[发明专利]一种刚度可调的履带式移动机器人悬挂系统

说明书

技术领域

本发明属于地面移动机器人技术领域，具体涉及一种刚度可调的履带式移动机器人悬挂系统。

背景技术

履带式机器人其履带的刚度对机器人的运动性能会产生一定的影响，而在刚体机身下，履带一旦选定其刚度无法改变，即很难再利用改变刚度这一因素来改善机器人的运动性能；另外，机身为刚体的机器人在运动时，特别是在非结构地形上运动时，重心轨迹会出现明显的波动，反映出机器人运动时会有明显的振动，而机器人在执行任务的时候，往往会携带很多设备，长期的振动会导致机器人的零部件异常，如螺丝松动、摄像头图像不稳定等。

使用悬挂系统是车辆设计中改善运动性能的常用方式，如坦克、汽车的设计等，而现有的履带式机器人研究中也开始使用悬挂系统。悬挂系统能影响履带的张力，从而影响履带机器人在地面上的运动性能；更突出的是，悬挂系统能改善机器人机械系统的稳定性。

悬挂系统的特性主要体现在刚度上，不同的任务地形对悬挂系统刚度的要求也不一样，软地面上刚度不能过小，硬地面上刚度不能过大，适宜的悬挂系统刚度能大大的提高机器人的运动性能。因此，需要根据执行任务的地形对悬挂系统的刚度进行调节，从而使机器人获得良好的运动性能。

发明内容

本发明的目的是提出一种刚度可调的履带式移动机器人悬挂系统，根据履带式机器人指定要执行任务的地形，对悬挂系统刚度进行手动调节，使履带式机器人在任务地形上获得良好的运动性能。

为了达到上述目的，本发明的构思是：利用一种变刚度组合弹簧对悬挂系统的刚度进行调节，弹簧本体包括三段不同刚度的弹簧。通过调节支撑圈，将定位片卡在弹簧本体的不同位置，将定位片两端的弹簧分割为两种刚度不同的弹簧，弹簧刚度计算的基本公式：1/K=1/K1+1/K2+……+1/Ki，其中K为变刚度组合弹簧总体的刚度，Ki为组合弹簧中各弹簧的刚度。

根据上述构思，本发明采用如下技术方案：

一种刚度可调的履带式移动机器人悬挂系统，包括悬架、支撑轮、定位板和履带；所述定位板安装在履带的侧面，若干支撑轮安装在履带内侧的顶部，若干悬架安装在履带的内侧。所述悬架包括变刚度组合弹簧、导向机构和负重轮；所述导向机构为两根直杆铰接而成，且铰接处固定在定位板上，一根直杆的另一端连接负重轮，所述负重轮连接履带内侧的底部，另一根直杆的另一端与变刚度组合弹簧的一端连接，且与定位板上的滑槽滑动连接，所述变刚度组合弹簧的另一端安装在定位板上。

所述变刚度组合弹簧包括弹簧本体和支撑圈，所述支撑圈安装在弹簧本体的外侧；所述支撑圈为一个金属薄片冲压卷曲成圆筒形状，在支撑圈的两端同一直径上的两侧面分别对称开有两个T型槽，形成第一定位片和第二定位片。

所述弹簧本体由三段不同刚度的弹簧串联而成，即第一弹簧、第二弹簧和第三弹簧；第二弹簧的直径小于第一弹簧和第三弹簧的直径，三个弹簧的直径均小于支撑圈的内径，第一弹簧和第三弹簧的长度相同，第一弹簧或第三弹簧与第二弹簧的长度之和与支撑圈的长度相同。

本发明具有如下显著的特点：

本发明悬挂系统刚度可调，能根据指定要执行任务的地形进行手动刚度调节，提高了机器人的运动性能；悬挂系统只要通过调节每个变刚度组合弹簧上支撑圈位置，即可改变系统刚度，安装调节简单方便，可操作性强。

附图说明

图1是刚度可调的履带式移动机器人悬挂系统结构示意图。

图2是悬架结构示意图。

图3是变刚度组合弹簧示意图。

图4是弹簧本体示意图。

图5是支撑圈示意图。

图6是变刚度组合弹簧的一种工作状态示意图。

图7是变刚度组合弹簧的另一种工作状态示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对发明的具体实施方式进行进一步说明。

如图1所示，一种刚度可调的履带式移动机器人悬挂系统，包括悬架1、支撑轮2、定位板3和履带4；所述定位板3安装在履带4的侧面，若干支撑轮2安装在履带4内侧的顶部，若干悬架1安装在履带4的内侧。如图2所示，所述悬架1包括变刚度组合弹簧11、导向机构12和负重轮13；所述导向机构12为两根直杆铰接而成，且铰接处固定在定位板3上，一根直杆的另一端连接负重轮13，所述负重轮13连接履带4内侧的底部，另一根直杆的另一端与变刚度组合弹簧11的一端连接，且与定位板3上的滑槽滑动连接，所述变刚度组合弹簧11的另一端安装在定位板3上。