一种被动自适应的履带机器人移动平台的制作方法

本发明涉及机器人移动平台技术领域，具体为一种被动自适应的履带机器人移动平台。

背景技术：

现有的被动自适应履带机器人研究有：公布号为：cn107651030a的中国专利公开了一种驱动内置的缓冲摇动履带移动平台及具有其的机器人，其缓冲式差动平衡装置上采用了缓冲装置，很好的缓解了履带通过障碍物时的冲击与震动，保证了机器人的电气系统的稳定运行。但其在越障过程中障碍物容易在其第一履带单元和第二履带单元间卡住，可能使机器人困于作业环境中。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种被动自适应的履带机器人移动平台。该移动平台具有被动自适应能力，能够适应复杂的地形保持平稳行驶，具有更强的越障能力和抗倾覆能力。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：提供一种被动自适应的履带机器人移动平台，包括机器人本体模块、缓冲悬架模块和两个被动自适应履带模块；两个被动自适应履带模块对称安装在机器人本体模块的两侧，且通过缓冲悬架模块将两个被动自适应履带模块和机器人本体模块连接在一起；其特征在于，

所述机器人本体模块包括：机器人控制柜、车体、及两个电机、传动带、电机安装架、齿轮一、齿轮二；

两个电机分别通过相应的电机安装架左右对称安装在车体内；每个电机的输出轴均安装有齿轮一，齿轮一和齿轮二通过对应的传动带相连；机器人控制柜通过螺钉安装在车体的相应位置上；

每个被动自适应履带模块均包括：履带、传动轴、驱动轮、多对履带轮、多个液压减震器及履带轮支架、两块履带板；

多对履带轮及驱动轮支撑履带，位于两端的两个履带轮支架的形状相同，位于中间的履带轮支架形状相同；位于两端的履带轮支架呈“y”字型，包括主支和分支，分支与主支中间的夹角为30～60°，平整路面行驶时分支呈水平状态，主支的两端分别连接一对履带轮，分支向外的一端通过相应轴连接在两个履带板的下部边缘；位于中间的履带轮支架为“1”字型，“1”字型支架的一端通过相应轴连接在两个履带板上，另一端连接一对履带轮，在平整路面行驶时“1”字型支架与地面的夹角小于“y”字型支架上主支和分支之间的夹角；每个“1”字型支架和“y”字型支架的受力中心均通过液压减震器连接履带板；所述液压减震器通过相应轴安装在两个履带板之间；

在两个履带板中部上端通过传动轴及相应的轴承安装驱动轮；驱动轮与履带板不接触，两个履带板通过相应轴及法兰与缓冲悬架模块的履带架连接，所述传动轴通过相应的轴承与机器人本体模块中的齿轮二连接；

所述缓冲悬架模块包括：横摆杆、连杆一、横摆杆轴、两个履带架、多个液压减震器；

横摆杆为上下左右对称结构，横摆杆的中间位置通过横摆杆轴与车体水平固定；多个液压减震器以横摆杆轴为中心左右对称垂直安装，位于两端的液压减震器下端分别通过相应轴连接在横摆杆的两端上，上端与连杆一的一端通过球副垂直连接，连杆一同时连接履带架；位于中间的液压减震器的两端分别通过相应轴将车体与横摆杆连接在一起；所述履带架具有能容纳履带的腔体，履带架套在履带的上部；履带架通过法兰以及相应的轴承和传动轴相连，履带架的下部通过相应轴连接履带板。

被动自适应的履带机器人移动平台，包括机器人本体模块、缓冲悬架模块和两个被动自适应履带模块；两个被动自适应履带模块对称安装在机器人本体模块的两侧，且通过缓冲悬架模块将两个被动自适应履带模块和机器人本体模块连接在一起；其特征在于，

所述机器人本体模块包括：机器人控制柜、车体、及两个电机、传动带、电机安装架、齿轮一、齿轮二；

两个电机分别通过相应的电机安装架左右对称安装在车体内；每个电机的输出轴均安装有齿轮一，齿轮一和齿轮二通过对应的传动带相连；机器人控制柜通过螺钉安装在车体的相应位置上；

每个被动自适应履带模块均包括：履带、传动轴、驱动轮、多对履带轮、多个液压减震器及履带轮支架、两块履带板；

多对履带轮及驱动轮支撑履带，位于两端的两个履带轮支架的形状相同，位于中间的履带轮支架形状相同；位于两端的履带轮支架呈“y”字型，包括主支和分支，分支与主支中间的夹角为30～60°，平整路面行驶时分支呈水平状态，主支的两端分别连接一对履带轮，分支向外的一端通过相应轴连接在两个履带板的下部边缘；位于中间的履带轮支架为“1”字型，“1”字型支架的一端通过相应轴连接在两个履带板上，另一端连接一对履带轮，在平整路面行驶时“1”字型支架与地面的夹角小于“y”字型支架上主支和分支之间的夹角；每个“1”字型支架和“y”字型支架的受力中心均通过液压减震器连接履带板；所述液压减震器通过相应轴安装在两个履带板之间；

在两个履带板中部上端通过传动轴及相应的轴承安装驱动轮；驱动轮与履带板不接触，两个履带板通过相应轴及法兰与缓冲悬架模块的履带架连接，所述传动轴通过相应的轴承与机器人本体模块中的齿轮二连接；

所述缓冲悬架模块包括：横摆杆、连杆一、横摆杆轴、两个履带架、多个液压减震器；

横摆杆为上下左右对称结构，横摆杆的中间位置通过横摆杆轴与车体水平固定；多个液压减震器以横摆杆轴为中心左右对称垂直安装，位于两端的液压减震器下端分别通过相应轴连接在横摆杆的两端上，上端与连杆一的一端通过球副垂直连接，连杆一同时连接履带架；位于中间的液压减震器的两端分别通过相应轴将车体与横摆杆连接在一起；所述履带架具有能容纳履带的腔体，履带架套在履带的上部；履带架通过法兰以及相应的轴承和传动轴相连，履带架的下部通过相应轴连接履带板。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.缓冲悬架模块通过在相应的位置布置液压减震器，使其可以平衡减缓机器人两侧地形起伏引起机器人侧倾，最大限度地增加履带与路面之间的摩擦力，使其具有更好的复杂地形包络能力，具有更强的抗倾覆能力。

2.本发明具有被动自适应能力。被动自适应模块在遇到障碍物时，障碍物作为外界的驱动力输入，履带轮支架一在力的作用下往上转动，根据机构原理履带轮支架四往下转动。在液压减震器二、液压减震器三的作用下，履带轮支架二、履带轮支架三和相应的履带轮使履带保持最佳张紧度。在此过程中，履带轮廓发生柔性变形，机器人重心升高，能够实现在凸台、斜坡、壕沟等复杂环境的行走，跨越高于自身的障碍物。

3.本发明具有避震吸能的能力。每一个履带轮支架安装一个液压减震器，每一个被动自适应履带模块有四组避震吸能的履带轮组件，通过在相应位置安装液压减震器，使其能够吸收凹凸不平路面引起机器人垂直加速的能量，使履带顺着路面上下颠簸的同时机器人本体模块不受干扰，使得车体平稳，减小了地形对车体内电器元件的影响。使移动平台能够贴合复杂地形平稳行驶。除此之外，四组液压减震器能使履带自动张紧，保证最佳履带松紧度。

4.本发明采用的是模块化设计。本发明的机器人由机器人本体模块、被动自适应履带模块、缓冲悬架模块组成。通过模块化设计，可以快速的更换机器人故障模块，减小了机器人故障对其作业的影响。

附图说明

图1为被动自适应履带机器人移动平台的整体结构示意图；

图2为被动自适应履带机器人移动平台的本体模块结构示意图；

图3为被动自适应履带机器人移动平台的被动自适应履带模块结构示意图；

图4为被动自适应履带机器人移动平台的被动自适应履带模块去掉一侧履带板和履带架后的结构示意图；

图5为被动自适应履带机器人移动平台的缓冲悬架模块的立体结构示意图；

图6为被动自适应履带机器人移动平台的缓冲悬架模块中液压减震器六和连杆一的剖视结构示意图；

图7被动自适应履带机器人移动平台适应一侧起伏一侧平整地形示意图；

图8被动自适应履带机器人移动平台在斜坡上移动示意图；

图9被动自适应履带机器人移动平台通过凸台时姿态变换示意图；

图10被动自适应履带机器人移动平台通过壕沟时姿态变换示意图；

图中，机器人本体模块1、被动自适应履带模块2、缓冲悬架模块3；传动带101、电机安装架102、电机103、齿轮一104、齿轮二105、机器人控制柜106、车体107；履带201、法兰202、传动轴203、履带板204、履带轮一205、液压减震器一206、液压减震器二207、驱动轮208、液压减震器三209、液压减震器四210、履带轮六211、履带轮五212、履带轮支架四213、履带轮四214、履带轮支架三215、履带轮三216、履带轮支架二217、履带轮二218、履带轮支架一219、轴四220、轴五221；横摆杆301、液压减震器五302、液压减震器六303、连杆一304、履带架305、横摆杆轴306、轴一307、轴二308、轴三309。

具体实施方式

下面结合实施例及附图进一步解释本发明，但并不以此作为对本申请保护范围的限定。

本发明被动自适应履带机器人移动平台(简称移动平台，参见图1-6)包括机器人本体模块1、缓冲悬架模块3和两个被动自适应履带模块2；两个被动自适应履带模块2对称安装在机器人本体模块的两侧，且通过缓冲悬架模块3将两个被动自适应履带模块2和机器人本体模块1连接在一起；

所述机器人本体模块1包括：机器人控制柜106、车体107、及两个电机103、传动带101、电机安装架102、、齿轮一104、齿轮二105；

两个电机103分别通过相应的电机安装架102左右对称安装在车体107内；每个电机的输出轴均安装有齿轮一104，齿轮一104和齿轮二105通过对应的传动带101相连，所述齿轮二105安装在被动自适应履带模块2的传动轴203上；机器人控制柜通过螺钉安装在车体107的相应位置上；

每个被动自适应履带模块2均包括：履带201、传动轴203、驱动轮208、多对履带轮、多个液压减震器及履带轮支架、两块履带板204；

多对履带轮及驱动轮支撑履带201，位于两端的两个履带轮支架的形状相同，位于中间的履带轮支架形状相同；位于两端的履带轮支架呈“y”字型，包括主支和分支，分支与主支中间的夹角为30～60°，平整路面行驶时分支呈水平状态，主支的两端分别连接一对履带轮，分支向外的一端通过相应轴连接在两个履带板的下部边缘；位于中间的履带轮支架为“1”字型，“1”字型支架的一端通过相应轴连接在两个履带板上，另一端连接一对履带轮，在平整路面行驶时“1”字型支架与地面的夹角小于“y”字型支架上主支和分支之间的夹角，且“1”字型支架在履带板上的安装位置高于“y”字型支架；每个“1”字型支架和“y”字型支架的受力中心均通过液压减震器连接履带板；所述液压减震器通过相应轴安装在两个履带板之间，且液压减震器与履带板的安装高度大于履带轮支架与履带板的安装高度；相邻两个“1”字型支架之间距离相等；

在两块履带板204中部上端通过传动轴203及相应的轴承安装驱动轮208；驱动轮与履带板不接触，两个履带板通过相应轴及法兰与缓冲悬架模块的履带架305连接，所述传动轴通过相应的轴承与机器人本体模块1中的齿轮二105连接；

每对履带轮均包括两个履带轮，履带轮支架的数量为四个；

所述缓冲悬架模块3包括：横摆杆301、连杆一304、横摆杆轴306、两个履带架305、多个液压减震器；

横摆杆301为上下左右对称结构，横摆杆的中间位置通过横摆杆轴与车体107水平固定；多个液压减震器以横摆杆轴为中心左右对称垂直安装，位于两端的液压减震器下端分别通过相应轴连接在横摆杆的两端上，上端与连杆一304的一端垂直连接，连杆一同时连接履带架305；位于中间的液压减震器的两端分别通过相应轴将车体与横摆杆连接在一起；所述履带架305具有能容纳履带的腔体，履带架套在履带的上部；履带架305通过法兰202以及相应的轴承和传动轴203相连，被动自适应履带模块2可以绕着传动轴203相对车体107转动；履带架305的下部通过相应轴连接履带板204。

电机103输出动力，动力通过齿轮一104和传动带101传递给齿轮二105，齿轮二105带动传动轴203。传动轴203安装在驱动轮208上，继而把电机输出的动力传动到驱动轮208上，驱动轮208通过履带201将电机103输出的动力，传递给履带轮，完成整个被动自适应履带模块的驱动。

实施例1

本实施例被动自适应的履带机器人移动平台包括机器人本体模块1、缓冲悬架模块3和两个被动自适应履带模块2；两个被动自适应履带模块2对称安装在机器人本体模块的两侧，且通过缓冲悬架模块3将两个被动自适应履带模块2和机器人本体模块连接在一起；

所述机器人本体模块1包括：机器人控制柜106、车体107、及两个电机103、传动带101、电机安装架102、齿轮一104、齿轮二105；

所述被动自适应履带模块2包括：履带201、法兰202、传动轴203、履带板204、履带轮一205、液压减震器一206、液压减震器二207、驱动轮208、液压减震器三209、液压减震器四210、履带轮六211、履带轮五212、履带轮支架四213、履带轮四214、履带轮支架三215、履带轮三216、履带轮支架二217、履带轮二218、履带轮支架一219、轴四220、轴五221；

所述缓冲悬架模块3包括：横摆杆301、液压减震器五302、液压减震器六303、连杆一304、履带架305、横摆杆轴306、轴一307、轴二308、轴三309；

机器人本体模块1与被动自适应履带模块2的连接关系：

机器人本体模块1通过传动轴203和被动自适应履带模块2连接，其中被动自适应履带模块2可以绕着传动轴203相对车体107转动，与缓冲悬架模块3相结合，可以使机器人适应一侧起伏一侧平整地形。

机器人本体模块1与缓冲悬架模块3的连接关系：

液压减震器五302左右对称安装，液压减震器五302一端通过轴二308安装在横摆杆301对应的位置上，另一端通过轴三309安装在车体107对应的位置上；横摆杆301通过横摆杆轴306安装在车体107对应的位置上。

被动自适应履带模块2与缓冲悬架模块3的连接关系：

履带板204通过轴四220和轴五221与履带架305相连；液压减震器六303左右对称安装，其中一个液压减震器六303通过轴一307安装在横摆杆301对应的位置上，通过连杆一与履带架305相连；履带架305通过法兰202以及相应的轴承和传动轴203相连。从而实现被动自适应履带模块2与缓冲悬架模块3的连接。

机器人本体模块1各部件间的连接及位置关系:

电机103安装在对应的电机安装架102上，电机安装架102通过螺钉安装在车体107上，从而将电机103安装在车体107相应位置上；齿轮一104安装在电机的输出轴上，齿轮二105安装在传动轴203上，齿轮一104和齿轮二105通过传动带101相连；机器人控制柜通过螺钉安装在车体107的相应位置上。机器人控制柜106用于控制整个移动平台进行相应动作。

被动自适应履带模块2各部件间的连接及位置关系:

传动轴203通过法兰202以及相应的轴承和履带架305相连；传动轮208通过相应的轴承安装在传动轴203上；履带轮支架一219、履带轮支架二217、履带轮支架三215、履带轮支架四213从前往后依次安装在履带板204相应的位置上；液压减震器一206的一端安装在履带板204相应的位置上，另一端安装在履带轮支架一219相应位置上；液压减震器二207的一端安装在履带板204相应的位置上，另一端安装在履带轮支架二217相应位置上；液压减震器三209的一端安装在履带板204相应的位置上，另一端安装在履带轮支架三215相应位置上；液压减震器四210的一端安装在履带板204相应的位置上，液压减震器四210的另一端安装在履带轮支架四213的相应位置上；

履带轮支架一219相应位置上安装着2个履带轮一205和2个履带轮二218；履带轮支架二217相应位置上安装着2个履带轮三216；履带轮支架三215相应位置上安装着2个履带轮四214；履带轮支架四213相应位置上安装着2个履带轮五212和2个履带轮六211。履带板204通过轴四220和轴五221与履带架305相连；

履带轮支架一219、履带轮支架四213呈“y”字型，包括主支和分支，分支与主支中间的夹角为45°，平整路面行驶时分支呈水平状态，主支的两端分别连接一对履带轮，分支向外的一端通过相应轴连接在两个履带板的下部边缘；履带轮支架二217、履带轮支架三215为“1”字型，“1”字型支架的一端通过相应轴连接在两个履带板上，另一端连接一对履带轮，在平整路面行驶时“1”字型支架与地面的夹角小于“y”字型支架上主支和分支之间的夹角；每个“1”字型支架和“y”字型支架的受力中心均通过液压减震器连接履带板。

缓冲悬架模块3各部件间的连接及位置关系:

横摆杆301为上下左右对称结构，其从头到尾依次安装着液压减震器六303、液压减震器五302、横摆杆轴306、液压减震器五302、液压减震器六303，横摆杆301通过横摆杆轴306安装在车体107对应的位置上；液压减震器五302左右对称安装，其中液压减震器五302一端通过轴二308安装在横摆杆301对应的位置上，另一端通过轴三309安装在车体107对应的位置上；液压减震器六303左右对称安装，液压减震器六303一端通过轴一307安装在横摆杆301对应的位置上，另一端通过连杆一304与履带架305相连，连杆一与相应的液压减震器连接处为球铰；履带架305通过法兰202以及相应的轴承和传动轴203相连；履带板204通过轴四220和轴五221与履带架305相连，从而实现被动自适应履带模块2与缓冲悬架模块3的连接。

图6中液压减震器六303和连杆一304之间通过球副连接，可以使横摆杆301绕横摆杆轴306相对车体107转动，实现缓冲悬架模块3功能。如果液压减震器六303和连杆一304之间不是通过球副连接，则横摆杆301在通过横摆杆轴306和车体107相连的情况下，不能绕车体转动。

本发明移动平台的运动模式分为三种模式：一是正常平整的路面上运动；一是在抽象为凸台、斜坡、壕沟等环境中运动；一是在一侧起伏一侧平整地形中运动。

移动平台在第一种模式运行的时候：

电机103输出动力，动力通过齿轮一104和传动带101传递给齿轮二105，齿轮二105带动传动轴203。传动轴203安装在驱动轮208上，继而把电机输出的动力传动到驱动轮208上，驱动轮208通过履带201将电机103输出的动力，传递给履带轮一205、履带轮二218、履带轮三216、履带轮四214、履带轮五212、履带轮六211，完成整个被动自适应履带模块的驱动。从而实现整个机器人的平稳运动。

移动平台在第二种模式运行的时候：

电机103输出动力，动力通过齿轮一104和传动带101传递给齿轮二105，齿轮二105带动传动轴203。传动轴203安装在驱动轮208上，继而把电机输出的动力传动到驱动轮208上，驱动轮208通过履带201将电机103输出的动力，传递给履带轮一205、履带轮二218、履带轮三216、履带轮四214、履带轮五212、履带轮六211，完成整个被动自适应履带模块的驱动。

当转动的履带201接触到障碍物时，履带轮支架一219绕相应的轴顺时针向上转动，液压减震器一206处于压缩状态；履带轮支架二217绕相应的轴顺时针向下转动，液压减震器二207处于拉伸状态；履带轮支架三215绕相应的轴顺时针向下转动，液压减震器三209处于拉伸状态；履带轮支架四213绕相应的轴顺时针向下转动，液压减震器四210处于拉伸状态。履带201外轮廓开始发生变形，直至履带轮一205高过障碍物，履带轮支架一219实现越障。其中履带轮支架一219绕相应的轴顺时针向上转动角度的大小、液压减震器一206的压缩程度，取决于障碍物的大小，液压减震器二207和液压减震器三209使履带自动张紧，保证最佳履带松紧度。

当履带轮二218越过障碍物之后，履带轮支架一219绕相应的轴逆时针向下转动，液压减震器一206处于伸长状态；履带轮支架二217绕相应的轴逆时针向上转动，液压减震器二207处于压缩状态；履带轮支架三215绕相应的轴逆时针向上转动，液压减震器三209处于压缩状态；履带轮支架四213绕相应的轴逆时针向上转动，液压减震器四210处于压缩状态。履带201外轮廓发生变形，使机器人的重心向前，更有利于越障。其中液压减震器二207和液压减震器三209使履带自动张紧，保证最佳履带松紧度。

当履带轮三216越过障碍物之后，机器人重心越过障碍物。当履带轮五212越过障碍物之后，机器人完成整个越障过程，液压减震器一206、液压减震器二207、液压减震器三209、液压减震器四210恢复到初始状态。

移动平台在第三种模式运行的时候：

电机103输出动力，动力通过齿轮一104和传动带101传递给齿轮二105，齿轮二105带动传动轴203。传动轴203安装在驱动轮208上，继而把电机输出的动力传动到驱动轮208上，驱动轮208通过履带201将电机103输出的动力，传递给履带轮一205、履带轮二218、履带轮三216、履带轮四214、履带轮五212、履带轮六211，完成整个被动自适应履带模块的驱动。

当机器人在一侧起伏一侧平整地形中运动时，处于地形起伏一侧的被动自适应履带模块2的履带201发生外轮廓变形，其履带外轮廓变形过程与机器人在第二种模式运行的时相同。除此之外，处于地形起伏一侧的被动自适应履带模块2通过履带架305和传动轴203绕机器人本体模块1向贴合地形的方向转动，最大限度地增加履带201与路面之间的摩擦力。与此同时，当机器人处于地形起伏一侧低于地形平整的一侧时，横摆杆301发生转动，使处于地形起伏一侧的液压减震器五302、液压减震器六303处于拉伸状态，另一侧的液压减震器五302、液压减震器六303处于压缩状态，平衡减缓了机器人两侧地形起伏引起机器人侧倾；当机器人处于地形起伏一侧高于地形平整的一侧时，缓冲悬架模块3各个组件的运动情况与机器人处于地形起伏一侧低于地形平整的一侧时相反。

本发明未述及之处适用于现有技术。