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一種帶行走系統(tǒng)的輪式機(jī)器人的制作方法

文檔序號(hào):4093513閱讀:303來源:國知局
專利名稱:一種帶行走系統(tǒng)的輪式機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及機(jī)器人,特別是涉及一種帶行走系統(tǒng)的輪式機(jī)器人。
技術(shù)背景移動(dòng)機(jī)器人按移動(dòng)方式來分輪式移動(dòng)機(jī)器人、步行(足式)移動(dòng)機(jī)器人、蛇形機(jī)器人、 履帶式移動(dòng)機(jī)器人、爬行機(jī)器人等。按控制體系結(jié)構(gòu)來分功能式(水平式)結(jié)構(gòu)機(jī)器人、 行為式(垂直式)結(jié)構(gòu)機(jī)器人和混合式機(jī)器人。按功能和用途來分醫(yī)療機(jī)器人、軍用機(jī)器 人、助殘機(jī)器人、清潔機(jī)器人等。按作業(yè)空間來分陸地移動(dòng)機(jī)器人、水下機(jī)器人、無人 飛機(jī)和空間機(jī)器人等。輪式移動(dòng)機(jī)器人根據(jù)機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn),可分為關(guān)節(jié)輪式移動(dòng)機(jī)器人、行星輪式 移動(dòng)機(jī)器人、普通輪式移動(dòng)機(jī)器人。而根據(jù)車輪數(shù)目,輪式移動(dòng)機(jī)器人又有單輪、四輪、 五輪、六輪和八輪等結(jié)構(gòu)。眾所周知,履帶式移動(dòng)機(jī)器人以其強(qiáng)大的地形適應(yīng)性而倍受青睞,但是轉(zhuǎn)彎時(shí),履帶 的磨損、履帶開模難度大等都成為其應(yīng)用的瓶頸。輪式移動(dòng)機(jī)器人克服了履帶式的這些缺 點(diǎn),在滿足一定地形適應(yīng)性的前提下,可以充分發(fā)揮移動(dòng)機(jī)器人移動(dòng)靈活、控制簡(jiǎn)單等優(yōu) 點(diǎn),但是它對(duì)地形的適應(yīng)性遠(yuǎn)不如履帶式機(jī)器人, 一般來說,輪式移動(dòng)機(jī)器人對(duì)地形的適 應(yīng)性大小與輪子的數(shù)量成正比,但是隨著輪子數(shù)量的增加,又帶來了機(jī)器人體積龐大、重 量重等缺點(diǎn)。怎樣使輪子的數(shù)量越少而同時(shí)又有能夠滿足使用要求的地形適應(yīng)性,這對(duì)及 機(jī)器人設(shè)計(jì)具有重要意義?,F(xiàn)今的移動(dòng)機(jī)器人研究主要是輪式或腿式結(jié)構(gòu),腿式結(jié)構(gòu)具有越野能力強(qiáng)的特點(diǎn),但 結(jié)構(gòu)復(fù)雜且運(yùn)行速度慢;而傳統(tǒng)的輪式結(jié)構(gòu)雖然運(yùn)行速度快,但越野性能不太強(qiáng)。通過設(shè) 計(jì)各種車輪底盤,現(xiàn)在的輪式機(jī)器人已不同于傳統(tǒng)的輪式結(jié)構(gòu),也具有腿式的部分功能, 越野能力大大增強(qiáng),能更好地適應(yīng)各種復(fù)雜地形,因此如今人們研究機(jī)器人結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)轉(zhuǎn) 移到輪腿結(jié)合式結(jié)構(gòu)上來?,F(xiàn)今輪腿結(jié)合式移動(dòng)機(jī)器人研究主要應(yīng)用在星球漫游車領(lǐng)域, 如月球漫游車、火星漫游車等。世界各國開發(fā)輪腿式機(jī)器人系統(tǒng)己經(jīng)有多年歷史,特別是美國在這方面己有成熟的經(jīng) 驗(yàn)?,F(xiàn)今國外得到業(yè)內(nèi)認(rèn)同的輪腿式移動(dòng)機(jī)器人主要是火星/月球漫游車,有的在研究, 有的己經(jīng)成功使用。(1) 前蘇聯(lián)Lunokhod月球探測(cè)車Lunokhod是歷史上第一輛月球探測(cè)車,車體結(jié)構(gòu)分為兩部分,上部分是儀器艙,裝有 各種儀器,下部分是自動(dòng)行走底盤,裝有8個(gè)車輪。車子按照地面指令運(yùn)動(dòng),有兩個(gè)速度 檔,可登上30度的斜坡,越過40cm高的障礙物和60cm寬的溝壑,在一定意義上具有輪 腿式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。(2) 美國JPL的Sojourner火星探測(cè)車Sojourner是一輛微型自主式機(jī)器人車輛,且可從地面對(duì)它進(jìn)行遙控,該機(jī)器人采用 六輪搖臂懸吊式結(jié)構(gòu),即有6個(gè)獨(dú)立懸掛的驅(qū)動(dòng)輪,傳動(dòng)比為2000:1,因而能在各種復(fù) 雜的地形中行駛,特別是軟沙地。此外該機(jī)器人的四個(gè)角輪具有獨(dú)立驅(qū)動(dòng)和控制能力。該 機(jī)器人是真正意義上的六輪腿式移動(dòng)機(jī)器人。(3)美國C-MU大學(xué)的Moda(流浪者)自主移動(dòng)機(jī)器人美國CMU大學(xué)研制的Nomda機(jī)器人,其于1997年通過了類似于月球和火星表面環(huán)境 的智利阿特卡馬沙漠的測(cè)試,測(cè)試行程220公里,其中既有自主控制又有幾千里外的人工 遙操作。該機(jī)器人采用四輪機(jī)構(gòu),四輪具有獨(dú)立驅(qū)動(dòng)和導(dǎo)向功能,行駛機(jī)構(gòu)由可變形底盤、 均化懸掛機(jī)構(gòu)和自包含輪組成??勺冃蔚妆P可使機(jī)器人能根據(jù)工作狀態(tài)改變機(jī)構(gòu)的覆蓋面 積。均化懸掛機(jī)構(gòu)可以平滑機(jī)器人本體相對(duì)于輪子的運(yùn)動(dòng),這種結(jié)構(gòu)可保證在各種地形情 況下四輪都能同時(shí)著地。(4)美國火星探測(cè)車MsRor(漫游者)美國火星探測(cè)車MsRor,該機(jī)器人上安裝了迄今為止最先進(jìn)的儀器,同時(shí)擁有最先進(jìn) 的機(jī)動(dòng)性,其六輪腿式結(jié)構(gòu)是目前最先進(jìn)的,具有強(qiáng)大的越障能力、原地360"的轉(zhuǎn)彎能 力及伸縮性。除了其先進(jìn)的機(jī)動(dòng)性能,探路者上安裝了包括Paneam(立體攝像頭)、Mini 一TES(紅外分光儀)、顯微鏡、Mossbauer(分光儀,用來測(cè)定巖石成分)、APXS (ALPHA射 線)系統(tǒng)、RAT(RoekAb.rasionTool)系統(tǒng)等各種先進(jìn)的儀器來探測(cè)環(huán)境、觀察并分析巖石和 土壤。當(dāng)今我國對(duì)探測(cè)開發(fā)太空投入了極大的關(guān)注,而輪腿式結(jié)構(gòu)是現(xiàn)今最流行的行星探測(cè) 車結(jié)構(gòu),雖然與國外的水平還有不小的差距,但國家在這方面也加大了投入力量,現(xiàn)在一 些高等院校和科研機(jī)構(gòu)相繼開展了有關(guān)輪腿式機(jī)器人方面的研究工作,也取得了一定的成 果。如清華大學(xué)在行星表面環(huán)境及探測(cè)機(jī)器人幾何建模方面做了大量的工作,并對(duì)相關(guān)的 電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行了深入探討。與此同時(shí),國防科大的研究小組以我們剛提到的Sojucmrer 為藍(lán)本,研制出了 KDR—1試驗(yàn)樣車,并對(duì)其自主導(dǎo)航及路徑規(guī)劃技術(shù)進(jìn)行了研究。此外 中國科技大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)都在輪腿式行星移動(dòng)機(jī)器人方面進(jìn)行了一系列研究工作, 并取得了初步的成果。上海交通大學(xué)的劉方湖、陳建平等提出了一種5輪月球機(jī)器人,并從結(jié)構(gòu)上研究了其 越障性能、靜態(tài)穩(wěn)定性和附著性能。該車前三輪均能獨(dú)立驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向,后面兩輪式從動(dòng)輪。 前輪有個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)其俯仰運(yùn)動(dòng)。上海大學(xué)研制了一種可越障輪式全方位移動(dòng)機(jī)構(gòu)一車輪組機(jī)構(gòu),該機(jī)構(gòu)保證在姿態(tài)保 持不變的前提下,沿壁面任意方向直線移動(dòng)或在原地旋轉(zhuǎn)任意角度,同時(shí)能跨越存在于機(jī) 器人運(yùn)行路徑中的障礙。上海大學(xué)的張海洪、龔振邦等隊(duì)其越障性能作了簡(jiǎn)單的機(jī)理分析 和全方位移動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。中國科技大學(xué)的程剛,竺長(zhǎng)安等提出了一種復(fù)合結(jié)構(gòu)移動(dòng)越障機(jī)器人,并對(duì)該機(jī)器人 進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)建模與仿真。該機(jī)器人是將輪式、腿關(guān)節(jié)式、履帶式三種結(jié)構(gòu)結(jié)合起來設(shè)計(jì) 而成,它采用后輪驅(qū)動(dòng),每個(gè)輪子分別由一臺(tái)直流伺服電機(jī)帶動(dòng),跟履帶車一樣通過差速來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能。車前部有平行四邊形的擺桿通過鍵與車體的前輪軸固連,車體前方有兩 臺(tái)直流伺服電機(jī)分別控制兩邊平行四邊形擺桿的運(yùn)動(dòng),在遇到突變障礙時(shí),擺桿下壓,產(chǎn) 生撐地的動(dòng)作,從而實(shí)現(xiàn)越障。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種帶行走系統(tǒng)的輪式機(jī)器人,該機(jī)器人可以通 過車輪運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)任意半徑的旋轉(zhuǎn),并且通過附加一個(gè)電機(jī)使其能夠?qū)崿F(xiàn)步態(tài)行走,同吋 在行走過程中能夠保持車身平穩(wěn),增強(qiáng)其對(duì)地面的適應(yīng)能力。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用以下的技術(shù)方案包括固定架和與該固定架相連的足式 行走裝置及驅(qū)動(dòng)裝置,足式行走裝置和驅(qū)動(dòng)裝置相結(jié)合構(gòu)成行走系統(tǒng),其中足式行走裝置由從動(dòng)齒輪、腿式支架和裝有車輪的懸掛機(jī)構(gòu)組成,腿式支架的一個(gè) 連接點(diǎn)與從動(dòng)齒輪的一個(gè)偏心點(diǎn)相鉸接,腿式支架的另一個(gè)連接點(diǎn)與懸掛機(jī)構(gòu)的連接點(diǎn)相 鉸接;該足式行走裝置至少有兩個(gè),而且至少兩個(gè)足式行走裝置的懸掛機(jī)構(gòu)上裝有驅(qū)動(dòng)車 輪運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)。驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)有主電機(jī)和與之相連的主動(dòng)軸,主動(dòng)軸裝有主動(dòng)齒輪,該齒輪與從動(dòng)齒 輪相嚙合。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的主要優(yōu)點(diǎn)1. 所有足式行走裝置僅由一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng), 一次性完成整個(gè)行走動(dòng)作,無需附加控制系 統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)。2. 足式行走裝置由一整套機(jī)構(gòu)組成,整體結(jié)構(gòu)為靜定結(jié)構(gòu),所有桿件均為—力桿,只 受軸向力作用,能最大限度的發(fā)揮各部件的承載能力。3. 六個(gè)足式行走裝置在運(yùn)動(dòng)過程中,始終能保證至少有不在同一直線上的三個(gè)車輪著 地,可以較好的保證運(yùn)動(dòng)過程中整體的穩(wěn)定性。并且懸掛裝置具有減震作用,可以減小地 面對(duì)車輪的沖擊作用。4. 足式行走裝置的最高落足點(diǎn)超過車輪直徑,對(duì)于一定高度的臺(tái)階式障礙可以直接越 過,對(duì)于一些較為復(fù)雜的路面也可以很好的適應(yīng)。5. 車輪驅(qū)動(dòng)裝置和足式行走裝置相互獨(dú)立,在路面狀況較好的情況下可以和一般輪式 機(jī)器人一樣進(jìn)行控制作業(yè),當(dāng)遇到一定的障礙時(shí)可以通過足式行走裝置進(jìn)行越障,有特殊 需要的時(shí)候,還可以實(shí)現(xiàn)足式和輪式協(xié)調(diào)共同工作,完成特殊的動(dòng)作??傊?,本發(fā)明將足式行走機(jī)構(gòu)和輪式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相結(jié)合,使機(jī)器人不僅具有一般輪式機(jī) 器人速度快、機(jī)動(dòng)靈活性好、控制簡(jiǎn)單的特點(diǎn),還可以實(shí)現(xiàn)六個(gè)車輪步態(tài)行走的功能,大 大提高了機(jī)器人對(duì)地面的適應(yīng)能力。


圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2為圖1的俯視圖。圖3為圖1中中間位置的車輪組機(jī)構(gòu)示意圖。 圖4為圖1中外側(cè)位置的車輪組機(jī)構(gòu)示意圖。圖5為圖1中內(nèi)側(cè)足式機(jī)構(gòu)示意圖。 圖6為圖1中外側(cè)足式機(jī)構(gòu)示意圖。 圖7為整體外觀示意圖。圖中l(wèi).從動(dòng)齒輪;2.過橋齒輪;3.從動(dòng)軸;4.主動(dòng)齒輪;5.錐齒輪系;6.主 動(dòng)軸;7.固定架;8.外側(cè)足式機(jī)構(gòu);9.內(nèi)側(cè)足式機(jī)構(gòu);10.大連桿;1 L內(nèi)側(cè)上三角架; 12.銷軸;13.小連桿;14.內(nèi)側(cè)下三腳架;15.懸掛機(jī)構(gòu);16.車輪;17.外側(cè)上三角架; 18.外側(cè)下二腳架;19.電機(jī);20.外殼。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供的帶行走系統(tǒng)的輪式機(jī)器人,既可以實(shí)現(xiàn)輪式驅(qū)動(dòng),又可以實(shí)現(xiàn)步態(tài)行走。 其結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示包括固定架7和與該固定架相連的足式行走裝置及驅(qū)動(dòng)裝置, 足式行走裝置和驅(qū)動(dòng)裝置相結(jié)合構(gòu)成行走系統(tǒng)。其中足式行走裝置由從動(dòng)齒輪l、腿式支架和裝有車輪16的懸掛機(jī)構(gòu)15組成,腿式支 架的一個(gè)連接點(diǎn)與從動(dòng)齒輪1的一個(gè)偏心點(diǎn)相鉸接,腿式支架的另一個(gè)連接點(diǎn)與懸掛機(jī)構(gòu) 15的連接點(diǎn)相鉸接該足式行走裝置至少有兩個(gè),而且至少兩個(gè)足式行走裝置的懸掛機(jī) 構(gòu)15上裝有驅(qū)動(dòng)車輪16運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)19。驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)有主電機(jī)和與之相連的主動(dòng)軸6,主動(dòng)軸6裝有主動(dòng)齒輪4,該主動(dòng)齒 輪與從動(dòng)齒輪1相嚙合。驅(qū)動(dòng)裝置還設(shè)有兩根從動(dòng)軸3,它們由主動(dòng)軸6通過錐齒輪系5 帶動(dòng)。每根從動(dòng)軸3上裝有傳動(dòng)齒輪,傳動(dòng)齒輪的作用同主動(dòng)齒輪4,該傳動(dòng)齒輪由過橋 齒輪2與從動(dòng)齒輪1相嚙合。所述的腿式支架可由t三角架、下三腳架、大連桿IO和小連桿13組成,它們之間均 為鉸接,其中上三角架的一個(gè)角點(diǎn)通過大連桿10與從動(dòng)齒輪1的一個(gè)偏心點(diǎn)相鉸接, 下三角架的一個(gè)角點(diǎn)通過大連桿10與從動(dòng)齒輪1的同一個(gè)偏心點(diǎn)相鉸接,上三角架的另 外兩個(gè)角點(diǎn)與下三腳架的兩個(gè)角點(diǎn)通過小連桿13相鉸接,下三腳架的另一個(gè)角點(diǎn)與懸掛 機(jī)構(gòu)15相鉸接。本發(fā)明整個(gè)行走系統(tǒng)布置于一外殼20內(nèi)部,外殼形狀如圖7所示。外殼上表面為一U形平面,可以承載或者搭建各種儀器設(shè)備平臺(tái)。本發(fā)明提供的帶行走系統(tǒng)的輪式機(jī)器人,其足式行走裝置可以有四個(gè),或六個(gè)。 六個(gè)足式行走裝置,其中四個(gè)在外側(cè),兩個(gè)居中;位于中間的兩個(gè)足式行走裝置,它們的車輪的位置較位于外側(cè)的四個(gè)足式行走裝置的車輪突前(見圖2)。六個(gè)足式行走裝置的車輪可以實(shí)現(xiàn)周期性步態(tài)行走,并且車輪可以自由轉(zhuǎn)向。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)具有六個(gè)足式行走裝置的輪式機(jī)器人進(jìn)行說明,但不限定本發(fā)明。 六個(gè)足式行走裝置均為連桿結(jié)構(gòu),各個(gè)連桿之間均為鉸接。主動(dòng)軸通過錐齒輪系帶動(dòng)兩從動(dòng)軸,使得三個(gè)主動(dòng)齒輪同時(shí)運(yùn)動(dòng),再通過各齒輪傳動(dòng),從而使各個(gè)連桿結(jié)構(gòu)的一個(gè)鉸點(diǎn)繞各自的回轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn),從而帶動(dòng)六個(gè)足式行走裝置做周期性的運(yùn)動(dòng),由于各個(gè)連桿的運(yùn)動(dòng)特性,會(huì)使六個(gè)車輪做協(xié)調(diào)的周期性步態(tài)運(yùn)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)過程中,始終能保證至少有 三個(gè)車輪著地,因此本發(fā)明輪式機(jī)器人步態(tài)行走運(yùn)動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性較好。本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)如圖l、圖2所示,模型基本尺寸為1200mmX800咖X600mm,車輪 直徑為200ram,可上臺(tái)階高度為250mm。整體結(jié)構(gòu)包括固定架7、外側(cè)位置的車輪組、中 間位置的車輪組、主動(dòng)軸6、從動(dòng)軸3、錐齒輪系5、電機(jī)19以及多個(gè)用于連接的銷軸12 和外殼20。其屮兩個(gè)外側(cè)位置的車輪組分別位于一個(gè)中間位置的車輪組的兩側(cè)。整個(gè)機(jī) 構(gòu)的齒輪傳動(dòng)鏈如圖2所示。主動(dòng)軸6帶動(dòng)中間位置的車輪組的主動(dòng)齒輪4旋轉(zhuǎn),同時(shí)通 過錐齒輪系5,帶動(dòng)兩側(cè)的從動(dòng)軸3反向旋轉(zhuǎn),從而驅(qū)動(dòng)兩外側(cè)位置的車輪組的主動(dòng)齒輪 4旋轉(zhuǎn),以至驅(qū)動(dòng)整個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。中間位置的車輪組如圖3所示,主要包括主動(dòng)齒輪4和兩套對(duì)稱布置的內(nèi)側(cè)足式機(jī) 構(gòu)9。如圖5所示,內(nèi)側(cè)足式機(jī)構(gòu)9包括從一個(gè)從動(dòng)齒輪1、四根大連桿10、四根小連桿 13、 一個(gè)內(nèi)側(cè)上三角架11、 一個(gè)內(nèi)側(cè)下三角架14、 一套懸掛機(jī)構(gòu)15和車輪16。其中兩 根大連桿連接從動(dòng)齒輪上的一偏心點(diǎn)和內(nèi)側(cè)上三角架的一個(gè)角點(diǎn),連接方式均為銷軸連 接,可以實(shí)現(xiàn)彼此繞連接點(diǎn)的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。另外兩根大連桿連接上述從動(dòng)齒輪上的偏心點(diǎn)和 內(nèi)側(cè)下三角架的一個(gè)角點(diǎn)。初始狀態(tài)下,從動(dòng)齒輪的偏心點(diǎn)位于齒輪中心正下方。四根小 連桿兩兩分別連接內(nèi)側(cè)上三角架和內(nèi)側(cè)下三角架的另外兩個(gè)角點(diǎn),連接方式均為銷軸連 接。懸掛機(jī)構(gòu)安裝在內(nèi)側(cè)下三角架的下部,可繞其中心點(diǎn)做相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)每個(gè)車輪 的自由轉(zhuǎn)向。懸掛機(jī)構(gòu)和車輪采用經(jīng)典的三角連接形式,穩(wěn)定性好,同時(shí)具有減震作用, 可以用來減少步態(tài)行走運(yùn)動(dòng)時(shí),地面對(duì)車輪的沖擊作用。主動(dòng)齒輪通過主動(dòng)軸,從動(dòng)齒輪 以及內(nèi)側(cè)上三角架的一個(gè)角點(diǎn)均通過銷軸固定在固定架上,并可以饒各自的固定點(diǎn)做單自 由度的轉(zhuǎn)動(dòng)。從圖3中可以看出,當(dāng)主動(dòng)齒輪繞其固定中心轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),兩從動(dòng)齒輪分別繞各 自的固定中心旋轉(zhuǎn),從而帶動(dòng)大連桿的一個(gè)端點(diǎn)也分別繞兩從動(dòng)齒輪的中心旋轉(zhuǎn)。由于內(nèi) 側(cè)上三角架的一個(gè)角點(diǎn)固定在車架上,在大連桿的帶動(dòng)下、以及小連桿的傳動(dòng)作用,內(nèi)側(cè) 下三角架將做周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng),懸掛機(jī)構(gòu)及車輪也將隨之做周期性的運(yùn)動(dòng)。外側(cè)位置的車輪組如圖4所示,主要包括主動(dòng)齒輪4、兩個(gè)過橋齒輪2和兩套對(duì)稱 布置的外側(cè)足式機(jī)構(gòu)8。如圖6所示,外側(cè)足式機(jī)構(gòu)包括從一個(gè)從動(dòng)齒輪1、四根大連桿 10、四根小連桿13、 一個(gè)外側(cè)上三角架17、 一個(gè)外側(cè)卜_三角架18、 一套懸掛機(jī)構(gòu)15和 車輪16。其連接方式與內(nèi)側(cè)足式機(jī)構(gòu)-致。初始狀態(tài)下,從動(dòng)齒輪的偏心點(diǎn)位于齒輪中 心正上方。從圖6中可以看出,當(dāng)主動(dòng)齒輪繞其固定中心轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),通過兩過橋齒輪的傳動(dòng) 作用,兩從動(dòng)齒輪分別繞各自的固定中心旋轉(zhuǎn),其工作原理同中間位置的車輪組相同,最 終懸掛機(jī)構(gòu)及車輪將做周期性的運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明車輪16的布置如圖2所示,中間位置的車輪較兩外側(cè)的車輪突前。外側(cè)位置 的四個(gè)車輪上裝有驅(qū)動(dòng)電機(jī)。六個(gè)車輪均可以自由旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明輪式機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)任意 半徑的轉(zhuǎn)向和任意方向的平移。懸掛機(jī)構(gòu)可采用現(xiàn)有技術(shù),其包括減震裝置和轉(zhuǎn)向裝置(含 轉(zhuǎn)向電機(jī)),現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛使用在各種車輛及機(jī)器人上面。下面簡(jiǎn)述本發(fā)明具有六個(gè)足式行走裝置的輪式機(jī)器人(簡(jiǎn)稱輪式機(jī)器人)的工作過程。步態(tài)行走過程初始狀態(tài)下,六個(gè)車輪位于同一水平面,當(dāng)主動(dòng)軸順時(shí)針轉(zhuǎn)過l/4個(gè) 周期時(shí),中間位置的車輪組的主動(dòng)齒輪也順時(shí)針轉(zhuǎn)過1/4個(gè)周期。通過錐齒輪系的傳動(dòng)作用,兩從動(dòng)軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)過1/4個(gè)周期,兩外側(cè)位置的車輪組的主動(dòng)齒輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)過1/4個(gè) 周期。由圖2的齒輪機(jī)構(gòu)圖可以看出,通過齒輪傳動(dòng),當(dāng)主動(dòng)軸順時(shí)針轉(zhuǎn)過1/4個(gè)周期時(shí), 六個(gè)被動(dòng)齒輪均逆時(shí)針轉(zhuǎn)過1/4個(gè)周期。根據(jù)上述足式機(jī)構(gòu)的原理可知,此時(shí)左邊兩外側(cè) 車輪和右邊一內(nèi)側(cè)車輪將抬起一定的高度,另外三個(gè)車輪相對(duì)于固定架水平右移一段距離 (步態(tài)行走過程中車輪用剎車固定,不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng))。假設(shè)車輪與地面無相對(duì)滑動(dòng),則固 定架相對(duì)于地面左移一段距離。同理可知,當(dāng)主動(dòng)軸順時(shí)針轉(zhuǎn)過l/2個(gè)周期時(shí),抬起的三 個(gè)車輪(左邊兩外側(cè)車輪和右邊一內(nèi)側(cè)車輪)落地,另外三個(gè)車輪繼續(xù)相對(duì)于固定架水平 右移一段距離,固定架相對(duì)于地面繼續(xù)左移一段距離。此時(shí)六個(gè)車輪重新位于同一水平面 上,但外側(cè)車輪的位置較內(nèi)側(cè)車輪突前。當(dāng)主動(dòng)軸順時(shí)針轉(zhuǎn)過3/4個(gè)周期時(shí),與前l(fā)/4周 期時(shí)相反,左邊兩外側(cè)車輪和右邊一內(nèi)側(cè)車輪相對(duì)于固定架水平右移一段距離,而另外三 個(gè)車輪將抬起一定的高度,固定架相對(duì)于地面左移一段距離。當(dāng)主動(dòng)軸順時(shí)針轉(zhuǎn)過一個(gè)周 期時(shí),抬起的三個(gè)車輪(右邊兩外側(cè)車輪和左邊一內(nèi)側(cè)車輪)落地,另外三個(gè)車輪繼續(xù)相 對(duì)于固定架水平右移一段距離,固定架相對(duì)于地面繼續(xù)左移一段距離。此時(shí)六個(gè)車輪第二 次處于同一平面上,車輪的位置同初始位置相同。至此,本輪式機(jī)器人完成了一個(gè)周期的 步態(tài)行走。在上述步態(tài)行走過程中可以看出,本輪式機(jī)器人在任意時(shí)刻始終保持著三個(gè)車輪接 地,并且接地的三個(gè)車輪始終保持成三角形分布(前1/2周期是右邊兩外側(cè)車輪和左邊一 內(nèi)側(cè)車輪,后1/2周期是左邊兩外側(cè)車輪和右邊一內(nèi)側(cè)車輪)。因此,在行走的任意時(shí)刻 均可以保證機(jī)器人整休的平穩(wěn)性。即使行走速度變慢,本輪式機(jī)器人也不會(huì)傾覆。在行走 過程中如果遇到一定高度(低于車體的可越障高度)的障礙物,由于機(jī)器人整體能夠始終 保持三點(diǎn)著地,因此,本輪式機(jī)器人可以平穩(wěn)的跨過障礙物,或者登上障礙物(如臺(tái)階)。
權(quán)利要求
1. 一種帶行走系統(tǒng)的輪式機(jī)器人,包括固定架(7)和與該固定架相連的足式行走裝置及驅(qū)動(dòng)裝置,其特征是由足式行走裝置和驅(qū)動(dòng)裝置相結(jié)合構(gòu)成行走系統(tǒng),其中足式行走裝置由從動(dòng)齒輪(1)、腿式支架和裝有車輪(16)的懸掛機(jī)構(gòu)(15)組成,腿式支架的一個(gè)連接點(diǎn)與從動(dòng)齒輪(1)的一個(gè)偏心點(diǎn)相鉸接,腿式支架的另一個(gè)連接點(diǎn)與懸掛機(jī)構(gòu)(15)的連接點(diǎn)相鉸接;該足式行走裝置至少有兩個(gè),而且至少兩個(gè)足式行走裝置的懸掛機(jī)構(gòu)(15)上裝有驅(qū)動(dòng)車輪(16)運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)(19);驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)有主電機(jī)和與之相連的主動(dòng)軸(6),主動(dòng)軸(6)裝有主動(dòng)齒輪(4),該齒輪與從動(dòng)齒輪(1)相嚙合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪式機(jī)器人,其特征是驅(qū)動(dòng)裝置還設(shè)有兩根從動(dòng)軸(3),它們由主動(dòng)軸(6)通過錐齒輪系(5)帶動(dòng);每根從動(dòng)軸(3)裝有傳動(dòng)齒輪,該傳動(dòng)齒 輪由過橋齒輪(2)與從動(dòng)齒輪(1)相嚙合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪式機(jī)器人,其特征是腿式支架由上三角架、下三腳架、大連桿(10)、小連桿組成(13),它們之間均為鉸接,其中上三角架的一個(gè)角點(diǎn)通過大連桿(10)與從動(dòng)齒輪(1)的一個(gè)偏心點(diǎn)相鉸接,下三角架的一個(gè)角點(diǎn)通過大連桿(10)與從動(dòng)齒輪(1)的同一個(gè)偏心點(diǎn)相鉸接,上三角架的另外兩個(gè)角點(diǎn)與下三腳架的兩個(gè)角點(diǎn)通過小連桿(13)相鉸接,下三腳架的另一個(gè)角點(diǎn)與懸掛機(jī)構(gòu)(15)相鉸接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪式機(jī)器人,其特征是足式行走裝置有四個(gè)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪式機(jī)器人,其特征是足式行走裝置有六個(gè),其中四個(gè) 在外側(cè),兩個(gè)居中;位于中間的兩個(gè)足式行走裝置,它們的車輪的位置較位于外側(cè)的四個(gè)足式行走裝置的車輪突前。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的輪式機(jī)器人,其特征是六個(gè)足式行走裝置的車輪以周期性步態(tài)方式行走,并且車輪能夠自由轉(zhuǎn)向。
全文摘要
本發(fā)明是一種帶行走系統(tǒng)的輪式機(jī)器人,其行走系統(tǒng)由足式行走裝置結(jié)合驅(qū)動(dòng)裝置構(gòu)成,且與固定架(7)相連;足式行走裝置由從動(dòng)齒輪(1)、腿式支架和裝有車輪(16)的懸掛機(jī)構(gòu)(15)組成,腿式支架的一個(gè)連接點(diǎn)與從動(dòng)齒輪(1)的一個(gè)偏心點(diǎn)相鉸接,腿式支架的另一個(gè)連接點(diǎn)與懸掛機(jī)構(gòu)的連接點(diǎn)相鉸接;該足式行走裝置至少有兩個(gè),而且至少兩個(gè)足式行走裝置的懸掛機(jī)構(gòu)(15)上裝有驅(qū)動(dòng)車輪(16)運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)(19);驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)有主電機(jī)和與之相連的主動(dòng)軸(6),主動(dòng)軸裝有主動(dòng)齒輪(4),該齒輪與從動(dòng)齒輪(1)相嚙合。本發(fā)明輪式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度塊,控制簡(jiǎn)單,轉(zhuǎn)向靈活的特點(diǎn),同時(shí)還具有步態(tài)行走的功能,使其對(duì)地面的適應(yīng)能力更強(qiáng)。
文檔編號(hào)B62D61/00GK101269678SQ20081004772
公開日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2008年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日
發(fā)明者斌 李, 李文鋒, 龍 金 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)
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