具有被动自适应悬架的轮腿复合式移动机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种具有被动自适应悬架的轮腿复合式移动机器人，包括机身主体、四套布置在机器人末端的轮腿及轮腿驱动部分、两侧摇臂和摇臂悬架机构，两侧摇臂通过摇臂悬架机构与机身连接，其中，摇臂下端和摇臂上端固定连接，共同组成摇臂，摇臂悬架机构包括两个球铰连接件、两个转接连杆、两个虎克铰连接件、等臂连杆、连接两侧摇臂上端的机身主轴，每个球铰连接件包括第一球铰连接件和第二球铰连接件，每个虎克铰连接件包括第一虎克铰连接件和第二虎克铰连接件；每个转接连杆连接在同侧的球铰连接件和虎克铰连接件之间；摇臂悬架机构关于机身呈反对称布置，两侧摇臂关于机身反向运动。

【技术实现步骤摘要】
具有被动自适应悬架的轮腿复合式移动机器人
本专利技术涉及机器人
，具体涉及一种具有被动自适应悬架的轮腿复合式移动机器人。
技术介绍
移动机器人集行走越障、行为控制、环境感知等多功能于一体，是机器人领域的重要分支。由于移动机器人良好的机动性和越障能力，能够替代人类在特殊环境中执行特种任务，因而在军事侦察、消防救援、安防监控、空间探测等领域具有广泛的应用前景。移动机器人按其移动方式可分为轮式、腿式、履带式和复合式。轮式移动机器人结构简单、移动速度快，但越障能力较差，如申请号为CN201811306483.2的专利公开的一种轮式移动机器人，其可以实现四轮独立驱动和原地回转，具有较好的机动性，但其越障能力不足；腿式移动机器人具有较强的越障能力和地形适应性，但结构和控制较为复杂，如申请号为CN201910222949.9的专利公开的一种多足式管道移动机器人，其四足行走机构能够模仿生物足关节，实现四足交错行走，但其移动速度较慢，控制较为复杂，且稳定性较差；履带式移动机器人接地比压小、承载能力强，但结构笨重、功耗大、且对地面有一定的破坏性，如专利号为CN201910910447.5公开的一种反恐防爆履带式移动机器人，其结构较为笨重，功耗较大，无法深入狭小执行任务；复合式移动机器人综合了两种或多种结构形式的特点，减小了单一结构的局限性，拓展了其应用空间。复合式移动机器人中，应用最多的是轮腿复合式，该结构兼具轮式结构机动性能好和腿式结构越障能力强的优势，且结构和控制相对简单，能够替代救援人员在高危环境中执行探测救援任务，提高抢险救援效率。目前轮腿复合式移动机器人大多只是将轮式与腿式结构简单的串联或并联在一起，存在状态切换复杂，稳定性不足等问题，同时，轮腿大多与机身直接连接，在非结构化地形中容易因部分轮腿悬空发生倾覆，不能满足执行复杂地形探测救援任务的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有轮腿式移动机器人在越障能力、稳定性等方面的不足，提供一种具有良好越障能力、地形适应性和稳定性的移动机器人。技术方案如下：一种具有被动自适应悬架的轮腿复合式移动机器人，包括机身主体、四套布置在机器人末端的轮腿及轮腿驱动部分、两侧摇臂和摇臂悬架机构，两侧摇臂通过摇臂悬架机构与机身9连接，其中，摇臂下端1和摇臂上端2固定连接，共同组成摇臂，摇臂悬架机构包括两个球铰连接件、两个转接连杆5、两个虎克铰连接件、等臂连杆8、连接两侧摇臂上端2的机身主轴13，每个球铰连接件包括第一球铰连接件3和第二球铰连接件4，每个虎克铰连接件包括第一虎克铰连接件6和第二虎克铰连接件7；每个转接连杆5连接在同侧的球铰连接件和虎克铰连接件之间；摇臂悬架机构关于机身9呈反对称布置，两侧摇臂关于机身反向运动；摇臂上端2和机身主轴13之间分别在两侧形成两个共轴的转动副，摇臂上端2可以绕机身主轴13转动；每一侧的第一球铰连接件3和第二球铰连接件4之间形成球副，每一侧的第一球铰连接件3和第二球铰连接件4分别与同侧的摇臂上端2和转接连杆5连接；每一侧的第一虎克铰连接件6和第二虎克铰连接件7之间形成虎克副，每一侧的第一虎克铰连接件6和第二虎克铰连接件7分别与同侧的转接连杆5和等臂连杆8的一端相连，转动连接杆10连接等臂连杆8和机身9，并在机身9和等臂连杆8之间形成转动副；每套轮腿及轮腿驱动部分包括轮腿和电机18，每个轮腿包括三个呈圆周等间隔分布且结构相同的轮辐20和位于中部的三角连接件19，轮辐20连接在三角连接件19上，轮辐20呈直线弧形状，其端部的弧形段的形状根据轮腿与地面接触时的特点设计；电机18的输出轴通过三角连接件19与轮腿相连；轮腿通过三角连接件19连接到摇臂端部。进一步地，所述的轮腿复合式移动机器人还包括两个主轴连接架14和机身支撑架15，机身支撑架15沿机身主轴13方向固定连接到机身9上，机身主轴13从机身支撑架15中部穿过；两个主轴连接架14开设有用于穿过机身主轴13的通孔，并分别固定于机身支撑架15的两侧，用于限制机身主轴13的运动；进一步地，摇臂两侧的两个摇臂上端2与机身主轴13之间通过机身主轴13两端的轴肩定位，在摇臂上端2与机身主轴13的配合段引入两个滑动轴承16，以减小转动副的摩擦；进一步地，在机身主轴13的最外侧，通过轴端锁紧螺母17锁紧，以防止摇臂上端2与机身主轴13之间发生轴向的相对滑移。进一步地，电机18的输出轴为D型输出轴，D型输出轴通过三角连接件19中部的D型孔与轮腿相连，电机18的D型输出轴和三角连接件19中部的D型孔为间隙配合。进一步地，轮辐20外侧加装有橡胶防滑套。进一步地，摇臂上端2随着轮腿部分根据地形波动被动调整，绕所述机身主轴13所在轴线摆动，进而带动摇臂悬架机构运动，摇臂悬架机构通过其与机身9上之间间形成转动副的运动带动机身9绕机身主轴13做俯仰运动。本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术的移动机器人整机机械结构部分采用航空铝材制造，硬度高且质量轻，能够承受较高的环境温度，可以执行军事侦察、消防救援、安防监控、空间探测等任务；2.本专利技术的移动机器人结构轻巧、质量小且成本较低，便于规模化、集群式投放，以提高抢险救援效率；3.轮腿的几何形状综合了轮式结构和腿式结构的优势，具有较强的机动性和越障能力，能够平稳通过楼梯台阶、草地、斜坡、砂石、不平路面等复杂地形；4.通过在机身和轮腿之间引入摇臂悬架机构，使移动机器人的地形适应能力显著提高，尤其是在非结构化地形中，通过摇臂悬架的被动自适应调整，可保证移动机器人轮腿始终与地面接触，有效防止因移动机器人与地面接触不稳或部分轮腿悬空而导致的倾覆，从而提高了机器人的稳定性；附图说明图1是本专利技术的具有被动自适应悬架的轮腿复合式移动机器人的整体结构示意图。图2是本专利技术的具有被动自适应悬架的轮腿复合式移动机器人的摇臂悬架机构的结构示意图。图3是本专利技术的具有被动自适应悬架的轮腿复合式移动机器人机身连接的结构示意图。图4是本专利技术的具有被动自适应悬架的轮腿复合式移动机器人的轮腿部分结构示意图。附图标记：1、摇臂上端；2、摇臂下端；3、第一球铰连接件；4、第二球铰连接件；5、转接连杆；6、第一虎克铰连接件；7、第二虎克铰连接件；8、等臂连杆；9、机身；10、转动连接杆；11、垫片；12、螺母；13、机身主轴；14、主轴连接架；15、机身支撑架；16、滑动轴承；17、轴端锁紧螺母；18、减速电机；19、三角连接件；20、轮辐；21、紧定螺钉具体实施方式为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：需要说明的是，在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。如图1所示，本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有被动自适应悬架的轮腿复合式移动机器人，包括机身主体、四套布置在机器人末端的轮腿及轮腿驱动部分、两侧摇臂和摇臂悬架机构，两侧摇臂通过摇臂悬架机构与机身(9)连接。其中，/n摇臂下端(1)和摇臂上端(2)固定连接，共同组成摇臂，摇臂悬架机构包括两个球铰连接件、两个转接连杆(5)、两个虎克铰连接件、等臂连杆(8)、连接两侧摇臂上端(2)的机身主轴(13)，每个球铰连接件包括第一球铰连接件(3)和第二球铰连接件(4)，每个虎克铰连接件包括第一虎克铰连接件(6)和第二虎克铰连接件(7)；每个转接连杆(5)连接在同侧的球铰连接件和虎克铰连接件之间；摇臂悬架机构关于机身(9)呈反对称布置，两侧摇臂关于机身反向运动；/n摇臂上端(2)和机身主轴(13)之间分别在两侧形成两个共轴的转动副，摇臂上端(2)可以绕机身主轴(13)转动；每一侧的第一球铰连接件(3)和第二球铰连接件(4)之间形成球副，每一侧的第一球铰连接件(3)和第二球铰连接件(4)分别与同侧的摇臂上端(2)和转接连杆(5)连接；每一侧的第一虎克铰连接件(6)和第二虎克铰连接件(7)之间形成虎克副，每一侧的第一虎克铰连接件(6)和第二虎克铰连接件(7)分别与同侧的转接连杆(5)和等臂连杆(8)的一端相连，转动连接杆(10)连接等臂连杆(8)和机身(9)，并在机身(9)和等臂连杆(8)之间形成转动副；/n每套轮腿及轮腿驱动部分包括轮腿和电机(18)，每个轮腿包括三个呈圆周等间隔分布且结构相同的轮辐(20)和位于中部的三角连接件(19)，轮辐(20)连接在三角连接件(19)上，轮辐(20)呈直线弧形状，其端部的弧形段的形状根据轮腿与地面接触时的特点设计；电机(18)的输出轴通过三角连接件(19)与轮腿相连；轮腿通过三角连接件(19)连接到摇臂端部。/n...

【技术特征摘要】
1.一种具有被动自适应悬架的轮腿复合式移动机器人，包括机身主体、四套布置在机器人末端的轮腿及轮腿驱动部分、两侧摇臂和摇臂悬架机构，两侧摇臂通过摇臂悬架机构与机身(9)连接。其中，
摇臂下端(1)和摇臂上端(2)固定连接，共同组成摇臂，摇臂悬架机构包括两个球铰连接件、两个转接连杆(5)、两个虎克铰连接件、等臂连杆(8)、连接两侧摇臂上端(2)的机身主轴(13)，每个球铰连接件包括第一球铰连接件(3)和第二球铰连接件(4)，每个虎克铰连接件包括第一虎克铰连接件(6)和第二虎克铰连接件(7)；每个转接连杆(5)连接在同侧的球铰连接件和虎克铰连接件之间；摇臂悬架机构关于机身(9)呈反对称布置，两侧摇臂关于机身反向运动；
摇臂上端(2)和机身主轴(13)之间分别在两侧形成两个共轴的转动副，摇臂上端(2)可以绕机身主轴(13)转动；每一侧的第一球铰连接件(3)和第二球铰连接件(4)之间形成球副，每一侧的第一球铰连接件(3)和第二球铰连接件(4)分别与同侧的摇臂上端(2)和转接连杆(5)连接；每一侧的第一虎克铰连接件(6)和第二虎克铰连接件(7)之间形成虎克副，每一侧的第一虎克铰连接件(6)和第二虎克铰连接件(7)分别与同侧的转接连杆(5)和等臂连杆(8)的一端相连，转动连接杆(10)连接等臂连杆(8)和机身(9)，并在机身(9)和等臂连杆(8)之间形成转动副；
每套轮腿及轮腿驱动部分包括轮腿和电机(18)，每个轮腿包括三个呈圆周等间隔分布且结构相同的轮辐(20)和位于中部的三角连接件(19)，轮辐(20)连接在三角连接件(19)上，轮辐(20)呈直线弧形状，其端部的弧形段的形状根据轮腿与地面接触时的特点设计；电机(18)的输出轴通过三角连接件(19)与轮腿相连；轮腿通过三角连接件(19)...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋轶民，杨志岳，孙涛，连宾宾，姜楠，马宗青，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12