一种高负载平板车用两自由度数控轮腿机构的制作方法

本发明涉及平板车领域，特别是一种高负载平板车用两自由度数控轮腿机构。

背景技术：

平板车是一种主要用来装卸大型、重型不可拆卸货物的工程运输车辆，由于采用公路运输，不需铺设专门轨道，具有成本低、运输效率高等特点，且比相同规格的其他种车型，可以装载更多的货物，因此广泛应用于机场、港口、火车站、工厂和大型仓库，并深受运输单位的青睐。但是，在工程应用过程中，现有平板车也存在着诸多工程技术问题，首先，现有平板车轮腿机构多数采用串联结构，降低了轮腿机构的刚度，降低了平板车的承载能力；其次，少数自行式平板车虽然具备一定的越障能力，各车轮可实现独立控制，但因其轮腿机构均采用液压系统驱动，存在着能耗高、可靠性差、维护保养成本高，易发生漏油事故等问题；再次，现有平板车多数不具备重构能力，出厂后轴数一般已固定，用户很难根据自己的需要进行重构、重组；另外，现有平板车多数不具备越障能力，很难适应非铺装路面运输作业要求，同时，在港口、码头等铺装路面上亦存在减速带等障碍，平板车在经过时不可避免受到冲击，因此很难满足危险物品的运输作业要求。

随着以可控机构为代表的机构学前沿学科的发展，以及现代计算机技术、现代控制技术、机器人等现代技术不断进步，为平板车的绿色化、智能化、模块化提供了技术基础，如何提出一种高负载平板车用两自由度数控轮腿机构，具有较好的承载稳定性和负载能力，能较好的满足非铺装路面等特种重载危险物品的运输作业，能够实现车轮水平、竖直方向的两自由度柔性运动，具有高越障能力、高机械效率、高可靠性、高可重构能力、低维护保养成本等优点，已成为平板车领域一个亟需解决的工程问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高负载平板车用两自由度数控轮腿机构，在具有较好越障能力和较强场地适应性的前提下，解决现有平板车轮腿机构机械效率低、故障率高、维护保养成本高的问题，同时具有机构构型简单、易编程控制、制造成本低、可重构能力强等特点，以及较好的承载稳定性和负载能力，能较好的满足非铺装路面等特种重载危险物品的运输作业。

本发明通过以下技术方案达到上述目的：

一种高负载平板车用两自由度数控轮腿机构，是一种运动副均为转动副的平面五杆两自由度机构，包含平台、第一主动杆、第二主动杆、连杆、小臂，由第一主动杆、第二主动杆均由控制用电动机驱动，实现动力输入，车轮安装在数控轮腿机构上，在平板车在行进中遇到路障时，通过该种高负载平板车用两自由度数控轮腿机构的两自由度可控耦合运动，实现车轮的两自由度柔性受控运动，进而完成越障动作。

所述第一主动杆一端通过第一转动副与平台连接，另一端通过第二转动副与连杆一端连接，所述连杆另一端通过第三转动副与小臂连接，所述小臂通过第四转动副与第二主动杆一端连接，所述第二主动杆另一端通过第五转动副与平台连接，所述车轮安装在小臂上，所述第一主动杆、第二主动杆均由控制用电动机驱动，控制用电动机及其伺服电机系统均安装在平台上，相比控制用电机安装在关节上的机器人轮腿，大幅降低了运动惯性，改善了动力学性能，在计算机编程控制下，根据实时路况，所述数控轮腿机构可以实现两自由度柔性可控运动，安装在小臂上的车轮可在水平及竖直方向实现两自由度耦合运动输出，进而实现该种种高负载平板车用两自由度数控轮腿机构越障动作。

所述高负载平板车用两自由度数控轮腿机构采用单闭环并联五杆机构设计，其运动链形成一个闭环回路，各构件之间均采用转动副连接，不仅杆件数目少，造价低，而且显著提高了结构刚度和承载能力，有效降低了制造成本，提高了可靠性，由于各杆件极易拆卸更换，便于维护修理。相比采用串联结构的平板车轮腿机构，单闭环并联五杆机构的设计使平板车具有更好的行驶稳定性和负载能力，更适合非铺装路面等特种重载危险物品的运输作业任务。

所述平台上含有多个连接件，通过连接件实现平台与平台之间的模块化拼接，形成多足高负载机器人平板车，所含各并联五杆数控轮腿机构在计算机控制下，通过耦合运动即可使多足高负载机器人平板车维持水平并完成跨越障碍等动作。

本发明的突出优点在于：

1.该种高负载平板车用两自由度数控轮腿机构采用全转动副并联五杆机构设计，相比采用串联结构的平板车轮腿机构，不仅杆件数目少，造价低，而且显著提高了数控轮腿机构的结构刚度和承载能力，使平板车具有更好的行驶稳定性和负载能力，更适合非铺装路面等特种重载危险物品的运输作业任务。

2.该种高负载平板车用两自由度数控轮腿机构由连杆传统替代了现有轮腿机构中的液压传动，避免了现有轮腿机构液压系统存在的故障率高、维护保养成本高、机械效率低等问题，大幅提高了可靠性，降低了能耗；由于采用并联五杆机构设计，各构件采用全转动副连接，大幅降低了制造成本，提高了可靠性；该种数控轮腿机构由安装在机架上的两主动杆驱动，控制用电机及其伺服电机系统安装在平台上，相比现有轮腿结构采用的关节电机设计，大幅降低了运动惯性，改善了动力学性能。

3.该种高负载平板车用两自由度数控轮腿机构在计算机控制下，可以使车轮实现水平及竖直方向两自由度运动，有效提高了车轮跨越障碍物的能力，使采用该种轻载两自由度数控轮腿机构的平板车具有较强的越障能力和较好的场地适应性，能较好的满足非铺装路面等特种危险物品的运输作业。

4.与采用串联结构设计的现有主臂机构相比，该种数控轮腿机构运动耦合度有所增加，但获得了更好的刚度和承载能力，而且五杆两自由度机构编程控制相对简单，并未大幅增加编程复杂度，该种采用全转动副并联五杆机构设计的数控轮腿机构更适用于制造重型多轴平板车机器人。另外，相比采用液压系统的现有平板车，由于取消了液压系统，避免了复杂的管线连接，该种高负载平板车用两自由度数控轮腿机构具有很强的可重构能力，可通过连接件迅速实现平台与平台之间的模块化拼接，在计算机编程控制下，即可实现多平板车模块的快速耦合控制，形成多足高负载机器人平板车，大幅提高了平板车的适用范围和应用场合。

附图说明

图1为本发明所述高负载平板车用两自由度数控轮腿机构三维示意图。

图2为本发明所述高负载平板车用两自由度数控轮腿机构平面示意图。

图3为本发明所述高负载平板车用两自由度数控轮腿机构的小臂示意图。

图4为本发明所述高负载平板车用两自由度数控轮腿机构示意图。

图5为本发明所述高负载平板车用两自由度数控轮腿机构的拓扑结构图。

图6为本发明所述应用高负载平板车用两自由度数控轮腿机构的四足平板车机器人平面示意图。

图7为本发明所述应用高负载平板车用两自由度数控轮腿机构的四足平板车机器人三维示意图。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

对照图1、图2、图3、图4、图5、图6，一种高负载平板车用两自由度数控轮腿机构，是一种运动副均为转动副的平面五杆两自由度机构，包含平台1、第一主动杆3、第二主动杆11、连杆5、小臂7，由第一主动杆3、第二主动杆11均由控制用电动机驱动，实现动力输入，车轮9安装在数控轮腿机构上，在平板车在行进中遇到路障时，通过该种高负载平板车用两自由度数控轮腿机构的两自由度可控耦合运动，实现车轮8的两自由度柔性受控运动，进而完成越障动作。

对照图1、图2、图3，所述第一主动杆3一端通过第一转动副2与平台1连接，另一端通过第二转动副4与连杆5一端连接，所述连杆5另一端通过第三转动副6与小臂7连接，所述小臂7通过第四转动副10与第二主动杆11一端连接，所述第二主动杆11另一端通过第五转动副12与平台1连接，所述车轮8安装在小臂7上，所述第一主动杆3、第二主动杆11均由控制用电动机驱动，控制用电动机及其伺服电机系统均安装在平台1上，相比控制用电机安装在关节上的机器人轮腿，大幅降低了运动惯性，改善了动力学性能，在计算机编程控制下，根据实时路况，所述数控轮腿机构可以实现两自由度柔性可控运动，安装在小臂上的车轮8可在水平及竖直方向实现两自由度耦合运动输出，进而实现该种种高负载平板车用两自由度数控轮腿机构越障动作。

对照图4、图5、图6，所述高负载平板车用两自由度数控轮腿机构采用单闭环并联五杆机构设计，其运动链形成一个闭环回路，各构件之间均采用转动副连接，不仅杆件数目少，造价低，而且显著提高了结构刚度和承载能力，有效降低了制造成本，提高了可靠性，由于各杆件极易拆卸更换，便于维护修理。相比采用串联结构的平板车轮腿机构，单闭环并联五杆机构的设计使平板车具有更好的行驶稳定性和负载能力，更适合非铺装路面等特种重载危险物品的运输作业任务。

对照图2、图4、图6、图7，所述平台1上含有多个连接件9，通过连接件9实现平台与平台之间的模块化拼接，形成多足高负载机器人平板车，所含各并联五杆数控轮腿机构在计算机控制下，通过耦合运动即可使多足高负载机器人平板车维持水平并完成跨越障碍等动作。