一種欠驅(qū)動履帶式機(jī)器人移動平臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于工業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種欠驅(qū)動履帶式機(jī)器人移動平臺。
【背景技術(shù)】
[0002]目前機(jī)器人的移動機(jī)構(gòu)有多種形式，主要包括輪式移動機(jī)構(gòu)、腿式移動機(jī)構(gòu)、履帶式移動機(jī)構(gòu)以及復(fù)合式移動機(jī)構(gòu)。輪式移動機(jī)構(gòu)主要應(yīng)用于地面狀態(tài)良好的條件，其移動速度高運(yùn)行效率高，結(jié)構(gòu)簡單，但越野能力不強(qiáng)；腿式移動機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢在于崎嶇的路面上良好的通行能力，速度不高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，能量利用率比較低；履帶式移動機(jī)構(gòu)綜合了腿式和輪式的特點(diǎn)，既具有較高的移動速度，又擁有優(yōu)越的越障性能，但其爬坡時重心跌落具有沖擊。復(fù)合式移動機(jī)構(gòu)是一種移動變形機(jī)構(gòu)，例如欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)就是一種復(fù)合式移動機(jī)構(gòu)。
[0003]對于欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)的研宄，國內(nèi)外很多研宄機(jī)構(gòu)都作出過重要成果。但是，其內(nèi)容普遍偏向于其控制器的開發(fā)或者運(yùn)動軌跡的規(guī)劃方面，其重點(diǎn)在于欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)的控制方式，忽略了其機(jī)構(gòu)本身設(shè)計所具有的價值。將欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)應(yīng)用于機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)中，可以減少驅(qū)動電機(jī)的數(shù)目，降低減輕重量，增加運(yùn)動的靈活性；欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)所具有的靈活性和可變性，將其運(yùn)用到機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計中，可使機(jī)器人適應(yīng)更加復(fù)雜的路面情況；驅(qū)動電機(jī)的數(shù)目減少，可顯著降低機(jī)器人的行走功耗，增加機(jī)器人單次使用的行走距離；其高容錯性能，可以減少移動機(jī)器人出錯的概率以及提高移動機(jī)器人的出錯補(bǔ)償能力。
[0004]近年來，比較典型的欠驅(qū)動機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)主要有:1、由美國JPL機(jī)構(gòu)成功研發(fā)的火星探測機(jī)器人Sojourner，該移動機(jī)器人采用六輪搖臂懸吊式機(jī)構(gòu)，每個輪子均獨(dú)立懸掛，其中四個角輪具有獨(dú)立的驅(qū)動器和控制單元，其余兩個輪子為前導(dǎo)輪，輔助機(jī)器人爬坡越障；但是，由于這類機(jī)器人采用懸架機(jī)構(gòu)，其靈活移動性能仍受到局限，行進(jìn)效率不高，能耗較大。2、中國科學(xué)院沈陽自動化研宄所自行研制的“靈蜥”系列移動機(jī)器人，該機(jī)器人移動機(jī)構(gòu)采用三段履帶式設(shè)計，可以實(shí)現(xiàn)輪-履帶-腿的復(fù)合行走功能可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)上下樓梯，垂直越障，實(shí)現(xiàn)全方位行走。其行走機(jī)構(gòu)由前導(dǎo)履帶、支撐履帶和輔助穩(wěn)定履帶構(gòu)成；前導(dǎo)履帶依靠其自身運(yùn)動，在遇到障礙時，可以自適應(yīng)提升機(jī)器人的重心位置；支撐履帶傳遞動力，輔助穩(wěn)定履帶輔助支撐。其前導(dǎo)履帶與支撐履帶之間的關(guān)節(jié)是依靠自身重量和尾部的輪自主調(diào)節(jié)的，為欠驅(qū)動關(guān)節(jié)。該機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)采用履帶式，行走效率大大提高，但仍然面臨功耗大，越障時支撐履帶和輔助穩(wěn)定履帶之間的夾角變動大，機(jī)器人受到?jīng)_擊大等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計合理、能夠滿足在各種復(fù)雜工況下穩(wěn)定工作的欠驅(qū)動履帶式機(jī)器人移動平臺。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種欠驅(qū)動履帶式機(jī)器人移動平臺，包括機(jī)器人本體機(jī)構(gòu)及其內(nèi)部的驅(qū)動電機(jī)，在機(jī)器人本體機(jī)構(gòu)的前端安裝差動齒輪機(jī)構(gòu)并與驅(qū)動電機(jī)相連接，該差動齒輪機(jī)構(gòu)作為機(jī)器人平臺動力傳遞的主要機(jī)構(gòu)；在機(jī)器人本體兩側(cè)對稱設(shè)有欠驅(qū)動變形履帶機(jī)構(gòu)并與差動齒輪機(jī)構(gòu)相連接，該欠驅(qū)動變形履帶機(jī)構(gòu)作為機(jī)器人與復(fù)雜路況的主要交互機(jī)構(gòu)；在欠驅(qū)動變形履帶機(jī)構(gòu)的外側(cè)安裝有輔助越障機(jī)構(gòu)，該輔助越障機(jī)構(gòu)與欠驅(qū)動變形履帶機(jī)構(gòu)及差動齒輪機(jī)構(gòu)相連接，該輔助越障機(jī)構(gòu)作為機(jī)器人與復(fù)雜路況的次要交互機(jī)構(gòu)。
[0008]而且，所述機(jī)器人本體機(jī)構(gòu)包括機(jī)器人箱體、電機(jī)的傳動機(jī)構(gòu)和連接架；所述電機(jī)的傳動機(jī)構(gòu)包括電機(jī)支撐架、兩臺驅(qū)動電機(jī)、傳動軸、支撐軸承和斜齒輪，電機(jī)支撐架固定在機(jī)器人箱體的前板內(nèi)側(cè)，兩臺驅(qū)動電機(jī)固定在電機(jī)支撐架上，兩臺驅(qū)動電機(jī)分別通過兩個傳動軸輸出動力，兩個傳動軸分別安裝在支撐軸承內(nèi)，兩個傳動軸輸出端與兩個斜齒輪相連接，兩個斜齒輪分別與差動齒輪機(jī)構(gòu)相連接；所述連接架包括變形六個履帶固定架和兩個差動齒輪機(jī)構(gòu)固定架，六個履帶固定架一端分別固裝在機(jī)器人箱體兩側(cè)板上，另一端固定在左右變形履帶機(jī)構(gòu)上；兩個差動齒輪機(jī)構(gòu)固定架固裝在機(jī)器人箱體前板外側(cè)，在差動齒輪機(jī)構(gòu)固定架上安裝差動齒輪機(jī)構(gòu)。
[0009]而且，所述欠驅(qū)動變形履帶機(jī)構(gòu)包括變形連桿機(jī)構(gòu)、履帶驅(qū)動支撐系統(tǒng)，其中:
[0010]變形連桿機(jī)構(gòu)包括車體連接桿、兩個前引導(dǎo)桿、地面前支撐桿、前支撐連接桿、后支撐板、后連接桿和中部調(diào)整桿，車體連接桿由一個長連桿和短桿組成，長連桿用于定位履帶驅(qū)動輪和從動履帶輪；兩個前引導(dǎo)桿的一端設(shè)有連接孔并與差動齒輪機(jī)構(gòu)的空心軸間隙配合，兩個前引導(dǎo)桿另一端分別與地面前支撐桿、前支撐連接桿以及中部調(diào)整桿鉸接；地面前支撐桿為對稱機(jī)構(gòu)，由左右各兩個連桿對稱布置，中間通過連接架固定一起，連桿的兩端設(shè)有履帶支撐輪軸的安裝孔；前支撐連接桿由兩個相同的連桿和中間固定架組成，其一端與地面前支撐桿連接，另一端與前引導(dǎo)桿、中部調(diào)整桿通過軸、孔和軸承鉸接一起；中部調(diào)整桿有兩組，每一組均由中間桿和兩端調(diào)節(jié)板構(gòu)成，中間桿與兩端調(diào)節(jié)板通過螺紋連接固定；后連接桿設(shè)有三處鉸接點(diǎn)，分別與地面前支撐桿、從動履帶輪及后支撐板鉸接；后支撐板為三處鉸接，分別與后連接桿、中部調(diào)整桿及履帶支撐輪鉸接；
[0011]履帶驅(qū)動支撐系統(tǒng)包括主動履帶輪、從動履帶輪和三個支撐履帶輪，主動履帶輪、從動履帶輪分別安裝在車體連接桿的兩端，在主動履帶輪、從動履帶輪上設(shè)有同步履帶，三個支撐履帶輪分別安裝在地面支撐桿兩端和后支撐板的底端。
[0012]而且，在前引導(dǎo)桿和車體連接桿之間安裝有復(fù)位彈簧實(shí)現(xiàn)變形連桿機(jī)構(gòu)的復(fù)位功會K。
[0013]而且，所述前支撐連接桿與地面前支撐桿的長度相等；所述兩個前引導(dǎo)桿的長度相等。
[0014]而且，所述差動齒輪機(jī)構(gòu)包括三對斜齒輪組、主傳動軸、兩根中間傳動軸和從傳動軸、外側(cè)主動履帶輪，三對斜齒輪組分布于主傳動軸、中間傳動軸和從傳動軸上，其中，主傳動軸通過軸承和軸承套完成定位，主傳動軸上連接的斜齒輪和中間傳動軸上的斜齒輪嚙合傳動；中間傳動軸斜齒輪與中間傳動齒輪軸通過鍵連接將動力傳給鉸接于外側(cè)主動履帶輪的另一中間傳動軸上，中間傳動軸通過軸承套安裝在外側(cè)主動履帶輪上，中間傳動軸上有兩組嚙合斜齒輪，該斜齒輪和齒輪軸經(jīng)嚙合將動力傳給從傳動軸；從傳動軸包括空心軸和中心軸，中心軸通過第一軸承同心安裝在空心軸內(nèi)，從動軸斜齒輪安裝于中心軸上，該斜齒輪與中間傳動軸上的齒輪軸嚙合傳動。
[0015]而且，所述輔助越障機(jī)構(gòu)包括兩個連接板、兩個主要支撐軸、一個同步帶傳動支撐軸、動力輸入軸、兩個同步帶輪、同步帶兩個直齒輪和六個同步履帶輪；兩個連接板對稱設(shè)置，兩個連接板之間通過兩個主要支撐軸和一個同步帶傳動支撐軸來完成定位和固定功能，六個同步履帶輪設(shè)置在兩個連接板的外側(cè)并安裝在兩個主要支撐軸和一個同步帶傳動支撐軸上；兩個同步帶輪、同步帶設(shè)置在兩個連接板之間，第一個同步帶輪安裝在同步帶傳動支撐軸上，第二個同步帶輪安裝在同步帶輪軸上，該同步帶輪軸與兩個連接板安裝在一起，該同步帶安裝在兩個同步帶輪上；動力輸入軸與兩個連接板安裝在一起，兩個直齒輪設(shè)置在兩個連接板的外側(cè)并嚙合在一起，兩個直齒輪分別安裝在動力輸入軸及同步帶輪軸的末端。
[0016]而且，所述輔助越障機(jī)構(gòu)與差動齒輪機(jī)構(gòu)的連接關(guān)系為:輔助越障機(jī)構(gòu)通過連接板上的安裝孔并通過螺釘連接到差動齒輪機(jī)構(gòu)的空心齒輪軸上，差動齒輪機(jī)構(gòu)從動軸的中心軸通過軸上的方形凸起與輔助越障機(jī)構(gòu)的動力輸入軸凹陷配合傳動。
[0017]而且，所述主要支撐軸通過固裝在連接板外側(cè)的兩個軸承套與連接板安裝在一起；所述同步帶傳動支撐軸通過固裝在連接板外側(cè)的兩個軸承套與連接板安裝在一起；所述同步帶輪軸通過固裝在兩個連接板外側(cè)的軸承套與兩個連接板安裝在一起；所述動力輸入軸通過固裝在兩個連接板內(nèi)側(cè)的軸承套與兩個連接板安裝在一起。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0019]1、本發(fā)明采用欠驅(qū)動的變形履帶式行走機(jī)構(gòu)和輔助越障機(jī)構(gòu)的組合模式，能夠滿足機(jī)器人在復(fù)雜工況下穩(wěn)定工作，實(shí)現(xiàn)樓梯、斜坡、溝槽、凸臺和非平整路面的平穩(wěn)行走功會K。
[0020]2、本發(fā)明僅使用兩個驅(qū)動電機(jī)，減輕了自身質(zhì)量，提高了載重能力，降低了能耗，節(jié)約了單次行走時間，增加了單次行走的路程。
[0021]3、本發(fā)明采用特殊的變形履帶機(jī)構(gòu)，可以跨越高于自身高度的障礙，地形適應(yīng)能力更強(qiáng)。
【附圖說明】
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