一种轮履替换变形机器人.pdf

本发明涉及一种轮履替换变形机器人，属于专用机器人技术领域。本发明包括履带变形行走机构、轮式行走机构、轮履替换机构、底架；履带变形行走机构、轮履替换机构均安装在底架，轮式行走机构安装在轮履替换机构上。本发明该机器人轮履替换和变形功能能够提高机器人越障能力，且越障的灵活性高；能够提升机器人在恶劣地形环境下的生存能力；能使机器人有多种运动模式，可适应各种复杂地形环境；履带式运动机构和轮式运动机构相互独立，增加机器人的运动模式，且能够提高机器人的可重组能力；结构简单、轻巧，便于制造，使用方便。

权利要求书
1.  一种轮履替换变形机器人，其特征在于：包括履带变形行走机构、轮式行走机构、轮履替换机构、底架（11）；履带变形行走机构、轮履替换机构均安装在底架（11），轮式行走机构安装在轮履替换机构上，履带变形行走机构包括履带驱动轮（2）、从动曲柄（3）、下连杆（5）、上导向轮（4）、上连杆（6）、下导向轮（7）、主动曲柄（8）、导向轮（9）、履带Ⅱ（13）、履带Ⅰ（10）、变形电机（15）、履带驱动电机（12）；变形电机（15）、履带驱动电机（12）分别安装在底架（11）的前后部，履带驱动轮（2）安装在履带驱动电机（12）的输出轴上，下导向轮（7）安装在变形电机（15）的输出轴上，主动曲柄（8）、下连杆（5）一端安装在下导向轮（7）上，导向轮（9）安装在上连杆（6）与主动曲柄（8）另一端上，从动曲柄（3）一端、下连杆（5）一端安装在履带驱动轮（2）上，上导向轮（4）安装在从动曲柄（3）与上连杆（6）另一端上，履带Ⅱ（13）、履带Ⅰ（10）安装在履带驱动轮（2）、上导向轮（4）、下导向轮（7）、导向轮（9）上，轮履替换机构包括轮履替换电机Ⅰ（14）、轴Ⅰ（16）、轴Ⅱ（18）、轮履替换电机Ⅱ（19）、蜗杆Ⅰ（20）、涡轮Ⅰ（21）、涡轮Ⅱ（22）、蜗杆Ⅱ（23）；轮履替换电机Ⅰ（14）、轮履替换电机Ⅱ（19）分别安装在底架（11）上，蜗杆Ⅱ（23）安装在履替换电机Ⅱ（19）的输出轴上，轴Ⅱ（18）安装在底架（11）上，涡轮Ⅱ（22）安装在轴Ⅱ（18）上，蜗杆Ⅰ（20）装在轮履替换电机Ⅰ（14）的输出轴上，轴Ⅰ（16）安装在底架（11）上，涡轮Ⅰ（21）安装在轴Ⅰ（16）上，轮式行走机构包括轮驱动电机（17）、驱动轮Ⅰ（24）、驱动轮Ⅱ（26）、前轮（27）、连杆Ⅰ（25）、连杆Ⅱ（38）；连杆Ⅰ（25）一端安装在轴Ⅱ（18）上，轮驱动电机（17）安装在连杆Ⅰ（25）另一端，驱动轮Ⅰ（24）、驱动轮Ⅱ（26）分别安装在轮驱动电机（17）的输出轴上，连杆Ⅱ（28）一端安装在轴Ⅰ（16）上，前轮（27）安装在连杆Ⅱ（28）另一端。

说明书一种轮履替换变形机器人
技术领域
本发明涉及一种轮履替换变形机器人，属于专用机器人技术领域。
背景技术
近年来，机器人技术发展极为迅猛，用于探测、排爆、侦察、救援等领域的机器人，由于其特殊用途受到了各国的广泛关注。许多专用机器人的研究成果直接应用于各个领域，在维护国家安定、保障人民生活安全方面发挥了很大作用。专用的地面履带式移动机器人在各种复杂环境下具有较高的机动性，可以代替人类进入一些危险和未知的环境，适用于国防和民用等多个领域，而且在灾难救援中也可以发挥很大作用。
国内外对专用的地面履带式移动机器人展开了系统的研究，经过多年的技术积累和经验总结，已经取得了丰硕的研究成果。其中以Foster-miller公司研制Talon机器人为代表，Talon机器人主要作为一种履带式武器机器人使用，可直接参与对敌作战，也能完成各种侦察、探测工作。国内履带式地面移动机器人的研究和开发工作要晚于西方发达国家，其中最具代表的有中国科学院沈阳自动化所研制的复合移动机器人—“灵晰-B”型排爆机器人，其在公安系统的推广应用在很大程度上减小公安和武警人员在排除爆炸物、打击犯罪活动中的伤亡，对犯罪分子起到威慑作用。中国科学院沈阳自动化所研制的“救灾救援危险作业机器人”，在四川雅安7.0级地震中第一次执行实战救援作业任务，也是国内可变形履带式移动机器人的首次实战作业，其首次的成功应用对可变形履带式移动机器人的研究和开发工作具有重要的意义。
对于执行探测、排爆、侦察、救援等各种特殊任务的机器人来说，能适应各种复杂地形环境和快速越过各种障碍是非常重要的。普通履带式不可变形机器人，其越野性能较好，但适应复杂地形环境能力差、转向速度慢、灵活性较差。普通履带式可变形机器人，其越障能力较强，适应复杂地形环境能力较强，灵活性较强，但运动模式单一，在复杂地形环境下的生存能力差。
发明内容
本发明的目的是提供一种轮履替换变形机器人，以解决普通机器人在执行各种特殊任务时适应复杂地形环境、快速越障能力差及运动模式单一等问题。
本发明按以下技术方案实现：一种轮履替换变形机器人，包括履带变形行走机构、轮式行走机构、轮履替换机构、底架11；履带变形行走机构、轮履替换机构均安装在底架11，轮式行走机构安装在轮履替换机构上，履带变形行走机构包括履带驱动轮2、从动曲柄3、下连杆5、上导向轮4、上连杆6、下导向轮7、主动曲柄8、导向轮9、履带Ⅱ13、履带Ⅰ10、变形电机15、履带驱动电机12；变形电机15、履带驱动电机12分别安装在底架11的前后部，履带驱动轮2安装在履带驱动电机12的输出轴上，下导向轮7安装在变形电机15的输出轴上，主动曲柄8、下连杆5一端安装在下导向轮7上，导向轮9安装在上连杆6与主动曲柄8另一端上，从动曲柄3一端、下连杆5一端安装在履带驱动轮2上，上导向轮4安装在从动曲柄3与上连杆6另一端上，履带Ⅱ13、履带Ⅰ10安装在履带驱动轮2、上导向轮4、下导向轮7、导向轮9上，轮履替换机构包括轮履替换电机Ⅰ14、轴Ⅰ16、轴Ⅱ18、轮履替换电机Ⅱ19、蜗杆Ⅱ23、涡轮Ⅱ22、涡轮Ⅰ21、蜗杆Ⅰ20；轮履替换电机Ⅰ14、轮履替换电机Ⅱ19分别安装在底架11上，蜗杆Ⅱ23安装在履替换电机Ⅱ19的输出轴上，轴Ⅱ18安装在底架11上，涡轮Ⅱ22安装在轴Ⅱ18上，蜗杆Ⅰ20装在轮履替换电机Ⅰ14的输出轴上，轴Ⅰ16安装在底架11上，涡轮Ⅰ21安装在轴Ⅰ16上，轮式行走机构包括轮驱动电机17、驱动轮Ⅰ24、驱动轮Ⅱ26、前轮27、连杆Ⅰ25、连杆Ⅱ28；连杆Ⅰ25一端安装在轴Ⅱ18上，轮驱动电机17安装在连杆Ⅰ25另一端，驱动轮Ⅰ24、驱动轮Ⅱ26分别安装在轮驱动电机17的输出轴上，连杆Ⅱ28一端安装在轴Ⅰ16上，前轮27安装在连杆Ⅱ28另一端。
一种轮履替换变形机器人的工作原理为：当机器人履带式行走时，履带驱动电机12驱动履带驱动轮2，两侧的履带驱动电机12同时驱动，履带驱动轮2的驱动履带Ⅱ运动，两侧的履带驱动轮同时驱动履带，实现机器人的履带式行走；当机器人遇到障碍物时，变形电机15驱动主动曲柄8，两侧变形电机同时驱动，主动曲柄8通过上连杆6带动从动曲柄3转动，两侧同时变形，达到合适的越障姿态，实现机器人的变形越障；在履带或者轮损坏的情况下，轮履替换电机Ⅰ14驱动涡轮Ⅰ21、蜗杆Ⅰ20传动，轮履替换电机Ⅱ19驱动蜗杆Ⅱ23、涡轮Ⅱ22传动，前后轮履替换驱动电机均同时驱动，前轮27、驱动轮Ⅰ24、驱动轮Ⅱ26同时落地并撑起履带Ⅰ10和履带Ⅱ13，实现机器人的轮与履带间的替换；当机器人轮式行走时，轮驱动电机17驱动驱动轮Ⅰ24，两侧的轮驱动电机同时驱动驱动轮Ⅰ、驱动轮Ⅱ，实现机器人的轮式行走。
本发明具有以下有益效果：
1、该机器人轮履替换和变形功能能够提高机器人越障能力，且越障的灵活性高；
2、能够提升机器人在恶劣地形环境下的生存能力；
3、能使机器人有多种运动模式，可适应各种复杂地形环境；
4、履带式运动机构和轮式运动机构相互独立，增加机器人的运动模式，且能够提高机器人的可重组能力；
5、能作为工业机械手的搭载和操控平台；
6、能作为救援、排爆专用机器人在复杂地形环境下执行救援、排爆任务；
7、能提高机器人的机动性与协同性；
8、结构简单、轻巧，便于制造，使用方便。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的侧视结构示意图。
图3是本发明的俯视结构示意图。
图4是本发明的轮式行走结构示意图。
图中各标号为：1：电机架、2：履带驱动轮、3：从动曲柄、4：上导向轮、5：下连杆、6：上连杆、7：下导向轮、8：主动曲柄、9：导向轮、10：履带Ⅰ、11：底架、12：履带驱动电机、13：履带Ⅱ、14：轮履替换电机Ⅰ、15：变形电机、16：轴Ⅰ、17：轮驱动电机、18：轴Ⅱ、19：轮履替换电机Ⅱ、20：蜗杆Ⅰ、21：涡轮Ⅰ、22：涡轮Ⅱ、23：蜗杆Ⅱ、24：驱动轮Ⅰ、25：连杆Ⅰ、26：驱动轮Ⅱ、27：前轮、28：连杆Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明，但本发明的内容并不限于所述范围。
实施例1：如图1-4所示，一种轮履替换变形机器人，包括履带变形行走机构、轮式行走机构、轮履替换机构、底架11；履带变形行走机构、轮履替换机构均安装在底架11，轮式行走机构安装在轮履替换机构上，履带变形行走机构包括履带驱动轮2、从动曲柄3、下连杆5、上导向轮4、上连杆6、下导向轮7、主动曲柄8、导向轮9、履带Ⅱ13、履带Ⅰ10、变形电机15、履带驱动电机12；变形电机15、履带驱动电机12分别安装在底架11的前后部，履带驱动轮2安装在履带驱动电机12的输出轴上，下导向轮7安装在变形电机15的输出轴上，主动曲柄8、下连杆5一端安装在下导向轮7上，导向轮9安装在上连杆6与主动曲柄8另一端上，从动曲柄3一端、下连杆5一端安装在履带驱动轮2上，上导向轮4安装在从动曲柄3与上连杆6另一端上，履带Ⅱ13、履带Ⅰ10安装在履带驱动轮2、上导向轮4、下导向轮7、导向轮9上，轮履替换机构包括轮履替换电机Ⅰ14、轴Ⅰ16、轴Ⅱ18、轮履替换电机Ⅱ19、蜗杆Ⅱ23、涡轮Ⅱ22、涡轮Ⅰ21、蜗杆Ⅰ20；轮履替换电机Ⅰ14、轮履替换电机Ⅱ19分别安装在底架11上，蜗杆Ⅱ23安装在履替换电机Ⅱ19的输出轴上，轴Ⅱ18安装在底架11上，涡轮Ⅱ22安装在轴Ⅱ18上，蜗杆Ⅰ20装在轮履替换电机Ⅰ14的输出轴上，轴Ⅰ16安装在底架11上，涡轮Ⅰ21安装在轴Ⅰ16上，轮式行走机构包括轮驱动电机17、驱动轮Ⅰ24、驱动轮Ⅱ26、前轮27、连杆Ⅰ25、连杆Ⅱ28；连杆Ⅰ25一端安装在轴Ⅱ18上，轮驱动电机17安装在连杆Ⅰ25另一端，驱动轮Ⅰ24、驱动轮Ⅱ26分别安装在轮驱动电机17的输出轴上，连杆Ⅱ28一端安装在轴Ⅰ16上，前轮27安装在连杆Ⅱ28另一端。