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，该机器人平台包括车身、前、后车体和前、后轮腿系统，其特征在于前轮腿系统包括转向系统和前摆腿系统，转向系统包括转向电机、转向机构和转向车轮；前摆腿系统包括前摆腿电机、前轮腿支架和前摆腿车轮，两个子系统都安装在前箱体内，前箱体利用其后部伸出的前短轴与车身连接；后轮腿系统由车体及后摆腿系统和驱动系统组成，两个子系统都安装在后车体上；后车体利用其前部伸出的后短轴与车身连接；车身部分主要包括转角电机，转角电机安装在车身内部，与车身之间无相对运动，扭矩输出端连接一个齿轮，与之啮合的另一个齿轮与所述的后短轴刚性连接，由转角电机实现车身的左右调倾。（*该技术在2021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，具体为一种改进的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，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、要实现的具体功能等技术指标进行综合性能分析，设计出一套最优机械结构，使机器人能够实现规定的动作和相应的控制。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。单一的行进方式各有其特点和缺点，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，新型探测车复合式移动系统结构设计及运动分析(尚伟燕等，机械科学与技术，第观卷第7期2009年7月)、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M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；再例如，翻滚型轮腿式移动机器人 (刘方湖等，上海交通大学学报，第32卷第5期2001年10月)、轮腿式机器人倾覆稳定性分析与控制(田海波等，机器人学报，第31卷第2期2009年3月)采用的是轮腿复合式移动平台。现有的轮腿机器人主要有以下几种1，以美国Mars Rover火星探测车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， 车身距离地面距离太小，在复杂地形环境下必须频繁抬腿越障，行进效率不高，能耗较大。 2，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。3，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，虽然其越障能力也较强，但需要八个电机和四个万向轮，功耗较大，并且因为其体积较小，负载能力和续航能力较差。
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，跨越壕沟，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，该机器人平台包括车身、前车体和后车体、前轮腿系统和后轮腿系统，其特征在于所述前轮腿系统包括转向系统和前摆腿系统两个子系统，转向系统包括转向电机、转向机构和转向车轮；前摆腿系统包括前摆腿电机、前轮腿支架和前摆腿车轮，两个子系统都安装在前车体上；前车体利用从其前箱体后部伸出的前短轴与车身连接；所述转向机构是一平面四杆机构，安装在前箱体的下部，通过前箱体下部的通孔伸出车体的下壁，连杆的两端通过销钉分别与两侧转向车轮的转角销轴连接，实现转向车轮的同向转向，转向车轮通过固定在前箱体侧壁的前轮腿支架与前箱体连接；所述前轮腿支架通过前箱体两侧的通孔伸出，外部左右两端分别安装一个前摆腿车轮，前摆腿车轮可以相对于前箱体做一定范围内的旋转运动；转向电机和前摆腿电机分别安装在前箱体内的适当位置，并通过齿轮连接将运动传递给转向机构和前轮腿支架，实现转向和摆腿；所述后轮腿系统包括后摆腿系统和驱动系统两个子系统；两个子系统都安装在后车体上；后车体利用从其后箱体前部伸出的后短轴与车身连接；所述驱动系统包括驱动电机、差速器、带轮及驱动车轮，差速器安装在后车体内，差速器输出轴由后车体两侧的通孔伸出，伸出的两个轴端分别安装有驱动车轮，并用齿轮带动驱动车轮运动；后摆腿系统包括后摆腿电机、套筒、后摆腿支架及后摆腿车轮，套筒安装在差速器输出轴的一侧，与差速器及后车体之间都有相对运动，后摆腿电机的扭矩通过固定在套筒上的齿轮传递给后摆腿支架，实现一定角度范围内的摆腿，后摆腿车轮安装在后摆腿支架外部两端，通过固定在驱动车轮和后摆腿车轮上的带轮，由带传动将动力传递给后摆腿车轮；所述车身部分主要包括转角电机；转角电机安装在车身内，与车身之间无相对运动；转角电机扭矩输出端连接一个齿轮，与之啮合的另一个齿轮与所述的后短轴刚性连接， 由转角电机的旋转实现车身的左右调倾。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，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，跨越一定长度的凹坑，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轮腿系统结构示意图。其中，图4(1)为前摆腿系统结构示意图；图4 )为转向系统结构示意图。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车身结构示意图。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的具体实施，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所述实施例的描述范围。本技术设计的轮腿复合式移动机器人平台(以下简称机器人或平台，参见图 1-6)遵循机器人模块化设计思想，采用模块化设计。具体结构特征是本技术平台从整体来看可分为三部分，即位于中间部分的车身1、位于车身1 前部的前车体2和位于车身1后部的后车体3 ；前轮腿系统安装在前车体2上，后轮腿系统安装在后车体3上；前轮腿系统主要包含转向系统和前摆腿系统两个子系统；后轮腿系统主要包含后摆腿系统和驱动系统两个子系统；整体机器人平台共有四腿八轮前车体2 二腿四轮，后车体3 二腿四轮和五台电机前车体2两台，车身1 一台，后车体3两台。本技术机器人所述前轮腿系统主要包括前摆腿系统和转向系统及前箱体 413(参见图4(1)、4(2))，所述转向系统或模块主要采用了平面四杆结构，包括转向电机 48、曲柄414、连杆47、转向短轴46、前车轴45、左、右对称的两个支架44，44，、转向车轮410 及传动齿轮49。所述前箱体413为长方体结构，为了美观实施例将其前面设计成圆柱面， 两边侧壁及下面各加工一个通孔，其后部的本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种轮腿复合式移动机器人平台，该机器人平台包括车身、前车体和后车体、前轮腿系统和后轮腿系统，其特征在于：所述前轮腿系统包括转向系统和前摆腿系统两个子系统，转向系统包括转向电机、转向机构和转向车轮；前摆腿系统包括前摆腿电机、前轮腿支架和前车身之间无相对运动；转角电机扭矩输出端连接一个齿轮，与之啮合的另一个齿轮与所述的后短轴刚性连接，由转角电机的旋转实现车身的左右调倾。腿电机的扭矩通过固定在套筒上的齿轮传递给后摆腿支架，实现一定角度范围内的摆腿，后摆腿车轮安装在后摆腿支架外部两端，通过固定在驱动车轮和后摆腿车轮上的带轮，由带传动将动力传递给后摆腿车轮；所述车身部分主要包括转角电机；转角电机安装在车身内，与速器安装在后车体内，差速器输出轴由后车体两侧的通孔伸出，伸出的两个轴端分别安装有驱动车轮，并用齿轮带动驱动车轮运动；后摆腿系统包括后摆腿电机、套筒、后摆腿支架及后摆腿车轮，套筒安装在差速器输出轴的一侧，与差速器及后车体之间都有相对运动，后摆通过齿轮连接将运动传递给转向机构和前轮腿支架，实现转向和摆腿；所述后轮腿系统包括后摆腿系统和驱动系统两个子系统；两个子系统都安装在后车体上；后车体利用从其后箱体前部伸出的后短轴与车身连接；所述驱动系统包括驱动电机、差速器、带轮及驱动车轮，差向转向，转向车轮通过固定在前箱体侧壁的前轮腿支架与前箱体连接；所述前轮腿支架通过前箱体两侧的通孔伸出，外部左右两端分别安装一个前摆腿车轮，前摆腿车轮可以相对于前箱体做一定范围内的旋转运动；转向电机和前摆腿电机分别安装在前箱体内的适当位置，并摆腿车轮，两个子系统都安装在前车体上；前车体利用从其前箱体后部伸出的前短轴与车身连接；所述转向机构是一平面四杆机构，安装在前箱体的下部，通过前箱体下部的通孔伸出车体的下壁，连杆的两端通过销钉分别与两侧转向车轮的转角销轴连接，实现转向车轮的同...

【技术特征摘要】

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