專利名稱：主臂伸縮可變構(gòu)型式越障機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種可以用來跨越障礙的機(jī)器人。
背景技術(shù)：
由于救援機(jī)器人在9 ·11事件中的成功應(yīng)用，引發(fā)了人們研究救援機(jī)器人的熱潮。 救援機(jī)器人的最重要的部分就是越障機(jī)構(gòu)與機(jī)械本體，只有很好的翻越障礙，才能順利的執(zhí)行任務(wù)。越障機(jī)構(gòu)的移動(dòng)載體，按其運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)總體上可分為蛇形(無肢類)、輪式、腿式(類人型)、輪腿式、以及履帶式。蛇形機(jī)器人具有運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性好、適應(yīng)地形能力強(qiáng)和高的牽引力等特點(diǎn)，但多自由度的控制困難，運(yùn)動(dòng)速度低。輪式機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、輪式滾動(dòng)摩擦阻力小和機(jī)械效率高等特點(diǎn)，但越過壕溝、臺(tái)階的能力差。腿式機(jī)器人具有適應(yīng)地形能力強(qiáng)的特點(diǎn)，能越過大的壕溝和臺(tái)階，其缺點(diǎn)是速度慢；輪腿式機(jī)器人融合腿式機(jī)構(gòu)的地形適應(yīng)能力和輪式機(jī)構(gòu)的高速高效性能，其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供自身地形適應(yīng)能力強(qiáng)、制簡(jiǎn)單、動(dòng)載荷小的主臂伸縮可變構(gòu)型式越障機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明主臂伸縮可變構(gòu)型式越障機(jī)構(gòu)，其特征是包括主臂、行星輪、主臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)、輔助臂、輔助支撐輪、輔助臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第一驅(qū)動(dòng)輪、第二驅(qū)動(dòng)輪、第一驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)、 履帶、履帶架，行星輪安裝在主臂上，主臂通過主臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接履帶架，第一驅(qū)動(dòng)輪、第二驅(qū)動(dòng)輪安裝在履帶架的兩端，輔助支撐輪安裝在輔助臂上，輔助臂通過輔助臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接履帶架，輔助臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)還連接第二驅(qū)動(dòng)輪，第一驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接第一驅(qū)動(dòng)輪，履帶纏在行星輪、第一驅(qū)動(dòng)輪和第二驅(qū)動(dòng)輪上。本發(fā)明還可以包括1、所述的主臂包括滑板、兩個(gè)上掛鉤、兩個(gè)下掛鉤、上壓板、底板、側(cè)壓板、兩個(gè)拉伸彈簧，滑板安裝在底板和上壓板之間，側(cè)壓板有兩個(gè)、分別位于滑板的左右兩側(cè)，第一上掛鉤和第二上掛鉤分別位于上壓板和底板上，第一下掛鉤和第二下掛鉤分別位于滑板的前后兩側(cè)，第一拉伸彈簧安裝在第一上掛鉤和第一下掛鉤上，第二拉伸彈簧安裝在第二上掛鉤和第二下掛鉤上。2、所述的主臂和主臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間連有第一軸、第一直齒輪和第二直齒輪，主臂連接第一軸，第一軸連接第一直齒輪，第一直齒輪連接第二直齒輪，第二直齒輪連接主臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
3、所述的輔助臂和輔助臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)直連連有第二軸、第三直齒輪和第四直齒輪， 輔助臂連接第二軸，第二軸連接第三直齒輪，第三直齒輪連接第四直齒輪，第四直齒輪連接輔助臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于利用了橢圓上任意一點(diǎn)到兩個(gè)焦點(diǎn)所構(gòu)成的三角形周長(zhǎng)不變、三角形外形可以斷變化的幾何特性，利用主臂上拉伸彈簧可伸縮的特點(diǎn)，保證履帶在結(jié)構(gòu)變形時(shí)也時(shí)刻處于張緊狀態(tài)。通過輔助臂輪機(jī)構(gòu)使履帶調(diào)整構(gòu)形。，并通過左右兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)來提高其靈活性，從而適應(yīng)不同的地貌特點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)可以在較為復(fù)雜的環(huán)境下完成越障動(dòng)作，大大的提高履帶式底盤的越障性、機(jī)動(dòng)性。以合理簡(jiǎn)潔的齒輪傳動(dòng)(直齒輪)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了傳動(dòng)方案使機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，只需要驅(qū)動(dòng)電機(jī)，主臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)， 輔助臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)就可以實(shí)現(xiàn)越障、差速轉(zhuǎn)彎等動(dòng)作，可行性和實(shí)用性強(qiáng)。本發(fā)明通過不同控制模塊的植入可以實(shí)現(xiàn)不同的功能應(yīng)用，可開發(fā)性高、應(yīng)用前景廣闊。


圖1為本發(fā)明的橢圓模型原理圖
圖2為主臂傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置圖3為輔助臂傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置圖4為主臂結(jié)構(gòu)圖5為上臺(tái)階前示意圖6為上臺(tái)階中I示意圖7為上臺(tái)階中II示意圖8為上臺(tái)階后示意圖9為下臺(tái)階前示意圖10為下臺(tái)階中I示意圖11為下臺(tái)階中II示意圖12為下臺(tái)階后示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述結(jié)合圖1 12，本發(fā)明包括的部件它是由車體23，主臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)6，驅(qū)動(dòng)電機(jī)M， 輔助臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)12，驅(qū)動(dòng)輪I 25，驅(qū)動(dòng)輪II 20，行星輪2，輔助支撐輪8，履帶22，履帶架 21，以及整個(gè)主臂1，輔助臂7驅(qū)動(dòng)部分構(gòu)成。驅(qū)動(dòng)輪I 25，驅(qū)動(dòng)輪II 20分布于車體23前后端，主臂1位于驅(qū)動(dòng)輪I 25左右兩側(cè)，輔助臂7位于驅(qū)動(dòng)輪II 20左右兩側(cè)。本發(fā)明采取如下的技術(shù)方案它包括行星輪2，輔助支撐輪8，主臂1，輔助臂7，直齒輪組。主臂1包括底板18、上壓板15，側(cè)壓板19、拉伸彈簧16、上掛鉤14、下掛鉤17和滑板13，滑板13位于底板18和上壓板15之間，兩個(gè)側(cè)壓板19位于滑板13左右兩側(cè)，上掛鉤14位于底板18和上壓板15上，下掛鉤17位于滑板13前后兩側(cè)。當(dāng)主臂1擺動(dòng)使得履帶22越來越松弛時(shí)，拉伸彈簧16的拉力使滑板13向上滑動(dòng)，使得履帶22張緊，當(dāng)主臂 1擺動(dòng)使得履帶22越來越張緊時(shí)，滑板13向下移動(dòng)，使得拉伸彈簧16拉伸，通過這種主臂可伸縮的方法使得履帶22時(shí)刻保持張緊狀態(tài)，從而使車體23平穩(wěn)而快速的越過障礙。下面結(jié)合圖2，圖3說明本發(fā)明的內(nèi)部傳動(dòng)關(guān)系。主臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)6轉(zhuǎn)動(dòng)見圖2，通過直齒輪I 4，直齒輪II 5嚙合帶動(dòng)軸I 3轉(zhuǎn)動(dòng)， 軸I 3與主臂1通過鍵連接，從而帶動(dòng)主臂1轉(zhuǎn)動(dòng)，主臂1轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)行星輪2轉(zhuǎn)動(dòng)，行星輪 2上下擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)本機(jī)構(gòu)的越障功能。輔助臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)12轉(zhuǎn)動(dòng)見圖3，通過直齒輪1119，直齒輪IVll嚙合帶動(dòng)軸II 10 轉(zhuǎn)動(dòng)，軸II 10與輔助臂7通過鍵連接，從而帶動(dòng)輔助臂7轉(zhuǎn)動(dòng)，輔助支撐輪8上下擺動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)輔助臂7和輔助支撐輪8的輔助支撐越障功能。在本機(jī)構(gòu)的橢圓幾何關(guān)系中見圖1，圖5。一方面，在一側(cè)主臂處的兩焦點(diǎn)處布置驅(qū)動(dòng)輪I 25，驅(qū)動(dòng)輪II 20，二者通過履帶架21連接固定。驅(qū)動(dòng)輪I 25，驅(qū)動(dòng)輪II 20，行星輪1通過履帶22相連從而實(shí)現(xiàn)三者同步轉(zhuǎn)動(dòng)。另一方面，驅(qū)動(dòng)電機(jī)M連接在驅(qū)動(dòng)輪I 25上提供底盤前進(jìn)動(dòng)力。下面結(jié)合圖5，圖6，圖7，圖8，圖9，圖10，圖11，圖12說明本發(fā)明的具體實(shí)施過程。當(dāng)車體23在地面27行駛時(shí)，車體23上的主臂1上移，驅(qū)動(dòng)電機(jī)M驅(qū)動(dòng)車體23 前進(jìn)見圖5。當(dāng)遇到向上臺(tái)階沈時(shí)見圖6，完成如下越障動(dòng)作第一階段主臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)6驅(qū)動(dòng)車體23兩側(cè)主臂1下移。一方面，提高車體23重心，另一方面，令履帶22前端“攀爬”至臺(tái)階沈上。第二階段當(dāng)車體23重心上移到合理高度時(shí)見圖7，輔助臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)12驅(qū)動(dòng)車體 23后側(cè)兩端輔助臂7下移，支撐車體23越過臺(tái)階沈，驅(qū)動(dòng)電機(jī)M驅(qū)動(dòng)車體23繼續(xù)前進(jìn)。 同時(shí)，主臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)6驅(qū)動(dòng)主臂1上移，輔助臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)12驅(qū)動(dòng)輔助臂7上移見圖8。至此，車體23完全越過臺(tái)階沈。在主臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)6驅(qū)動(dòng)下，主臂1位置的改變令履帶22與地面27的接觸面積發(fā)生變化，從而使力也在發(fā)生變化，直至獲得合適的形狀、抓地力等參數(shù)，應(yīng)用靈活。在“攀爬” 階梯時(shí)，其運(yùn)動(dòng)過程與其類似。當(dāng)機(jī)構(gòu)遇到向下臺(tái)階沈時(shí)，完成如下越障動(dòng)作首先，主臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)6驅(qū)動(dòng)車體23兩側(cè)主臂1下移見圖9至履帶22前端接觸到地面27，同時(shí)，輔助臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)12驅(qū)動(dòng)車體23后側(cè)兩端輔助臂7下移。其次，驅(qū)動(dòng)電機(jī)M驅(qū)動(dòng)車體23前進(jìn)見圖10，同時(shí)通過操作主臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)6來調(diào)整主臂1在車體23前進(jìn)過程中的“變形”狀態(tài)見圖11，使履帶22充分接觸地面27，獲得最佳的力、幾何狀態(tài)等參數(shù)。再次，主臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)6驅(qū)動(dòng)車體23兩側(cè)主臂1漸漸的同步向上移動(dòng)，輔助臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)12也驅(qū)動(dòng)輔助臂7緩緩上移。最后，當(dāng)車體23重心降低到合理高度見圖12、履帶22前端部分與地面27完全接觸。驅(qū)動(dòng)電機(jī)M驅(qū)動(dòng)車體23繼續(xù)前進(jìn)。同時(shí)，主臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)6驅(qū)動(dòng)主臂1上移，輔助臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)12也驅(qū)動(dòng)輔助臂7上移。至此，整個(gè)車體23順利完成下臺(tái)階沈的結(jié)構(gòu)變化過程。本結(jié)構(gòu)可以根據(jù)不同的地形調(diào)節(jié)車體23底盤履帶22的形狀，使車體23重心在對(duì)稱的軸內(nèi)上下移動(dòng)。穩(wěn)定性和越障性都能夠很好的實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.主臂伸縮可變構(gòu)型式越障機(jī)構(gòu)，其特征是包括主臂、行星輪、主臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)、輔助臂、輔助支撐輪、輔助臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第一驅(qū)動(dòng)輪、第二驅(qū)動(dòng)輪、第一驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)、履帶、履帶架，行星輪安裝在主臂上，主臂通過主臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接履帶架，第一驅(qū)動(dòng)輪、第二驅(qū)動(dòng)輪安裝在履帶架的兩端，輔助支撐輪安裝在輔助臂上，輔助臂通過輔助臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接履帶架，輔助臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)還連接第二驅(qū)動(dòng)輪，第一驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接第一驅(qū)動(dòng)輪，履帶纏在行星輪、第一驅(qū)動(dòng)輪和第二驅(qū)動(dòng)輪上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主臂伸縮可變構(gòu)型式越障機(jī)構(gòu)，其特征是所述的主臂包括滑板、兩個(gè)上掛鉤、兩個(gè)下掛鉤、上壓板、底板、側(cè)壓板、兩個(gè)拉伸彈簧，滑板安裝在底板和上壓板之間，側(cè)壓板有兩個(gè)、分別位于滑板的左右兩側(cè)，第一上掛鉤和第二上掛鉤分別位于上壓板和底板上，第一下掛鉤和第二下掛鉤分別位于滑板的前后兩側(cè)，第一拉伸彈簧安裝在第一上掛鉤和第一下掛鉤上，第二拉伸彈簧安裝在第二上掛鉤和第二下掛鉤上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的主臂伸縮可變構(gòu)型式越障機(jī)構(gòu)，其特征是所述的主臂和主臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間連有第一軸、第一直齒輪和第二直齒輪，主臂連接第一軸，第一軸連接第一直齒輪，第一直齒輪連接第二直齒輪，第二直齒輪連接主臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的主臂伸縮可變構(gòu)型式越障機(jī)構(gòu)，其特征是所述的輔助臂和輔助臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)直連連有第二軸、第三直齒輪和第四直齒輪，輔助臂連接第二軸，第二軸連接第三直齒輪，第三直齒輪連接第四直齒輪，第四直齒輪連接輔助臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的主臂伸縮可變構(gòu)型式越障機(jī)構(gòu)，其特征是所述的輔助臂和輔助臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)直連連有第二軸、第三直齒輪和第四直齒輪，輔助臂連接第二軸，第二軸連接第三直齒輪，第三直齒輪連接第四直齒輪，第四直齒輪連接輔助臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供主臂伸縮可變構(gòu)型式越障機(jī)構(gòu)，包括主臂、行星輪、主臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)、輔助臂、輔助支撐輪、輔助臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第一驅(qū)動(dòng)輪、第二驅(qū)動(dòng)輪、第一驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)、履帶、履帶架，行星輪安裝在主臂上，主臂通過主臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接履帶架，第一驅(qū)動(dòng)輪、第二驅(qū)動(dòng)輪安裝在履帶架的兩端，輔助支撐輪安裝在輔助臂上，輔助臂通過輔助臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接履帶架，輔助臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)還連接第二驅(qū)動(dòng)輪，第一驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接第一驅(qū)動(dòng)輪，履帶纏在行星輪、第一驅(qū)動(dòng)輪和第二驅(qū)動(dòng)輪上。本發(fā)明通過不同控制模塊的植入可以實(shí)現(xiàn)不同的功能應(yīng)用，可開發(fā)性高、應(yīng)用前景廣闊。
文檔編號(hào)B62D57/02GK102248970SQ20111017469
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月27日
發(fā)明者劉剛, 劉少剛, 劉錚, 周釗, 曲直, 林珊穎, 柳吉鵬, 趙華鶴, 郭云龍, 郭峰 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)