一种刚度电动可调的履带式移动机器人悬挂系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于地面移动机器人技术领域，具体涉及一种刚度电动可调的履带式移动 机器人悬挂系统。
【背景技术】
[0002] 履带式机器人其履带的刚度对机器人的运动性能会产生一定的影响，而在刚体机 身下，履带一旦选定其刚度无法改变，即很难再利用改变刚度这一因素来改善机器人的运 动性能；另外，机身为刚体的机器人在运动时，特别是在非结构地形上运动时，重心轨迹会 出现明显的波动，反映出机器人运动时会有明显的振动，而机器人在执行任务的时候，往往 会携带很多设备，长期的振动会导致机器人的零部件异常，如螺丝松动、摄像头图像不稳定 等。
[0003] 使用悬挂系统是车辆设计中改善运动性能的常用方式，如坦克、汽车的设计等，而 现有的履带式机器人研究中也开始使用悬挂系统。悬挂系统能影响履带的张力，从而影响 履带机器人在地面上的运动性能；更突出的是，悬挂系统能改善机器人机械系统的稳定性。
[0004] 悬挂系统的特性主要体现在刚度上，不同的任务地形对悬挂系统刚度的要求也不 一样，软地面上刚度不能过小，硬地面上刚度不能过大，适宜的悬挂系统刚度能大大的提高 机器人的运动性能。因此，需要根据执行任务的地形对悬挂系统的刚度进行调节，从而使机 器人获得良好的运动性能。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提出一种刚度电动可调的履带式移动机器人悬挂系统，根据履带 式机器人指定要执行任务的地形，对悬挂系统刚度进行电动调节，使履带式机器人在任务 地形上获得良好的运动性能。
[0006] 为了达到上述目的，本发明的构思是：利用一种可以通过马达控制使悬架获得不 同刚度的C型架，对悬挂系统的刚度进行电动调节。通过调节C型架上滑块在C型肢上的 位置，即可获得不同的C型架刚度，C型架刚度计算的基本公式：
其中屋fSC型架刚度，_是滑块位置到C型肢受力点的距离，为C型架刚度系数， 丑为杨氏模量，:?为C型架的有效惯性矩，I为C型肢上滑块位置至受力点的弧长。
[0007] 根据上述构思，本发明采用如下技术方案： 一种刚度电动可调的履带式移动机器人悬挂系统，包括悬架、定位板、支撑轮和履带； 所述定位板安装在履带的侧面，若干支撑轮安装在履带内侧的顶部，若干悬架安装在履带 的内侧；所述悬架包括变刚度组合结构、连接装置和负重轮；所述连接装置下端为具有内 螺纹的圆形管，与负重轮连接，所述负重轮连接履带内侧的底部，所述连接装置上端设有方 形管，与变刚度组合结构的一端连接，所述变刚度组合结构的另一端安装于定位板上。
[0008] 所述变刚度组合结构包括C型架、固定架和传动装置；所述C型架一端安装于固定 架内侧，另一端与连接装置联接；所述传动装置安装于固定架的一侧，所述固定架另一侧固 定于定位板上。
[0009] 所述C型架包括C型肢、滑块、脊柱、柔性齿条和间隔块；所述C型肢穿过滑块上 的方孔，C型肢上标有若干刚度标记位；所述脊柱一端与滑块连接，脊柱随滑块一起在C型 肢上移动；所述脊柱上表面固定有柔性齿条，下表面固定有间隔块，间隔块位于C型肢和脊 柱之间，以防两者之间间距过小，所述C型肢与脊柱为同一种环氧聚酯材料，具有一定的韧 性，为C型架负载时C型肢与脊柱的变形预留空间。
[0010] 所述传动装置包括直齿轮、涡轮、蜗杆、安装架、连接机构和直流马达；所述直齿轮 与涡轮同轴安装，该轴置于固定架上；所述直齿轮与柔性齿条相啮合；所述安装架内侧安 装蜗杆，底部固定于固定架外侧，所述蜗杆与涡轮相啮合；所述直流马达通过连接机构连接 蜗杆，由蜗杆带动涡轮转动，从而带动直齿轮以及柔性齿条运动。
[0011] 本发明具有如下显著的特点： 本发明悬挂系统刚度可调，能根据指定要执行任务的地形进行电动刚度调节，较手动 调节精确性更高，更大的提高了机器人的运动性能；悬挂系统只要通过控制直流马达以改 变滑块在C型肢上的位置，即可改变悬架刚度，调控起来简单方便，可操作性更强。
【附图说明】
[0012] 图1是刚度电动可调的履带式移动机器人悬挂系统结构示意图。
[0013] 图2是悬架结构示意图。
[0014] 图3是变刚度组合结构示意图。
[0015] 图4是变刚度组合结构上C型架示意图。
[0016] 图5是变刚度组合结构上传动装置示意图。
【具体实施方式】
[0017] 下面通过实施例，并结合附图，对发明的【具体实施方式】进行进一步说明。
[0018] 如图1和图2所示，一种刚度电动可调的履带式移动机器人悬挂系统，包括悬架1、 定位板2、支撑轮3和履带4 ;所述定位板2安装在履带4的侧面，若干支撑轮3安装在履带 4内侧的顶部，若干悬架1安装在履带4的内侧；所述悬架1包括变刚度组合结构11、连接 装置12和负重轮13 ;所述连接装置12下端为具有内螺纹的圆形管，与负重轮13连接，所 述负重轮13连接履带4内侧的底部，所述连接装置12上端设有方形管，与变刚度组合结构 11的一端连接，所述变刚度组合结构11的另一端安装于定位板2上。
[0019] 如图3所示，所述变刚度组合结构11包括C型架111、固定架112和传动装置113 ; 所述C型架111 一端安装于固定架112内侧，另一端与连接装置12联接；所述传动装置113 安装于固定架112的一侧，所述固定架112另一侧固定于定位板2上。
[0020] 如图4所示，所述C型架111包括C型肢1111、滑块1112、脊柱1113、柔性齿条1114 和间隔块1115 ;所述C型肢1111穿过滑块1112上的方孔，C型肢1111上标有若干刚度标 记位；所述脊柱1113 -端与滑块1112连接，脊柱1113随滑块1112 -起在C型肢1111上 移动；所述脊柱1113上表面固定有柔性齿条1114,下表面固定有间隔块1115,间隔块1115 位于C型肢1111和脊柱1113之间，以防两者之间间距过小，所述C型肢1111与脊柱1113 为同一种环氧聚酯材料，具有一定的韧性，为C型架111负载时C型肢1111与脊柱1113的 变形预留空间。
[0021] 如图5所示，所述传动装置113包括直齿轮1131、涡轮1132、蜗杆1133、安装架 1134、连接机构1135和直流马达1136 ;所述直齿轮1131与涡轮1132同轴安装，该轴置于 固定架112上；所述直齿轮1131与柔性齿条1114相啮合；所述安装架1134内侧安装蜗杆 1133,底部固定于固定架112外侧，所述蜗杆1133与涡轮1132相啮合；所述直流马达1136 通过连接机构1135连接蜗杆1133,由蜗杆1133带动涡轮1132转动，从而带动直齿轮1131 以及柔性齿条1114运动。
[0022] 本发明的使用过程如下： 如图4和图5所示，当履带式机器人在执行通过指定的任务地形之前，开启直流马达 1136,控制蜗杆1133的转动，通过直齿轮1131与柔性齿条1114之间的啮合，从而控制脊柱 1113在C型肢1111上的位置，以使C型架111获得通过对应任务地形的合适刚度，当脊柱 1113到达C型肢1111的某一刚度标记位，即Illla或Illlb或Illlc或Illld或Illle位 置，关闭直流马达1136,因为蜗轮蜗杆传动具有自锁的功能，滑块1112和脊柱1113将会保 持固定位置不发生变化，从而保证负载时悬挂系统刚度不发生变化。
【主权项】
1. 一种刚度电动可调的履带式移动机器人悬挂系统，其特征在于：包括悬架（1)、定位 板（2)、支撑轮（3)和履带（4);所述定位板（2)安装在履带（4)的侧面，若干支撑轮（3)安 装在履带（4)内侧的顶部，若干悬架（1)安装在履带（4)的内侧；所述悬架（1)包括变刚度 组合结构（11)、连接装置（12)和负重轮（13);所述连接装置（12)下端为具有内螺纹的圆形 管，与负重轮（13 )连接，所述负重轮（13 )连接履带（4 )内侧的底部，所述连接装置（12 )上 端设有方形管，与变刚度组合结构（11)的一端连接，所述变刚度组合结构（11)的另一端安 装于定位板（2)上。2. 根据权利要求1所述的刚度电动可调的履带式移动机器人悬挂系统，其特征在于： 所述变刚度组合结构（11)包括C型架（111 )、固定架（112)和传动装置（113);所述C型架 (111) 一端安装于固定架（112)内侧，另一端与连接装置（12)联接；所述传动装置（113)安 装于固定架（112)的一侧，所述固定架（112)另一侧固定于定位板（2)上。3. 根据权利要求2所述的刚度电动可调的履带式移动机器人悬挂系统，其特征在于： 所述C型架（111)包括C型肢（1111)、滑块（1112)、脊柱（1113)、柔性齿条（1114)和间隔 块（1115);所述C型肢（1111)穿过滑块（1112)上的方孔，C型肢（1111)上标有若干刚度 标记位；所述脊柱（1113) -端与滑块（1112)连接，脊柱（1113)随滑块（1112)-起在C型 肢（1111)上移动；所述脊柱（1113)上表面固定有柔性齿条（1114)，下表面固定有间隔块 (1115)，间隔块（1115)位于C型肢（111 1)和脊柱（1113)之间，以防两者之间间距过小，所 述C型肢（1111)与脊柱（1113)为同一种环氧聚酯材料，具有一定的韧性，为C型架（111) 负载时C型肢（111 1)与脊柱（1113)的变形预留空间。4. 根据权利要求2所述的刚度电动可调的履带式移动机器人悬挂系统，其特征在于： 所述传动装置（113)包括直齿轮（1131)、涡轮（1132)、蜗杆（1133)、安装架（1134)、连接机 构（1135)和直流马达（1136);所述直齿轮（1131)与涡轮（1132)同轴安装，该轴置于固定架 (112) 上；所述直齿轮（1131)与柔性齿条（1114)相啮合；所述安装架（1134)内侧安装蜗杆 (1133)，底部固定于固定架（112)外侧，所述蜗杆（1133)与涡轮（1132)相啮合；所述直流马 达（1136)通过连接机构（1135)连接蜗杆（1133)，由蜗杆（1133)带动涡轮（1132)转动，从 而带动直齿轮（1131)以及柔性齿条（1114)运动。
【专利摘要】本发明涉及一种刚度电动可调的履带式移动机器人悬挂系统，包括悬架、定位板、支撑轮和履带；所述定位板安装在履带的侧面，若干支撑轮安装在履带内侧的顶部，若干悬架安装在履带的内侧。本发明悬挂系统刚度可调，能根据指定要执行任务的地形进行电动刚度调节，较手动调节精确性更高，更大的提高了机器人的运动性能；悬挂系统只要通过控制直流马达以改变滑块在C型肢上的位置，即可改变悬架刚度，调控起来简单方便，可操作性更强。
【IPC分类】B62D55/104, B62D55/116
【公开号】CN105216891
【申请号】CN201510637012
【发明人】蒲华燕, 吴斌, 罗均, 马捷, 李秋明
【申请人】上海大学
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年10月3日