履帶支承機(jī)構(gòu)外，搖臂一端通過(guò)連桿和履帶支承機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，驅(qū)動(dòng)輪及其驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)安裝在履帶支承機(jī)構(gòu)的兩端。
移動(dòng)本體是多層箱體結(jié)構(gòu)，電源、控制電路等外設(shè)裝置安裝在箱體內(nèi)，搖臂轉(zhuǎn)軸的端部安裝有齒輪，其驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)的輸出軸安裝有齒輪與之嚙合。
本發(fā)明采用輪式和履帶行走機(jī)構(gòu)的機(jī)器人裝置，四個(gè)對(duì)稱分布的車輪安裝在移動(dòng)本體底板下，提供前進(jìn)或倒退的驅(qū)動(dòng)力，在運(yùn)動(dòng)方向中心軸線同側(cè)的兩個(gè)車輪由同一組驅(qū)動(dòng)控制電路控制各自的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過(guò)在左右兩側(cè)電機(jī)上分配相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電壓，使得機(jī)器人完成前進(jìn)、后退或轉(zhuǎn)彎的動(dòng)作。
兩個(gè)對(duì)稱分布的履帶行走機(jī)構(gòu)，在通常使用車輪的情形下，保持與地面之間的一定的高度，即不工作。履帶與搖臂連接處，裝置了可自鎖的減速電機(jī)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)履帶的姿態(tài)調(diào)整，保持與水平面一定的角度。
搖臂可做接近360度的旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)履帶在空間的任意姿態(tài)調(diào)整。
驅(qū)動(dòng)搖臂和履帶旋轉(zhuǎn)的減速電機(jī)機(jī)構(gòu)，在未加電的情形下，彈簧預(yù)緊制動(dòng)器，能夠使得搖臂和履帶保持自鎖的穩(wěn)定姿態(tài)。在電機(jī)得電的同時(shí)，通過(guò)電磁鐵解除預(yù)緊脫扣，從而帶動(dòng)搖臂和履帶的旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明所述的驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)包括電機(jī)和與之配套的減速器。
綜上所述，機(jī)構(gòu)的變形可以做到車輪著地，履帶以各種角度懸空。
履帶著地，本體抬高，即車輪懸空。
履帶、本體同時(shí)著地，共同支撐本體。
單邊履帶著地，另一履帶以各種角度懸空。
當(dāng)履帶著地時(shí)，履帶驅(qū)動(dòng)輪在減速電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，不斷帶動(dòng)履帶轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)履帶行走功能。
本發(fā)明裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單，易于模塊化，控制容易，變形快，適應(yīng)面寬，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的一種實(shí)施結(jié)構(gòu)主視圖；圖3為本發(fā)明的一種實(shí)施結(jié)構(gòu)俯視圖；圖4為本發(fā)明的一種實(shí)施結(jié)構(gòu)左視圖。
具體實(shí)施例方式
如圖2、3、4所示，其中1、車輪，共4個(gè)，對(duì)稱分布于底板的四個(gè)角；2、上底板；3、螺桿和導(dǎo)桿支座，固定于下底板8，并作為止推滑動(dòng)軸承；4、搖臂；5、履帶驅(qū)動(dòng)輪；6、履帶；7、履帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)和減速器，并裝置自鎖的制動(dòng)器，帶動(dòng)履帶驅(qū)動(dòng)輪回轉(zhuǎn)；8、下底板；9、搖臂轉(zhuǎn)軸；10、驅(qū)動(dòng)搖臂轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)和減速器，并裝置自鎖的電磁制動(dòng)器；11、導(dǎo)桿；12、螺桿；13、為驅(qū)動(dòng)履帶支承機(jī)構(gòu)16旋轉(zhuǎn)的減速電機(jī)，其減速器輸出軸安裝撥輪，另一端電機(jī)外殼與搖臂4固定安裝，電機(jī)軸上裝置自鎖的電磁制動(dòng)器；14、固定螺桿和導(dǎo)桿的支承；15、減速電機(jī)和減速器，驅(qū)動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)平移塊前后平移運(yùn)動(dòng)；16、為履帶支承機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)履帶；17、調(diào)整片，調(diào)整履帶的松緊度；18、履帶驅(qū)動(dòng)支承機(jī)構(gòu)，用于定位5、7；19、車輪減速電機(jī)21的支承機(jī)構(gòu)；20、車輪回轉(zhuǎn)支承；21、驅(qū)動(dòng)車輪1轉(zhuǎn)動(dòng)的減速電機(jī)及減速器，與車輪回轉(zhuǎn)支承20同心安裝；22、平移塊，平移動(dòng)與螺母固定為一體，平移塊上安裝有搖臂轉(zhuǎn)軸9。
適應(yīng)于多種障礙環(huán)境的復(fù)合機(jī)構(gòu)機(jī)器人裝置，移動(dòng)本體由上底板2、下底板8構(gòu)成為一體，下底板8的兩側(cè)安裝了由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輪1，下底板8上安裝有電源、控制電路等外設(shè)裝置，下底板8兩側(cè)對(duì)稱安裝了一組平移副及其驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)，平移副的平移塊上各安裝一搖臂機(jī)構(gòu)及其驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)作為轉(zhuǎn)動(dòng)副，搖臂機(jī)構(gòu)的另一端轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接了履帶行走機(jī)構(gòu)。
平移副由螺桿12、螺母(和平移塊22為一體)、導(dǎo)桿11組成，螺桿12、導(dǎo)桿11的兩端分別安裝在螺桿和導(dǎo)桿支座3、固定螺桿和導(dǎo)桿的支承14上，螺桿12伸出支承14外，螺母和導(dǎo)桿11滑動(dòng)配合，螺母和螺桿12螺紋配合，減速電機(jī)和減速器15安裝在下底板8上，通過(guò)齒輪配合驅(qū)動(dòng)螺桿12旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)平移塊22前后平移運(yùn)動(dòng)；
搖臂機(jī)構(gòu)由搖臂轉(zhuǎn)軸9、搖臂4組成；搖臂轉(zhuǎn)軸9轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在平移塊22上，驅(qū)動(dòng)搖臂轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)和減速器10安裝在平移塊22上，并通過(guò)齒輪配合驅(qū)動(dòng)搖臂轉(zhuǎn)軸9轉(zhuǎn)動(dòng)，其電機(jī)輸出軸上裝置彈簧預(yù)緊機(jī)構(gòu)和電磁制動(dòng)器，由預(yù)緊彈簧實(shí)現(xiàn)自鎖，由電磁制動(dòng)器線圈得電脫扣實(shí)現(xiàn)解鎖；搖臂轉(zhuǎn)軸9固定連接搖臂4。
履帶行走機(jī)構(gòu)由履帶支承機(jī)構(gòu)16、履帶6、驅(qū)動(dòng)輪5、及其履帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)和減速器7等組成，搖臂一端通過(guò)連桿和履帶支承機(jī)構(gòu)16轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接。
該機(jī)器人在通常情形下都是通過(guò)車輪1來(lái)完成機(jī)器人的移動(dòng)，可完成前進(jìn)、后退動(dòng)作，這是基本的運(yùn)動(dòng)形式。
通過(guò)驅(qū)動(dòng)搖臂轉(zhuǎn)軸9，帶動(dòng)搖臂4轉(zhuǎn)動(dòng)，使得整個(gè)履帶行走機(jī)構(gòu)抬起或放下。為了適應(yīng)多種路面條件的變化，在需要的場(chǎng)合，履帶機(jī)構(gòu)放下與地面接觸直至使得車輪離開(kāi)地面，從而實(shí)現(xiàn)由履帶行走機(jī)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人移動(dòng)。
搖臂4的另一端安裝控制履帶機(jī)構(gòu)姿態(tài)調(diào)整帶減速器的電機(jī)機(jī)構(gòu)，即驅(qū)動(dòng)履帶支承機(jī)構(gòu)16旋轉(zhuǎn)的減速電機(jī)13，在它的控制下，履帶支承機(jī)構(gòu)16可以各種角度與不同的地面坡度完全接觸，且每邊的履帶都可獨(dú)立控制，使得機(jī)器人可以適應(yīng)崎嶇、復(fù)雜的路面和坡度或坡度角度變化大的路面行駛。
在需要越過(guò)溝壑的情形下，通過(guò)驅(qū)動(dòng)螺桿12旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)平移塊22前、后移動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)搖臂4、履帶行走機(jī)構(gòu)作前后調(diào)整，使得左右履帶前后交錯(cuò)，從而展寬與地面的接觸長(zhǎng)度，達(dá)到越過(guò)溝壑的目的。
履帶6的驅(qū)動(dòng)由履帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)和減速器7和履帶驅(qū)動(dòng)輪5共同配合完成，即動(dòng)力來(lái)自于履帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)和減速器7，通過(guò)齒輪減速提供給履帶驅(qū)動(dòng)輪5，而履帶驅(qū)動(dòng)輪5采用鋁合金同步輪，履帶6則采用雙面同步齒型帶構(gòu)成。
權(quán)利要求
1.一種適應(yīng)于多種障礙環(huán)境的復(fù)合機(jī)構(gòu)機(jī)器人裝置，移動(dòng)本體兩側(cè)安裝了由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輪，本體上安裝有電源、控制電路等外設(shè)裝置，其特征在于所述的移動(dòng)本體兩側(cè)對(duì)稱安裝了一組平移副及其驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)，平移副的平移塊上各安裝一搖臂機(jī)構(gòu)及其驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)作為轉(zhuǎn)動(dòng)副，搖臂機(jī)構(gòu)的另一端轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接了履帶行走機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適應(yīng)于多種障礙環(huán)境的復(fù)合機(jī)構(gòu)機(jī)器人裝置，其特征在于所述的平移副由螺桿、螺母、導(dǎo)桿組成，螺母和導(dǎo)桿滑動(dòng)配合，螺母和螺桿螺紋配合，其驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)安裝在本體上并驅(qū)動(dòng)螺桿；螺母上固定安裝有平移塊，搖臂機(jī)構(gòu)由搖臂轉(zhuǎn)軸、搖臂組成；搖臂轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在平移塊上，其驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)安裝在平移塊上驅(qū)動(dòng)搖臂轉(zhuǎn)軸，搖臂轉(zhuǎn)軸固定連接有搖臂；該驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)輸出軸上裝置彈簧預(yù)緊機(jī)構(gòu)和電磁制動(dòng)器，由預(yù)緊彈簧實(shí)現(xiàn)自鎖，由電磁制動(dòng)器線圈得電脫扣實(shí)現(xiàn)解鎖；履帶行走機(jī)構(gòu)由履帶支承機(jī)構(gòu)、履帶、驅(qū)動(dòng)輪、及其驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)組成，履帶安裝在履帶支承機(jī)構(gòu)外，搖臂一端通過(guò)連桿和履帶支承機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，驅(qū)動(dòng)輪及其驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)安裝在履帶支承機(jī)構(gòu)的兩端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適應(yīng)于多種障礙環(huán)境的復(fù)合機(jī)構(gòu)機(jī)器人裝置，其特征在于移動(dòng)本體是多層箱體結(jié)構(gòu)，電源、控制電路等外設(shè)裝置安裝在箱體內(nèi)，搖臂轉(zhuǎn)軸的端部安裝有齒輪，其驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)的輸出軸安裝有齒輪與之嚙合。
全文摘要
現(xiàn)有的輪式或履帶式機(jī)器人在應(yīng)用中存在各種問(wèn)題。比如，采用輪式的機(jī)器人，雖然在環(huán)境中能夠快速移動(dòng)，但不能適應(yīng)崎嶇、泥濘和松軟的路面行駛；而履帶式機(jī)器人，雖然克服輪式機(jī)器人在泥濘和松軟路面上行駛時(shí)易遇到的陷入等問(wèn)題，但存在行駛速度慢，易磨損等問(wèn)題。本發(fā)明的機(jī)器人具有通常的越障機(jī)器人的基本功能，在其中綜合運(yùn)用輪式、履帶兩種運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)形式，并通過(guò)結(jié)構(gòu)變形，使得機(jī)器人適應(yīng)各種不同的道路狀況，比如，平坦、崎嶇、泥濘、松軟，以及一定的坡度等，在平坦的路面上，充分利用輪式機(jī)構(gòu)可以快速行駛的優(yōu)點(diǎn)，而在其他路況條件下，則充分利用履帶的單位面積受力小，路面附著力大的優(yōu)點(diǎn)，使得可以順利通過(guò)。該機(jī)器人具有的增強(qiáng)的獨(dú)特功能在于，在路面行駛過(guò)程中，遇到障礙一、障礙物為溝壑，溝壑寬度小于1/2履帶長(zhǎng)度加上臂長(zhǎng)，二、障礙物為凸起物，障礙物高度低于輪徑加上臂長(zhǎng)，通過(guò)連續(xù)的組合結(jié)構(gòu)變形，調(diào)整機(jī)器人與地面的接觸長(zhǎng)度、重心和姿態(tài)，使得機(jī)器人都能夠可靠通過(guò)障礙物，不會(huì)造成機(jī)器人被阻擋或陷入。
文檔編號(hào)B62D55/00GK1775608SQ20051012292
公開(kāi)日2006年5月24日 申請(qǐng)日期2005年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月5日
發(fā)明者關(guān)勝曉, 汪增福, 曹洋 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)