专利名称：履带—雪橇组合式长航程极地自主漫游机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种极地漫游机器人，特别是一种履带一雪橇组合式的长航程极地漫游机器人。
背景技术：
南极因其特殊地理环境、丰富矿藏资源等，具有很高的科学、经济、战略和政治价值，使其成为各国关注的焦点。面对南极复杂环境，科考作业具有高成本、高危险性和地域局限性，同时技术装备手段匮乏。目前应用于极地的机器人的共同点主要还是依靠蓄电池作为提供主动动力的能源的轮式或履带式机器人，没有充分利用太阳能和风能等极地可再生能源。由于能源供给不足或者雪地适应性的限制，目前极地机器人很难满足长航程的极地探测任务。
发明内容
本发明所需要解决的技术问题是克服现有技术中的缺点与不足，提供一种履带、雪橇组合式长航程极低自主漫游机器人，并安装有可控主动与发电一体化的风能复用装置以节约和存储能源，保证探测任务的完成。为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案
一种履带-雪橇组合式极地漫游机器人，包括抗倾覆系统、履带式行走机构和风能复用装置。所述的抗倾覆系统与履带式行走机构通过滑动套筒连接，所述的风能复用装置固定在抗倾覆系统中的长套筒尾部。所述的抗倾覆系统主要包括三对支腿、三个雪橇、短套筒、长套筒、密封筒组件、轴向转动组件、轴向移动组件、升降组件；所述的三对支腿一端分别与三个雪橇固定连接，每对支腿的两个支腿另一端分别与短套筒或长套筒的凸柱通过螺栓固定连接；所述短套筒和长套筒的三个凸柱分别沿其轴线周向均布，短套筒和长套筒通过螺栓对接；所述的密封筒组件包括密封筒、密封前盖和密封后盖，所述的密封筒的前后两端与密封前盖、密封后盖固定连接，所述的密封前盖以转动副安装在短套筒上，所述的密封后盖以转动副安装在长套筒上，密封筒组件可以绕短套筒与长套筒的轴向进行转动。所述的轴向转动组件包括电机组件a、圆柱齿轮副，所述的电机组件a中的电机座固定在密封筒组件的顶部内侧，所述的圆柱齿轮副包括大齿轮、小齿轮，大齿轮与小齿轮外啮合，大齿轮固定安装在短套筒上，小齿轮安装在电机组件a的减速器轴上；所述的电机组件包括电机a、减速器、电机座，电机与减速器固定连接，减速器安装在电机座上。所述的轴向移动组件通过电机座固定在密封筒组件的底部内侧，所述的轴向移动组件包括电机组件b、联轴器、滚珠丝杠、丝杠螺母组件、导轨、支撑板；所述的电机组件b通过联轴器与滚珠丝杠一端连接，另一端安装在支撑板的中间孔中，所述的支撑板安装在长套筒尾部，并可绕长套筒轴向转动；所述的导轨与丝杠平行安装，两端分别安装在密封后板、支撑板的安装孔中；所述的丝杠螺母组件包括丝杠螺母、承重底座，所述的丝杠螺母安装在丝杠上，并可以沿丝杠轴向移动，丝杠螺母固定在承重底座上，承重底座同时安装在导轨上，可沿导轨轴向移动。所述的升降组件通过丝杠螺母组件的承重底座与轴向移动组件固定连接，所述的升降组件包括安装套筒、升降套筒、电机组件C、锥齿轮副a、传力丝杠、丝杠安装板；所述的安装套筒与丝杠螺母组件的承重底座固定连接，与升降套筒滑动装配；所述的电机组件c安装在安装套筒内侧，所述的锥齿轮副包括小锥齿轮、大锥齿轮，大锥齿轮安装在传力丝杠顶部，传力丝杠安装在丝杠安装板上，所述的丝杠安装板安装在安装套筒内侧，距最顶端约200mm ;所述的升降套筒顶部加工有螺纹孔，与传力丝杠之间螺纹配合，与履带式行走机构部分固定连接。所述的履带式行走机构包括壳体、电机组件d、锥齿轮副b、主动轮、主动轮轴、主动轮轴组件、从动轮、从动轮轴、从动轮轴组件、连接板、承重轮、履带。所述的壳体与升降套筒固定连接，所述的电机组件d安装在壳体底面上，所述的锥齿轮副b的大小齿轮安装在主动轮轴和电机组件d的减速器轴上，所述的主动轮轴通过主动轮轴组件安装在壳体上，主 动轮轴的伸出端安装主动轮，主动轮轴组件包括轴承座、轴承盖、轴承；所述的从动轮轴通过从动轮轴组件安装在壳体上，从动轮轴的伸出端安装从动轮，从动轮轴组件包括轴承座、轴承盖、轴承；所述的连接板固定安装在壳体两侧，连接板底部固定安装承重轮轴及其组件，承重轮固定安装在承重轮轴上；所述的履带安装在主动轮、从动轮与承重轮上。所述的风能复用装置包括风机、风机支架，所述的风机通过风机支架安装在长套筒尾端。本发明所涉及的履带雪橇组合式长航程漫游机器人的工作原理如下在南极自主探测过程中，当风力可以提供推力的条件下，风能复用装置在风力作用下，推动机器人前进，同时将富余风能转化为电能存储起起来；当风力不能提供推力的条件下，控制系统使升降组件的电机转动，通过齿轮副、传力丝杠使履带着地，履带行走装置的电机转动，通过齿轮副、主动轮轴、主动轮带动履带转动，为机器人前进提供动力；当强大风速使机器人发生翻转时，两条雪橇着地，控制系统发出信号，使轴向转动组件的电机转动，通过圆柱齿轮畐IJ，带动密封筒组件绕长套筒轴向转动，使履带式行走机构转至套筒正下方，恢复初始状态；当机器人行进过程中遇到冰沟裂缝时，轴向移动组件与升降组件动作，使履带与雪橇进行不同方式组合，以实现机器人越障功能，具体动作如下轴向移动组件电机转动，通过滚珠丝杠，将履带式行走机构部分移动至近冰沟裂缝位置，轴向移动电机停止转动，升降组件的电机转动，使履带行走机构部分着地，并施加一定负载，升降组件的电机停止转动，轴向移动组件的电机转动，由于履带行走机构部分与地面接触，电机转动带动主动机器人的其余组件向前移动，直至雪橇前端抵达冰沟裂缝另一侧，轴向移动组件的电机停止转动，升降组件的电机转动，带动履带式行走机构部分上升，是履带与地面脱离，升降组件的电机停止转动，轴向移动组件的电机转动，带动履带式行走机构部分移动到冰沟裂缝的另一侧，轴向移动组件的电机停止转动，升降组件的电机转动，使履带行走机构部分着地，并施加一定负载，升降组件的电机停止转动，轴向移动组件的电机转动，由于履带行走机构部分与地面接触，电机转动带动主动机器人的其余组件向前移动，直至雪橇后端抵达冰沟裂缝另一侧。本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进
I K
少:本发明通过履带和雪橇的位置变换，可完成自主复位、跨越较大的冰沟裂缝。通过风能复用装置合理利用风能为机器人提供前进动力，并将风能转化为电能储备，实现可控主动与发电一体化，保证机器人长航自主探测任务的顺利完成。
图I是履带-雪橇组合式极地漫游机器人结构示意图。图2是图I去掉雪橇的结构示意图。图3是图I中I处局部放大图。图4是履带-雪橇组合式极地漫游机器人履带式行走机构部分俯视图(a)和侧视图(b)。图5是抗倾覆系统工作过程示意图(a)、(b)、(c)。 图6是履带-雪橇组合式极地漫游机器人跨沟过程示意图a)遇到冰缝，b)履带轴向移动，c)履带下降，d)机器人轴向移动，e)履带上升，f)履带轴向移动，g)履带下降，h)机器人轴向移动，i)履带上升，j)履带复位。
具体实施例方式本发明的优选实施例结合附图详述如下
实施例一
参见图广图4，本履带一雪橇组合式长航程极地自主漫游机器人，由抗倾覆系统(01)、履带式行走机构(02)和风能复用装置(05)组成，其特征在于所述的抗倾覆系统(01)与履带式行走机构(02)通过抗倾覆系统(01)的一个长套筒(26)和一个短套筒(4)活动连接，所述的风能复用装置(05)固连在所述的长套筒(26)尾部。实施例二
本实施例与实施例一基本相同，特别之处是所述的抗倾覆系统(01)包括三个雪橇
(I)、三对支腿(2)、短套筒(4)、长套筒(26)、密封筒组件(06)、轴向转动组件(08)、轴向移动组件(09)和升降组件(03)，所述的三对支腿(2)—端分别与三个雪橇(I)固定连接，每对支腿的两个支腿另一端分别与短套筒(4)或长套筒(26)的凸柱(5)连接，三对支腿(2)呈120°周向分布；所述短套筒(4)和长套筒(26)的三个凸柱(5)周向均布，短套筒(4)和长套筒(26 )通过螺栓固定连接；所述的密封筒组件(06 )包括密封筒(24 )、密封前盖(3 )和密封后盖(25 )，密封筒(24 )与密封前盖(3 )、密封后盖(25 )固定连接；所述的轴向转动组件
(08)通过一个电机座固定在密封筒组件(06)的顶部内侧,包括电机组件a (07a)和圆柱齿轮副；所述的轴向移动组件(09)通过一个电机座固定在密封筒组件(06)的底部内侧，包括电机组件b (07b)、联轴器(6)、滚珠丝杠(7)、丝杠螺母组件、导轨(8)、支撑板(27)，所述的电机组件b (07b )通过联轴器(6 )与滚珠丝杠(7 ) 一端连接,滚珠丝杠(7 )另一端安装在支撑板(27)的中间孔中；所述的支撑板(27)滑套安装在长套筒(26)尾部，可绕长套筒(26)轴向转动；所述的导轨(8)与丝杠(7)平行安装，两端分别安装在密封后盖(25)和支撑板
(27)的安装孔中；所述的丝杠螺母组件包括丝杠螺母(22)和承重底座(23)，所述的丝杠螺母(22 )旋配安装在丝杠(7 )上，可沿丝杠(7 )轴向移动，丝杠螺母(22 )固定连接承重底座
(23)，承重底座(23)同时安装在导轨(8)上，可沿导轨(8)轴向移动；所述的升降组件通过丝杠螺母(22)的承重底座(23)与轴向移动组件(08)固定连接，包括安装套筒(9)、升降套筒(17)、电机组件c (07c)、锥齿轮副a (04a)、传力丝杠(18)和丝杠安装板(21)，所述的安装套筒(9)与丝杠螺母组件的承重底座(23)固定连接，与升降套筒(17)滑动装配；所述的丝杠安装板(21)安装在安装套筒(9)内侧，距最顶端约200mm±20mm;所述的升降套筒(17)顶部加工有螺纹孔，与传力丝杠(18)之间螺纹配合，与履带式行走机构(02)固定连接。实施例三
本实施例与实施例一基本相同，特别之处是所述的履带式行走机构(02)包括壳体(38)、电机组件d (07d)、锥齿轮副b (04b)、主动轮(14)、主动轮轴(15)、主动轮轴组件 (011)、从动轮(10 )、从动轮轴(11)、从动轮轴组件(010)、连接板(30 )、承重轮(12 )和履带
(16)，所述的壳体(38)与升降套筒(17)固定连接；所述的电机组件d (07d)安装在壳体
(38)底面上；所述的主动轮轴(15)通过主动轮轴组件(011)安装在壳体(38)上，主动轮轴组件(011)包括轴承座(35 )、轴承(36 )、轴承盖(37 );所述的从动轮轴(11)通过从动轮轴组件(010 )安装在壳体(38 )上，从动轮轴组件(010 )包括轴承座(31)、轴承盖(32 )、轴承(33 );所述的连接板(30)固定安装在壳体(38)两侧，连接板(30)底部固定安装承重轮轴(13)及其组件，承重轮(12)固定安装在承重轮轴(13)上；所述的履带(16)安装在主动轮(14)、从动轮(10)与承重轮(12)上。实施例四
本实施例与实施例一基本相同，特别之处是所述的风能复用装置(05)包括风机(29)和风机支架(28 )，所述的风机(29 )通过风机支架(28 )安装在长套筒(26 )尾端。具体应用
1.在南极自主探测过程中，当风力可以提供推力的条件下，风能复用装置05在风力作用下，推动机器人前进，同时将富余风能转化为电能存储起起来；当风力不能提供推力的条件下，控制系统使升降组件03的电机转动，通过锥齿轮副04、传力丝杠18使履带16着地，履带行走装置02的电机转动，通过锥齿轮副04、主动轮轴15、主动轮14带动履带16转动，为机器人如进提供动力；
2.当强大风速使机器人发生翻转时,两条雪橇I着地，控制系统发出信号，使轴向转动组件08的电机转动，通过圆柱齿轮副，带动密封筒组件06绕长套筒26轴向转动，使机器人复位到初始状态；当机器人行进过程中遇到冰沟裂缝时，轴向移动组件09与升降组件03动作，使履带16与雪橇I进行不同方式组合，以实现机器人越障功能，具体动作如下轴向移动组件09的电机转动，通过滚珠丝杠18，将履带式行走机构02移动至近冰沟裂缝位置，轴向移动组件09的电机停止转动，升降组件03的电机转动，使履带行走机构02着地，并施加一定负载，升降组件03的电机停止转动，轴向移动组件09的电机转动，由于履带行走机构02与地面接触，电机34转动带动主动机器人的其余组件向前移动，直至雪橇I前端抵达冰沟裂缝另一侧，轴向移动组件08的电机停止转动，升降组件03的电机转动，带动履带式行走机构02上升，使履带16与地面脱离，升降组件03的电机停止转动，轴向移动组件09的电机转动，带动履带式行走机构02移动到冰沟裂缝的另一侧，轴向移动组件09的电机停止转动，升降组件03的电机转动，使履带行走机构02着地，并施加一定负载，升降组件03的电机停止转动，轴向移动组件08的电机转动，由于履带行走机构与地面接触，电机转动带动主动机器人的其余组件向前移动，直至雪橇后端抵达冰沟裂缝另一侧。
权利要求
1.一种履带-雪橇组合式长航程极地自主漫游机器人，由抗倾覆系统(01)、履带式行走机构(02)和风能复用装置(05)组成，其特征在于所述的抗倾覆系统(01)与履带式行走机构(02)通过抗倾覆系统(01)的一个长套筒(26)和一个短套筒(4)活动连接，所述的风能复用装置(05 )固连在所述的长套筒(26 )尾部。
2.根据权利要求I所述的履带-雪橇组合式极地漫游机器人，其特征在于所述的抗倾覆系统(01)包括三个雪橇(I)、三对支腿(2)、短套筒(4)、长套筒(26)、密封筒组件(06 )、轴向转动组件(08 )、轴向移动组件(09 )和升降组件(03 )，所述的三对支腿(2 ) 一端分别与三个雪橇(I)固定连接，每对支腿的两个支腿另一端分别与短套筒(4)或长套筒(26)的凸柱(5)连接，三对支腿(2)呈120°周向分布；所述短套筒(4)和长套筒(26)的三个凸柱(5)周向均布，短套筒(4)和长套筒(26)通过螺栓固定连接；所述的密封筒组件(06)包括密封筒(24)、密封前盖(3)和密封后盖(25)，密封筒(24)与密封前盖(3)、密封后盖(25)固定连接；所述的轴向转动组件(08 )通过一个电机座固定在密封筒组件(06 )的顶部内侧，包括电机组件a (07a)和圆柱齿轮副；所述的轴向移动组件(09)通过一个电机座固定在密封筒组件(06)的底部内侧，包括电机组件b (07b)、联轴器(6)、滚珠丝杠(7)、丝杠螺母组件、导轨(8)、支撑板(27)，所述的电机组件b (07b)通过联轴器(6)与滚珠丝杠(7)—端连接，滚珠丝杠(7)另一端安装在支撑板(27)的中间孔中；所述的支撑板(27)滑套安装在长套筒(26)尾部，可绕长套筒(26)轴向转动；所述的导轨(8)与丝杠(7)平行安装，两端分别安装在密封后盖(25)和支撑板(27)的安装孔中；所述的丝杠螺母组件包括丝杠螺母(22)和承重底座(23)，所述的丝杠螺母(22)旋配安装在丝杠(7)上，可沿丝杠(7)轴向移动，丝杠螺母(22)固定连接承重底座(23)，承重底座(23)同时安装在导轨(8)上，可沿导轨(8)轴向移动；所述的升降组件通过丝杠螺母(22)的承重底座(23)与轴向移动组件(08)固定连接，包括安装套筒(9)、升降套筒(17)、电机组件c (07c)、锥齿轮副a (04a)、传力丝杠(18)和丝杠安装板(21)，所述的安装套筒(9)与丝杠螺母组件的承重底座(23)固定连接，与升降套筒(17)滑动装配；所述的丝杠安装板(21)安装在安装套筒(9)内侧，距最顶端约200mm±20mm ;所述的升降套筒(17)顶部加工有螺纹孔，与传力丝杠(18)之间螺纹配合，与履带式行走机构(02)固定连接。
3.根据权利要求I所述的履带-雪橇组合式极地漫游机器人，其特征在于所述的履带式行走机构(02)包括壳体(38)、电机组件d (07d)、锥齿轮副b (04b)、主动轮(14)、主动轮轴(15 )、主动轮轴组件(011)、从动轮(IO )、从动轮轴(11)、从动轮轴组件(OIO )、连接板(30)、承重轮(12)和履带(16)，所述的壳体(38)与升降套筒(17)固定连接；所述的电机组件d (07d)安装在壳体(38)底面上；所述的主动轮轴(15)通过主动轮轴组件(011)安装在壳体(38 )上，主动轮轴组件(011)包括轴承座(35 )、轴承(36 )、轴承盖(37 );所述的从动轮轴(11)通过从动轮轴组件(010)安装在壳体(38 )上，从动轮轴组件(010)包括轴承座(31)、轴承盖(32 )、轴承(33 );所述的连接板(30 )固定安装在壳体(38 )两侧，连接板(30 )底部固定安装承重轮轴(13)及其组件，承重轮(12)固定安装在承重轮轴(13)上；所述的履带(16 )安装在主动轮(14 )、从动轮(10 )与承重轮(12 )上。
4.根据权利要求I所述的履带-雪橇组合式极地漫游机器人，其特征在于所述的风能复用装置(05 )包括风机(29 )和风机支架(28 )，所述的风机(29 )通过风机支架(28 )安装在长套筒(26)尾端。
全文摘要
本发明涉及一种履带—雪橇组合式长航程极地自主漫游机器人。本发明由抗倾覆系统部分、履带式行走机构部分和风能复用装置部分组成。所述的抗倾覆系统部分通过滑动套筒与履带式行走机构部分连接，风能复用装置安装在抗倾覆系统的尾部。本发明通过履带和雪橇的位置变换，可完成自主复位、跨越较大的冰沟裂缝；通过风能复用装置合理利用风能为机器人提供前进动力，并将风能转化为电能储备，实现可控主动与发电一体化，保证机器人长航程自主探测任务的顺利完成。
文档编号B60L8/00GK102874338SQ20121035585
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日
发明者刘吉成, 陈鹏伟, 李斌, 刘树林, 周晓君, 翟宇毅 申请人:上海大学