一种轮腿复合式移动机器人平台制造技术

本实用新型专利技术公开一种轮腿复合式移动机器人平台，该机器人包括机架、前部轮腿系统和后部轮腿系统，前部轮腿系统包括前轴、三个前轮腿，前电机以及齿条和前传动系统；后部轮腿系统由摆腿系统和驱动系统两个子系统组成，安装于机架的后部；摆腿系统包括轴架、后轴、配轴，两个相同的轴套，四个相同的后轮腿和两台相同的第一组后电机以及后传动系统；驱动系统分成左右对称、结构相同的两部分，两部分分别由两台相同的第２组后电机独立驱动；每部分均包括复合轮、链条、皮带、小皮带轮和小链轮。本实用新型专利技术机器人平台采用轮腿复合式结构，结构简单，在平整地面上采用轮式方法行进，能耗降低；在复杂地形下采用轮腿复合式方法行进，效率提高。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及机器人技术，具体为一种轮腿复合式移动机器人平台。
技术介绍
轮式移动机器人平台的优点是高速高效，缺点是地形适应能力差。为了适应复杂的地形环境，现在很多机器人都不单单采用轮式移动机构，更多的是采用轮履式、轮腿式或是轮履腿式等复合移动机构。复合移动机器人平台在不同环境下采用不同的行进策略，极大地提高了机器人的前进速度和地形适应能力，成为当今室外机器人发展的一个主要方向。移动机器人平台是一个基础平台，其上可搭载控制系统、检测系统和机械手等其他部分，可以实现许多普通机器人难以实现的功能。机器人平台是一个独立的模块，和其他平台之间相互独立，便于二次开发和改装，应用范围很广。机器人移动平台系统要解决的实质问题是，通过对机器人的工作环境、要实现的功能等技术指标进行综合分析，设计出一种最优机械结构，使机器人实现特定的功能。移动平台系统设计的首要问题是确定其行进方式，单一的行进方式主要有轮式、腿式和履带式。单一的行进方式由于不能满足复杂地形的要求，因而现在大都采用两种以上的复合行进方式，这样的机器人平台对复杂地形具有更强的适应能力。例如，新型四轮腿式月球车轮腿结构设计及分析(尚伟燕等，武汉理工大学学报(交通科学与工程版)第32卷第5期2008年10月)、轮腿式机器人的转向特性及控制策略的研究(邓乃上等，机械科学与技术，第28卷第2期2009年2月)采用的是轮腿复合式移动平台；又例如，轮履复合式探测车避障系统研究(尚伟燕等，传感器与微系统，第28卷第5期2009年)、轮履复合式军用地面探测车运动学建模及分析(尚伟燕等，航空动力学报，第24卷第10期2009年10月)采用的是轮履复合式移动平台；还例如，腿履复合机器人自主越障分析与动作规划(王伟东等，哈尔滨工业大学学报，第41卷第5期2009年5月)采用的是腿履复合式移动平台。现有的轮腿机器人主要有以下几种：1，以美国Sojourner火星探测者为代表的六轮腿移动机器人，这类机器人可跨越高于其轮径的障碍，但受其结构的限制，车轮较小，不能跨越高于底盘高度的障碍，在复杂地形环境下必须频繁抬腿越障，行进效率不高，且跨越凹坑的能力不强。2，以清华大学设计的轮腿可变结构移动机器人为代表，这类机器人可实现轮、腿、轮腿复合式运动，越障能力也较强，但其至少需要八个电机和四个万向轮，功耗较大，并且只能做的比较小，负载能力和续航能力较差。3，以上海交通大学三角叉式轮腿机器人为代表，这类机器越障能力较强，控制简单，但其在平整地形采用和复杂地形采用相同的行进方式，效率低下，并且底盘振动剧烈，机器人平台寿命不长。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术拟解决的技术问题是，提供一种轮腿复合式移动机器人平台，该平台能满足在野外复杂环境下工作的多种要求，能够实现爬坡，越障，在非平整地形下实现平稳前进等。在实现所述功能要求的前提下，本技术机器人平台具-->有结构简单，控制容易，耗能较低等特点。本技术解决所述技术问题的技术方案是，设计一种轮腿复合式移动机器人平台，该机器人包括机架、前部轮腿系统和后部轮腿系统，前部轮腿系统包括前轴、三个前轮腿，前电机以及齿条和前传动系统；所述前轴安装在机架的前部，前轴的两个轴端分别伸出机架的两个侧壁；所述三个前轮腿包括两个前边轮腿和一个支撑轮腿，两个前边轮腿对称安装在所述的两个轴端上，支撑轮腿与安装在滑槽内的齿条采用销连接，滑槽安装在机架的前端内，垂直于前轴，齿条垂直于地面，支撑轮腿可以相对于机架做上下垂直运动，同时在水平面内可以绕销做360°自由旋转；所述的前轴通过齿轮与齿条连接，使支撑轮腿与轮腿实现同步动作；前电机安装在机架的一个侧壁上，通过前传动系统与前轴驱动连接；后部轮腿系统由摆腿系统和驱动系统两个子系统组成，安装于机架的后部；摆腿系统包括轴架、后轴、配轴，两个相同的轴套，四个相同的后轮腿和两台相同的第一组后电机以及后传动系统；所述后轴和配轴安装在轴架上，后轴的两端分别活套安装有一个轴套；后轴和轴套之间通过配轴和后传动系统连接起来，实现同轴换向功能；两个轴套之间同速同向；所述四个轮腿每两个一组，按“人”字型排布，分别安装于后轴的两端及轴套的外端；一台后电机固定在轴架上，并通过后传动系统与后轴驱动连接，建立以轴架为基础的摆腿系统；另一台后电机通过齿轮与轴架连接，带动整个后部轮腿系统转动；驱动系统分成左右对称、结构相同的两部分，两部分分别由两台相同的第2组后电机独立驱动；每部分均包括复合轮、链条、皮带、小皮带轮和小链轮；复合轮包括三部分，前端是个链轮，中间是皮带轮，后端是齿轮，三部分固定在一起；所述第2组后电机分别通过后端的齿轮与复合轮啮合，带动复合轮转动，复合轮又通过皮带带动小皮带轮转动，同时还通过链条带动小链轮转动，小皮带轮和小链轮分别带动其对应的车轮运动。与现有技术相比，本技术机器人平台采用轮腿复合式结构，只采用五个驱动电机，一个万向轮，结构简单，控制容易，在平整地面上采用轮式方法行进，能耗大幅降低；在复杂地形下采用轮腿复合式方法行进，效率大为提高。本技术由于特殊的结构设计，可跨越高于底盘高度的障碍，跨越任意长度的凹坑，并且可以调整机器人的横滚角，地形适应能力很强。附图说明图1为本技术轮腿复合式移动机器人平台一种实施例的整体三维结构示意图。图2为本技术轮腿复合式移动机器人平台一种实施例的主视结构示意图。图3为本技术轮腿复合式移动机器人平台一种实施例的俯视结构示意图。图4为本技术轮腿复合式移动机器人平台一种实施例的前部轮腿系统结构示意图。图5为本技术轮腿复合式移动机器人平台一种实施例的后部轮腿系统结构示意图。图6为本技术轮腿复合式移动机器人平台一种实施例的机器人驱动系统结构示意图。-->图7为本技术轮腿复合式移动机器人平台一种实施例的同轴换向机构示意图。具体实施方式下面结合实施例及其附图详细叙述本技术。实施例是以本技术所述技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和过程。但本技术申请的权利要求保护范围不限于下述的实施例描述。本技术设计的轮腿复合式移动机器人平台(以下简称机器人平台，参见图1-7)遵循机器人模块化设计思想，采用模块化设计，该平台主要包括机架1、前腿模块或系统2和后腿模块或系统3，后腿模块2又包括摆腿模块或系统和驱动模块或系统两个子系统。前腿模块2主要采用了齿轮齿条结构(参见图4)，摆腿模块主要采用了套轴结构和同轴换向结构(参见图5)，驱动模块主要采用了带链轮复合结构(参见图6)。下面以实施例的机器人平台设计来详细阐述本技术。本技术机器人平台包括机架1、前部轮腿系统2和后部轮腿系统3，共有七腿七轮(前面三腿三轮，后面四腿四轮)和五台电机(前面1台，后面2组4台)(参见图1-3)。本技术所述前部轮腿系统包括前轴25、三个前轮腿21、21’、22，前电机24以及齿条26和前传动系统；所述机架1为方形框式结构，前部有方形缺口；所述前轴25安装在机架1的前部(图1的右侧)，前轴25的两个轴端分别伸出机架1的两个侧壁；所述三个前轮腿包括两个前边轮腿21、21’和一个支撑轮腿22，两个前边轮腿21、21’对称安装在所述的两个轴端上，支撑轮腿22安装在机架1内，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轮腿复合式移动机器人平台，该机器人平台包括机架、前部轮腿系统和后部轮腿系统；前部轮腿系统包括前轴、三个前轮腿，前电机以及齿条和前传动系统；所述前轴安装在机架的前部，前轴的两个轴端分别伸出机架的两个侧壁；所述三个前轮腿包括两个前边轮腿和一个支撑轮腿，两个前边轮腿对称安装在所述的两个轴端上，支撑轮腿与安装在滑槽内的齿条采用销连接，滑槽安装在机架的前端内，垂直于前轴，齿条垂直于地面，支撑轮腿可以相对于机架做上下垂直运动，同时在水平面内可以绕销做３６０°自由旋转；所述的前轴通过齿轮与齿条连接，使支撑轮腿与轮腿实现同步动作；前电机安装在机架的一个侧壁上，通过前传动系统与前轴驱动连接；后部轮腿系统由摆腿系统和驱动系统两个子系统组成，安装于机架的后部；摆腿系统包括轴架、后轴、配轴，两个相同的轴套，四个相同的后轮腿和两台相同的第一组后电机以及后传动系统；所述后轴和配轴安装在轴架上，后轴的两端分别活套安装有一个轴套；后轴和轴套之间通过配轴和后传动系统连接起来，实现同轴换向功能；两个轴套之间同速同向；所述四个轮腿每两个一组，按“人”字型排布，分别安装于后轴的两端及轴套的外端；一台后电机固定在轴架上，并通过后传动系统与后轴驱动连接，建立以轴架为基础的摆腿系统；另一台后电机通过齿轮与轴架连接，带动整个后部轮腿系统转动；驱动系统分成左右对称、结构相同的两部分，两部分分别由两台相同的第２组后电机独立驱动；每部分均包括复合轮、链条、皮带、小皮带轮和小链轮；复合轮包括三部分，前端是个链轮，中间是皮带轮，后端是齿轮，三部分固定在一起；所述第２组后电机分别通过后端的齿轮与复合轮啮合，带动复合轮转动，复合轮又通过皮带带动小皮带轮转动，同时还通过链条带动小链轮转动，小皮带轮和小链轮分别带动其对应的车轮运动。...

【技术特征摘要】
1.一种轮腿复合式移动机器人平台，该机器人平台包括机架、前部轮腿系统和后部轮腿系统；前部轮腿系统包括前轴、三个前轮腿，前电机以及齿条和前传动系统；所述前轴安装在机架的前部，前轴的两个轴端分别伸出机架的两个侧壁；所述三个前轮腿包括两个前边轮腿和一个支撑轮腿，两个前边轮腿对称安装在所述的两个轴端上，支撑轮腿与安装在滑槽内的齿条采用销连接，滑槽安装在机架的前端内，垂直于前轴，齿条垂直于地面，支撑轮腿可以相对于机架做上下垂直运动，同时在水平面内可以绕销做360°自由旋转；所述的前轴通过齿轮与齿条连接，使支撑轮腿与轮腿实现同步动作；前电机安装在机架的一个侧壁上，通过前传动系统与前轴驱动连接；后部轮腿系统由摆腿系统和驱动系统两个子系统组成，安装于机架的后部；摆腿系统包括轴架、后轴、配轴，两个相同的轴套，四个相同的后轮腿和两台相同的第一组后电机以及后传动系统；所述后轴和配轴安装在轴架上，后轴的两端分别活套安装有一个轴套；后轴和轴套之间通过配轴和后传动系统连接起来，实现同轴换向功能；两个轴套之间同速同向；所述四个轮腿每两个一组，按“人”字型排布，分别安装于后轴的两端及轴套的外端；一台后电机固定在轴架上，并通过后传动系统与后轴驱动连接，建立以轴架为基础的摆腿系统；另一台后电机通过齿轮与轴架连接，带动整个后部轮腿系统转动；驱动系统分成左右对称、结构相同的两部分，两部分分别由两台相同的第2组后电机独立驱动；每部分均包括复合轮、链条、皮带、小皮带轮和小链轮；复合轮包括三部分，前端是个链轮，中间是皮带轮，后端是齿轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明路，张小俊，孙凌宇，张建华，谷德明，陈国敏，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：实用新型
国别省市：12[中国|天津]