[发明专利]一种复合驱动式弹簧耦合型主动铰接拖挂机器人

说明书

本发明公开了一种复合驱动式弹簧耦合型主动铰接拖挂机器人，包括：一个牵引机器人和多个拖挂机器人，所述牵引机器人通过带有弹簧的铰接方式或带有转向电机的主动转向铰接方式与拖挂机器人连接，多个拖挂机器人之间通过带有弹簧的铰接方式或带有转向电机的主动转向铰接方式连接。本发明结构简单，易于实现，可以有效提高拖挂机器人的转向灵活性和柔顺性，使其被动转向变成主动转向，从而增加其在非结构化环境下的避障能力。

技术领域

本发明涉及一种拖挂机器人，具体说是一种复合驱动式弹簧耦合型主动铰接拖挂机器人。

背景技术

拖挂机器人在面临复杂多变的多障碍环境时，常需要拖挂机器人执行灵活机动的转向，同时当与障碍物碰撞时，还要求拖挂机器人能够迅速恢复姿态，这些都对拖挂机器人的转向操控性能提出了较高的要求。然而，现有的拖挂机器人在行驶时，控制拖挂机器人位置和姿态的力完全来自于牵引机器人传递的挂钩牵引力，在克服地面附着力的条件下实现挂车左右轮之间的差速而达到转向目的，由于挂钩牵引力不具有力矩的形式，在这种情况下实现拖挂机器人的转向操纵是一项极具挑战的任务。现有的解决方法是通过选择较好的控制方法达到预期的转向效果。

但是这样的解决方法有以下两方面的不足：1)在跟踪期望轨迹时，挂钩牵引力的作用形式和方向会发生频繁变换，机器人极易受到外界干扰力的影响而迅速偏离预定轨迹。2)这种单纯依赖动态耦合力的方式还存在奇异点问题，当相邻的两拖挂机器人呈垂直状态时，机器人则完全失去转向能力。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本申请提供了一种复合驱动式弹簧耦合型主动铰接拖挂机器人，解决了拖挂机器人在面对复杂多变的多障碍环境时容易发生碰撞、碰撞后无法快速恢复姿态、折叠等问题。

为实现上述目的，本申请采用的第一种技术方案是：一种复合驱动式弹簧耦合型主动铰接拖挂机器人，包括：一个牵引机器人和多个拖挂机器人(2个以上)，所述牵引机器人通过带有弹簧的铰接方式或带有转向电机的主动转向铰接方式与拖挂机器人连接，多个拖挂机器人之间通过带有弹簧的铰接方式或带有转向电机的主动转向铰接方式连接。

进一步的，所述带有弹簧的铰接方式，包括牵引座a、牵引杆a、牵引销a和卷簧；所述牵引座a固定在牵引机器人或拖挂机器人后方，所述卷簧内端与牵引座a固定连接，外端与牵引杆a的一端处的卡槽固定连接，牵引杆a的另一端与拖挂机器人连接，所述牵引销a用来连接牵引杆a和牵引座a。

进一步的，带有转向电机的主动转向铰接方式，包括牵引座b、牵引杆b、牵引销b和转向电机；所述牵引座b固定在牵引机器人或拖挂机器人后方，所述转向电机与牵引座b固定连接，所述牵引销b通过其外齿与牵引杆b的一端啮合相连，所述牵引销b通过其内齿与转向电机的转轴啮合连接，所述牵引杆b的一端通过牵引销b与牵引座b相连，牵引杆b的另一端与拖挂机器人连接。

进一步的，所述牵引座a或牵引座b中均安装有卷簧或转向电机。

进一步的，所述牵引座a与牵引座b在同一水平、垂直线上。

进一步的，所述牵引机器人内设有控制模块，所述控制模块，包括环境感知器、轨迹规划器、计算单元；所述环境感知器用来感知障碍物的具体位置和周围环境，所述轨迹规划器用来规划出可行的路线，所述计算单元用来计算出轨迹的曲率和能快速安全通过障碍物的最佳铰接角的大小。

更进一步的，转向电机在避障转向过程中的控制过程如下：

拖挂机器人遇到障碍时，转向电机接收来自控制模块输出的转矩，转矩通过牵引销b传递到牵引杆b上带动拖挂机器人转动一定的角度，然后角度传感器实时把拖挂机器人之间的铰接角大小传递到控制模块中，控制模块不停的输出转矩信号，直到铰接角到达期望的角度，所述角度传感器安装牵引座b旁。

更进一步的，卷簧在避障转向过程中起到的控制作用如下：