[发明专利]一种被动自适应履带可变形移动机器人平台

说明书

技术领域

本发明涉及机器人平台技术，具体为一种被动自适应履带可变形移动机器人平台。

背景技术

目前，对大多数的履带移动机器人平台采用主动自适应驱动机构。这些机器人关节较多，具有较多的自由度，每个自由度均由一个专门的电机驱动，当机器人在复杂的路面运动时，它们需要通过传感设备不断地将所检测的环境信息传给控制系统，然后做出判断，每个控制电机驱动相应的自由度，使移动机构改变运动模式，以适应复杂的路面环境。主动自适应驱动机构存在以下问题：1、运动姿态或运动模式的变化在很大程度上依赖于传感器所反馈的信号，对传感器的精度要求较高；2、电机和传感器的数量较多，控制算法较为复杂，具有一定程度的滞后性。

基于主动自适应履带移动机器人平台的一系列缺点，人们提出了被动自适应履带可变形移动机器人平台，它有两个特点：1、将环境约束力作为机器人移动机构要克服的对象。2、充分利用这种环境约束力，将其作为环境对机器人移动机构的一种有效输入，使机器人移动机构在驱动电动机和环境约束力的共同作用下实现机器人移动机构对复杂路面的被动自适应性。被动自适应履带可变形移动机器人平台能够减小运动过程中对控制系统的依赖，简化控制算法，提高电机的使用率。提高机器人地形适应能力，成为当今室外机器人发展的一个主要方向。被动自适应履带可变形移动机器人平台是一个基础平台，其上可搭载控制系统、检测系统或机械手等，可以实现许多普通机器人难以实现的功能。被动自适应履带可变形移动机器人平台是一个独立的模块，和其他平台之间相互独立，便于二次开发和改装，应用范围很广。

被动自适应履带可变形移动机器人平台要解决的实质问题是，通过对机器人的工作环境和要实现的具体功能等技术指标进行综合性能分析，设计出一套最优机械结构，使机器人能够实现被动地自主改变履带结构，以适应环境的变化，增强机器人的越障能力。现有的被动自适应履带可变形移动机器人移动平台是基于具有自适应能力的轮-履复合变形移动机器人开发的(参见李智卿等，机械工程学报，第47卷第5期2011年3月)，但其存在履带变形长度不可控制，负载能力较小等问题，尚不能满足实际应用需要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种被动自适应履带可变形移动机器人平台，该平台能满足在野外复杂环境下工作的多种要求，能够实现爬坡、跨越壕沟和在非平整地形下平稳前进等。在实现所述功能要求的前提下，本发明机器人平台具有履带变形长度可控，负载能力较大，耗能较低等特点。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计一种被动自适应履带可变形移动机器人平台，采用模块化设计，其特征在于该机器人平台主要包括车体、被动自适应变形履带模块、摆臂模块和尾轮模块；其中，尾轮模块安装在车体的后部，车体位于机器人平台的中间，被动自适应变形履带模块为结构相同的两个，左右对称安装在车体的两侧；摆臂模块也为结构相同的两个，左右对称安装在被动自适应变形履带模块的两侧；

所述被动自适应变形履带模块主要包括变形履带系统、复位弹簧和履带驱动系统；所述变形履带系统主要包括履带驱动轮、履带支撑轮、履带和作为支撑的平面六杆机构；所述平面六杆机构为欠驱动杆机构，包括地面连杆、前部连杆、驱动带轮支撑连杆、上连杆、后部连杆和机架，每个变形履带系统有两组平面六杆机构，履带驱动轮和履带支撑轮装在这两组平面六杆机构上，履带驱动轮和履带支撑轮支撑起履带；当机器人平台在行进的过程中，地面对机器人的约束力作为一种外力向平面六杆机构进行作用；复位弹簧其两端分别固定在上连杆和机架上，当变形履带系统发生变形时，复位弹簧随之产生形变，产生复位拉力；履带驱动系统主要由履带驱动电机、同步轮和履带旋转驱动轴构成；履带驱动电机通过同步带传递给固定在履带旋转驱动轴上的同步带轮，使履带旋转驱动轴产生转动，履带旋转驱动轴通过同步带驱动履带驱动轮和履带支撑轮旋转，驱动履带产生旋转运动；

所述摆臂模块包括摆臂系统和摆臂驱动系统，摆臂系统主要由摆臂支撑轮、摆臂架、摆臂驱动轮和摆臂履带组成；摆臂驱动系统由同步轮、摆臂摆动驱动轴、连接轴和摆臂摆动驱动电机构成。所述履带旋转驱动轴为一根空心轴，摆臂摆动驱动轴两端经过轴承的支撑安装在履带旋转驱动轴的空心内孔内，摆臂摆动驱动电机安装在车体上，通过同步带带动固定在摆臂摆动驱动轴上的摆臂驱动轮转动和摆臂摆动驱动轴转动，使摆臂转动，左、右摆臂模块的摆臂摆动驱动轴通过左、右连接轴相连，实现一个摆臂摆动驱动电机带动左、右两个摆臂模块旋转；