本发明专利技术提供了一种雪地机器人的多模式姿态操纵机构及方法，属于机器人技术领域。解决现有雪地运输设备在雪地中转向时抓地力下降、转弯半径较大、难以控制速度问题。它包括机架、转向组件和悬架组件，两组悬架组件对称设置在机架的左右两侧，转向组件设置在机架内部；转向组件包括电动推杆、转向模组安装板、转向电机、齿轮一、齿轮二、齿条一、齿条二、上叉臂框架和转向连杆；悬架组件包括上叉臂、下叉臂、减震器、雪橇立轴和雪橇板；通过转向电机运转，带动雪橇立轴运动改变雪地机器人两侧雪橇板的方向、角度，实现机器人的压刃转向；通过电动推杆伸出，使两雪橇立轴向内侧旋转，实现刹车动作。本发明专利技术适用于雪地运输设备或雪地机器人转向、刹车。刹车。刹车。
【技术实现步骤摘要】
一种雪地机器人的多模式姿态操纵机构及方法
[0001]本专利技术创造属于机器人
，尤其是涉及一种雪地机器人的多模式姿态操纵机构及方法。
技术介绍
[0002]目前对于雪地机器人的研究并不丰富，现有的滑雪机器人多采用足式结构，采用多自由度多关节的仿生形机械腿，采用双足或多足布置，连接滑雪板，通过改变各个关节的角度模仿人体滑雪动作，进行滑雪。
[0003]现有的雪地运输设备，多采用履带式或雪橇式结构，采用陆地汽车改造，或按照汽车结构改进而成。对其转向机构的设计，多采用原有的汽车转向结构，未对雪地的特性进行改良。刹车系统设计也多沿用汽车的刹车设计，采用安装在驱动轮上的盘式、鼓式刹车。
[0004]但现有的雪地机器人或雪地运输设备，在雪地中转向机构存在抓地力下降、转弯半径较大、难以控制速度的问题，因此有必要设计一种全新的多模式姿态操纵机构来解决上述问题。
技术实现思路
[0005]有鉴于此，本专利技术创造旨在提出一种雪地机器人的多模式姿态操纵机构，以解决现有雪地机器人或雪地运输设备，在雪地中转向时抓地力下降、转弯半径较大、难以控制速度问题。
[0006]为达到上述目的，本专利技术创造的技术方案是这样实现的：
[0007]一种雪地机器人的多模式姿态操纵机构，包括机架、转向组件和悬架组件，机架为框型结构，悬架组件设置两组，两组悬架组件对称设置在机架的左右两侧，转向组件设置在机架内部；
[0008]转向组件包括电动推杆、转向模组安装板、转向电机、齿轮一、齿轮二、齿条一、齿条二、上叉臂框架和转向连杆，电动推杆的固定端与机架连接，自由端和转向模组安装板铰接，转向模组安装板与机架滑动连接；转向模组安装板上固装有转向电机，转向电机的输出轴上固连齿轮一，齿轮一与齿条一、齿轮二啮合，齿轮二与齿条二啮合，齿条一与转向模组安装板滑动连接，齿条一的两端分别通过一万向节连接有一个转向连杆，每个转向连杆通过万向节连接在对应侧的悬架组件上，齿条二与上叉臂框架滑动连接，上叉臂框架能相对于机架做左右滑动；转向模组安装板通过电动推杆实现在机架上的前后滑动；
[0009]悬架组件包括上叉臂、下叉臂、减震器、雪橇立轴和雪橇板，下叉臂的一端与机架铰接，另一端与雪橇立轴铰接；上叉臂的一端与上叉臂框架铰接，另一端与雪橇立轴铰接；减震器的一端与机架铰接，另一端与下叉臂铰接，雪橇立轴与雪橇板铰接，雪橇立轴能沿其轴线旋转；每个转向连杆各通过一个万向节连接在对应侧的雪橇立轴的延伸段上；
[0010]通过转向电机运转，带动雪橇立轴运动，改变雪地机器人两侧雪橇板的方向、角度，实现机器人的压刃转向；通过电动推杆伸出，使两雪橇立轴向内侧旋转，实现刹车动作。
[0011]更进一步的，在转向模组安装板上安装支架，在支架上安装齿轮一、齿轮二和齿条二。
[0012]更进一步的，所述齿条一设置在齿轮一的正下方，齿条二设置在齿轮二的正上方。
[0013]更进一步的，上叉臂框架为矩形框架，上叉臂框架的前后两端与机架通过第一导轨滑块连接，齿条二设置在上叉臂框架内部，齿条二的左右两端与上叉臂框架的左右两端通过第二导轨滑块连接，转向模组安装板和机架之间通过第三导轨滑块连接，横向模组安装板能相对机架前后滑动，齿条一与转向模组安装板之间通过第四导轨滑块连接，齿条一能相对转向模组安装板左右滑动，齿条二和固装在转向模组安装板上的支架之间通过第五导轨滑块连接，齿条二能相对支架左右滑动。
[0014]更进一步的，齿轮一与齿轮二的传动比与上、下叉臂在竖直方向上的距离有关。
[0015]更进一步的，所述齿轮一与齿轮二的传动比为1:1。
[0016]更进一步的，万向节与转向连杆间还安装有微调转向连杆长度的调节螺母。
[0017]更进一步的，所述转向电机为舵机或关节伺服电机。
[0018]本专利技术创造的另一目的在于提出一种雪地运输设备，包括上述的多模式姿态操纵机构，所述多模式姿态操纵机构设置在雪地运输设备的前部。
[0019]本专利技术创造的另一目的在于提出一种雪地机器人的多模式姿态操纵机构的工作方法，具体包括：
[0020]转向时：电动推杆保持静止，转向电机改变角度，使齿轮一带动齿条一沿左右方向平动，齿条一两侧的转向连杆带动各自的雪橇立轴绕轴线旋转，两侧的雪橇立轴旋转方向一致；同时，与齿轮一啮合的齿轮二向相反方向转动，与齿轮二同时啮合的齿条二沿左右方向平动，齿条二会带动上叉臂框架也沿左右方向平动；这样，上叉臂与上叉臂框架的连接点相对于机架就会发生改变，由于下叉臂与机架的连接点不变，雪橇立轴与地面在与机器人前进方向垂直的平面上的夹角，即主销内倾角会发生改变；左转时，左右两侧的雪橇板的左侧，都会向下转动，右侧向上转动，实现向左转向的同时压刃；右转时，左右两侧的雪橇板的右侧，都会向下转动，左侧向上转动，实现向右转向的同时压刃；
[0021]刹车时：将电动推杆置于伸出状态，转向电机停止，与电动推杆末端相连的转向模组安装板带动转向电机、齿轮一、齿条二整体向前移动，两侧的转向连杆做平面运动，雪橇立轴绕轴线旋转，此时两侧雪橇立轴的旋转方向相反，均为向内侧旋转，使雪橇板呈内八字形，利用增大和雪地的接触面积和接触角度，产生制动力进行减速。
[0022]与现有技术相比，本专利技术创造所述的一种雪地机器人的多模式姿态操纵机构的有益效果是：
[0023](1)区别于常规的汽车转向机构，只改变车轮/雪橇与前进方向的夹角，雪橇只做平面运动，本专利技术创造所述的一种雪地机器人的多模式姿态操纵机构，可以在改变雪橇与前进方向夹角的同时，改变主销内倾角，实现压刃的动作；该动作可以将雪橇的刃插入雪中，通过与雪的相互作用，在转向过程中提供更大的抓地力，实现更小的转弯半径。
[0024](2)本专利技术创造所述的一种雪地机器人的多模式姿态操纵机构，还集成了犁式刹车的功能。通过增加雪橇与地面的阻力，实现减速；有利于减小刹车距离。相比于履带式驱动，该机构可利用雪橇板实现制动，在无需制动时阻力更小。
[0025](3)相较于足式滑雪机器人，多采用串联机构，采用多个关节电机控制雪橇的角
度，本专利技术创造所述的一种雪地机器人的多模式姿态操纵机构，采用连杆机构，其稳定性更好，所需原动机更少，控制更加简单。
附图说明
[0026]构成本专利技术创造的一部分的附图用来提供对本专利技术创造的进一步理解，本专利技术创造的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术创造，并不构成对本专利技术创造的不当限定。在附图中：
[0027]图1为本专利技术创造实施例所述的一种雪地机器人的多模式姿态操纵机构的结构示意图；
[0028]图2为本专利技术创造实施例所述的一种雪地机器人的多模式姿态操纵机构的转向组件的结构示意图；
[0029]图3为本专利技术创造实施例所述的一种雪地机器人的多模式姿态操纵机构的双叉臂悬架的结构示意图；
[0030]图4为本专利技术创造实施例所述的一种雪地机器人的多模式姿态操纵机构的转向和压刃运动简图，其中a)为直线行驶状态简图本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种雪地机器人的多模式姿态操纵机构，其特征在于：包括机架(1)、转向组件(3)和悬架组件，机架(1)为框型结构，悬架组件(2)设置两组，两组悬架组件(2)对称设置在机架(1)的左右两侧，转向组件(3)设置在机架(1)内部；转向组件(3)包括电动推杆(31)、转向模组安装板(32)、转向电机(33)、齿轮一(34)、齿轮二(35)、齿条一(36)、齿条二(37)、上叉臂框架(38)和转向连杆(39)，电动推杆(31)的固定端与机架(1)连接，自由端和转向模组安装板(32)铰接，转向模组安装板(32)与机架(1)滑动连接；转向模组安装板(32)上固装有转向电机(33)，转向电机(33)的输出轴上固连齿轮一(34)，齿轮一(34)与齿条一(36)、齿轮二(35)啮合，齿轮二(35)与齿条二(37)啮合，齿条一(36)与转向模组安装板(32)滑动连接，齿条一(36)的两端分别通过一万向节连接有一个转向连杆(39)，每个转向连杆(39)通过万向节连接在对应侧的悬架组件(2)上，齿条二(37)与上叉臂框架(38)滑动连接，上叉臂框架(38)能相对于机架(1)做左右滑动；转向模组安装板(32)通过电动推杆(31)实现在机架(1)上的前后滑动；悬架组件(2)包括上叉臂(23)、下叉臂(21)、减震器(24)、雪橇立轴(22)和雪橇板(25)，下叉臂(21)的一端与机架(1)铰接，另一端与雪橇立轴(22)铰接；上叉臂(23)的一端与上叉臂框架(38)铰接，另一端与雪橇立轴(22)铰接；减震器(24)的一端与机架(1)铰接，另一端与下叉臂(21)铰接，雪橇立轴(22)与雪橇板(25)铰接，雪橇立轴(22)能沿其轴线旋转；每个转向连杆(39)各通过一个万向节连接在对应侧的雪橇立轴(22)的延伸段上；通过转向电机(33)运转，带动雪橇立轴(22)运动，改变雪地机器人两侧雪橇板(25)的方向、角度，实现机器人的压刃转向；通过电动推杆(31)伸出，使两雪橇立轴(22)向内侧旋转，实现刹车动作。2.根据权利要求1所述的一种雪地机器人的多模式姿态操纵机构，其特征在于：在转向模组安装板(32)上安装支架，在支架上安装齿轮一(34)、齿轮二(35)和齿条二(37)。3.根据权利要求2所述的一种雪地机器人的多模式姿态操纵机构，其特征在于：所述齿条一(36)设置在齿轮一(34)的正下方，齿条二(37)设置在齿轮二(35)的正上方。4.根据权利要求3所述的一种雪地机器人的多模式姿态操纵机构，其特征在于：上叉臂框架(38)为矩形框架，上叉臂框架(38)的前后两端与机架(1)通过第一导轨滑块(310)连接，齿条二(37)设置在上叉臂框架(38)内部，齿条二(37)的左右两端与上叉臂框架(38)的左右两端通过第二导轨滑块(311)连接，转向模组安装板(32)和机架(...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘刚峰，郭乐凡，罗永晟，李长乐，张学贺，赵杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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