变形履带悬架及具有其的机器人移动平台的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种变形履带悬架及具有其的机器人移动
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【背景技术】
[0002]履带行走悬架被广泛应用于移动机器人领域，在救援救灾、探测侦察、工业、农业和军事等方面占据重要地位，有良好的应用前景，尤其是在复杂、艰难的环境中，具备轮式移动机器人无法比拟的适应性和通过性，履带行走悬架是当前热门的研究领域。中国矿业大学研制了一种履带移动平台用W形履带悬架(申请号:CN201320552131.1)，其前后履带单元呈不规则四边形，履带行走部总成呈W形，有四段坡形履带段，有利于攀越障碍；履带底部的水平段增加了履带的接地面积，有利于克服松软、泥泞地形环境。然而，该W形履带悬架形状不可调节，无法克服更复杂的地形环境，在某种程度上限制了其地形通过性和环境适应能力，而当前对可变形履带行走悬架的报道相对较少。若履带悬架可根据地形主动的发生变形，将可提高履带式移动平台的地形适应性与地形通过性；通过履带悬架的变形可以改变移动平台的重心位置以及履带的接地尺寸可提高移动平台的运动稳定性。
[0003]在国家自然科学基金青年基金(批准号:51205391)的支持下，本发明人团队进一步进行研究，为克服上述的问题，探索一种变形履带悬架和具有该变形履带悬架机器人移动平台。
【发明内容】
[0004]本发明的一个目的旨在解决现有技术中存在的技术问题，提出一种变形履带悬架和具有该变形履带悬架的机器人，该变形履带悬架可根据地形的需要进行变形调节，提高了履带式机器人移动平台的地形适应性、地形通过性以及运动稳定性。
[0005]根据本发明实施例的变形履带悬架，包括:中间联接架、变形履带单元和变形驱动组件。所述变形履带单元为两个，包括第一变形履带单元和第二变形履带单元，且两个所述变形履带单元均与所述中间联接架相连，且呈前后对称布置，且所述变形履带单元包括变形履带架、履带轮、履带、履带驱动组件。所述变形履带架与所述中间联接架相连，所述变形履带架包括一个六杆机构，所述六杆机构包括:第一杆；第二杆，所述第二杆为三副元素构件，所述第二杆与所述第一杆相连，构成第一转动副；第三杆，所述第三杆与第二杆相连，构成第二转动副；第四杆，所述第四杆的一端与第三杆相连，构成第三转动副，所述第四杆的另一端与所述第一杆相连，构成第四转动副；所述第四杆、所述第一杆、所述第二杆和所述第三杆构成一个四杆运动链；第五杆，所述第五杆与第二杆相连，构成第五转动副；第六杆，所述第六杆与第五杆相连，构成第六转动副，所述第六杆与第四杆、第一杆构成复合铰链；所述第六杆与所述中间联接架相连作为所述六杆机构的机架，所述第一杆、所述第四杆、所述第五杆为所述六杆机构的连架杆；且所述第六杆、所述第一杆、所述第二杆和所述第五杆构成一个平行四边形机构。所述履带轮不少于四个，所述履带轮与所述四杆运动链相连，所述履带轮包括驱动轮和改向轮；其中四个所述履带轮分别与所述四杆运动链的四个所述转动副同轴线相连，且四个所述履带轮的直径相同。所述履带包络于所述履带轮外，且其与所述驱动轮传动；所述履带驱动组件与所述驱动轮相连并驱动所述驱动轮。所述变形驱动组件不多于两个，所述变形驱动组件与所述变形履带单元的所述变形履带架相连并驱动所述变形履带架变形。
[0006]作为可选的，所述履带轮为四个，所述履带轮包括第一履带轮、第二履带轮、第三履带轮和第四履带轮，且所述第一履带轮、所述第二履带轮、所述第三履带轮和所述第四履带轮的直径相等，所述第一履带轮、所述第二履带轮、所述第三履带轮和所述第四履带轮分别与所述变形履带架的所述第一转动副、所述第二转动副、所述第三转动副、所述第四转动副同轴线相连。当所述履带轮的数量多于四个时，其余所述履带轮还可与所述四杆运动链的所述第一杆、所述第三杆、所述第四杆相连，所述履带轮对履带起到支撑改向作用。
[0007]作为进一步可选的，所述履带轮为五个，且所述履带轮还包括第五履带轮，所述第五履带轮与所述第一杆相连，且所述第五履带轮中心处于所述第一杆两端转动副中心连线的外侧；所述履带包络于五个所述履带轮外，形成可变形五边形履带。
[0008]作为另一进一步可选的，所述履带轮为六个，所述履带轮还包括第五履带轮和第六履带轮；所述第五履带轮与所述第一杆相连，且所述第五履带轮中心处于所述第一杆外侧且与所述第一杆两端的转动副中心构成三角形；所述第六履带轮与所述第四杆相连，且所述第六履带轮中心处于所述第四杆外侧且与所述第四杆两端的转动副中心构成三角形；所述履带包络于六个所述履带轮外，形成可变形六边形履带。
[0009]根据本发明的实施例，所述变形驱动组件为两个时，包括第一变形驱动组件和第二变形驱动组件，分别与所述第一变形履带单元的变形履带架和所述第二变形履带单元的变形履带架相连，并驱动所述变形履带架变形；所述变形驱动组件为一个时，所述变形驱动组件与所述中间联接架相连，且所述变形驱动组件与所述第一变形履带单元和所述第二变形履带单元均相连，并驱动所述变形履带架变形。
[0010]作为可选的，根据本发明的实施例，所述变形驱动组件为一个，所述变形驱动组件为连杆滑块式变形驱动组件，且包括:驱动连杆、滑块、滑块驱动件。所述驱动连杆为两个，记为第一驱动连杆和第二驱动连杆，所述第一驱动连杆与所述第一变形履带单元的所述变形履带架的六杆机构的一个连架杆可枢转地相连，所述第二驱动连杆与所述第二变形履带单元的所述变形履带架的六杆机构的相应的连架杆可枢转地相连，所述连架杆为三副元素构件。所述滑块与两个所述驱动连杆可枢转地相连，且所述滑块与所述中间联接架可移动地相连，构成移动副。所述滑块驱动件与所述滑块相连，并驱动滑块沿所述中间联接架移动。
[0011]作为另一可选的，根据本发明的另一实施例，所述变形驱动组件为一个，所述变形驱动组件为齿轮式变形驱动组件，且其包括齿轮传动装置、齿轮驱动件。所述齿轮传动装置与所述第一变形履带单元的所述变形履带架和所述第二变形履带单元的所述变形履带架均相连，且所述齿轮传动装置包括:第一齿轮，所述第一齿轮与所述第一变形履带单元的所述变形履带架的一个所述连架杆相连，且所述第一齿轮以所述连架杆与所述机架构成的转动副为回转中心；第二齿轮，所述第二齿轮与所述第二变形履带单元的所述变形履带架的相应的所述连架杆相连，且所述第二齿轮以所述连架杆与所述机架构成的转动副为回转中心，且所述第二齿轮与所述第一齿轮相啮合。所述齿轮驱动件与所述齿轮传动装置相连，并驱动所述齿轮传动装置啮合转动。作为进一步可选，所述连架杆可选择所述第一杆，也可以选择所述第四杆。
[0012]作为可选的，根据本发明的一实施例，两个所述变形履带单元均以第四履带轮作为驱动轮，所述履带驱动组件为一个，所述履带驱动组件与两个所述驱动轮均相连并驱动两个所述驱动轮。
[0013]作为另一可选的，根据本发明的一实施例，两个所述变形履带单元均以第六履带轮作为驱动轮，所述履带驱动组件为两个，两个所述履带驱动组件分别与两个所述驱动轮相连并驱动两个所述驱动轮。
[0014]此外，本发明还提出了一种机器人移动平台，其包括主车体和两个上述变形履带悬架，两个所述变形履带悬架连接在所述主车体的左右两侧。
[0015]根据本发明的实施例的技术方案，所述变形履带单元包括变形履带架，所述变形履带架包括一个六杆机构，所述第六杆与所述中间联接架相连并作为机架。所述第一杆、所述第二杆、所述第三杆、所述第四杆构成一个四杆运动链。所述四杆运动链的四个转动副处均连接有所述履带轮，四个所述履带轮的直径相等，所述履带包络于所述履带轮外。所述六杆机构运动时，四个所述履带轮的位置随所述六杆机构的运动而发生改变，因此包络在所述履带轮外的所述履带的形状发生变化，且所述变形履带架在变化过程中所述履带的节线长度无需发生变化。又因所述第六杆、所述第一杆、所述第二杆和所述第五杆构成一个平行四边形机构。因此，采用此方案，当所述六杆机构运动时，所述第二杆可以始终保持同一姿态，若在所述变形履带悬架中所述第二杆两端的所述第一履带轮和所述第二履带轮间的履带段是水平的，这样所述第二杆所支撑的履带段在所述变形履带悬架变形时能够始终保持水平状态。
[0016]根据另一些实施例的技术方案，所述履带轮的数量大于四，除了在所述四杆运动链的转动副处连接有所述履带轮外，其余所述履带轮还可与所述四杆运动链的四个杆件相连，所述履带轮连接在四个所述杆件两端的转动副中心连线的外侧时，这样所述履带轮对所述履带起到改向作用，且增加所述履带的边数，且在所述变形履带架发生变形时，所述履带的节线长度也无需发生变化。增加所述履带轮后，所述履带的形状更有利于适应地形。
[0017]根据另一些实施例的技术方案，所述变形履带单元中的所述履带轮包括驱动轮与改向轮，根据具体实施例可选择不同位置的所述履带轮作为驱动轮，如可选择所述第四履带为驱动轮，当所述履带轮超过四个时，也可选择连接在所述四杆运动链的杆件上的所述履带轮作为驱动轮，如以所述第六履带轮作为驱动轮。所述驱动轮与所述履带传动，所述履带驱动组件与所述驱动轮相连，并驱动所述履带在所述驱动轮与所述改向轮外转动，这样，实现了履带的转动以及变形履带悬架的移动。
[0019]所述履带驱动组件与所述驱动轮相连并驱动所述驱动轮。在某些具体实施例中，可使用两个所述履带驱动组件分别驱动两个所述变形履带单元；在另一些具体实施例中，两个所述变形履带单元可共用一个所述履带驱动组件，两个所述变形履带