自平衡式六轮独立驱动机器人制造技术

自平衡式六轮独立驱动机器人，属于机器人工程领域。该机器人由电气控制系统单元及与其通信连接的移动机构、平衡探测机构、视觉系统单元、红外测距单元、遥控单元，以及与各机构、单元连接的供电单元和承载以上各机构、单元的车体构成，其特征在于：所述的移动机构由均可独立动作的左右六连杆摇臂和前后柔性六连杆摇臂３组成，具有六个车轮４，左右侧六连杆摇臂各带有两个车轮４，前后侧柔性六连杆摇臂各带有１个车轮４。通过前后车轮受力不同检测车体俯仰姿态来调整车体的俯仰角、同时通过左右摇臂主动调节机器人横滚角度达到车体侧向自平衡的目的。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于机器人工程领域。
技术介绍
摇臂式六轮独立驱动机器人在月球探测、火星探测方面得到了应用。该 机器人具有机动性能高的优点，非常适合野外探测等场合使用。但是该机器 人的俯仰角由左右臂角平分机构来确定。即使该机器人行走在平整的坡面上， 其俯仰角也与前向坡面平行，同时侧向姿态完全由地面侧向坡度决定。所以 该机器人不能根据坡度调整其俯仰角及横滚角，因而其稳定性及机动性能受 到了很大限制，也同时限制了该机器人用于高速越野当中。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种自平衡式六轮独立驱动结构机器人，通过 前后车轮受力不同检测车体俯仰姿态来调整车体的俯仰角、同时通过左右摇 臂主动调节机器人横滚角度达到车体侧向自平衡的目的。本技术的解决方案是自平衡式六轮独立驱动机器人由电气控制系 统单元及与其通信连接的移动机构、平衡探测机构、视觉系统单元、红外测 距单元、遥控单元，以及与各机构、单元连接的供电单元和承载以上各机构、 单元的车体构成，其特征在于所述的移动机构由均可独立动作的左右六连 杆摇臂和前后柔性六连杆摇臂3组成，具有六个车轮4，左右侧六连杆摇臂各 带有两个车轮4，前后侧柔性六连杆摇臂各带有1个车轮4:1)左右侧六连杆摇臂结构相同，皆由连杆L1-L8、转动副R1-R10、电机M1-M5、 侧前车轮和侧后车轮、压簧1和压簧2组成连杆Ll和连杆L3、连杆L2和 连杆L4分别通过转动副R2、转动副R3轴连，连杆Ll和连杆L2通过转动 副R1轴连，且R1固定在车体的B1的位置，连杆L1和连杆L2的另外一头 分别通过转动副R4和转动副R5与连杆L5和连杆L6的中部轴连，连杆L5 和连杆L6的一头通过转动副R6轴连，且R6固定在车体的B2的位置，连杆 L5和连杆L6另外一头分别通过转动副R7和转动副R8轴接连杆L7和连杆L8，连杆L7和连杆L8的另一头分别通过转动副R9和转动副R10接侧前车 轮和侧后车轮;在转动副Rl处设置可使连杆Ll和L3张开或收拢的姿态控制 电机Ml，在转动副R7和转动副R8处分别设可使侧前车轮和侧后车轮独立 转向的转向电极M2和M3，在转动副R9和转动副R10处分别设可使侧前车 轮和侧后车轮独立转动的驱动电机M4和M5;在车体的B3和B4的位置分别 设置当六连杆摇臂收拢时压紧侧前车轮和侧后车轮的压簧1和压簧2; 2)前后侧柔性六连杆摇臂结构由滑杆L9、连杆L10-L15、转动副R11-R21、 电机M6-M10、弹簧SP1和弹簧SP2、棱柱副P1和棱柱副P2、丝杠S1、前 车轮和后车轮、压簧3和压簧4组成滑杆L9的中部通过丝杠Sl固定于车 体的B5的位置，且通过转动副R17与固定在丝杠Sl上的、可使滑杆L9相 对丝杠Sl上下移动的姿态控制电机M6连接，滑杆L9上对称依次分别套有 弹簧SP1和SP2、转动副Rll和R12、棱柱副Pl和棱柱副P2，转动副Rll 和R12分别与连杆L10和L11的一头轴连，LlO和Lll的另一头分别通过转 动副R13和R14与连杆L12和L13的一头轴连，连杆L12和L13的中部分别 与固定在车体的B5和B6的位置转动副R15和R16轴连，连杆L12和L13 的另一头分别通过转动副R20和R21与连杆L15和L16的一头轴接，L15和 L16的另一头分别通过转动副R18和R19与前车轮和后车轮轴接，在转动副 R18和R19处分别设置有可使前车轮和后车轮独立转动的驱动电机M9和 MIO，在转动副R20和R21处分别设置有可使前车轮和后车轮独立转向的转 向电机M7和M8，在车体的B8和B9的位置分别设有当前车轮和后车轮收拢 时可压紧前车轮和后车轮的压簧3和压簧4。自平衡式六轮独立驱动机器人的车轮4为着地面为弧形的宽厚鼓形车轮。 自平衡式六轮独立驱动机器人的视觉系统单元包括远景立体视觉系统、 前侧立体视觉系统、后侧立体视觉系统、太阳测量立体视觉系统；远景立体 视觉系统、前侧立体视觉系统、后侧立体视觉系统、太阳测量立体视觉系统 各包含两个测量相机8;其中，远景立体视觉系统的两个测量相机8通过桅杆 7安装在车体顶部，前侧立体视觉系统的两个测量相机8水平安装在车体前面的中部，后侧立体视觉系统的两个测量相机8水平安装在车体后面的中部，太阳测量立体视觉系统的两个测量相机8安装在车体的顶部。自平衡式六轮独立驱动机器人的电气控制系统单元的核心控制器件采用 PC104+嵌入式计算机,PC104+嵌入式计算机通过网络总线与X波段/S波段收 发器连接，经全向天线10及高增益天线13与遥控操作计算机相连接，作为 遥控单元；PC104+嵌入式计算机通过RS485串口总线与垂直陀螺连接，作为 平衡探测机构；PC104+嵌入式计算机通过PCI总线连接Cameralinker接口板 接收Cameralinker复路器传来的6路测量相机8的信息，以及PC104+嵌入式 计算机通过PCI总线连接CAN接口板，通过CAN总线接收太阳相机12的信 号，作为视觉系统单元；PC104+嵌入式计算机通过PCI总线连接CAN接口 板，通过CAN总线控制移动机构中的姿态控制电机、车轮转向电机、车轮驱 动电机；PC104+嵌入式计算机通过PCI总线连接模数/数模转换器板接收多路 红外测距器9的信号，作为红外测距单元；电气控制系统单元中含有为电气 控制系统单元提供系统电源的PC104电源模块，PC104电源模块通过PCI总 线与PC104+嵌入式计算机连接。。自平衡式六轮独立驱动机器人的供电单元由太阳能电池板6、充电器、 1000VA24VDC动力锂电池、电源供配电系统组成，太阳能电池板6经充电器 接到电源供配电系统；1000VA24VDC动力锂电池接入电源供配电系统； 1000VA24VDC动力锂电池和电源供配电系统通过PC104电源模块为电气控 制系统单元提供系统电源；PC104+嵌入式计算机通过模数/数模转换器板输出 模拟信号控制电源供配电系统协调工作，并控制其通过DC-DC电压转换器提 供5.7V、 12V、 24V直流电源，分别为红外测距器9、测量相机8、移动机构 中的各类电机供电。自平衡式六轮独立驱动机器人的转向电机、驱动电机及姿态控制电机采 用无刷力矩电机，该电机配有谐波减速箱和具有力矩控制模式、速度控制模 式、位置控制模式、CAN通信功能的电机控制器。自平衡式六轮独立驱动机器人的红外测距单元中，在车体5的前后侧各安装9个红外测距器。本技术的有益效果是采用上述方案后，(1)由于采用6个独立驱动的车轮4，机器人具有很好的机动特性，越障高度超过3倍车轮半径、越坑 宽度超过两个车轮半径。(2)由于采用左、右侧六连杆摇臂及前后柔性六连 杆摇臂，高低温环境产生的结构变形对机器人结构运动的影响很小。(3)六 个车轮4具有展与收拢功能，可以适应深空探测机器人在发射时结构压紧的 要求。(4)在坡面上，该机器人结构能够自动调整重心，从而大大提高了安 全性能。(5)车轮4受力平衡，可以充分利用驱动电机的功率实现大力矩牵 引控制，也有助于降低车体的整体质量。附图说明图l是机器人结构示意图2是左右侧六连杆摇臂结构示意图3是收拢时的左右侧六连杆摇臂结构示意图4是前后柔性六连杆摇臂结构示意图5是收拢时的前后柔本文档来自技高网...

【技术保护点】
自平衡式六轮独立驱动机器人，由电气控制系统单元及与其通信连接的移动机构、平衡探测机构、视觉系统单元、红外测距单元、遥控单元，以及与各机构、单元连接的供电单元和承载以上各机构、单元的车体构成，其特征在于：所述的移动机构由均可独立动作的左侧六连杆摇臂（１）、右侧六连杆摇臂（２）和前后柔性六连杆摇臂（３）组成，具有六个车轮（４），左右侧六连杆摇臂各带有两个车轮（４），前后侧柔性六连杆摇臂各带有１个车轮（４）：　１）左、右侧六连杆摇臂结构相同，皆由连杆Ｌ１－Ｌ８、转动副Ｒ１－Ｒ １０、电机Ｍ１－Ｍ５、侧前车轮和侧后车轮、压簧１和压簧２组成：连杆Ｌ１和连杆Ｌ３、连杆Ｌ２和连杆Ｌ４分别通过转动副Ｒ２、转动副Ｒ３轴连，连杆Ｌ１和连杆Ｌ２通过转动副Ｒ１轴连，且Ｒ１固定在车体的Ｂ１的位置，连杆Ｌ１和连杆Ｌ２的另外一头分别通过转动副Ｒ４和转动副Ｒ５与连杆Ｌ５和连杆Ｌ６的中部轴连，连杆Ｌ５和连杆Ｌ６的一头通过转动副Ｒ６轴连，且Ｒ６固定在车体的Ｂ２的位置，连杆Ｌ５和连杆Ｌ６另外一头分别通过转动副Ｒ７和转动副Ｒ８轴接连杆Ｌ７和连杆Ｌ８，连杆Ｌ７和连杆Ｌ８的另一头分别通过转动副Ｒ９和转动副Ｒ１０接侧前车轮和侧后车轮；在转动副Ｒ１处设置可使连杆Ｌ１和Ｌ３张开或收拢的姿态控制电机Ｍ１，在转动副Ｒ７和转动副Ｒ８处分别设可使侧前车轮和侧后车轮独立转向的转向电极Ｍ２和Ｍ３，在转动副Ｒ９和转动副Ｒ１０处分别设可使侧前车轮和侧后车轮独立转动的驱动电机Ｍ４和Ｍ５；在车体的Ｂ３和Ｂ４的位置分别设置当六连杆摇臂收拢时压紧侧前车轮和侧后车轮的压簧１和压簧２；　２）前后侧柔性六连杆摇臂结构由滑杆Ｌ９、连杆Ｌ１０－Ｌ１５、转动副Ｒ１１－Ｒ２１、电机Ｍ６－Ｍ１０ 、弹簧ＳＰ１和弹簧ＳＰ２、棱柱副Ｐ１和棱柱副Ｐ２、丝杠Ｓ１、前车轮和后车轮、压簧３和压簧４组成：滑杆Ｌ９的中部通过丝杠Ｓ１固定于车体的Ｂ５的位置，且通过转动副Ｒ１７与固定在丝杠Ｓ１上的、可使滑杆Ｌ９相对丝杠Ｓ１上下移动的姿态控制电机Ｍ６连接，滑杆Ｌ９上对称依次分别套有弹簧ＳＰ１和ＳＰ２、转动副Ｒ１１和Ｒ１２、棱柱副Ｐ１和棱柱副Ｐ２，转动副Ｒ１１和Ｒ１２分别与连杆Ｌ１０和Ｌ１１的一头轴连，Ｌ１０和Ｌ１１的另一头分别通过转动副Ｒ１３和Ｒ１４与连杆Ｌ１２和Ｌ１３的一头轴连，连杆Ｌ１２和Ｌ１３的中部分别与固定在车体的Ｂ５和Ｂ６的位置转动副Ｒ１５和Ｒ１６轴连，连杆Ｌ１２和Ｌ１３的另一头分别通过转动副Ｒ２０和Ｒ...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：居鹤华，裴福俊，王亮，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]