一种自适应越障的轮式救灾机器人制造技术

本发明专利技术属于救灾机器人技术领域，提供一种自适应越障的轮式救灾机器人，包括动力系统、中心控制系统、“V”型车身和磁流变液轮系。该机器人利用磁流变液在磁场下的不同性态，通过磁流变液缸实现锁定

【技术实现步骤摘要】
一种自适应越障的轮式救灾机器人


[0001]本专利技术属于救灾机器人
，特别涉及一种应用于灾害救援、物资搬运，可实现自适应越障的轮式救灾机器人。

技术介绍

[0002]灾害救援机器人是指在突发灾害情况下应用于现场勘探、人员搜救、物资搬运的特种作业机器人。灾害现场情况恶劣复杂，可能存在地形复杂、障碍物多等情况，这就要求灾害救援机器人需要具有较强的越障性能和运动性能以适应不同地形，如沟壑、阶梯、断面等，高效准确实现灾害救援任务。轮式机器人由于具有轮式结构而具有运动平稳、行进快速的优点，但对于地形条件要求较高，因此灾害现场的复杂地形严重限制了传统轮式机器人的运动能力，影响机器人灾害救援效果。为此，开发出可实现自适应越障的轮式机器人可有效解决目前灾害救灾机器人存在的运动性能不足的问题，实现救灾机器人的有效救援。
[0003]近年来，相关研究人员针对轮式结构的越障性能优化提出了诸多方案，2013年浙江理工大学在专利CN103264382A中公开了“一种具有径向伸缩车轮的轮臂混合式越障机器人”。该机器人通过齿轮齿条伸缩装置径向改变机器人轮的形态，实现轮
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臂机构的转换，以增强机器人的越障能力，但轮
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臂机构转换后机器人的行进将产生较大的颠簸，不利于机器人的行进。2017年北京交通大学在专利CN206407010U公开了一种“一种欠驱动变形轮式越障机器人”，该机器人通过控制电机的正反转来反转车身以及控制轮系中钩爪的伸缩。当其在平坦的路面上滚动时，可将轮子变为圆形进行滚动前进。当其遇到障碍物时，可通过电机的反转进而带动车身反转180
°
，此时轮系变形为钩爪模式，可实现障碍物的翻越。但该机器人在轮结构改变时依旧无法保证机器人行进的平稳性，造成一定程度的颠簸。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是解决传统轮式灾害救援机器人越障性能差、无法完成越过阶梯类障碍的问题，专利技术一种可实现自适应越障的轮式救灾机器人。
[0005]本专利技术的技术方案：
[0006]一种自适应越障的轮式救灾机器人机器人动力系统1、电源2、中心控制系统3、“V”型车身4和磁流变液轮系5组成。机器人工作状态下，通过磁流变液轮中心控制仓516内部传感器芯片测定机器人磁流变液轮51的姿态信息，机器人在平坦地形行进时，车轮磁流变液缸513顶端的弹簧5137使轮顶件5139处于极限位置，同时缸体内部的磁流变液在线圈通电的情况下使磁流变液5133处于高粘度、低流动性的宾汉流体状态，锁定活塞5132，此时轮顶件5139与弹性体514位置保持一致，进而保持轮的形状。依附于弹簧的力传感器5138通过测定轮顶件5139的受力情况，当力传感器5138检测到车轮前方触碰到障碍物时，车轮前方的磁流变液缸513断电，此时磁流变液5133处于高流动性状态，缸体轮顶件5139下沉使磁流变液轮51在高分子弹性体514变形的条件下增大与阶梯障碍物的接触面积，从而增大磁流变液轮51与阶梯竖直面的摩擦力。机器人动力系统1使前轮沿着竖直面行进，当接触面即将到
达阶梯顶端时，从压力状态下复原的缸体轮顶件5139恢复到原来位置。此时磁流变液线圈5134通电，再次锁定轮顶件5139，使其外伸到阶梯顶端棱角处，形成类轮腿形状，通过外伸的轮顶件5139搭在阶梯上，进而将轮抬升至阶梯障碍的上方，实现机器人的越障功能。
[0007]磁流变液轮系5主要由磁流变液轮51、连接键52、轮轴53和轮轴带轮54组成；磁流变液轮51通过螺栓517和控制仓连接件518与轮轴固定；轮轴53与磁流变液轮51通过连接键52连接，以用于将轮轴53力矩传输到磁流变液轮51；轮轴53中部位置的轮轴带轮54通过焊接将其一体化连接在轮轴53上；动力系统1通过轮轴带轮54将力矩传输至轮轴53，轮轴53与车身轮孔配合；
[0008]磁流变液轮51主要由外挡板511、磁流变液缸连接螺栓512、磁流变液缸513、高分子弹性体514、挡板夹紧固定螺母515、磁流变液轮中心控制仓516、轮轴连接螺栓517、控制仓连接件518和内挡板519构成；磁流变液缸513的基座均有连接孔，磁流变液轮中心控制仓516的侧边矩形面516B存在四个螺纹连接孔516A，每个磁流变液缸513通过磁流变液缸连接螺栓512连接在矩形面516B上，在周向布置的磁流变液缸513中间区域存在扇形缝隙，为了增强磁流变液轮51的行进稳定性，在两磁流变液缸513中间安装高分子弹性体514，共12个，每个高分子弹性体514上打有两个安装孔514A，磁流变液轮的外挡板511周向一体化连接两个连接柱511A，共12组，连接柱511A末端存在螺纹，连接柱511A分别穿过高分子弹性体514的安装孔514A，将周向布置的高分子弹性体514固定位置，磁流变液轮的内挡板519存在与外挡板511上的连接柱511A一一对应的连接孔519A，连接柱511A穿过连接孔519A后通过挡板夹紧固定螺母515锁紧；控制仓连接件518通过轮轴连接螺栓517连接在磁流变液轮51上；
[0009]磁流变液缸513主要由腔内分隔套件5131、活塞5132、磁流变液5133、线圈5134、密封圈5135、缸体5136、弹簧5137、力传感器5138和轮顶件5139组成；轮顶件5139主要由支撑台5139A、连接套5139B和加强筋5139C组成；支撑台5139A外表面与高分子弹性体514外侧面构成柱形面，支撑台5139A下方使用对称布置的加强筋5139C，两加强筋连接处为连接套5139B，连接套5139B内有连接螺纹，活塞5132末端有连接螺纹，轮顶件5139通过螺纹与活塞5132连接；缸体外部的活塞5132套有弹簧5137，弹簧5137上方安装力传感器5138；缸体内部为铁磁颗粒与胶体组成的磁流变液5133，同时添加有分散剂和防沉剂；缸体内嵌套管型腔内分隔套件5131，其直径小于缸体内腔，二者之间存在环形空隙，空隙内侧安装线圈5134；活塞5132的头部存在对称缺口，便于磁流变液5133在腔体内任意流动，活塞5132的头部沿活塞杆有直径和形状相同的两个环形台，与活塞杆一体，用于增强磁流变液的固定功能；缸体内侧口安装环形密封圈5135；
[0010]机器人动力系统1主要由电机安装螺栓11、电机12、传动带13、电机带轮14和电机带轮连接键15组成；车体底板41上有一凸台，凸台上存在四个螺纹安装孔，电机底座安装孔与凸台安装孔一一对应，通过电机安装螺栓11连接固定；电机轴存在键槽，利用电机带轮连接键15将电机12与电机带轮14连接；
[0011]“V”型车身4主要由车体底板41、底板连接螺栓42、“V”型底梁43、连接架44、电源托台45、电源托台螺栓46和连接螺母47组成；“V”型车身4两侧分别对称安装，两个“V”型底梁43并排放置，在V型车身4的前半部，“V”型底梁43下方有螺纹孔组，在连接架44上有同样布置的螺纹孔，连接架44通过螺栓与“V”型底梁43相连，保持车身整体稳定性；车体底板41存在螺纹孔组，“V”型底梁43存在对应的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自适应越障的轮式救灾机器人，其特征在于，该自适应越障的轮式救灾机器人主要由机器人动力系统(1)、电源(2)、中心控制系统(3)、“V”型车身(4)和磁流变液轮系(5)组成；磁流变液轮系(5)主要由磁流变液轮(51)、连接键(52)、轮轴(53)和轮轴带轮(54)组成；磁流变液轮(51)通过螺栓(517)和控制仓连接件(518)与轮轴固定；轮轴(53)与磁流变液轮(51)通过连接键(52)连接，以用于将轮轴(53)力矩传输到磁流变液轮(51)；轮轴(53)中部位置的轮轴带轮(54)通过焊接将其一体化连接在轮轴(53)上；动力系统(1)通过轮轴带轮(54)将力矩传输至轮轴(53)，轮轴(53)与车身轮孔配合；磁流变液轮(51)主要由外挡板(511)、磁流变液缸连接螺栓(512)、磁流变液缸(513)、高分子弹性体(514)、挡板夹紧固定螺母(515)、磁流变液轮中心控制仓(516)、轮轴连接螺栓(517)、控制仓连接件(518)和内挡板(519)构成；磁流变液缸(513)的基座均有连接孔，磁流变液轮中心控制仓(516)的侧边矩形面(516B)存在四个螺纹连接孔(516A)，每个磁流变液缸(513)通过磁流变液缸连接螺栓(512)连接在矩形面(516B)上，在周向布置的磁流变液缸(513)中间区域存在扇形缝隙，为了增强磁流变液轮(51)的行进稳定性，在两磁流变液缸(513)中间安装高分子弹性体(514)，共12个，每个高分子弹性体(514)上打有两个安装孔(514A)，磁流变液轮的外挡板(511)周向一体化连接两个连接柱(511A)，共12组，连接柱(511A)末端存在螺纹，连接柱(511A)分别穿过高分子弹性体(514)的安装孔(514A)，将周向布置的高分子弹性体(514)固定位置，磁流变液轮的内挡板(519)存在与外挡板(511)上的连接柱(511A)一一对应的连接孔(519A)，连接柱(511A)穿过连接孔(519A)后通过挡板夹紧固定螺母(515)锁紧；控制仓连接件(518)通过轮轴连接螺栓(517)连接在磁流变液轮(51)上；磁流变液缸(513)主要由腔内分隔套件(5131)、活塞(5132)、磁流变液(5133)、线圈(5134)、密封圈(5135)、缸体(5136)、弹簧(5137)、力传感器(5138)和轮顶件(5139)组成；轮顶件(5139)主要由支撑台(5139A)、连接套(5139B)和加强筋(5139C)组成；支撑台(5139A)外表面与高分子弹性体(514)外侧面构成柱形面，支撑台(5139A)下方使用对称布置的加强筋(5139C)，两加强筋连接处为连接套(5139B)，连接套(5139B)内有连接螺纹，活塞(5132)末端有连接螺纹，轮顶件(5139)通过螺纹与活塞(5132)连接；缸体外部的活塞(5132)套有弹簧(5137)，弹簧(5137)上方安装力传感器(5138)；缸体内部为铁磁颗粒与胶体组成的磁流变液(5133)，同时添加有分散剂和防沉剂；缸体内嵌套管型腔内分隔套件(5131)，其直径小于缸体内腔，二者之间存在环形空隙，空隙内侧安装线圈(5134)；活塞(5132)的头部存在对称缺口，便于磁流变液(5133)在腔体内任意流动，活塞(5132)的头部沿活塞杆有直径和形状相同的两个环形台，与活塞杆一体，用于增强磁流变液的固定功能；缸体内侧口安装环形密封圈(5135)；机器人动力系统(1)主要由电机安装螺栓(11)、电机(12)、传动带(13)、电机带轮(14)和电机带轮连接键(15)组成；车体底板(41)上有一凸台，凸台上存在四个螺纹安装孔，电机底座安装孔与凸台安装孔一一对应...

【专利技术属性】
技术研发人员：李特，阮文俊，刘海波，崔文博，李旭，王永青，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：