變形履帶懸架及具有其的機(jī)器人移動平臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種變形履帶懸架及具有其的機(jī)器人移動平臺。
【背景技術(shù)】
[0002]履帶行走懸架被廣泛應(yīng)用于移動機(jī)器人領(lǐng)域，在救援救災(zāi)、探測偵察、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和軍事等方面占據(jù)重要地位，有良好的應(yīng)用前景，尤其是在復(fù)雜、艱難的環(huán)境中，具備輪式移動機(jī)器人無法比擬的適應(yīng)性和通過性，履帶行走懸架是當(dāng)前熱門的研究領(lǐng)域。中國礦業(yè)大學(xué)研制了一種履帶移動平臺用W形履帶懸架(申請?zhí)?CN201320552131.1)，其前后履帶單元呈不規(guī)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(huán)境。然而，該W形履帶懸架形狀不可調(diào)節(jié)，無法克服更復(fù)雜的地形環(huán)境，在某種程度上限制了其地形通過性和環(huán)境適應(yīng)能力，而當(dāng)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(jù)地形主動的發(fā)生變形，將可提高履帶式移動平臺的地形適應(yīng)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可提高移動平臺的運(yùn)動穩(wěn)定性。
[0003]在國家自然科學(xué)基金青年基金(批準(zhǔn)號:51205391)的支持下，本發(fā)明人團(tuán)隊進(jìn)一步進(jìn)行研究，為克服上述的問題，探索一種變形履帶懸架和具有該變形履帶懸架機(jī)器人移動平臺。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的一個目的旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提出一種變形履帶懸架和具有該變形履帶懸架的機(jī)器人，該變形履帶懸架可根據(jù)地形的需要進(jìn)行變形調(diào)節(jié)，提高了履帶式機(jī)器人移動平臺的地形適應(yīng)性、地形通過性以及運(yùn)動穩(wěn)定性。
[0005]根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的變形履帶懸架，包括:中間聯(lián)接架、變形履帶單元和變形驅(qū)動組件。所述變形履帶單元為兩個，包括第一變形履帶單元和第二變形履帶單元，且兩個所述變形履帶單元均與所述中間聯(lián)接架相連，且呈前后對稱布置，且所述變形履帶單元包括變形履帶架、履帶輪、履帶、履帶驅(qū)動組件。所述變形履帶架與所述中間聯(lián)接架相連，所述變形履帶架包括一個六桿機(jī)構(gòu)，所述六桿機(jī)構(gòu)包括:第一桿；第二桿，所述第二桿為三副元素構(gòu)件，所述第二桿與所述第一桿相連，構(gòu)成第一轉(zhuǎn)動副；第三桿，所述第三桿與第二桿相連，構(gòu)成第二轉(zhuǎn)動副；第四桿，所述第四桿的一端與第三桿相連，構(gòu)成第三轉(zhuǎn)動副，所述第四桿的另一端與所述第一桿相連，構(gòu)成第四轉(zhuǎn)動副；所述第四桿、所述第一桿、所述第二桿和所述第三桿構(gòu)成一個四桿運(yùn)動鏈；第五桿，所述第五桿與第二桿相連，構(gòu)成第五轉(zhuǎn)動副；第六桿，所述第六桿與第五桿相連，構(gòu)成第六轉(zhuǎn)動副，所述第六桿與第四桿、第一桿構(gòu)成復(fù)合鉸鏈；所述第六桿與所述中間聯(lián)接架相連作為所述六桿機(jī)構(gòu)的機(jī)架，所述第一桿、所述第四桿、所述第五桿為所述六桿機(jī)構(gòu)的連架桿；且所述第六桿、所述第一桿、所述第二桿和所述第五桿構(gòu)成一個平行四邊形機(jī)構(gòu)。所述履帶輪不少于四個，所述履帶輪與所述四桿運(yùn)動鏈相連，所述履帶輪包括驅(qū)動輪和改向輪；其中四個所述履帶輪分別與所述四桿運(yùn)動鏈的四個所述轉(zhuǎn)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(luò)于所述履帶輪外，且其與所述驅(qū)動輪傳動；所述履帶驅(qū)動組件與所述驅(qū)動輪相連并驅(qū)動所述驅(qū)動輪。所述變形驅(qū)動組件不多于兩個，所述變形驅(qū)動組件與所述變形履帶單元的所述變形履帶架相連并驅(qū)動所述變形履帶架變形。
[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變形履帶架的所述第一轉(zhuǎn)動副、所述第二轉(zhuǎn)動副、所述第三轉(zhuǎn)動副、所述第四轉(zhuǎn)動副同軸線相連。當(dāng)所述履帶輪的數(shù)量多于四個時，其余所述履帶輪還可與所述四桿運(yùn)動鏈的所述第一桿、所述第三桿、所述第四桿相連，所述履帶輪對履帶起到支撐改向作用。
[0007]作為進(jìn)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第一桿相連，且所述第五履帶輪中心處于所述第一桿兩端轉(zhuǎn)動副中心連線的外側(cè)；所述履帶包絡(luò)于五個所述履帶輪外，形成可變形五邊形履帶。
[0008]作為另一進(jìn)一步可選的，所述履帶輪為六個，所述履帶輪還包括第五履帶輪和第六履帶輪；所述第五履帶輪與所述第一桿相連，且所述第五履帶輪中心處于所述第一桿外側(cè)且與所述第一桿兩端的轉(zhuǎn)動副中心構(gòu)成三角形；所述第六履帶輪與所述第四桿相連，且所述第六履帶輪中心處于所述第四桿外側(cè)且與所述第四桿兩端的轉(zhuǎn)動副中心構(gòu)成三角形；所述履帶包絡(luò)于六個所述履帶輪外，形成可變形六邊形履帶。
[0009]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述變形驅(qū)動組件為兩個時，包括第一變形驅(qū)動組件和第二變形驅(qū)動組件，分別與所述第一變形履帶單元的變形履帶架和所述第二變形履帶單元的變形履帶架相連，并驅(qū)動所述變形履帶架變形；所述變形驅(qū)動組件為一個時，所述變形驅(qū)動組件與所述中間聯(lián)接架相連，且所述變形驅(qū)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(qū)動所述變形履帶架變形。
[0010]作為可選的，根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述變形驅(qū)動組件為一個，所述變形驅(qū)動組件為連桿滑塊式變形驅(qū)動組件，且包括:驅(qū)動連桿、滑塊、滑塊驅(qū)動件。所述驅(qū)動連桿為兩個，記為第一驅(qū)動連桿和第二驅(qū)動連桿，所述第一驅(qū)動連桿與所述第一變形履帶單元的所述變形履帶架的六桿機(jī)構(gòu)的一個連架桿可樞轉(zhuǎn)地相連，所述第二驅(qū)動連桿與所述第二變形履帶單元的所述變形履帶架的六桿機(jī)構(gòu)的相應(yīng)的連架桿可樞轉(zhuǎn)地相連，所述連架桿為三副元素構(gòu)件。所述滑塊與兩個所述驅(qū)動連桿可樞轉(zhuǎn)地相連，且所述滑塊與所述中間聯(lián)接架可移動地相連，構(gòu)成移動副。所述滑塊驅(qū)動件與所述滑塊相連，并驅(qū)動滑塊沿所述中間聯(lián)接架移動。
[0011]作為另一可選的，根據(jù)本實(shí)用新型的另一實(shí)施例，所述變形驅(qū)動組件為一個，所述變形驅(qū)動組件為齒輪式變形驅(qū)動組件，且其包括齒輪傳動裝置、齒輪驅(qū)動件。所述齒輪傳動裝置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一個所述連架桿相連，且所述第一齒輪以所述連架桿與所述機(jī)架構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副為回轉(zhuǎn)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相應(yīng)的所述連架桿相連，且所述第二齒輪以所述連架桿與所述機(jī)架構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副為回轉(zhuǎn)中心，且所述第二齒輪與所述第一齒輪相嚙合。所述齒輪驅(qū)動件與所述齒輪傳動裝置相連，并驅(qū)動所述齒輪傳動裝置嚙合轉(zhuǎn)動。作為進(jìn)一步可選，所述連架桿可選擇所述第一桿，也可以選擇所述第四桿。
[0012]作為可選的，根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施例，兩個所述變形履帶單元均以第四履帶輪作為驅(qū)動輪，所述履帶驅(qū)動組件為一個，所述履帶驅(qū)動組件與兩個所述驅(qū)動輪均相連并驅(qū)動兩個所述驅(qū)動輪。
[0013]作為另一可選的，根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施例，兩個所述變形履帶單元均以第六履帶輪作為驅(qū)動輪，所述履帶驅(qū)動組件為兩個，兩個所述履帶驅(qū)動組件分別與兩個所述驅(qū)動輪相連并驅(qū)動兩個所述驅(qū)動輪。
[0014]此外，本實(shí)用新型還提出了一種機(jī)器人移動平臺，其包括主車體和兩個上述變形履帶懸架，兩個所述變形履帶懸架連接在所述主車體的左右兩側(cè)。
[0015]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的技術(shù)方案，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六桿機(jī)構(gòu)，所述第六桿與所述中間聯(lián)接架相連并作為機(jī)架。所述第一桿、所述第二桿、所述第三桿、所述第四桿構(gòu)成一個四桿運(yùn)動鏈。所述四桿運(yùn)動鏈的四個轉(zhuǎn)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(luò)于所述履帶輪外。所述六桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動時，四個所述履帶輪的位置隨所述六桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動而發(fā)生改變，因此包絡(luò)在所述履帶輪外的所述履帶的形狀發(fā)生變化，且所述變形履帶架在變化過程中所述履帶的節(jié)線長度無需發(fā)生變化。又因所述第六桿、所述第一桿、所述第二桿和所述第五桿構(gòu)成一個平行四邊形機(jī)構(gòu)。因此，采用此方案，當(dāng)所述六桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動時，所述第二桿可以始終保持同一姿態(tài)，若在所述變形履帶懸架中所述第二桿兩端的所述第一履帶輪和所述第二履帶輪間的履帶段是水平的，這樣所述第二桿所支撐的履帶段在所述變形履帶懸架變形時能夠始終保持水平狀態(tài)。
[0016]根據(jù)另一些實(shí)施例的技術(shù)方案，所述履帶輪的數(shù)量大于四，除了在所述四桿運(yùn)動鏈的轉(zhuǎn)動副處連接有所述履帶輪外，其余所述履帶輪還可與所述四桿運(yùn)動鏈的四個桿件相連，所述履帶輪連接在四個所述桿件兩端的轉(zhuǎn)動副中心連線的外側(cè)時，這樣所述履帶輪對所述履帶起到改向作用，且增加所述履帶的邊數(shù)，且在所述變形履帶架發(fā)生變形時，所述履帶的節(jié)線長度也無需發(fā)生變化。增加所述履帶輪后，所述履帶的形狀更有利于適應(yīng)地形。
[0017]根據(jù)另一些實(shí)施例的技術(shù)方案，所述變形履帶單元中的所述履帶輪包括驅(qū)動輪與改向輪，根據(jù)具體實(shí)施例可選擇不同位置的所述履帶輪作為驅(qū)動輪，如可選擇所述第四履帶為驅(qū)動輪，當(dāng)所述履帶輪超過四個時，也可選擇連接在所述四桿運(yùn)動鏈的桿件上的所述履帶輪作為驅(qū)動輪，如以所述第六履帶輪作為驅(qū)動輪。所述驅(qū)動輪與所述履帶傳動，所述履帶驅(qū)動組件與所述驅(qū)動輪相連，并驅(qū)動所述履帶在所述驅(qū)動輪與所述改向輪外轉(zhuǎn)動，這樣，實(shí)現(xiàn)了履帶的轉(zhuǎn)動以及變形履帶懸架的移動。
[0018]所述履帶驅(qū)動組件與所述驅(qū)動輪相連并驅(qū)動所述驅(qū)動輪。在某些具體實(shí)施例中，可使用兩個所述履帶驅(qū)動組件分別驅(qū)動兩個所述變形履帶單元；在另一些具體實(shí)施例中，兩個所述變形履帶單元可共用一個所述履帶驅(qū)動組件，兩個所述變形履帶單元的所述驅(qū)動輪通過傳動裝置相連，比如采用撓性件傳動，在具體