一种全地形自适应智能移动平台及其工作方法与流程

本发明属于机器人移动底盘技术领域，具体涉及一种全地形自适应智能移动平台及其工作方法。

背景技术：

履带式移动底盘，具有动作灵活、与地面接触面积大、穿越障碍物能力强等优点，相对轮式移动底盘，履带式移动底盘由于设置有悬挂减震机构，具备更强的越障性能和复杂地形通过能力。因此履带式移动底盘以及配套的悬挂结构作为相关机械的行走机构，其发展方向始终围绕着安全可靠性、适用范围广、操作简便性、环保节能和成本低等方面发展，在这方面国内外一直在不断地努力改进中。

目前履带式移动底盘主要采用特定结构的减震悬挂系统，且一般分为左右两侧各设置对称的悬挂结构，悬挂的数量为偶数。例如专利号为201610049480.x公开的发明专利一种履带底盘，专利号为201210043540.9公布的履带机器人通用底盘等。

为了提高移动底盘的越障性能或通过性，常采用如下几种方式加以改进优化：

(1)悬挂结构进行变结构实现移动平台左右或前后的角度水平调整

典型的技术方案有专利为201820105211.5公布的履带车辆底盘调节控制系统，通过倾角传感器检测底盘倾角，改变悬挂左右伸缩机构实现平台的左右方向的水平整定。还有专利号为201721341789.2公布的一种可调角度小车底盘，利用控制前后悬挂结构变形，实现平台前后角度调整从而适应不同的坡度。

(2)悬挂结构变形实现移动平台高低的调整

典型的技术方案有专利号为201810575356.6公布的一种可调整履带装置，通过调整液压杆长度，实现底盘的高度调整，从而提高履带式底盘的通过性。

(3)悬挂结构变形调整履带机构的前进艏向角

典型的技术方案有专利号为201621305890.8公布的管道机器人的履带角度自适应机构，通过调节电动推杆改变两侧履带运动的艏向角实现对不同管径的管道适应。

现有的履带式移动底盘的悬挂结构一般仅能改变高度从而实现对平台的水平角度或高度调整，当悬挂结构经过“∨”形或“∧”形坡道或其它两侧角度差异的坡道时，履带会发生严重形变，轻微者损伤履带或掉带，重则使左右两侧履带结构受力不均发生车体损伤，严重危害履带移动使用寿命，为履带式移动底盘通过性和越障性提出巨大挑战。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种全地形自适应智能移动平台及其工作方法，通过实时改变两侧悬挂结构的工作角度，使承重轮和履带更好的贴合地面，解决目前履带式底盘在通过“∨”形或“∧”形坡道时通过性能弱的难题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种全地形自适应智能移动平台，包括移动底盘、悬挂组件、减震履带、悬挂角度调整组件、动力传动部件、驱动组件，移动底盘包括车体、上盖板和侧板，车体的上端面固定有上盖板，车体的两侧分别设置有侧板，悬挂组件、减震履带、悬挂角度调整组件、动力传动部件、驱动组件均设置有两套，分别设置于上盖板的两侧。

悬挂组件设置于侧板外侧，悬挂组件与减震履带连接，悬挂组件还与动力传动部件的一端连接，动力传动部件的另一端与驱动组件连接，驱动组件固定于履带式底盘上，悬挂角度调整组件一端固定于上盖板上，另一端与侧板连接。

每套悬挂角度调整组件包括基座、旋转拱轮、旋转平板、蜗杆、驱动电机，基座为u型槽结构，基座的前端面固定于上盖板上，基座的u型槽内连接有能够相对基座旋转的旋转拱轮，旋转拱轮固定于旋转平板上，旋转平板固定于侧板上，旋转拱轮与蜗杆啮合连接，蜗杆连接驱动电机的输出轴，驱动电机固定于上盖板上。

具体的，所述基座的u型槽内壁两侧设置有弧形凸起，旋转拱轮的两侧设置有槽口，弧形凸起置于槽口内，弧形凸起与槽口相配合实现旋转拱轮相对基座的角度旋转。

进一步的，所述旋转拱轮为半圆柱结构，旋转拱轮上设有涡轮螺纹，蜗杆上设有蜗杆螺纹，涡轮螺纹与蜗杆螺纹相配合。

具体的，每套悬挂组件包括悬挂骨架、减震机构、主动轮、承重轮，悬挂骨架固定于侧板的外侧，悬挂骨架的后端安装有主动轮，主动轮的轴心与动力传动部件的一端连接，悬挂骨架通过减震机构与下方的承重轮连接，主动轮、承重轮组成的轮系外缘啮合连接有减震履带。

进一步的，所述减震机构数量为多套，包括减震板、弹性元件，对减震履带进行支撑。

具体的，每套动力传动部件包括基座圆盘、主滑动块、副滑动块、主传递轴、副传递轴、主动力轴、副动力轴、动力换向组件，基座圆盘垂向设置于上盖板后端两侧，基座圆盘为圆形盘结构，两侧沿圆周方向分别设置有换向槽口，两换向槽口内分别嵌位有主滑动块和副滑动块，主滑动块的内侧连接主传递轴，主滑动块的外侧连接主动力轴，副滑动块的内侧连接副传递轴，副滑动块的外侧连接副动力轴，主传递轴与副传递轴相对设置且主传递轴通过动力换向组件与副传递轴连接，主动力轴与驱动组件连接，副动力轴与悬挂组件中的主动轮的轴心连接。

进一步的，所述主滑动块和副滑动块的底部均设有转轴，主滑动块和副滑动块分别通过转轴嵌位于换向槽口内，且主滑动块和副滑动块通过转轴在换向槽口滑动。

进一步的，所述动力换向组件包括第一换向座、第一换向节、第二换向节、第二换向座，第一换向座的一端固定于主传递轴的端部，第一换向座的另一端连接两套第一换向节，两套第一换向节相对设置且中间留有间隙，第二换向座的一端固定于副传递轴的端部，第二换向座的另一端连接第二换向节，第二换向节嵌入两套第一换向节之间的间隙内。

具体的，每套驱动组件包括伺服电机和减速机构，伺服电机固定于车体内，伺服电机的转轴连接减速机构，减速机构的输出端与动力传动部件的主动力轴连接。

上述全地形自适应智能移动平台的工作方法包括以下步骤：

1)移动平台在正常地面环境的运动步骤：

a、悬挂角度调整组件处于初始状态，不进行角度调整动作；伺服电机正向或反向转动，驱动减速机构转动，从而带动与减速机构输出轮连接的主动力轴转动，进而通过与主动力轴依次连接的主滑动块、主传递轴、动力换向组件、副传递轴、副滑动块、副动力轴的动力传递带动与副动力轴所连的主动轮转动，实现对减震履带的铺设。

b、当移动平台需转弯时，通过调节左右两套伺服电机的转速或转向，对左右两侧主动轮的驱动速度或方向不同实现平台转向。

2)移动平台悬挂角度调整步骤：

a、当移动平台需要越过“∨”形坡道时，驱动电机正向转动，带动蜗杆及其上的蜗杆螺纹转动，通过蜗杆螺纹与涡轮螺纹的配合，从而带动旋转拱轮受力，实现旋转拱轮相对基座的角度偏转，由于旋转拱轮通过旋转平板连接有侧板，侧板外侧连接有悬挂组件，从而最终实现悬挂组件相对移动底盘上车体的左右角度偏转调整，使悬挂组件发生运动角度增大的调整，使悬挂组件及外部的减震履带适应特定坡度。

b、在上述悬挂角度调整组件对悬挂组件的角度调整过程中，由于悬挂组件及其上的主动轮相对车体发生偏转，此时动力传递的角度也发生偏转，具体如下：当悬挂角度调整组件对悬挂组件的角度调整实现角度增大时，悬挂组件以及所连的主动轮等发生角度增大调整，从而使与主动轮连接的副动力轴发生角度变化，从而带动副滑动块沿基座圆盘的换向槽口发生角度变化，进而带动副传递轴角度调整，与副传递轴所连的第二换向节带动第一换向节发生角度调整，此时动力传递不被打断，从而实现角度增大调整下的动力持续传递。

c、当移动平台需要越过“∧”形坡道时，调整过程与上述步骤a中的过程相反。

d、当移动平台需要越过其它两侧角度差异的坡道时，调整过程与上述步骤a或步骤b中的过程原理类似，不同的是左右两侧的悬挂角度调整组件对悬挂组件的调整角度不同。

本发明具有以下有益效果：

(1)通过悬挂角度调整组件配合旋转拱轮和蜗轮蜗杆结构，实现悬挂组件相对移动平台本体的左右角度调整，从而实现对各类“∨”形、“∧”形坡道或其它复杂地面的越障通过，提高了移动平台的越障性能，保护了平台安全性和稳定性，进一步提升了平台对各类复杂地面环境的适用性。

(2)通过变角度下的动力传动部件，设置滑动块、嵌入式的动力换向组件，实现了悬挂组件相对移动平台本体的左右角度调整的动力持续输出，保证了悬挂角度调整功能下移动平台的动力来源，提升了移动平台多功能性和高自适应性。

附图说明

图1是本发明全地形自适应智能移动平台立体结构示意图。

图2是本发明全地形自适应智能移动平台主视结构示意图。

图3是本发明全地形自适应智能移动平台俯视结构示意图。

图4是本发明动力传动部件的主视结构示意图。

图5是本发明动力传动部件的左视结构示意图。

图6是本发明动力传动部件的立体结构示意图。

图7是本发明动力传动部件中动力换向组件的局部放大结构示意图。

图8是本发明悬挂角度调整组件的主视结构示意图。

图9是本发明悬挂角度调整组件的立体结构示意图。

图10是本发明悬挂角度调整组件的安装结构侧视图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。

如图1-3所示，一种全地形自适应智能移动平台，包括移动底盘1、悬挂组件2、减震履带3、悬挂角度调整组件4、动力传动部件5、驱动组件6。

移动底盘1为智能移动平台及其附属的部件提供支撑、安装和保护等功能。移动底盘1包括车体1-1、上盖板1-2和侧板1-3，车体1-1为整套履带式移动底盘的支撑本体，为板状结构，外部设置有多个挡板用以实现车体主体结构封闭。车体1-1的上端面固定有上盖板1-2，上盖板1-2为水平的长方形平板结构，车体1-1的两侧分别设置有侧板1-3，侧板1-3外形为长方形板。

悬挂组件2、减震履带3、悬挂角度调整组件4、动力传动部件5、驱动组件6均设置有两套；悬挂组件2设置于侧板1-3外侧，悬挂组件2与减震履带3连接，悬挂组件2还与动力传动部件5的一端连接，动力传动部件5的另一端与驱动组件6连接，驱动组件6固定于履带式底盘1上，悬挂角度调整组件4一端固定于上盖板1-2上，另一端与侧板1-3连接。通过悬挂角度调整组件4的调节，实现侧板1-3相对上盖板1-2的角度调整。

悬挂组件2主要通过各结构实现减震效果，从而将履带与地面的接触震动等进行削弱甚至消除，保证上装设备稳定性和安全性；同时还可通过调节自身悬挂骨架的角度，实现对各类“∨”形、“∧”形坡道或其它复杂地面的越障通过性能。

每套悬挂组件2包括悬挂骨架2-1、减震机构2-2、主动轮2-3、承重轮2-4，悬挂骨架2-1为镂空板结构，悬挂骨架2-1固定于车体1-1两侧的侧板1-3的外侧，悬挂骨架2-1上设置有减震机构2-2、主动轮2-3等结构，主要实现底盘的减震支撑功能。悬挂骨架2-1的后端安装有主动轮2-3，主动轮2-3为轮状结构，两侧安装有齿轮结构，用于与减震履带3内侧齿轮啮合，主动轮2-3的轴心与动力传动部件5的副动力轴5-7连接，主动轮2-3通过副动力轴5-7的力传递作用实现自身驱动转动，从而带动减震履带3旋转，实现动力运动效果。悬挂骨架2-1通过减震机构2-2与下方的承重轮2-4连接，主动轮2-3、承重轮24组成的轮系外缘啮合连接有减震履带3。减震机构2-2为减震板、弹性元件等组成的悬挂减震机构，数量为多套，对减震履带3进行支撑。承重轮2-4与减震履带3接触，保证移动底盘与地面的接触面积，承载底盘及上装设备。

减震履带3共两条，分别设置在由悬挂组件2中主动轮2-3、承重轮2-4组成的轮系轮廓外缘处。减震履带的功能主要是通过被主动轮2-3带动实现转动，从而依靠承重轮2-4对减震履带3的支撑作用实现连续滚动铺设功能，进而带动移动底盘1运动。

如图8-10所示，悬挂角度调整组件4数量为两套，分别设置于上盖板1-2下端面的左右两侧对称处。每套悬挂角度调整组件4包括基座4-1、旋转拱轮4-2、旋转平板4-3、蜗杆4-4、驱动电机4-5。

基座4-1为u型槽结构，基座4-1的前端面固定于上盖板1-2壁面上，与上盖板1-2壁面接触的位置处设置有驱动电机4-5，基座4-1的u型槽内连接有能够相对基座4-1旋转的旋转拱轮4-2，基座4-1的u型槽内壁两侧设置有弧形凸起4-1-1，旋转拱轮4-2的两侧沿半径方向设置有槽口4-2-1，弧形凸起4-1-1置于槽口4-2-1内，弧形凸起4-1-1与槽口4-2-1相配合实现旋转拱轮4-2相对基座4-1的角度旋转。

旋转拱轮4-2为半圆柱结构，旋转拱轮4-2的底端面固定于旋转平板4-3上，旋转拱轮4-2圆柱面上设有涡轮螺纹4-2-2，蜗杆4-4上设有蜗杆螺纹4-4-1，涡轮螺纹4-2-2与蜗杆螺纹4-4-1相配合。效果为：当蜗杆4-4转动时，由于蜗杆上的螺纹蜗杆螺纹4-4-1与旋转拱轮4-2上的涡轮螺纹4-2-2配合作用，实现旋转拱轮4-2相对蜗杆4-4的旋转。由于蜗杆4-4通过驱动电机4-5连接于上盖板1-2上，故旋转拱轮4-2会相对上盖板1-2发生角度偏转。

旋转平板4-3为方形平板结构，旋转平板4-3固定于侧板1-3上，当旋转拱轮4-2发生角度偏转时，带动旋转平板4-3转动，进而带动侧板1-3相对车体1-1和上盖板1-2发生角度偏转，从而实现对悬挂组件2的角度调整。旋转拱轮4-2与蜗杆4-4啮合连接，蜗杆4-4为长细柱体结构，蜗杆4-4连接驱动电机4-5的输出轴，驱动电机4-5固定于上盖板1-2上。驱动电机4-5转动，带动蜗杆4-4旋转，从而实现旋转拱轮4-2相对基座4-1间角度的调整。

上述悬挂角度调整组件4的整体工作效果为：驱动电机4-5转动时，带动蜗杆4-4及其上的蜗杆螺纹4-4-1转动，通过蜗杆螺纹4-4-1与涡轮螺纹4-2-2的配合，从而带动旋转拱轮4-2受力，由于基座4-1上弧形凸起4-1-1与旋转拱轮4-2上槽口4-2-1的配合作用，从而实现旋转拱轮4-2相对基座4-1的角度偏转。由于旋转拱轮4-2通过旋转平板4-3连接有侧板1-3，侧板1-3外侧连接有悬挂组件2，从而最终实现悬挂组件2相对移动底盘1上车体1-1的左右角度偏转调整，从而使悬挂组件2发生运动角度动态调整。

如图4-6所示，动力传动部件5同样数量为两套，分别设置于主动轮2-3与减速机构6-2中间，主要功能为：当悬挂角度调整组件4对悬挂组件2角度调整时，此时动力传动部件5通过角度调整，实现将动力从减速机构6-2的输出轴同样输出至主动轮2-3上。每套动力传动部件5包括基座圆盘5-1、主滑动块5-2、副滑动块5-3、主传递轴5-4、副传递轴5-5、主动力轴5-6、副动力轴5-7、动力换向组件5-8。

基座圆盘5-1垂向设置于上盖板1-2后端两侧，基座圆盘5-1为圆形盘结构，两侧沿圆周方向分别设置有换向槽口5-1-1，两换向槽口5-1-1内分别嵌位有主滑动块5-2和副滑动块5-3，用以配合主滑动块5-2和副滑动块5-3相对基座圆盘5-1角度转动。

主滑动块5-2为方体结构，设置在基座圆盘5-1一侧，内部设置有通孔，用以穿过主动力轴5-6和主传递轴5-4，主滑动块5-2的底部设有转轴5-2-1，用以嵌入换向槽口5-1-1，实现主滑动块5-2相对基座圆盘5-1的角度调整。主滑动块5-2的内侧连接主传递轴5-4，主滑动块5-2的外侧连接主动力轴5-6，主传递轴5-4和主动力轴5-6的一端于主滑动块5-2的通孔内连接，实现动力传输。主动力轴5-6的另一端与驱动组件6中的减速机构6-2的输出轴连接。

副滑动块5-3与主滑动块5-2功能和结构类似，设置在基座圆盘5-1另一侧。内部设置有通孔，用以穿过副动力轴5-7和副传递轴5-5，副滑动块5-3的底部设有转轴5-2-1，用以嵌入换向槽口5-1-1，实现副滑动块5-3相对基座圆盘5-1的角度调整。副滑动块5-3的内侧连接副传递轴5-5，副滑动块5-3的外侧连接副动力轴5-7，副传递轴5-5与副动力轴5-7的一端于副滑动块5-3的通孔内连接，实现动力传输。副动力轴5-7的另一端与悬挂组件2中的主动轮2-3的轴心连接。

主传递轴5-4与副传递轴5-5相对设置，且主传递轴5-4通过动力换向组件5-8与副传递轴5-5连接。动力换向组件5-8主要实现自身角度调整，实现与自身左右相连的主传递轴5-4和副传递轴5-5间的角度调整。

如图7所示，动力换向组件5-8包括第一换向座5-8-1、第一换向节5-8-2、第二换向节5-8-3、第二换向座5-8-4。

第一换向座5-8-1为圆台结构，第一换向座5-8-1的一端面固定于主传递轴5-4的端部，第一换向座5-8-1的另一端面连接两套第一换向节5-8-2，两套第一换向节5-8-2相对设置，分别设置于第一换向座5-8-1的轴心前后对称位置处，第一换向节5-8-2外形为半圆柱体，两柱体之间留有间隙，间隙的方向为垂向，供放置第二换向节5-8-3。

第二换向座5-8-4为圆台结构，第二换向座5-8-4的一端面固定于副传递轴5-5的端部，第二换向座5-8-4的另一端面连接第二换向节5-8-3，第二换向节5-8-3为半圆柱体结构，第二换向节5-8-3嵌入两套第一换向节5-8-2之间的间隙内。第二换向节5-8-3与两套第一换向节5-8-2间的间隙配合实现垂向角度被动变换。

上述动力换向组件5-8的整体工作机理为：

1)动力传递功能：主传递轴5-4转动，带动第一换向座5-8-1转动，第一换向座5-8-1带动第一换向节5-8-2以及嵌入第一换向节5-8-2的第二换向节5-8-3转动，进而带动第二换向座5-8-4转动，实现动力传递功能。

2)动力传递角度调整功能：当悬挂角度调整组件4进行角度调整，悬挂组件2以及所连的主动轮2-3等发生角度调整，从而使主动轮2-3上的副动力轴5-7发生角度变化，从而带动副滑动块5-3沿基座圆盘5-1的换向槽口5-1-1发生角度变化，进而带动副传递轴5-5角度调整，与副传递轴5-5所连的第二换向节5-8-3再带动第一换向节5-8-2发生角度调整，但此时动力传递功能不被打断，从而实现角度调整下的动力持续传递。

驱动组件6是机器人动力驱动来源和力矩传递媒介。如图3所示，驱动组件6包括伺服电机6-1和减速机构6-2，伺服电机6-1是机器人运动的动力来源，数量为两套，分别安装在车体1-1内部的左右两侧偏后位置处，伺服电机6-1的转轴连接减速机构6-2，减速机构6-2的输出端与动力传动部件5的主动力轴5-6连接。减速机构6-2为轮轴结构，数量为两套，中间通过皮带和皮带轮等机构实现动力传递和减速效果，减速机构6-2将伺服电机6-1的高速、低扭矩转换为低速、高扭矩动力，从而提高机器人动力强度和载荷能力。

驱动组件6的整体工作效果为：伺服电机6-1转动，带动减速机构6-2运转，从而将动力传递至主动力轴5-6上，经动力传动部件5将动力传递至主动轮2-3上，实现对移动底盘的动力驱动。

上述全地形自适应智能移动平台的工作方法包括以下步骤：

1)移动平台在正常地面环境的运动步骤：

a、悬挂角度调整组件4处于初始状态，不进行角度调整动作；伺服电机6-1正向或反向转动，驱动减速机构6-2转动，从而带动与减速机构6-2输出轮连接的主动力轴5-6转动，进而通过与主动力轴5-6依次连接的主滑动块5-2、主传递轴5-4、动力换向组件5-8、副传递轴5-5、副滑动块5-3、副动力轴5-7的动力传递带动与副动力轴5-7所连的主动轮2-3转动，实现对减震履带3的铺设。

b、当移动平台需转弯时，通过调节左右两套伺服电机6-1的转速或转向，对左右两侧主动轮2-3的驱动速度或方向不同实现平台转向。

2)移动平台悬挂角度调整步骤：

a、当移动平台需要越过“∨”形坡道时，驱动电机4-5正向转动，带动蜗杆4-4及其上的蜗杆螺纹4-4-1转动，通过蜗杆螺纹4-4-1与涡轮螺纹4-2-2的配合，从而带动旋转拱轮4-2受力，实现旋转拱轮4-2相对基座4-1的角度偏转，由于旋转拱轮4-2通过旋转平板4-3连接有侧板1-3，侧板1-3外侧连接有悬挂组件2，从而最终实现悬挂组件2相对移动底盘1上车体1-1的左右角度偏转调整，使悬挂组件2发生运动角度增大的调整，使悬挂组件2及外部的减震履带3适应特定坡度。

b、在上述悬挂角度调整组件4对悬挂组件2的角度调整过程中，由于悬挂组件2及其上的主动轮2-3相对车体1-1发生偏转，此时动力传递的角度也发生偏转，具体如下：当悬挂角度调整组件4对悬挂组件2的角度调整实现角度增大时，悬挂组件2以及所连的主动轮2-3等发生角度增大调整，从而使与主动轮2-3连接的副动力轴5-7发生角度变化，从而带动副滑动块5-3沿基座圆盘5-1的换向槽口5-1-1发生角度变化，进而带动副传递轴5-5角度调整，与副传递轴5-5所连的第二换向节5-8-3带动第一换向节5-8-2发生角度调整，此时动力传递不被打断，从而实现角度增大调整下的动力持续传递。

c、当移动平台需要越过“∧”形坡道时，调整过程与上述步骤a中的过程相反。

d、当移动平台需要越过其它两侧角度差异的坡道时，调整过程与上述步骤a或步骤b中的过程原理类似，不同的是左右两侧的悬挂角度调整组件4对悬挂组件2的调整角度不同。

本发明不局限于上述实施方式，任何人应得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。