关节履带与车轮相复合的移动平台及具有其的消防机器人的制作方法

本发明涉及一种关节履带与车轮相复合的移动平台及具有其的消防机器人，属于移动机器人机构领域。

背景技术：

一些消防探测机器人需要快速地进入探测现场，及时探测并传递出探测现场的环境信息，这些机器人所面临的地形十分复杂，有人工建造的结构性的台阶、楼梯、沟道等地形，有灾后形成的凌乱地形，有些环境空间狭窄。消防探测机器人要克服的地形特点要求机器人移动底盘要具有克服上述地形的移动能力。小型移动平台的履带式行走系统具有较好克服结构化地形的能力；轮式行走系统效率高，机动灵活，一些特殊形式的轮式行走机构如麦克纳姆轮还可以实现全方位的移动适用于空间狭小的场所。目前用于消防探测机器人的移动底盘的行走机构形式单一，地形适应性差。

技术实现要素：

旨在解决现有技术中存在的技术问题，为此，本发明的一个目的在于提出一种关节履带与车轮相复合的移动平台，通过改变关节履带的摆角可以实现履带式行走模式与轮式行走模式的变换，地形适应性好；并提出了一种采用关节履带与车轮相复合的移动平台的消防机器人。

本发明为实现发明目的所采取的技术路线为：

关节履带与车轮相复合的移动平台包括：关节履带底盘、前车轮组件、后摆架、后车轮组件、连杆；所述关节履带底盘包括：主车体、主履带组件、主驱动件、摆臂履带组件、摆臂驱动件；所述主履带组件为两个，两个所述主履带组件分别与所述主车体的左右两侧相连，所述主履带组件包括：主履带前轮，所述主履带前轮与所述主车体前端可枢转地相连；主履带后轮，所述主履带后轮与所述主车体后端可枢转地相连；主履带，所述主履带包络在所述主履带前轮与所述主履带后轮外；所述主驱动件驱动所述主履带绕所述主履带前轮与所述主履带后轮转动。所述摆臂履带组件为两个，设于所述主履带组件外且与所述主履带组件构成关节履带结构，所述摆臂履带包括：摆臂架，所述摆臂架的中部与所述主车体相铰连构成转动副，所述转动副与所述主履带前轮同轴线；摆臂后轮，所述摆臂后轮与所述主履带前轮同轴连接，且所述摆臂后轮与所述摆臂架中部可枢转地相连；摆臂前轮，所述摆臂前轮与所述摆臂架的前端可枢转地相连；摆臂履带，所述摆臂履带包络在所述摆臂后轮与所述摆臂前轮外；所述摆臂驱动件与所述摆动架相连并驱动所述摆臂架绕所述主履带前轮轴线摆动；所述前车轮组件为两个，所述前车轮组件与所述摆臂架的后端相连；所述后摆架中部与所述主车体可枢转地相连；所述后车轮组件与所述后摆架末端相连；所述连杆一端与所述摆臂架铰连，所述连杆的另一端与所述后摇架铰连，所述主车体、所述摆臂架、所述后摇架与所述连杆构成四连杆机构。

优选地，所述后摆架与所述主车体构成的转动副与所述主履带后轮同轴线。

可选地，所述四连杆机构为平行四边形机构。

可选地，所述前车轮组件为轮毂电机一体式车轮；所述后车轮组件为轮毂电机一体式车轮。

进一步可选地，所述前车轮组件为轮毂电机驱动的麦克妠姆轮；所述后车轮组件为轮毂电机驱动的麦克妠姆轮。

另一可选方案，所述后车轮组件包括：后车轮，所述后车轮与所述后摇架可枢转地相连；传动轮一，所述传动轮一与所述后车轮同轴相连；挠性传动轮二，所述挠性传动轮二与所述主履带后轮同轴相连；挠性传动件，所述挠性传动件连接所述传动轮一和所述传动轮二实现挠性件传动。根据其他可选方案，所述传动轮一与所述传动轮二为齿轮，所述所述传动轮一与所述传动轮二相互啮合传动。根据另外的可选方案，所述传动轮一与所述传动轮二为齿轮，所述所述传动轮一与所述传动轮二间通过中介齿轮传动。所述前车轮组件与所述后车轮组件的方案与结构相似。

可选的，所述主履带组件的所述主履带后轮为驱动轮，所述主履带前轮为从动轮；两个所述主驱动件分别与两个所述驱动轮相连并驱动所述驱动轮转动；进一步可选地，所述主驱动件可为减速电机，所述减速电机安装在所述主车体上，且与所述驱动轮相连。

可选地，所述摆动驱动件为减速电机，所述减速电机与所述摆臂架相连并驱动所述摆臂履带组件摆动；另一可选地，所述摆动驱动件为直线驱动件，所述直线驱动件的一端与所述主车体铰连，所述直线驱动件的另一端与所述摆臂架连。

可选地，两个所述摆臂履带组件相连，且两个所述摆臂架固定连在一起，由一个所述摆臂驱动件驱动所述摆臂架摆动。

另一可选地，两个所述摆臂履带组件独立摆动，两个所述摆臂驱动件分别与两个所述摆臂履带组件相连且驱动所述摆臂履带组件摆动。

一种消防机器人，所述消防机器人上述的关节履带与车轮相复合的移动平台，所述消防机器人还包括：环境信息探测传感装置和视觉探测装置。

根据本发明的上述的技术方案，所述关节履带底盘的两个所述主履带组件在主驱动件的驱动下使得所述关节履带底盘具有移动功能，所述摆臂履带组件与所述主履带组件，所述摆动履带与所述主履带同步转动；所述摆臂驱动件驱动所述摆臂履带组件绕主履带前轮轴线摆动。因为所述主车体、所述摆臂架、所述后摇架与所述连杆构成四连杆机构，以所述主车体为所述四连杆机构的机架，当所述摆臂架摆动时，所述后摇架同时摆动，因为所述摆臂架与所述后摇架上分别连接了所述前车轮组件和所述后车轮组件，因此，在所述摆臂架摆动时，所述前车轮组件与所述后车轮组件随着所述四连杆机构的变形而发生位置变化。这样，有时所述主履带组件接触地面或所述主履带组件与所述摆臂履带组件接触地面，有时所述前车轮组件或所述后车轮组件接触地面，这样实现了履带式行走模式与轮式行走模式的变换。所述摆臂架的摆角不同，本发明的移动平台的姿态也不同，如在轮式行走模式下，控制所述摆臂架的摆角可以改变本发明的移动平台的重心位置以及净空高度。

根据本发明的技术方案，若所述前车轮组件或所述后车轮组件为轮毂电机一体式车轮，则可简化动力传动路线，若所述前车轮组件或所述后车轮组件为轮毂电机驱动的麦克妠姆轮时，本发明的关节履带与车轮相复合的移动平台在轮式行走模式时可实现全方位的移动，这样移动更为灵活机动。根据本发明的技术方案，本发明的所述前车轮组件通过传动件从所述主履带前轮获取动力，及所述后车轮组件通过传动件从所述主履带后轮获取动力，这样可以减少驱动元件如驱动电机的使用。

根据本发明的技术方案，两个所述摆臂履带组件相连，如通过两个所述摆臂架固定连在一起，这样可由一个所述摆臂驱动件驱动所述摆臂架摆动；采用这种技术方案，本发明的移动平台两侧的所述四连杆机构同步动作。根据本发明的另一可选方案，两个所述摆臂履带组件独立摆动，两个所述摆臂驱动件分别与两个所述摆臂履带组件相连且驱动所述摆臂履带组件摆动，这样，本发明的移动平台的两个所述四连杆机构可以独立的动作，因为左右两个所述摆臂架的摆角不同，所以本发明的移动平台两侧的行走机构的姿态也不同，在一定程度上可提高本发明的移动平台的地形适应性。

本发明所提出的消防机器人因为使用了上述的关节履带与车轮相复合的移动平台，因此具有所述关节履带与车轮相复合的移动平台的移动性能，具有履带式行走模式和轮式行走模式变换的性能，可以根据地形特点，进行两种行走模式的变换，这样地形适应性好，能够满足多种地形的移动需要，因为装备了所述环境信息探测传感装置和所述视觉探测装置可以对消防救灾现场进行环境信息的探测、救灾现场场景的信息采集。

通过上述技术方案达到了以下有益效果：(1)可以实现所述的关节履带与车轮相复合的移动平台的履带式行走模式与轮式行走模式的变换，地形适应性强；(2)采用所述的关节履带与车轮相复合的移动平台的消防机器人地形适应性好，能够较好地满足灾害现场的地形通过性的需要，提高了机器人的移动性能；(3)所述消防机器人上装备了所述环境信息探测传感装置和所述视觉探测装置，因此可对灾害现场进行环境信息的探测以及、救灾现场场景的信息采集。

附图说明

图1是本发明的关节履带与车轮相复合的移动平台实施例一的在轮式行走模式高位时立体示意图；

图2是图1所示实施例一在轮式行走模式低位时的立体示意图；

图3是图1所示实施例在履带式行走模式下具有摆臂导向时的立体示意图；

图4是图1所示实施例在履带式行走模式下摆臂展开时的立体示意图；

图5是图1所示实施例的另一立体示意图；

图6是本发明的关节履带与车轮相复合的移动平台实施例二的立体示意图；

图7是图6所示实施例在台阶地形上时的状态图；

图8是本发明采用麦克纳姆轮的关节履带与车轮相复合的移动平台的实施例三的立体示意图；

图9是本发明的关节履带与车轮相复合的移动平台的实施例四的立体示意图；

图10是图9所示实施例四在履带式行走模式下的立体示意图；

图11是本发明的关节履带与车轮相复合的移动平台的实施例五的示意图；

图12是本发明的关节履带与车轮相复合的移动平台的实施例六的示意图；

图13是图1所示实施例一以轮式行走模式行进的状态图；

图14是图1所示实施例一改变高度通过障碍物时的状态图；

图15是图1所示实施例一以履带式行走模式准备攀爬阶梯时的状态图；

图16是图1所示实施例一以履带式行走模式开始攀爬阶梯时的状态图；

图17是图1所示实施例一摆臂履带组件展开式攀爬阶梯时的状态图；

图18是图1所示实施例一即将爬上阶梯时的状态图；

图19是图1所示实施例一摆臂履带组件下摆准备爬下阶梯时的状态图；

图20是图1所示实施例一爬下阶梯时的状态图；

图21是图1所示实施例一的摆臂履带组件接触阶梯下方地面时的状态图；

图22是图1所示实施例一的后车轮组件接触阶梯最后一个台阶时的状态图；

图23是图1所示实施例一利用摆臂履带组件使得主履带逐渐接触地面时的状态图；

图24是图1所示实施例一主履带完全接触地面时的状态图；

图25是图1所示实施例一以履带行走模式驶离阶梯时的状态图；

图26是图1所示实施例一变换为轮式行走模式驶离阶梯时的状态图；

图27是具有图1所示关节履带与车轮相复合的移动平台的消防机器人的结构示意图；

附图标记：

1000关节履带与车轮相复合的移动平台；

1关节履带底盘；

11主车体；

12主履带组件；

121主履带前轮；122主履带后轮；123主履带；

13主驱动件；

14摆臂履带组件；

141摆臂架；142摆臂后轮；143摆臂前轮；144摆臂履带；145摆臂轴；146传动齿轮；147连接杆；

15摆臂驱动件；

151驱动齿轮；

1501减速电机；1502直线驱动件；

2前车轮组件；

3后摆架；

4后车轮组件；

41后车轮；42传动轮一；43传动轮二；44挠性传动件；

5连杆；

6环境信息探测传感装置；

7视觉探测装置；

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1、图2、图3、图4所示，根据本发明实施例的关节履带与车轮相复合的移动平台，包括：关节履带底盘1、前车轮组件2、后摆架3、后车轮组件4、连杆5；所述关节履带底盘1包括：主车体11、主履带组件12、主驱动件13、摆臂履带组件14、摆臂驱动件15；主履带组件12为两个，两个主履带组件12分别与所述主车体11的左右两侧相连，主履带组件12包括：主履带前轮121，主履带前轮121与所述主车体11前端可枢转地相连；主履带后轮122，主履带后轮122与主车体11后端可枢转地相连；主履带123，主履带123包络在主履带前轮121与主履带后轮122外；主驱动件13驱动主履带123绕主履带前轮121与主履带后轮122转动(如图2所示)。摆臂履带组件14为两个，设于主履带组件12外且与主履带组件12构成关节履带结构，摆臂履带组件14包括：摆臂架141，摆臂架141的中部与主车体11相铰连构成转动副，所述转动副与主履带前轮121同轴线；摆臂后轮，摆臂后轮142与主履带前轮121同轴连接，且摆臂后轮142与摆臂架141中部可枢转地相连；摆臂前轮143，摆臂前轮143与摆臂架141的前端可枢转地相连；摆臂履带144，摆臂履带144包络在摆臂后轮142与摆臂前轮143外；摆动驱动件15与摆臂架141相连并驱动摆臂架141绕主履带前轮121轴线摆动；前车轮组件2为两个，前车轮组件2与摆臂架141的后端相连；后摆架3中部与主车体11可枢转地相连；后车轮组件4与后摆架3末端相连；连杆5一端与摆臂架141铰连，连杆5的另一端与后摇架3铰连，主车体11、摆臂架141、后摇架3与连杆5构成四连杆机构。

图1所示的实施例一的后摆架3与主车体11构成的转动副与主履带后轮122同轴线，具体地，后摆架3以主履带后轮122的轮轴为旋转轴。

图1所示的实施例一中，所述四连杆机构为平行四边形机构。

图1所示的实施例一中，前车轮组件2为轮毂电机一体式车轮，后车轮组件4为轮毂电机一体式车轮，这样，可简化动力传动路线。

如图8中为本发明的移动平台的实施例三，在实施例三中，前车轮组件2为轮毂电机驱动的麦克妠姆轮；后车轮组件4为轮毂电机驱动的麦克妠姆轮。具体地前车轮组件2与后车轮组件4的麦克纳姆轮的旋向相反，左右两侧的前车轮组件的麦克纳姆轮的旋向也相反。因为采用了麦克纳姆轮，本发明的关节履带与车轮相复合的移动平台1000在轮式行走模式时可实现全方位的移动，这样移动更为灵活机动。

在具体实施中，可以选择主履带组件12的主履带后轮122为驱动轮，主履带前轮121为从动轮；主驱动件13为两个分别与两个所述驱动轮相连并驱动所述驱动轮转动，如图2的实施例一所示。进一步可选地，主驱动件13可为减速电机，所述减速电机安装在主车体11上，且与所述驱动轮相连，图2所示的实施例一采用了减速电机。

本发明的实施例一，如图5所示，及图6所示的实施例二中，摆动驱动件15为减速电机1501，减速电机1501固定在主车体11上，减速电机1501与摆臂履带组件14的摆臂架141的摆臂轴145相连，具体地，摆臂架141的摆臂轴145上设有传动齿轮146，减速电机1501的输出轴上设有驱动齿轮151，传动齿轮146与驱动齿轮151啮合，这样实现了减速电机1501驱动摆臂履带组件14的目的。

在其中一些实施例中，如图1至图5所示的实施例一，两个摆臂履带组件14相连，且两个摆臂架141固定连在一起，由一个摆动驱动件15驱动摆臂架141摆动。具体地，如图5所示，摆臂轴145将两个摆动架141固定连接在一起，保证了两个摆动架141同时摆动，且摆臂轴145上安装有传动齿轮146；摆动驱动件15采用了减速电机1501，减速电机1501的电机轴上连接了驱动齿轮151，驱动齿轮151与传动齿轮146相啮合；这样，减速电机1501带动驱动齿轮151转动，驱动齿轮151驱动传动齿轮146带动摆臂轴145转动，从而驱动两个摆动架141同步摆动。根据本发明的技术方案，两个摆臂履带组件14相连，这样可由一个摆动驱动件15驱动两个摆臂架141同步摆动；从而驱动主车体11两侧的两个所述四连杆机构同步动作。

另一可选地的方案，两个摆臂履带组件14独立摆动，两个摆动驱动件15分别与两个摆臂履带组件14相连且驱动摆臂履带组件14摆动，如图6所示的实施例二，具体地，两个摆动驱动件15采用了减速电机1501，所述减速电机1501的输出轴上连接了驱动齿轮151；每个摆臂履带组件14均有一个摆臂轴145，摆臂轴145上安装有传动齿轮146；两个驱动齿轮151分别与两个传动齿轮146相啮合。因此两个摆动驱动件15可独立改变主车体11两侧的所述四连杆的形状，这样，本发明的移动平台的两个所述四连杆机构可以独立的动作，因为左右两个摆臂架141的摆角不同，所以本发明的移动平台两侧的行走机构的姿态也不同，在一定程度上可提高本发明的移动平台的地形适应性。图7为图6所示实施例在两侧地形高度不同时，分别调节主车体11两侧的所述四连杆机构的形状保证主车体11保持水平的状态。

另一可选地，摆动驱动件15为直线驱动件1502，如图9、图10所示的实施例四中，直线驱动件1502采用了电动推杆，所述电动推杆的一端与主车体11较连，所述电动推杆的另一端与摆臂架141铰连。在本实施例四中，两个摆臂架141通过连接杆147相固连，连接杆147上设有铰接耳座一；主车体11上也设有铰接耳座二，所述电动推杆的两端分别与铰接耳座一、铰接耳座二相连；所述电动推杆的发生长度变化时，可以驱动摆臂架141摆动，即可以改变摆臂架141的摆角，进而可以驱动所述四连杆机构动作。图9、图10所示的实施例四中，前车轮组件2为轮毂电机驱动的麦克妠姆轮；后车轮组件4为轮毂电机驱动的麦克妠姆轮，图9为轮式行走模式，图10为履带式行走模式。

在其他的一些实施例中，本发明的前车轮组件2和后车轮组件4，可以从关节履带底盘1上获取动力。图11所示的实施例五中，后车轮组件4包括：后车轮41，后车轮41与后摇架3可枢转地相连；传动轮一42，传动轮一42与后车轮41同轴相连；传动轮二43，传动轮二43与主履带后轮122同轴相连；挠性传动件44，挠性传动件44连接传动轮一42和传动轮二43实现挠性件传动。具体地，挠性传动件44为同步带，传动轮一42与传动轮二43为同步带轮。在其他的一些实施例中，挠性传动件44也可以为链条，而传动轮一42与传动轮二43采用链轮。前车轮组件2与后车轮组件4方案与结构相似，不做介绍。

在其他的一些实施例中，传动轮一42与传动轮二43为齿轮，传动轮一42与传动轮二43相互啮合传动。若传动轮一42与传动轮二43为齿轮，传动轮一42与传动轮二43的轴间距过大时，造成传动轮一42与传动轮二43过大，这样可在传动轮一42与传动轮二43间可通过中介齿轮45传动，图12所示的实施例六采用了两个中介齿轮45进行辅助传动。前车轮组件2与后车轮组件4方案与结构相似，不做介绍。

图11所示的实施例五及图12所示的实施例六中，本发明的前车轮组件2通过传动件从主履带前轮121获取动力，及后车轮组件4通过传动件从主履带后轮122获取动力，这样可以减少驱动件如驱动电机的数量。

根据本发明的上述的技术方案，关节履带底盘1的两个主履带组件12在主驱动件的驱动下使得关节履带底盘1具有移动功能，摆臂履带组件14与主履带组件12，所述摆动履带与主履带123同步转动；摆动驱动件15驱动摆臂履带组件14绕主履带前轮轴线摆动。因为主车体11、摆臂架141、后摇架3与连杆5构成四连杆机构，以主车体11为所述四连杆机构的机架，当摆臂架141摆动时，后摇架3同时摆动，因为摆臂架141与后摇架3上分别连接了前车轮组件2和后车轮组件4，因此，在摆臂架141摆动时，前车轮组件2与后车轮组件4随着所述四连杆机构的变形而发生位置变化。这样，有时主履带组件12接触地面或主履带组件12与摆臂履带组件14接触地面，有时前车轮组件2或后车轮组件4接触地面，这样实现了履带式行走模式与轮式行走模式的转换。摆臂架141的摆角不同，本发明的移动平台的姿态也不同，如在轮式行走模式下，控制摆臂架141的摆角可以改变本发明的移动平台的重心位置以及净空高度。

图13至图26中，以关节履带与车轮相复合的移动平台的实施例一为例介绍本发明通过凸台、连续阶梯等障碍地形时的动作过程。图13为实施例一以轮式行走模式前进的状态图；当实施例一遇到较高凸起障碍物时，实施例一的摆臂摆动使得实施例一的净空高度变大，实施例一通过该凸起障碍物，如图14所示；图15所示，当实施例一以履带形式，且摆臂履带组件14摆起时的状态准备攀爬连续阶梯；图16中，实施例一以履带行走模式继续攀爬楼梯；图17摆臂履带组件14下摆，延长履带的总长，有助于台阶的攀爬；图18中，实施例一即将爬上阶梯的最上一级台阶；图19实施例一准备爬下阶梯，摆臂履带组件14下摆，避免了所述移动平台发生翻转；图20实施例一的主履带123与摆臂履带144成一条直线时，爬下阶梯；图21实施例一的摆臂履带组件14向上摆动，便于本实施例一无冲击地与地面接触；图22实施例一继续攀爬，后车轮与最下一级台阶接触；通过变形，逐渐地使本实施例一的移动平台的重心下移，如图23至24所示；当所述主履带123与地面接触时，机器人向前移动远离阶梯，如图25所示；然后变形为轮式行走模式进行移动如图26所示。从图13至图26所示的本实施例一中的所述移动平台，可以根据地形的变化，通过调整摆臂履带组件14的摆角，驱动了所述四连杆机构，从而改变了所述移动平台的形状，改变了所述移动平台的行走模式，使得所述移动平台具有良好的越障性能，具有更好的地形适应性与通过性。

如图27所示的一种消防机器人，所述消防机器人上述的关节履带与车轮相复合的移动平台1000，所述消防机器人还包括：环境信息探测传感装置6和视觉探测装置7。

本发明所提出的消防机器人因为使用了上述的关节履带与车轮相复合的移动平台1000，因此具有所述关节履带与车轮相复合的移动平台1000的移动性能，具有履带式行走模式和轮式行走模式变换的性能，可以根据地形特点，进行两种行走模式的变换，这样地形适应性好，能够满足多种地形的移动需要，因为装备了所述环境信息探测传感装置6和所述视觉探测装置7可以对消防救灾现场进行环境信息的探测、救灾现场场景的信息采集。

通过本发明可以实现所述的关节履带与车轮相复合的移动平台的履带式行走模式与轮式行走模式的变换，地形适应性强；采用所述的关节履带与车轮相复合的移动平台的消防机器人地形适应性好，能够较好地满足灾害现场的地形通过性的需要，提高了机器人的移动性能；本发明的消防机器人上装备了所述环境信息探测传感装置和所述视觉探测装置，因此可对灾害现场进行环境信息的探测以及、救灾现场场景的信息采集。

对于移动平台、机器人的其他构成，已为现有技术，且为本领域的普通技术人员熟知，故不再详细描述。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。