CN107310648B

CN107310648B - 一种可实现轮、履替换的变形机器人

Info

Publication number: CN107310648B
Application number: CN201710477784.0A
Authority: CN
Inventors: 车应田; 孙元贵; 刘泓滨; 王宇; 火寿平
Original assignee: Kunming University of Science and Technology
Current assignee: Kunming University of Science and Technology
Priority date: 2017-06-22
Filing date: 2017-06-22
Publication date: 2023-06-13
Anticipated expiration: 2037-06-22
Also published as: CN107310648A

Abstract

本发明公开了一种可实现轮、履替换的变形机器人，包括：底盘、可变形履带机构和轮履替换机构，所述底盘连接至少三个可变形履带机构和至少三个轮履替换机构支撑底盘，所述轮履替换机构包括：伸缩机构、滚轮和滚轮驱动电机，所述伸缩机构连接滚轮支撑，所述滚轮由滚轮驱动电机驱动转动；当行走普通道路时，所述伸缩机构伸出；当遇到台阶、泥泞、沟壑等特殊环境道路时，所述伸缩机构收缩。对称的可变形履带机构和轮履替换结构，能够提高机器人总体结构的稳定性；多个可变形履带之间相互独立能够提升机器人在复杂环境下的自适应能力，越障能力；机器人整体构件简单，易于生产制造，控制简单、灵活。

Description

一种可实现轮、履替换的变形机器人

技术领域

本发明涉及一种可实现轮、履替换的变形机器人，属于轮履替换变形机器人技术领域。

背景技术

履带式机器人对复杂多变的环境有很强的适应性，并且在特殊环境下有很强的机动性。履带式机器人可以代替人类在一些人类无法预知、到达或者一些高危的环境中进行操作和探究。履带式机器人适用于企业、军用、民用等多个领域，并且能发挥重要作用。轮式机器人在诸多方面也有其优越的性能，例如：速度快、效率高、噪音低，因此在很多地方也被广泛运用。

现有技术中，并没有一种可以快速实现轮履替换，既满足履带式机器人适应复杂环境，又可以满足轮式机器人快速高效的行走的优势。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述背景技术中所存在的缺陷，提供一种可实现轮、履替换的变形机器人。

本发明的技术方案是：一种可实现轮、履替换的变形机器人，包括底盘，还包括可变形履带机构和轮履替换机构，所述底盘连接至少三个可变形履带机构和至少三个轮履替换机构支撑底盘，所述轮履替换机构包括：伸缩机构、滚轮和滚轮驱动电机，所述伸缩机构连接滚轮支撑，所述滚轮由滚轮驱动电机驱动转动；当行走普通道路时，所述伸缩机构伸出，滚轮支撑行走；当遇到台阶、泥泞、沟壑等特殊环境道路时，所述伸缩机构收缩，可变形履带机构支撑底盘行走。

所述可变形履带机构包括：履带12、驱动杆6、从动杆2、履带主动轮3、履带从动轮Ⅰ1、履带从动轮Ⅱ7、履带从动轮Ⅲ8、履带变形驱动电机9、履带行走驱动电机17；所述履带变形驱动电机9和履带行走驱动电机17固定连接在底盘11上，所述履带变形驱动电机9带动驱动杆6转动，所述驱动杆6再带动从动杆2转动，实现所述履带12的变形，所述驱动杆6、从动杆2相互的铰接位置设置履带主动轮3和履带从动轮Ⅰ1、履带从动轮Ⅱ7、履带从动轮Ⅲ8，所述履带行走驱动电机17带动履带主动轮3转动，带动履带12行走。

所述轮履替换机构的伸缩机构包括：替换机构伸缩杆30、滚轮支撑杆31、第一替换机构从动杆32、第二替换机构从动杆35和替换机构驱动电机13；所述替换机构伸缩杆30一端、第二替换机构从动杆35和滚轮支撑杆31一端铰接到机架41上，机架41两端固定安装在底盘11上，所述滚轮支撑杆31中部铰接第一替换机构从动杆32一端，所述第一替换机构从动杆32的另一端和替换机构伸缩杆30另一端、第二替换机构从动杆35远离底盘11一端铰接在一起。

所述底盘11连接四个可变形履带机构，靠近每个可变形履带机构分别设置一个轮履替换机构。

每个所述可变形履带机构的履带主动轮3分别连接一个履带行走驱动电机17。

本发明的有益效果是：

1、对称的可变形履带机构和轮履替换结构，能够提高机器人总体结构的稳定性；

2、轮履替换机构能够实现机器人的轮履快速的替换，增加机器人的运动模式；

3、多个可变形履带之间相互独立能够提升机器人在复杂环境下的自适应能力，越障能力；

4、机器人整体构件简单，易于生产制造，控制简单、灵活。

附图说明

图1为本发明的立体图；

图2为本发明的侧视图；

图3为本发明的俯视图；

图4为本发明的底部结构第一位置示意图；

图5为本发明的底部结构第二位置示意图；

图6为本发明的轮履替换机构伸出时的结构示意图；

图7为本发明的轮履替换机构收缩时的结构示意图；

图8为图6标注尺寸比例的示意图。

图中：1：履带从动轮Ⅰ、2：从动杆、3：履带主动轮、4：连杆、6：驱动杆、7：履带从动轮Ⅱ、8：履带从动轮Ⅲ、9：履带变形驱动电机、11：底盘、12：履带、13：替换机构驱动电机、14：轴Ⅰ、16：轴Ⅱ、17：履带行走驱动电机、28：滚轮驱动电机、29：滚轮、30：替换机构伸缩杆、31：滚轮支撑杆、32：第一替换机构从动杆、35：第二替换机构从动杆、41：机架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

如图1-图8所示，一种可实现轮、履替换的变形机器人，包括：底盘11，还包括：可变形履带机构和轮履替换机构，所述底盘11连接至少三个可变形履带机构和至少三个轮履替换机构支撑底盘11，所述的可变形履带和轮履替换机构均安装在底盘11上。

每个可变形履带机构包括:履带12、驱动杆6、从动杆2、履带主动轮3、履带从动轮Ⅰ1、履带从动轮Ⅱ7、履带从动轮Ⅲ8、履带变形驱动电机9、轴Ⅰ14、轴Ⅱ16、履带行走驱动电机17、连杆4；轴Ⅰ14、轴Ⅱ16均可拆卸的安装在底盘11，履带变形驱动电机9通过联轴器连接在轴Ⅰ14的一端部、履带从动轮Ⅱ7通过滚动轴承连接在轴Ⅰ16的一端部、驱动杆6一端通过转动副连接在轴Ⅰ16的一端部。连杆4一端、驱动杆6另一端均通过转动副和销轴连接在履带从动轮Ⅲ8上，连杆4另一端、从动杆2一端均通过转动副和销轴连接在履带从动轮Ⅰ1上，从动杆2另一端通过转动副连接在轴Ⅱ14上、履带主动轮3通过键连接在轴Ⅱ14上、履带行走驱动电机17通过联轴器连接在轴Ⅱ16上。履带12安装在履带主动轮3、履带从动轮Ⅰ1、履带从动轮Ⅱ7、履带从动轮Ⅲ8上。

每个轮履替换机构包括伸缩机构、滚轮29和滚轮驱动电机28；滚轮29和滚轮驱动电机28均安装在伸缩机构，滚轮29通过滚轮驱动电机输出轴和键与滚轮驱动电机连接在一起。

每个伸缩机构包括替换机构驱动电机13、替换机构伸缩杆30、滚轮支撑杆31、第一替换机构从动杆32、第二替换机构从动杆35、机架41；机架41两端固定安装在底盘11上，替换机构驱动电机13通过输出轴和联轴器连接在机架41上，替换机构伸缩杆30一端通过键连接在替换机构驱动电机13输出轴上，滚轮支撑杆31通过转动副和销轴连接在机架41上。第一替换机构从动杆32一端、第二替换机构从动杆35一端均通过转动副和销轴分别连接在滚轮支撑杆31上和机架41上，第一替换机构从动杆32另一端、替换机构伸缩杆30另一端、第二替换机构从动杆35另一端由活动铰链连接在一起，可自由转动。

伸缩机构各构件比例为：

L2/L3=7/3，L2/L1=28/15.78，L2/L5=14/15,L5/L6=30/13，L2/L4=28/9；且L7随伸缩机构的运转而发生变化。

所述的机器人所有可变形履带、轮履替换机构、伸缩机构安装和连接方式都如所述的每个可变形履带、每个轮履替换机构、每个伸缩机构安装和连接方式一致。

本发明的基本工作原理和使用方法是：

当机器人遇到普通路面时，滚轮驱动电机28驱动滚轮29转动，实现机器人的轮式行走。

当遇到台阶、泥泞、沟壑等特殊环境道路时，替换机构驱动电机13驱动替换机构伸缩杆30顺时针转动，且带动第一替换机构从动杆32相对于第一替换机构从动杆32、第二替换机构从动杆35、替换机构伸缩杆30铰链连接位置逆时针转动，第二替换机构从动杆35顺时针转动，同时滚轮支撑杆31逆时针转动，带动滚轮29和滚轮驱动电机28向底盘收缩，直至履带完全接触到地面，实现轮履替换过程。

当轮履替换过程结束后，履带变形驱动电机9通过轴Ⅰ14驱动主动杆6向远离底盘11的前方转动，且通过连杆4带动从动杆2转动，转动方向与主动杆6方向一致，使整个履带12发生变形，直至履带能够与障碍物互相匹配的位置，实现履带变形过程。

当履带变形过程结束后，履带行走驱动电机17驱动履带主动轮3旋转，使履带主动轮3带动履带行走，实现履带行走过程。履带行走过程中履带从动轮Ⅰ1、履带从动轮Ⅱ7、履带从动轮Ⅲ8起到履带导向的作用。

基本工作原理和使用方法均是单个可变形履带机构和单个轮履替换机构的工作原理和使用方法。就整个机器人，所有的滚轮驱动电机28和滚轮29都如所述的单个滚轮驱动电机和单个滚轮操作方法，且同时运转，可实现机器人的轮式行走。所有替换机构如所述单个替换机构工作原理和操作作方法，可实现机器人的轮履替换过程。每个履带变形驱动电机15之间相互独立，可根据实际路况，如所述单个可变形履带工作原理和操作方法，可进行多个履带变形。所有的履带行走驱动电机17、履带主动轮3，都如所述单个履带行走驱动电机17、单个履带主动轮2的工作原理和操作方法，可实现机器人履带式行走。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种可实现轮、履替换的变形机器人，包括底盘，其特征在于：还包括可变形履带机构和轮履替换机构，所述底盘连接至少三个可变形履带机构和至少三个轮履替换机构支撑底盘；所述轮履替换机构包括伸缩机构、滚轮和滚轮驱动电机，所述伸缩机构连接滚轮支撑，所述滚轮由滚轮驱动电机驱动转动；当行走普通道路时，所述伸缩机构伸出，滚轮支撑行走；当遇到台阶、泥泞、沟壑等特殊环境道路时，所述伸缩机构收缩，可变形履带机构支撑底盘行走；

所述可变形履带机构包括履带（12）、驱动杆（6）、从动杆（2）、履带主动轮（3）、履带从动轮Ⅰ（1）、履带从动轮Ⅱ（7）、履带从动轮Ⅲ（8）、履带变形驱动电机（9）、履带行走驱动电机（17）；所述履带变形驱动电机（9）和履带行走驱动电机（17）固定连接在底盘（11）上，所述履带变形驱动电机（9）带动驱动杆（6）转动，所述驱动杆（6）再带动从动杆（2）转动，实现所述履带（12）的变形，所述驱动杆（6）、从动杆（2）相互的铰接位置设置履带主动轮（3）和履带从动轮Ⅰ（1）、履带从动轮Ⅱ（7）、履带从动轮Ⅲ（8），所述履带行走驱动电机（17）带动履带主动轮（3）转动，带动履带（12）行走；

所述轮履替换机构的伸缩机构包括替换机构伸缩杆（30）、滚轮支撑杆（31）、第一替换机构从动杆（32）、第二替换机构从动杆（35）和替换机构驱动电机（13）；所述替换机构伸缩杆（30）、第二替换机构从动杆（35）和滚轮支撑杆（31）一端铰接到底盘（11）上，所述滚轮支撑杆（31）中部铰接第一替换机构从动杆（32）一端，所述第一替换机构从动杆（32）的另一端和替换机构伸缩杆（30）、第二替换机构从动杆（35）远离底盘（11）一端铰接在一起；

当遇到台阶、泥泞、沟壑环境道路时，替换机构驱动电机（13）驱动替换机构伸缩杆（30）顺时针转动，且带动第一替换机构从动杆（32）相对于第二替换机构从动杆（35）、替换机构伸缩杆（30）铰链连接位置逆时针转动，第二替换机构从动杆（35）顺时针转动，同时滚轮支撑杆（31）逆时针转动，带动滚轮和滚轮驱动电机向底盘收缩，直至履带完全接触到地面，实现轮履替换过程；

当轮履替换过程结束后，履带变形驱动电机（9）驱动所述驱动杆（6）向远离底盘的前方转动，且通过驱动杆（6）带动从动杆（2）转动，转动方向与驱动杆（6）方向一致，使整个履带（12）发生变形，直至履带能够与障碍物互相匹配的位置，实现履带变形过程；

当履带变形过程结束后，履带行走驱动电机（17）驱动履带主动轮（3）旋转，使履带主动轮（3）带动履带（12）行走，实现履带行走过程；履带行走过程中履带从动轮Ⅰ（1）、履带从动轮Ⅱ（7）、履带从动轮Ⅲ（8）起到履带导向的作用。

2.根据权利要求1所述的可实现轮、履替换的变形机器人，其特征在于：所述底盘（11）连接四个可变形履带机构，靠近每个可变形履带机构分别设置一个轮履替换机构。

3.根据权利要求1所述的可实现轮、履替换的变形机器人，其特征在于：每个所述可变形履带机构的履带主动轮（3）分别连接一个履带行走驱动电机（17）。