[发明专利]张力约束变形履带机器人

说明书

一种张力约束变形履带机器人，该机器人以平面三杆机构为基础，借助履带张力约束实现欠驱动履带变形，由第一车架(1)、第二车架(2)、第三车架(3)、第一步进电机(4)、第二步进电机(5)、第一承重轮左半轮(6)、第一承重轮右半轮(7)、第二承重轮左半轮(8)、第二承重轮右半轮(9)、电机固定角铝(10)、第一带轮(11)、第二带轮(12)、第一锥齿轮(13)、第二锥齿轮(14)、第三锥齿轮(15)、第四锥齿轮(16)、第一传动轴(17)、第二传动轴(18)、第一结轴螺杆(19)、第二结轴螺杆(20)、履带(21)、阻尼器(22)组成。通过前后电机差动实现移动和变形，在勘探、搜救、军事侦察等领域将得到很好的应用。

技术领域

本发明涉及一种张力约束变形履带机器人，具体涉及一种以平面三杆机构为基础的，利用驱动电机的旋转与差速旋转以及履带自身张力驱动机构前后行进及变形越障的双动力形状可变履带机器人。

背景技术

履带式机器人具有良好的通过性能和爬坡性能，而变形履带机器人又具有一定的越障能力。大多数变形履带机器人的越障过程大致可分为抬起和翻越两个过程，前者需要机器人将履带抬起，创造履带与障碍物上端的受力点，而后者则需要移动履带机器人的重心，实现翻越。经典的变形履带机器人常采用重心后置或与之等效的设计，使得在履带抬起过程中能够在确保稳定的前提下将更多部分的履带抬起用于越障，从而增加极限越障高度；而在完成抬起后，机器人需要在几何约束的限制下设法将自身重心前移，完成翻越。几何形状的约束往往使得翻越过程的重心前移量受到局限，为了成功实现翻越，在设计机器人时便不得不限制重心的后移量，因而履带抬起量受限，翻越极限高度也因此具有极限。故要想提高履带机器人的极限越障高度，除增大机器人自身体积外，一种可行的方案为在抬起过程中将重心后移，以增大抬起量，从而提升极限越障高度，并在翻越过程中恢复重心位置，因此这样的设计可允许重心前置。

而若想通过电机控制直接实现上述行为，理论上至少需要3个电机分别实现机器人的前进后退、履带抬起以及重心移动，且机械结构复杂。若能找到一种方法利用两个电机间接实现上述所有过程，则可大大简化控制难度。

发明内容

本发明要解决的技术问题：在欠驱动的情况下，实现对机器人履带抬起以及重心移位的控制。

张力约束变形履带机器人包括：第一车架、第二车架、第三车架、第一步进电机、第二步进电机、第一承重轮左半轮、第一承重轮右半轮、第二承重轮左半轮、第二承重轮右半轮、电机固定角铝、第一带轮、第二带轮、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第三锥齿轮、第四锥齿轮、第一传动轴、第二传动轴、第一螺柱、第二螺柱、履带、阻尼器。

构成机构的零件结构：

所述的第一车架由一个截面为矩形且一端导有圆角，另一端轮廓为凸轮曲线的片状杆件、与履带带轮的连接架以及架上的轴承座组成，上设所需的安装孔位，用于通过第一螺柱与第二车架进行铰连接。为方便制造组装，由零件多个几何体组成并利用螺纹紧固件固定，所有需要旋转处均设有轴承。要求安装第一带轮、第一承重轮两半轮孔位的圆心距离为机器人总长度的一半左右，具体数值可视机器人负载情况及各部分重心位置进行调整。

所述的第二车架主体由两个截面为矩形、两端导有圆角的片状杆件构成，上设所需的安装孔位，用于通过第一、第二螺柱铰连接第一、第三车架，并另设一安装孔用于连接阻尼转轴。内含凸轮顶杆、复位弹簧以及顶杆滑行轨道。为方便组装，由零件多个几何体组成并利用螺纹紧固件固定，所有需要旋转处均设有轴承。要求安装第二承重轮两半轮的孔位在机器人重心前侧。

所述的第三车架由一套伸缩滑杆系统、滑筒内恒力卷簧、带轮连接架、电机架以及轴承座组成，上设所需的安装孔位，用于安装第二带轮、第二承重轮两半轮以及与第二车架连接。为方便制造组装，由零件多个几何体组成并利用螺纹紧固件固定，所有需要旋转处均设有轴承。要求电机架轴线与轴承座轴线共线，撞击墩与电机架分别在第三车架的异侧。