[发明专利]一种同步带传动式全履带机器人

说明书

技术领域

本发明属于地面移动机器人领域，涉及一种可以适应复杂地形地貌、核环境建筑物内部多而窄的阶梯地形、机身采用橡胶履带全包覆的同步带传动式全履带机器人。

背景技术

随着社会的快速发展，人类活动领域的不断拓展，大量的灾难诸如核泄露、地震、火灾、水灾、和煤矿矿井瓦斯爆炸等正威胁着人类的安全，日益引起了人们的广泛关注。应用地面移动机器人来收集事故灾难现场的信息已经引起世界各国的广泛关注。目前地面移动机器人多是轮式、履带式或轮履复合式移动机器人，大多履带机器人采用窄带或者部分履带包覆结构，在非结构复杂地形下，履带机器人因底盘易直接触地或碰撞而卡死。另一方面，现地面移动履带机器人多采用链式和齿轮式传动，这在机械结构上无形中增加了移动机器人的重量，这使得在有较高工作要求场合普通的履带机器人并不能满足使用要求。特别是核环境建筑物内部多楼梯和窄道环境下，要求核机器人在远程遥控下可以完成行走、转弯、爬坡、越障、跨沟和上下台阶等行为，这对机器人的机械结构和机动性能要求提出了严格的要求。要克服移动机器人的以上问题，达到高机动性目的，需要对地面移动履带机器人的履带包覆程度以及履带机器人的传动方式做出合理的设计。

发明内容

本发明的目的在于针对以上问题，提供一种同步带传动式全履带机器人，以满足下述的性能要求：一、解决崎岖凹凸不平地形下，移动机器人地盘触地卡死问题；二、满足运动性能下，摈弃常用齿轮或者链传动等传动方式，摈弃常用的金属结构履带和橡胶链结构履带，最小化机器人重量，提高机器人的机动性能；三、整体结构尺寸适当，保证较好的运动性能和较多的机器人姿势。

为了达到上述要求，本发明的构思是：

设计履带移动机器人，该机器人包括两条主橡胶履带进行机器人机身全包覆，来消除可能的底盘触地情况；采用四个完全一致的摆臂装置来均布在机器人四个角处，来实现机器人多姿态适应地形地貌问题；采用六个电机驱动独自控制的方式，其中2个主电机驱动2条主履带，来实现机器人移动行走问题，且采用摆臂履带和主履带相同线速度设计，保证移动和转弯出现的速度差问题，4个摆臂电机分别驱动4条摆臂履带，六自由度的机器人结构设计适合更广泛的非结构环境；摈弃常用齿轮或者链传动等传动方式，采用同步带传动方式，合理的传动布局，在传动性能满足要求的情况下，减少整机质量，提高整机机动性能；摈弃目前常用的金属结构履带和橡胶链结构履带，采用橡胶履带，进一步减少整机质量，提高整机机动性能。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种同步带传动式全履带机器人，包括两个独立驱动的主履带装置、四个独立驱动的摆臂装置、四个支撑结构，一个机架组成，其特征在于：所述两个独立驱动的主履带装置完全相同而平行并列安装在所述机架上，使其履带完全上下全包裹以所述机架为主体的机器人机身，所述四个独立驱动的摆臂装置分别通过所述四个支撑机构安装在机架的四角处；所述两个主履带装置实现机器人移动行走；而两个主履带装置分别独立驱动而实现移动转弯的转速差；四个独立驱动的摆臂装置用于实现机器人多姿态适应地形地貌问题。

所述两个独立驱动的主履带装置完全相同，都是由主驱动电机、主减速器、主编码器、主小同步带轮、主同步带、主大同步带轮、主动主轴、后摆臂轮、摆臂橡胶履带、前摆臂轮、主动轮、主橡胶履带、被动轮、被动主轴等组成。两个独立驱动的主履带装置左右对称，两个主驱动电机左右对称且相向布置，这是为了履带机器人结构上质量对称分布，整机有更好的平衡性能。主驱动电机、主减速器、主编码器均选用maxon产品，主驱动电机转速经主减速器减速后传给主小同步带轮，再采用同步带传动方式将转动传给主大同步带轮，主大同步带轮、主动轮、后摆臂轮均键联接于主动主轴。后摆臂轮和主动轮随主动主轴一起同速度转动，在结构上后摆臂轮和主动轮外径相等，使得后摆臂轮和主动轮以相同的线速度运动，消除运动时可能出现的后摆臂轮和主动轮之间的速差问题，此描述亦适合于后摆臂轮与被动轮消除速差问题。前摆臂轮由摆臂橡胶履带带动与后摆臂轮一起转动，被动轮由主橡胶履带带动与主动轮一起转动，这实现了前摆臂橡胶履带、主橡胶履带、后摆臂橡胶履带以相同的线速度转动。左右主履带装置两个驱动电机独立驱动，左右两侧橡胶履带同速转动可实现直线前进和后退，左右两侧橡胶履带正差速转动可实现转弯前进和后退，左右两侧橡胶履带逆差速转动可实现原地转弯。