專利名稱：平行四邊形高架連桿越障機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及用于機(jī)器人等類似結(jié)構(gòu)中的越障機(jī)構(gòu)，尤其是變形機(jī)器人(包括多足機(jī)器人和輪式、履帶式機(jī)器人等)結(jié)構(gòu)中使用的運(yùn)動(dòng)構(gòu)件。
背景技術(shù)：
由于機(jī)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(dān)的繁重勞動(dòng)或直接面對(duì)危險(xiǎn)的機(jī)會(huì)，因此機(jī)器人技術(shù)已得到了大力發(fā)展。近年來，隨著研究工作的深入，機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也不斷拓展，例如星球探測(cè)、爆炸物排查、礦山開采等，使得越障機(jī)器人的研究越來越得到重視。研究越障機(jī)器人的一個(gè)重要目標(biāo)就是提高機(jī)器人的變形能力，使其能夠在充滿障礙物的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中攀越移動(dòng)。目前文獻(xiàn)中已有報(bào)道的越障機(jī)器人(參見CN1338357A、CN1397409A、CN1410230A)要么越障能力不強(qiáng)，要么結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，缺乏一種結(jié)構(gòu)簡單并且具備較強(qiáng)越障能力的機(jī)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種平行四邊形高架連桿越障機(jī)構(gòu)，利用簡單的機(jī)構(gòu)來達(dá)到提高機(jī)器人越障性能的目的，從而增強(qiáng)機(jī)器人適應(yīng)野外環(huán)境的能力。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的整個(gè)機(jī)構(gòu)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(diǎn)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(yùn)動(dòng)輪的輪軸相連接；連桿的中點(diǎn)通過連接件分別與機(jī)器人本體相連接。
擺桿下段的長度大于運(yùn)動(dòng)輪輪徑的1/2，擺桿上段的長度大于運(yùn)動(dòng)輪輪徑的1/4，連桿的長度大于運(yùn)動(dòng)輪輪徑并且大于等于下連桿的離地高度。
在實(shí)際應(yīng)用中，由于前后運(yùn)動(dòng)輪之間的連接采用高架連桿，即連桿的離地高度遠(yuǎn)高于輪子的重心，因而可以使機(jī)器人更加自如地在凹凸不平的復(fù)雜工作表面上行進(jìn)。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(jìn)，大大增強(qiáng)了越障能力。下連桿的離地高度即為可以達(dá)到的實(shí)際越障高度。
同時(shí)，由于采用平行四邊形機(jī)構(gòu)作為前后運(yùn)動(dòng)輪之間的連接件，在不平坦地面運(yùn)行的時(shí)候，平行四邊形的轉(zhuǎn)動(dòng)變形可以使前后運(yùn)動(dòng)輪分別單獨(dú)攀越障礙，而且，當(dāng)單輪攀越障礙的時(shí)候，機(jī)器人本體重心的上升高度僅為普通車輛的一半，機(jī)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(yùn)動(dòng)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(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本實(shí)用新型的越障過程示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)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(jī)構(gòu)，將前運(yùn)動(dòng)輪1和后運(yùn)動(dòng)輪8連接起來，并在上連桿的中點(diǎn)5和下連桿的中點(diǎn)6處與機(jī)器人本體相連接。當(dāng)前后運(yùn)動(dòng)輪處于水平運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的初始位置時(shí)，上下連桿為水平方向、前后擺桿為豎直方向。所述的連接應(yīng)為鉸接方式，所述鉸接是指連桿和擺桿均可沿著鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，使平行四邊形機(jī)構(gòu)在其本身所構(gòu)成的豎直方向的平面上轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)輪使其在該平面上位移自如。
從圖2中可知，實(shí)際越障過程中，例如攀爬臺(tái)階類障礙時(shí)，當(dāng)前輪到達(dá)臺(tái)階邊緣時(shí)，在運(yùn)動(dòng)輪本身驅(qū)動(dòng)力的牽引下，前輪將產(chǎn)生向上的摩擦力、逐漸沿著臺(tái)階側(cè)壁上升；在此過程中，平行四邊形機(jī)構(gòu)整體變形，后輪依然與地面有良好接觸，推動(dòng)機(jī)器人本體向前運(yùn)動(dòng)。由于與機(jī)器人本體的連接點(diǎn)位于連桿的中間，所以連接點(diǎn)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(jī)構(gòu)時(shí)的一半，有效保證機(jī)器人本體的平穩(wěn)性。當(dāng)前輪搭到臺(tái)階上層后，即帶動(dòng)后輪逐漸靠近臺(tái)階側(cè)壁，同樣沿著臺(tái)階側(cè)壁向臺(tái)階上攀登。
在具體設(shè)計(jì)時(shí)，下連桿的離地高度(即擺桿的桿中接點(diǎn)至地面的距離)應(yīng)選擇機(jī)器人本體所需跨越尖銳障礙及臺(tái)階類障礙的最大高度，至少應(yīng)大于運(yùn)動(dòng)輪輪徑；此時(shí)擺桿下段的長度(即擺桿的桿中接點(diǎn)至下端接點(diǎn)的距離)至少應(yīng)大于運(yùn)動(dòng)輪半徑。上連桿的離地高度應(yīng)與車身的高度相適應(yīng)，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(diǎn)至上端接點(diǎn)的距離、亦即擺桿上段的長度)至少應(yīng)大于運(yùn)動(dòng)輪輪徑的1/4，以免影響平行四邊形的運(yùn)動(dòng)。上下連桿的長度應(yīng)保證前后兩輪之間的運(yùn)動(dòng)不相互干擾，并且當(dāng)平行四邊形變形時(shí)，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(yīng)大于運(yùn)動(dòng)輪輪徑并且大于等于下連桿的離地高度，否則越障高度會(huì)受到兩者中較小值的限制。
具體實(shí)施例為設(shè)計(jì)時(shí)取可跨越尖銳障礙及臺(tái)階類障礙的高度為運(yùn)動(dòng)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(shí)用新型設(shè)計(jì)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(qiáng)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(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈。
權(quán)利要求1.一種平行四邊形高架連桿越障機(jī)構(gòu)，其特征在于整個(gè)機(jī)構(gòu)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(diǎn)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(yùn)動(dòng)輪的輪軸相連接；連桿的中點(diǎn)通過連接件分別與機(jī)器人本體相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的平行四邊形高架連桿越障機(jī)構(gòu)，其特征在于所述擺桿下段的長度大于運(yùn)動(dòng)輪輪徑的1/2，擺桿上段的長度大于運(yùn)動(dòng)輪輪徑的1/4，連桿的長度大于運(yùn)動(dòng)輪輪徑并且大于等于下連桿的離地高度。
專利摘要本實(shí)用新型是一種平行四邊形高架連桿越障機(jī)構(gòu)，它涉及變形機(jī)器人(包括多足機(jī)器人和輪式、履帶式機(jī)器人等)結(jié)構(gòu)中使用的運(yùn)動(dòng)構(gòu)件。該機(jī)構(gòu)用于將機(jī)器人本體與運(yùn)動(dòng)輪連接，是高性能越障機(jī)器人的重要組成部分之一。整個(gè)機(jī)構(gòu)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(yùn)動(dòng)輪輪軸相連接；連桿的中點(diǎn)與機(jī)器人本體相連接。機(jī)器人在攀爬障礙時(shí)，使用該機(jī)構(gòu)可以保證前后運(yùn)動(dòng)輪與地面始終保持良好接觸，并且，前后運(yùn)動(dòng)輪可以分別攀越障礙，從而保證了整個(gè)機(jī)構(gòu)平穩(wěn)越障，此時(shí)機(jī)器人的車身傾斜度僅為普通車型的一半。本實(shí)用新型大大提高了機(jī)器人綜合越障性能。
文檔編號(hào)B25J3/02GK2673582SQ20042002471
公開日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2004年2月16日 優(yōu)先權(quán)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(qǐng)人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)