一种机器人差动连杆式履带底盘的制作方法

本发明专利涉及一种机器人差动式连杆式履带底盘，其可作为在煤矿爆炸性环境中运行的履带机器人的履带底盘。

背景技术：

履带式移动机器人具有：支撑面积大，接地比压小，适合于松软或泥泞场地作业，下陷度小，滚动阻力小，越野机动性能好；转向半径极小，可以实现原地转向；履带支撑面上有履齿，不易打滑，牵引附着性能好，有利于发挥较大的牵引力；具有良好的自复位和越障能力。因此，履带式机器人特别适合在由煤泥、煤块、岩块等构成矿井地面上行驶。

其关键的部分是履带底盘。底盘是传动系、行走系、悬架的集合。其性能的好坏影响到机器人的行驶性能。

灾害后的矿井，地面分布着障碍物，为了避免矿用救援机器人在搜救过程中由于履带所受的压力分布不均而使机器人陷入煤泥中或着车体倾覆，必须使用一种机构使履带受力均匀。并且，机器人车体内部安装着许多重要设备，尤其是一些电子设备不能承受剧烈的振动，而机器人移动系统在非结构环境中行驶时必然会受到因地形变化而产生的强扰动，因此需要使用一种机构使传递到主车体的扰动变小，从而保证机器人系统的稳定工作。这种机构称之为平衡机构，其重要作用是调整重力在行走机构上的分布，使行走机构受力均衡，从而提高车体的稳定性和越野性，同时对车体两侧行走机构的扰动输入进行均化，从而减小车体的起伏，保证车体内电子设备的正常工作。

根据机器人能否检测地形变化，平衡机构分为三种主动适应式、被动式适应式和混合适应式。主动适应式平衡机构是在其悬架或轮子上安装传感器和执行器以保证稳定的接地压力，其地面适应性强，但结构与控制复杂。被动适应式平衡机构在悬架或轮子上没有安装传感器，只是被动地适应地面变化，减小车身的摆动，该类机构运动平滑性较好、控制简单，但不具有主动适应性。混合适应式平衡机构是将主动和被动平衡机构有机结合，既有传感器和执行器以保证较稳定的接地压力，又有相应的被动适应机构，该机构环境适应性很强，但结构与控制相对复杂。在实际使用中，被动式平衡机构由于运动平滑，控制简单被广泛使用，因此在矿用救援机器人系统中也使用被动适应式平衡机构。

被动适应式平衡机构主要有以下几种形式：齿轮系式、绳索式、空间连杆式。齿轮系式差速机构由于采用行星轮系，其质量较大，且放置于车体内部，占用车体内部一定的空间，影响内部有效载荷的布置，由于机构有穿过车体的动轴，使车体密封设计变困难；传动中易发生由于齿轮受力不均而产生的卡死现象。绳索式差速机构由于采用弹性绳索作为传动部件，往复运动时易产生较大变形，影响工作性能。空间连杆式差速机构也可实现对输入的线性均化输出，可以布置在车体外则，不占用车体内部的空间，便于车内有效载荷的布置，又因为机构没有穿过车体的部件，所以车体的密封很容易设计，不需要考虑动密封。

因此，将差动连杆式悬架与一体化履带行驶装置相结合，形成差动连杆式履带底盘。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种机器人差动连杆式履带底盘，以调整重力在行走机构上的分布，使行走机构受力均衡，从而提高车体的稳定性和越野性，同时对车体两侧行走机构的扰动输入进行均化，从而减小车体的起伏，保证车体内电子设备的正常工作。

本发明的技术方案是：为了实现上述目的，本发明包括：左履带行驶装置、右履带行驶装置、机座、平衡杆、连杆、连接架等。

本发明中连杆通过关节轴承与履带行驶装置连接，另一端与平衡杆上的关节轴承连接。履带行驶装置通过转动轴与机座连接。平衡杆通过转动轴与连接架连接，连接架与机座固连。通过以上连接方式，形成空间六连杆机构，其具有两个自由度，即其两个输入为左右履带行驶装置相对于地面的转动，输出为机座相对于地面的转动。当左右履带行驶装置相对于地面的转动为零时，即底盘在水平面上时，平衡杆相对于机座有一个角度，左右连杆与平衡杆的连接成对角线布置。这样的连接方式可使机座相对于地面的转动为左右履带行驶装置相对于地面的转动差值的一半，实现了对输入的均化输出，使机座的摆动变小。由于连杆机构的联动作用，可以将重力很好的均衡在履带上。

本发明专利具有的有益效果是:本发明将差动连杆式悬架与履带行驶装置相结合，形成差动连杆式履带底盘。该底盘可以调整重力在行走机构上的分布，使行走机构受力均衡，从而提高车体的稳定性和越野性，同时对车体两侧行走机构的扰动输入进行均化，从而减小车体的起伏，保证车体内电子设备的正常工作。

附图说明

图1为本发明的后视立体图。

图2为本发明的后视图。

图3为本发明的无摆动时姿态图。

图4为本发明的摆动时姿态图。

图5为本发明的爆炸图。

图2中：1-左履带行驶装置、2-左连杆、3-连接架、4-平衡杆、5-右连杆、6-右履带行驶装置、7-机座。

图5中：8-关节轴承、9-履带连接座、10-履带架转动轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述：

一种机器人差动式连杆式履带底盘，包括：左履带行驶装置1、左连杆2、连接架3、平衡杆4、右连杆5、右履带行驶装置6、机座7、关节轴承8、履带连接座9、履带架转动轴10。

本发明中，左连杆2与左履带行驶装置1上的关节轴承8连接，另一端与平衡杆4上的关节轴承8连接。右连杆5与右履带行驶装置6上的关节轴承8连接，另一端与平衡杆4上的关节轴承8连接。左履带行驶装置1通过履带架转动轴10与机座7上的左边的履带连接座9连接；右履带行驶装置6通过履带架转动轴10与机座7上的右边的履带连接座9连接。平衡杆4通过转动轴与连接架3连接，连接架3与机座7固连。通过以上连接方式，形成空间六连杆机构，其具有两个自由度，即其两个输入为左履带行驶装置1和右履带行驶装置6相对于地面的转动，输出为机座7相对于地面的转动。如图3所示，当左履带行驶装置1和右履带行驶装置6相对于地面的转动为零时，即底盘在水平面上时，平衡杆4相对于机座有一个角度，左连杆2和右连杆5与平衡杆4的连接成对角线布置。这样的连接方式可使机座7相对于地面的转动为左履带行驶装置1和右履带行驶装置6相对于地面的转动差值的一半，实现了对输入的均化输出，使机座7的摆动平缓，如图4所示。由于连杆机构的联动作用，可以将重力很好的均衡在履带上。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明专利所作的进一步详细说明，不能认定本发明专利只局限于这些说明。对于本发明专利所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明专利结构的前提下，做出的推演和替换，都应属于本发明专利的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明提供一种机器人差动连杆式履带底盘，包括：左履带行驶装置、右履带行驶装置、机座、平衡杆、连杆、连接架等。本发明可以调整重力在行走机构上的分布，使行走机构受力均衡，从而提高车体的稳定性和越野性，同时对车体两侧行走机构的扰动输入进行均化，从而减小车体的起伏，保证车体内电子设备的正常工作。

技术研发人员：不公告发明人
受保护的技术使用者：曾庆涛
技术研发日：2014.03.31
技术公布日：2019.02.15