[发明专利]一种可折展重构变轮距全地形小车及其控制方法

说明书

本发明涉及轮式机器人领域，特别涉及一种可折展重构变轮距全地形小车及其控制方法。所发明的可折展重构变轮距全地形小车的总体结构由姿态调节组件、驱动轮组件、底部支撑板、顶部支撑板和第一、第二被动轮组件构成；其控制架构由姿态感知模块、转向控制模块、夹角控制模块和四轮速度协同控制模块组成。车体关于底部支撑板与顶部支撑板的中性面完全对称，通过多次整周回转可折展机构来连续改变小车的轮距和形态，使其具备了跨越不同地形障碍的能力，同时由于其不区分正反面和前后侧，具备了全方位的机动性能，也进一步提升了其稳定性，使该轮式小车具有广泛的社会运用前景。

技术领域

本发明涉及轮式机器人领域，特别涉及一种可折展重构变轮距全地形小车及其控制方法。

背景技术

轮式机器人作为一种移动机器人，具有比足式机器人更快的移动速度，但其复杂环境适应能力较差，常用于执行物资运输、抢险救援、安防巡逻等任务。传统的轮式小车具有固定的轮距和固定的底盘，且具有明显物理意义上的正反面和前后侧，因此，在面对复杂地形时，不具备跨越障碍、倾倒恢复、灵活可折展等能力，而上述能力，对于适应地形复杂的野外环境，克服不具有良好道路条件的恶劣地形，具有十分重要的意义。本发明旨在提出一款具备多轮驱动、可变轮距的、具备倾倒自恢复功能的可折展小车及其控制方法，以满足复杂任务对于小车行进能力的需求，实现小车爬楼梯、爬管道、爬夹缝、爬或穿过限高杆等复杂地形和平衡车等功能。

发明内容

本发明要解决的问题是设计一种可折展重构变轮距全地形小车及其控制方法，以保证轮式机器人高速移动能力的同时，进一步提升机器人对复杂地形环境的适应能力和机动性能。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种可折展重构变轮距全地形小车，其总体结构由姿态调节组件、驱动轮组件、底部支撑板、顶部支撑板和第一、第二被动轮组件构成。

其中，底部支撑板由第二主板、第二和第四侧板组成；顶部支撑板由第一主板、第一和第三侧板组成；姿态调节组件固定在底部支撑板的第二主板上，第一、第二被动轮组件分别安装在底部支撑板的第二、第四侧板上；姿态调节组件的车横轴两侧分别穿过第一、第二被动轮组件的第一、第二连接座，并与之固定连接，同时与第一、第二被动轮组件的第一、第二被动轮通过转动副连接；通过控制姿态调节组件中的车体姿态控制电机实现底部支撑板的第二主板与第二、第四侧板之间的夹角可调，即小车的可折展重构变轮距功能，以适应各种地形环境；驱动轮组件的第一和第四轮组件分别安装在底部支撑板的第二、第四侧板上，它的第二和第三轮组件安装在底部支撑板的第二主板上，在初始状态下，即底部支撑板的第二主板与第二、第四侧板在同一平面上时，第一、第二、第三和第四轮组件的主动轮同轴线，此时，驱动轮组件与第一、第二被动轮组件分列于小车两端；顶部支撑板与底部支撑板将小车其余部件夹在中部，起到保护作用。

它的姿态调节组件由车横轴、车体姿态控制电机、从动齿轮、驱动齿轮、第一和第二导电滑环组件组成；其中，第一导电滑环组件由第一导电外环、第一导电内环、第一固定座组成，第二导电滑环组件由第二导电外环、第二导电内环、第二固定座组成；第一、第二导电内环与车横轴固定连接，同时分别与第一、第二导电外环通过转动副连接；第一、第二导电外环与第一、第二固定座固定连接，而第一、第二固定座则与第二主板固定连接；车体姿态控制电机同样固定在第二主板上，其输出轴与驱动齿轮连接，将动力通过与驱动齿轮啮合的从动齿轮传递到车横轴上，从而可以改变第二主板与第二、第四侧板上的夹角，以实现第一、第四轮组件与第二、第三轮组件之间的轮距调整；通过第一、第二导电滑环组件，可以保证第一、第二主板之间的元件在发生多次整周回转后仍能与第一、第二、第三和第四侧板上的元件保持良好的电气连接。

它可以工作在连续可变轮距的工作模式下，且不区分正反面和前后侧；车体关于底部支撑板与顶部支撑板的中性面完全对称。小车可以工作在短轮距和长轮距模式下，且轮距连续可变，同时通过控制姿态调节组件中的车体姿态控制电机实现第一、第二主板与第一、第二、第三和第四侧板之间的主动翻转，，使得小车具备越障能力。