專利名稱：平行四邊形高架連桿越障機構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及用于機器人等類似結構中的越障機構，尤其是變形機器人(包括多足機器人和輪式、履帶式機器人等)結構中使用的運動構件。
背景技術：
由于機器人在許多行業(yè)或環(huán)境中可以代替人們的工作，以減少人類所承擔的繁重勞動或直接面對危險的機會，因此機器人技術已得到了大力發(fā)展。近年來，隨著研究工作的深入，機器人技術的應用領域也不斷拓展，例如星球探測、爆炸物排查、礦山開采等，使得越障機器人的研究越來越得到重視。研究越障機器人的一個重要目標就是提高機器人的變形能力，使其能夠在充滿障礙物的非結構化環(huán)境中攀越移動。目前文獻中已有報道的越障機器人(參見CN1338357A、CN1397409A、CN1410230A)要么越障能力不強，要么結構過于復雜，缺乏一種結構簡單并且具備較強越障能力的機構。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種平行四邊形高架連桿越障機構，利用簡單的機構來達到提高機器人越障性能的目的，從而增強機器人適應野外環(huán)境的能力。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的整個機構由前后擺桿和上下連桿組成，兩擺桿、兩連桿分別平行，擺桿的上端通過連接件分別與上連桿兩端相連接，擺桿的桿中接點通過連接件分別與下連桿兩端相連接，擺桿的下端通過連接件分別與運動輪的輪軸相連接；連桿的中點通過連接件分別與機器人本體相連接。
擺桿下段的長度大于運動輪輪徑的1/2，擺桿上段的長度大于運動輪輪徑的1/4，連桿的長度大于運動輪輪徑并且大于等于下連桿的離地高度。
在實際應用中，由于前后運動輪之間的連接采用高架連桿，即連桿的離地高度遠高于輪子的重心，因而可以使機器人更加自如地在凹凸不平的復雜工作表面上行進。不至于因某些尖銳或高大凸起與連桿相抵觸而使車輛不能前進，大大增強了越障能力。下連桿的離地高度即為可以達到的實際越障高度。
同時，由于采用平行四邊形機構作為前后運動輪之間的連接件，在不平坦地面運行的時候，平行四邊形的轉動變形可以使前后運動輪分別單獨攀越障礙，而且，當單輪攀越障礙的時候，機器人本體重心的上升高度僅為普通車輛的一半，機器人本體的傾斜度較小，使之不易傾覆。平行四邊形的變形還使運動輪與地面始終保持良好的接觸，有利于攀爬障礙。


圖1為本實用新型的整體結構示意圖；
圖2為本實用新型的越障過程示意圖。
具體實施方式
以下結合實例對本實用新型作詳細描述參考圖1，前擺桿2、后擺桿7和上連桿4、下連桿3組成平行四邊形機構，將前運動輪1和后運動輪8連接起來，并在上連桿的中點5和下連桿的中點6處與機器人本體相連接。當前后運動輪處于水平運動狀態(tài)的初始位置時，上下連桿為水平方向、前后擺桿為豎直方向。所述的連接應為鉸接方式，所述鉸接是指連桿和擺桿均可沿著鉸接點轉動，使平行四邊形機構在其本身所構成的豎直方向的平面上轉動，從而帶動運動輪使其在該平面上位移自如。
從圖2中可知，實際越障過程中，例如攀爬臺階類障礙時，當前輪到達臺階邊緣時，在運動輪本身驅(qū)動力的牽引下，前輪將產(chǎn)生向上的摩擦力、逐漸沿著臺階側壁上升；在此過程中，平行四邊形機構整體變形，后輪依然與地面有良好接觸，推動機器人本體向前運動。由于與機器人本體的連接點位于連桿的中間，所以連接點的上升高度僅為前輪上升高度的一半，亦即整體重心的上升高度僅為采用固定連桿機構時的一半，有效保證機器人本體的平穩(wěn)性。當前輪搭到臺階上層后，即帶動后輪逐漸靠近臺階側壁，同樣沿著臺階側壁向臺階上攀登。
在具體設計時，下連桿的離地高度(即擺桿的桿中接點至地面的距離)應選擇機器人本體所需跨越尖銳障礙及臺階類障礙的最大高度，至少應大于運動輪輪徑；此時擺桿下段的長度(即擺桿的桿中接點至下端接點的距離)至少應大于運動輪半徑。上連桿的離地高度應與車身的高度相適應，通常為車身的最大高度，不過，上下連桿之間的距離(即擺桿的桿中接點至上端接點的距離、亦即擺桿上段的長度)至少應大于運動輪輪徑的1/4，以免影響平行四邊形的運動。上下連桿的長度應保證前后兩輪之間的運動不相互干擾，并且當平行四邊形變形時，在不受其它條件干涉影響的情況下，兩輪之間的高度差大于所需要的越障高度(參見圖2-c)；所以，連桿的長度應大于運動輪輪徑并且大于等于下連桿的離地高度，否則越障高度會受到兩者中較小值的限制。
具體實施例為設計時取可跨越尖銳障礙及臺階類障礙的高度為運動輪輪徑(即輪高)的1.5倍，所以下連桿的離地高度及連桿的長度即為輪高的1.5倍以上。本實用新型設計輪高為110mm，下連桿高度為170mm，上連桿高度為210mm，即擺桿下段的長度為115mm、擺桿上段的長度為40mm，連桿的長度為180mm。連桿和擺桿均采用強度高、質(zhì)量輕的材質(zhì)(例如硬鋁12)制成。連接件為耐磨材質(zhì)(例如40Cr加銅套)的轉動鉸鏈。
權利要求1.一種平行四邊形高架連桿越障機構，其特征在于整個機構由前后擺桿和上下連桿組成，兩擺桿、兩連桿分別平行，擺桿的上端通過連接件分別與上連桿兩端相連接，擺桿的桿中接點通過連接件分別與下連桿兩端相連接，擺桿的下端通過連接件分別與運動輪的輪軸相連接；連桿的中點通過連接件分別與機器人本體相連接。
2.如權利要求1所述的平行四邊形高架連桿越障機構，其特征在于所述擺桿下段的長度大于運動輪輪徑的1/2，擺桿上段的長度大于運動輪輪徑的1/4，連桿的長度大于運動輪輪徑并且大于等于下連桿的離地高度。
專利摘要本實用新型是一種平行四邊形高架連桿越障機構，它涉及變形機器人(包括多足機器人和輪式、履帶式機器人等)結構中使用的運動構件。該機構用于將機器人本體與運動輪連接，是高性能越障機器人的重要組成部分之一。整個機構由前后擺桿和上下連桿組成，兩擺桿、兩連桿分別平行，組成高架平行四邊形，擺桿的下端與運動輪輪軸相連接；連桿的中點與機器人本體相連接。機器人在攀爬障礙時，使用該機構可以保證前后運動輪與地面始終保持良好接觸，并且，前后運動輪可以分別攀越障礙，從而保證了整個機構平穩(wěn)越障，此時機器人的車身傾斜度僅為普通車型的一半。本實用新型大大提高了機器人綜合越障性能。
文檔編號B25J3/02GK2673582SQ20042002471
公開日2005年1月26日 申請日期2004年2月16日 優(yōu)先權日2004年2月16日
發(fā)明者許旻, 李永新, 王建平, 杜華生, 宋軼群, 楊杰 申請人:中國科學技術大學