專利名稱：管道型輪腿式移動機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輪腿式移動機器人，尤其涉及一種適用于星球探測的管道型輪腿式移動機器人，屬于移動機器人技術(shù)領(lǐng)域。
現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展對機器人的要求越來越高，尤其是對于星球探測機器人，要求具備以下性能(1)能跨越大于輪子直徑的壕溝和高于輪子半徑的臺階；(2)機器人陷入軟土壤中時，能自動脫離軟土壤區(qū)，恢復(fù)正常的行駛能力；(3)整機的可密封性和可壓縮性良好；(4)克服傾翻對機器人行駛能力的不良影響；(5)行駛的高速高效性；(6)容積可進(jìn)行擴(kuò)充是星球探測等領(lǐng)域移動機器人運動系統(tǒng)所應(yīng)具備的重要性能。
自20世紀(jì)60年代以來，國內(nèi)外已經(jīng)研制出了輪式、腿式、輪腿式、履帶式和其它特殊形式的移動機器人。這些機器人大都僅僅適應(yīng)某一種特殊環(huán)境，通用性不強。其中輪式移動機器人具有高速高效的性能，但越過壕溝、臺階的能力較低。腿式移動機器人地形適應(yīng)能力強，能越過大的壕溝和臺階，其缺點是速度和效率均比較低。履帶式移動機器人地形適應(yīng)能力很強，動載荷小，設(shè)計緊湊，其缺點是重量大，能耗大。輪腿式移動機器人融合了腿式移動機構(gòu)的地形適應(yīng)能力和輪式移動機構(gòu)的高速高效性能，其缺點是結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜一些。JPL(美國噴氣推進(jìn)實驗室)的Go-For機器人(Sreenivasan S.V.,Wilcox B.H..Stability and Traction Control of an Actively Actuated Micro-rover,Journal ofRobotic Systems,11(6),1994:487～502.)是一種典型的輪腿式移動機器人。Go-For機器人長0.4米，高0.4米，重3.5千克。Go-For機器人有4條輪腿，輪子裝在腿的末端。不過它的腿不是做直線運動，而是繞連在機體上的樞軸做回轉(zhuǎn)運動。通過旋轉(zhuǎn)前后腿的角度，Go-For機器人可以改變質(zhì)量的分布，在翻倒時，可自己站立起來。但它不能跨越大于輪子直徑的壕溝和高于輪子半徑的臺階；不具備翻滾能力，機器人陷入軟土壤中時，不能自動脫離軟土壤區(qū)，恢復(fù)正常的行駛能力；容積沒有可擴(kuò)充性。
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，設(shè)計提供一種新型的管道型輪腿式移動機器人，使之具有主動翻滾能力和較高的越障能力，增強行駛可靠性和綜合性能，更適合星球探測的要求。
為了實現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明在技術(shù)方案中，設(shè)計的管道型輪腿式移動機器人由兩個機器人單元組成，每個機器人單元中，由若干管道連接而成的機體上固定一個空心的探測球和兩組伸縮腿，每組的3條伸縮腿互成120°，呈星形分布在同一個平面內(nèi)，每條伸縮腿的末端連接一個球形輪，管道機體的外圓柱面上布置圓柱形太陽能電池板。兩個機器人單元通過位于管道機體縱軸線上的連接軸相連，兩個機器人單元可繞連接軸相互轉(zhuǎn)動，可通過伸縮轉(zhuǎn)動靈活調(diào)整位置。
管道機體內(nèi)和空心探測球里可配置若干儀器設(shè)備。伸縮腿的伸縮機構(gòu)主要由鋼絲繩、普通螺旋彈簧和電機組成。
為更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，以下結(jié)合附圖作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中所示的是在展開模式下的管道型輪腿式移動機器人。如圖所示，本發(fā)明由兩個機器人單元組成，每個機器人單元中，由管道連接而成的機體4上固定一個空心的探測球1和兩組伸縮腿2，每組的3條伸縮腿2互成120°，呈星形分布在同一個平面內(nèi)，每條伸縮腿2的末端連接球形輪3，機體4的外圓柱面上布置圓柱形太陽能電池板5。兩個機器人單元通過位于機體4縱軸線上的連接軸6相連，兩個機器人單元可繞連接軸相互轉(zhuǎn)動。
管道機體4內(nèi)和空心探測球1內(nèi)可配置若干儀器設(shè)備。伸縮腿2是分段式的，其伸縮機構(gòu)主要由鋼絲繩、普通螺旋彈簧和電機組成。鋼絲繩一端固定在伸縮腿上，另一端穿過彈簧固定在由卷揚電機驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)軸上。旋轉(zhuǎn)軸安裝在機器人機體上。彈簧一端固定在伸縮腿上，另一端固定在機器人機體上。
圖2為本發(fā)明在存儲模式下的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中所示的是在存儲模式下的管道型輪腿式移動機器人。如圖所示，兩個機器人單元通過位于機體4縱軸線上的連接軸6相連，兩個機器人單元可繞連接軸相互轉(zhuǎn)動。每個機器人單元中，由管道連接而成的機體4上固定一個空心的探測球1和兩組6條伸縮腿2，每條伸縮腿2的末端連接球形輪3，機體4的外圓柱面上布置圓柱形太陽能電池板5。圖中，機器人的伸縮腿2處在收縮狀態(tài)，整個機器人置于存儲容器7中。
圖3為本發(fā)明在存儲模式下結(jié)構(gòu)的左視圖。
圖中可見，機體4上固定空心探測球1和兩組伸縮腿2，每組的3條伸縮腿2互成120°，呈星形分布在同一個平面內(nèi)，每條伸縮腿2的末端連接球形輪3，機體4的外圓柱面上布置圓柱形太陽能電池板5。整個機器人置于存儲容器7中。
本發(fā)明的管道型輪腿式移動機器人有顯著的特點，獨特的伸縮腿結(jié)構(gòu)使機器人具有壓縮和展開兩種模式，既便于機器人運輸，又能保證機器人在地面上行駛時有較大的車底凈高。輪腿呈星形分布的空間對稱結(jié)構(gòu)，能通過靈活的伸縮組合，在傾翻后或當(dāng)車輪陷入軟土壤中時，具有主動翻滾能力，自動恢復(fù)正常行駛，還能使機器人爬坡時能保持機體處于水平狀態(tài)。機器人機體的管道結(jié)構(gòu)可以通過增加管道，很方便地進(jìn)行容積和探測功能的擴(kuò)展。本發(fā)明兩個機器人單元通過連接軸相連，結(jié)構(gòu)更簡單，進(jìn)一步降低成本。
本發(fā)明的機器人行駛系統(tǒng)具有很強的系統(tǒng)重構(gòu)能力。機器人在某些驅(qū)動部件出故障后，仍然能返回出發(fā)點附近，例如若底盤中任意1個車輪出故障，剩下7個驅(qū)動輪，可保證機器人能繼續(xù)行走；若機器人前車架前面兩個驅(qū)動輪出故障，剩下6個驅(qū)動輪仍然可保證機器人能繼續(xù)行走；當(dāng)左側(cè)或右側(cè)的接地車輪全部失效時，機器人通過翻滾運動可將失效一側(cè)的車輪懸空，原先懸空的車輪觸地，重新組成一個8輪底盤，機器人又可正常運動。
權(quán)利要求
1.一種管道型輪腿式移動機器人，其特征在于由兩個機器人單元組成，每個機器人單元中，由管道連接而成的機體(4)上固定一個空心探測球(1)和兩組伸縮腿(2)，每組的3條伸縮腿(2)互成120°，呈星形分布在同一個平面內(nèi)，每條伸縮腿(2)的末端連接球形輪(3)，機體(4)的外圓柱面上布置太陽能電池板(5)，兩個機器人單元通過位于機體(4)縱軸線上的連接軸(6)相連，并可繞連接軸(6)相互轉(zhuǎn)動。
2.如權(quán)利要求1所說的管道型輪腿式移動機器人，其特征在于每條伸縮腿(2)的伸縮機構(gòu)均由鋼絲繩、普通螺旋彈簧和電機組成。
3.如權(quán)利要求1所說的管道型輪腿式移動機器人，其特征在于機體(4)的管道內(nèi)和空心探測球(1)中配置儀器設(shè)備，機體(4)可通過增加管道進(jìn)行容積擴(kuò)展。
全文摘要
一種管道型輪腿式移動機器人，由兩個機器人單元組成，每個機器人單元中，由管道連接而成的機體上固定空心探測球和兩組伸縮腿，每組3條伸縮腿互成120°呈星形分布在同一個平面內(nèi)，伸縮腿的末端連接球形輪，機體外圓柱面上布置太陽能電池板，兩個機器人單元通過位于機體縱軸線上的連接軸相連，并可繞連接軸相互轉(zhuǎn)動。本發(fā)明具有壓縮和展開兩種模式，有主動翻滾和很強的系統(tǒng)重構(gòu)能力，容積可進(jìn)行擴(kuò)展，更能適合星球探測的要求。
文檔編號B25J11/00GK1317398SQ0111309
公開日2001年10月17日 申請日期2001年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月7日
發(fā)明者劉方湖 申請人:上海交通大學(xué)