本實用新型屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域,具體是涉及移動機器人的行走機構(gòu)。
背景技術(shù):
隨著機器人性能不斷完善,移動機器人的應(yīng)用范圍大為擴展,在城市安全、國防和空間探測領(lǐng)域等有害與危險場合都得到很好的應(yīng)用。因此,移動機器人技術(shù)已經(jīng)得到世界各國的普遍關(guān)注。且隨著探險救援、軍事偵察、消防排爆、航天航空等眾多領(lǐng)域的快速發(fā)展,迫切需要的是一種適應(yīng)于野外環(huán)境和復(fù)雜地形(如地震廢墟、礦難現(xiàn)場)的自由行走和越障的移動機器人。
根據(jù)目前的研究,移動機器人可分為:輪式移動機器人、步行移動機器人(單腿式、雙腿式和多腿式)、履帶式移動機器人、爬行機器人、蠕動式機器人和游動式機器人等類型。其中較為實用,且適用于野外和復(fù)雜環(huán)境的主要是腿式和履帶式移動機器人。履帶式機器人能更好的適應(yīng)松軟的地形,例如沙地、泥地,履帶與地面接觸面積大,較平穩(wěn),但缺點也很明顯,那便是笨重、需要大功率驅(qū)動,對于便攜式或?qū)β视袊?yán)格限制的移動機器人來說履帶式并不合適。雙足式機器人幾乎可以適應(yīng)各種復(fù)雜地形,能夠跨越障礙,缺點是行進速度較低,且由于重心原因容易側(cè)翻,不穩(wěn)定且機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制難度大,其研究還處于初級階段,技術(shù)還不是很成熟。輪式機器人被認(rèn)為是能量輪換效率最高的行走機構(gòu),具有輕便簡潔、高速度、高效率和控制簡單等優(yōu)勢,但它一般更適合平坦的路面,特別是馬路,且容易打滑,不平穩(wěn),對復(fù)雜地形無能為力。目前一種基于輪式的偏心輪結(jié)構(gòu)能夠同時兼顧輪式和腿式的優(yōu)點,具有較強的移動能力和越障能力,但是基于偏心輪結(jié)構(gòu)的機器人目前主要是多足結(jié)構(gòu),這類機器人普遍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜,控制難度大的問題。多輪連桿式解決了輪式機器人越障性能不好的問題且綜合了輪式的結(jié)構(gòu)簡單、效率高、控制驅(qū)動簡單的優(yōu)點,但由于其機構(gòu)自身存在“奇異點”問題,當(dāng)連桿運動到水平位置時,極容易發(fā)生卡死現(xiàn)象,造成機構(gòu)無法正常行進。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本實用新型為了克服現(xiàn)有技術(shù)的越障機構(gòu)存在“奇異點”問題,提供一種尾翼連桿分時越障機構(gòu),利用同相裝置讓車輪實現(xiàn)同側(cè)同相,且為了使機體能有更高的運動效率,設(shè)計與腿式運動類似原理的運動機構(gòu)。
本實用新型的技術(shù)方案如下:
本實用新型公開一種尾翼連桿分時控制越障機構(gòu),包括機身、車輪、越障連桿和帶動車輪的動力裝置。所述車輪非對稱安裝在機身左右兩側(cè),即采用左右相互錯位的形式安裝,兩側(cè)車輪數(shù)量分別至少兩個;同側(cè)車輪由一個動力裝置帶動,通過同相裝置連接,使車輪同側(cè)同相位,帶動兩側(cè)車輪的動力裝置不同軸;同側(cè)車輪通過一根越障連桿進行連接,并連接在車輪的偏心且相同位置;在機身的尾部設(shè)有尾翼,當(dāng)越障連桿運動到車輪正上方或正下方向時,其伸出長度與機身尾翼長度一致。當(dāng)車輪帶動越障連桿向后運動到比尾翼伸出長度長時,由越障連桿對整個機身起支撐作用,當(dāng)車輪帶動越障連桿轉(zhuǎn)動到伸出長度比尾翼短的時候,切換為由尾翼支撐整個機身向上運動。
本實用新型中,越障連桿尾部與機身的尾翼相互切換,可實現(xiàn)類似于腿式地行走和越障;由于車輪非對稱安裝在機身左右兩側(cè),即采用左右相互錯位的形式安裝,這樣便于電機錯位布置,使得車身寬度變窄,適合狹窄的空間,管道或地溝等對機體形狀要求相對比較嚴(yán)格的地方。同時其左右車輪的錯位安裝,在越障的過程中能夠與越障連桿相互配合,避免出現(xiàn)打滑的情況,使機構(gòu)運動更加穩(wěn)定,對整個機構(gòu)有增強越障的作用。因此在車輪、越障連桿和尾翼地相互配合中體現(xiàn)了該機構(gòu)超強的越障能力。機構(gòu)使用同側(cè)同相的連接使得機構(gòu)能夠更好的控制,也能比較好的實現(xiàn)機構(gòu)的轉(zhuǎn)彎。其結(jié)構(gòu)簡潔可靠,驅(qū)動控制簡單,越障能力強,效率高,應(yīng)用范廣,是廣泛適用于工作在特殊環(huán)境中的設(shè)備。
進一步,所述同相裝置連接采用皮帶或鏈條,這樣結(jié)構(gòu)簡單,傳動效率高。
進一步,所述動力裝置包括電機和連軸,車輪通過連軸與電機相連,安裝在機身上。所述電機分左右電機,錯開布置,電機不同軸,分別驅(qū)動左側(cè)和右側(cè)的車輪。
本實用新型的具體優(yōu)點如下:
1.車輪和左右電機采用不同軸的錯位安裝方式,一方面在越障的過程中能夠與越障連桿相互配合,避免出現(xiàn)打滑的情況,使機構(gòu)運動更加穩(wěn)定,對整個機構(gòu)有增強越障的作用,相比于一般的車輪、連桿的左右對稱的平衡連接方式,這種非平衡的連接使得機構(gòu)的越障能力更好、更方便。另一方面也使得整個機身結(jié)構(gòu)變窄,具有更佳的實用性。
2. 在機構(gòu)中加入長尾翼,在爬坡過程中,與越障連桿相互切換,在機身尾部對整個機體起支撐作用,避免車輪向后滑動,克服了一般連桿越障高度受限的缺陷,實現(xiàn)整個機構(gòu)的高效行走。當(dāng)機構(gòu)爬到坡頂時,前端重力將車身尾部翹起,使整個車身水平,實現(xiàn)車子在斜坡與平臺之間運動狀態(tài)的切換。
3. 車輪采用同側(cè)同相位的安裝,使其運動方式能夠更好地被控制,能夠很好的實現(xiàn)整個機構(gòu)的左右轉(zhuǎn)彎,同時也能減少各個電機單獨控制的非穩(wěn)定因素。
附圖說明
圖1是本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2和圖3是本實用新型的越障連桿和尾翼相互切換來支撐機身的兩種狀態(tài)圖;
圖4是本實用新型的快要到達斜坡頂部時的狀態(tài)圖;
圖5本實用新型的到達斜坡頂端時的狀態(tài)圖。
圖中,1-機身,2,3-車輪,4,5-越障連桿,6-連軸,7,8-電機,9-同相裝置,10-尾翼。
具體實施方式
為了使發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白,以下結(jié)合附圖和實施例本實用新型的基本原理、結(jié)構(gòu)及行走方法做詳細說明,但本實用新型要求保護的范圍并不局限于以下所述。
參見圖1,本機構(gòu)主要由機身(1)、左右非對稱設(shè)置的車輪(2)(3)、越障連桿(4)(5)、連軸(6),左右兩對電機(7)(8)、同相裝置(9)以及尾翼(10)組成。
本實施例中,同相裝置(9)為皮帶。四個電機通過左右電機不同軸的安裝方式利用連軸(6)將4個車輪(2)(3)也進行了非對稱的安裝,使得整個裝置寬度窄以及越障能力增強,將它們整體固定于機身(1)之上。
越障連桿(4)和(5)分別將同側(cè)的車輪連接起來,通過在同側(cè)的連軸(6)上加同相裝置(9)即皮帶來實現(xiàn)機構(gòu)的同側(cè)同相。越障連桿(4)需連接在車輪的偏心位置,即邊緣。
尾翼(10)同機身(1)為一體,在機身尾部,其末端長度與越障連桿在車輪上運動到正上方(正下方)向后伸出的長度一致。
參見圖2-圖5在越障過程中,通過越障連桿(4)和(5)與尾翼(10)之間相互切換相互配合來實現(xiàn)越障的。在機器運動時,越障連桿(4)和(5)會隨著車輪(2)(3)的轉(zhuǎn)動與直接固定在機身后面的尾翼(10)有相對的伸出長度差,在爬坡的過程中,機身(1)傾斜,機身(1)后方長的部分便會與地面接觸,起著支撐機體的作用,因此,當(dāng)越障連桿(4)和(5)向后運動到比尾翼(10)長時,由越障連桿(4)和(5)對整個機身(1)起支撐作用,當(dāng)車輪帶動越障連桿(4)和(5)轉(zhuǎn)動到比尾翼(10)短的時候,切換為由尾翼(10)支撐整個機身(1)向上運動。如圖2和圖3為越障連桿(4)和(5)和尾翼(10)相互切換來支撐機身(1)的兩個狀態(tài);圖4為本機構(gòu)快要到達斜坡頂部時,由于尾翼(10)的支撐作用而使得機身(1)前端會有部分超過頂部平臺的高度;而當(dāng)機構(gòu)到達斜坡頂端時,由于機構(gòu)的前端較重,重力作用將尾部翹起,從而讓機構(gòu)水平落在坡頂平臺上,如圖5所示。
本實用新型在現(xiàn)有機構(gòu)的基礎(chǔ)上,機構(gòu)使用同側(cè)同相的連接方法使得機構(gòu)能夠更好的控制,也能比較好的實現(xiàn)機構(gòu)的轉(zhuǎn)彎。在連桿和尾翼的相互配合中體現(xiàn)了該機構(gòu)超強的越障能力,且其左右車輪的錯位安裝對其越障能力也有一定的增強作用,它在越障的過程中也能夠與越障桿相互配合,避免出現(xiàn)打滑的情況使機構(gòu)的運動更加穩(wěn)定。使用電機不同軸的安裝,使本體寬度窄,適合狹窄的空間,管道或地溝等對機體形狀要求相對比較嚴(yán)格的地方。其桿尾長,再加上一定長度的尾翼,克服了現(xiàn)有機構(gòu)的不足,是一種結(jié)構(gòu)簡潔可靠、效率高、驅(qū)動控制相對簡單、地表適應(yīng)性好、越障能力強的機構(gòu),能廣泛適用于工作在特殊環(huán)境中的設(shè)備。