一种欠驱动履带式机器人移动平台的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于工业机器人技术领域，尤其是一种欠驱动履带式机器人移动平台。
【背景技术】
[0002]目前机器人的移动机构有多种形式，主要包括轮式移动机构、腿式移动机构、履带式移动机构以及复合式移动机构。轮式移动机构主要应用于地面状态良好的条件，其移动速度高运行效率高，结构简单，但越野能力不强；腿式移动机构的优势在于崎岖的路面上良好的通行能力，速度不高，结构复杂，能量利用率比较低；履带式移动机构综合了腿式和轮式的特点，既具有较高的移动速度，又拥有优越的越障性能，但其爬坡时重心跌落具有冲击。复合式移动机构是一种移动变形机构，例如欠驱动机构就是一种复合式移动机构。
[0003]对于欠驱动机构的研宄，国内外很多研宄机构都作出过重要成果。但是，其内容普遍偏向于其控制器的开发或者运动轨迹的规划方面，其重点在于欠驱动机构的控制方式，忽略了其机构本身设计所具有的价值。将欠驱动机构应用于机器人的行走机构中，可以减少驱动电机的数目，降低减轻重量，增加运动的灵活性；欠驱动机构所具有的灵活性和可变性，将其运用到机器人行走机构的设计中，可使机器人适应更加复杂的路面情况；驱动电机的数目减少，可显著降低机器人的行走功耗，增加机器人单次使用的行走距离；其高容错性能，可以减少移动机器人出错的概率以及提高移动机器人的出错补偿能力。
[0004]近年来，比较典型的欠驱动机器人行走机构主要有:1、由美国JPL机构成功研发的火星探测机器人Sojourner，该移动机器人采用六轮摇臂悬吊式机构，每个轮子均独立悬挂，其中四个角轮具有独立的驱动器和控制单元，其余两个轮子为前导轮，辅助机器人爬坡越障；但是，由于这类机器人采用悬架机构，其灵活移动性能仍受到局限，行进效率不高，能耗较大。2、中国科学院沈阳自动化研宄所自行研制的“灵蜥”系列移动机器人，该机器人移动机构采用三段履带式设计，可以实现轮-履带-腿的复合行走功能可以实现平稳上下楼梯，垂直越障，实现全方位行走。其行走机构由前导履带、支撑履带和辅助稳定履带构成；前导履带依靠其自身运动，在遇到障碍时，可以自适应提升机器人的重心位置；支撑履带传递动力，辅助稳定履带辅助支撑。其前导履带与支撑履带之间的关节是依靠自身重量和尾部的轮自主调节的，为欠驱动关节。该机器人的行走机构采用履带式，行走效率大大提高，但仍然面临功耗大，越障时支撑履带和辅助稳定履带之间的夹角变动大，机器人受到冲击大等缺点。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、能够满足在各种复杂工况下稳定工作的欠驱动履带式机器人移动平台。
[0006]本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的:
[0007]一种欠驱动履带式机器人移动平台，包括机器人本体机构及其内部的驱动电机，在机器人本体机构的前端安装差动齿轮机构并与驱动电机相连接，该差动齿轮机构作为机器人平台动力传递的主要机构；在机器人本体两侧对称设有欠驱动变形履带机构并与差动齿轮机构相连接，该欠驱动变形履带机构作为机器人与复杂路况的主要交互机构；在欠驱动变形履带机构的外侧安装有辅助越障机构，该辅助越障机构与欠驱动变形履带机构及差动齿轮机构相连接，该辅助越障机构作为机器人与复杂路况的次要交互机构。
[0008]而且，所述机器人本体机构包括机器人箱体、电机的传动机构和连接架；所述电机的传动机构包括电机支撑架、两台驱动电机、传动轴、支撑轴承和斜齿轮，电机支撑架固定在机器人箱体的前板内侧，两台驱动电机固定在电机支撑架上，两台驱动电机分别通过两个传动轴输出动力，两个传动轴分别安装在支撑轴承内，两个传动轴输出端与两个斜齿轮相连接，两个斜齿轮分别与差动齿轮机构相连接；所述连接架包括变形六个履带固定架和两个差动齿轮机构固定架，六个履带固定架一端分别固装在机器人箱体两侧板上，另一端固定在左右变形履带机构上；两个差动齿轮机构固定架固装在机器人箱体前板外侧，在差动齿轮机构固定架上安装差动齿轮机构。
[0009]而且，所述欠驱动变形履带机构包括变形连杆机构、履带驱动支撑系统，其中:
[0010]变形连杆机构包括车体连接杆、两个前引导杆、地面前支撑杆、前支撑连接杆、后支撑板、后连接杆和中部调整杆，车体连接杆由一个长连杆和短杆组成，长连杆用于定位履带驱动轮和从动履带轮；两个前引导杆的一端设有连接孔并与差动齿轮机构的空心轴间隙配合，两个前引导杆另一端分别与地面前支撑杆、前支撑连接杆以及中部调整杆铰接；地面前支撑杆为对称机构，由左右各两个连杆对称布置，中间通过连接架固定一起，连杆的两端设有履带支撑轮轴的安装孔；前支撑连接杆由两个相同的连杆和中间固定架组成，其一端与地面前支撑杆连接，另一端与前引导杆、中部调整杆通过轴、孔和轴承铰接一起；中部调整杆有两组，每一组均由中间杆和两端调节板构成，中间杆与两端调节板通过螺纹连接固定；后连接杆设有三处铰接点，分别与地面前支撑杆、从动履带轮及后支撑板铰接；后支撑板为三处铰接，分别与后连接杆、中部调整杆及履带支撑轮铰接；
[0011]履带驱动支撑系统包括主动履带轮、从动履带轮和三个支撑履带轮，主动履带轮、从动履带轮分别安装在车体连接杆的两端，在主动履带轮、从动履带轮上设有同步履带，三个支撑履带轮分别安装在地面支撑杆两端和后支撑板的底端。
[0012]而且，在前引导杆和车体连接杆之间安装有复位弹簧实现变形连杆机构的复位功會K。
[0013]而且，所述前支撑连接杆与地面前支撑杆的长度相等；所述两个前引导杆的长度相等。
[0014]而且，所述差动齿轮机构包括三对斜齿轮组、主传动轴、两根中间传动轴和从传动轴、外侧主动履带轮，三对斜齿轮组分布于主传动轴、中间传动轴和从传动轴上，其中，主传动轴通过轴承和轴承套完成定位，主传动轴上连接的斜齿轮和中间传动轴上的斜齿轮啮合传动；中间传动轴斜齿轮与中间传动齿轮轴通过键连接将动力传给铰接于外侧主动履带轮的另一中间传动轴上，中间传动轴通过轴承套安装在外侧主动履带轮上，中间传动轴上有两组啮合斜齿轮，该斜齿轮和齿轮轴经啮合将动力传给从传动轴；从传动轴包括空心轴和中心轴，中心轴通过第一轴承同心安装在空心轴内，从动轴斜齿轮安装于中心轴上，该斜齿轮与中间传动轴上的齿轮轴啮合传动。
[0015]而且，所述辅助越障机构包括两个连接板、两个主要支撑轴、一个同步带传动支撑轴、动力输入轴、两个同步带轮、同步带两个直齿轮和六个同步履带轮；两个连接板对称设置，两个连接板之间通过两个主要支撑轴和一个同步带传动支撑轴来完成定位和固定功能，六个同步履带轮设置在两个连接板的外侧并安装在两个主要支撑轴和一个同步带传动支撑轴上；两个同步带轮、同步带设置在两个连接板之间，第一个同步带轮安装在同步带传动支撑轴上，第二个同步带轮安装在同步带轮轴上，该同步带轮轴与两个连接板安装在一起，该同步带安装在两个同步带轮上；动力输入轴与两个连接板安装在一起，两个直齿轮设置在两个连接板的外侧并啮合在一起，两个直齿轮分别安装在动力输入轴及同步带轮轴的末端。
[0016]而且，所述辅助越障机构与差动齿轮机构的连接关系为:辅助越障机构通过连接板上的安装孔并通过螺钉连接到差动齿轮机构的空心齿轮轴上，差动齿轮机构从动轴的中心轴通过轴上的方形凸起与辅助越障机构的动力输入轴凹陷配合传动。
[0017]而且，所述主要支撑轴通过固装在连接板外侧的两个轴承套与连接板安装在一起；所述同步带传动支撑轴通过固装在连接板外侧的两个轴承套与连接板安装在一起；所述同步带轮轴通过固装在两个连接板外侧的轴承套与两个连接板安装在一起；所述动力输入轴通过固装在两个连接板内侧的轴承套与两个连接板安装在一起。
[0018]本发明的优点和积极效果是:
[0019]1、本发明采用欠驱动的变形履带式行走机构和辅助越障机构的组合模式，能够满足机器人在复杂工况下稳定工作，实现楼梯、斜坡、沟槽、凸台和非平整路面的平稳行走功會K。
[0020]2、本发明仅使用两个驱动电机，减轻了自身质量，提高了载重能力，降低了能耗，节约了单次行走时间，增加了单次行走的路程。
[0021]3、本发明采用特殊的变形履带机构，可以跨越高于自身高度的障碍，地形适应能力更强。
【附图说明】
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