一种定质心全向被动摇臂轮式移动机器人

摘要

本发明公开了一种定质心全向被动摇臂轮式移动机器人，它包括机器人本体、四组完全相同的轮式移动机器人运动装置，机器人本体的两侧分别前后并列安装两组所述轮式移动机器人运动装置；轮式移动机器人运动装置可变形四边形机构，其上端与机器人本体铰连，下端带有内外轮构成滚轮；轮式移动机器人运动装置内有变形电机、转向电机和驱动电机，实现轮式移动机器人运动装置的变形、转向和滚轮的驱动。本发明通过合理结构设计，能有效地完成越障和跨越壕沟。

说明书

技术领域

本发明涉及一种定质心全向被动摇臂轮式移动机器人，特应用于轮式移动机器人领域。

背景技术

为了保证轮式移动机器人在崎岖环境下的正常运行，增强其移动性能，尽可能减小在不平地面运动时产生的振动对机器人本体探测设备的影响，优化其行走机构至关重要。因此，采用定质心被动摇臂结构来减小振动和节约能耗。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种定质心全向被动摇臂轮式移动机器人，利用不变重心被动摇臂以越过障碍物的方法，使得轮式移动机器人能够很好地越过障碍物，并利用机器人全向的功能使其能很好地通过较大的壕沟。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种定质心全向被动摇臂轮式移动机器人，包括机器人本体、四组完全相同的轮式移动机器人运动装置，其特征在于：所述机器人本体的两侧分别前后并列安装两组所述轮式移动机器人运动装置；所述轮式移动机器人运动装置可变形四边形机构，其上端与机器人本体铰连，下端带有内外轮构成滚轮；轮式移动机器人运动装置内有变形电机、转向电机和驱动电机，实现轮式移动机器人运动装置的变形、转向和滚轮的驱动。

所述机器人本体为长方体；所述四组完全相同的轮式移动机器人运动装置：包括三个结构相同的上并列摇臂和下单摇臂、变形电机、矩形框臂、外轮、内轮、转向电机、长方体框架和内置于所述长方体框架中的驱动电机，所述上并列摇臂一端与所述机器人本体上的上凸耳通过销轴铰连，所述下单摇臂上端与所述机器人本体上的下凸耳通过销轴铰连；所述上并列摇臂与所述矩形框臂上端通过销轴铰连，所述变形电机的输出轴与该销轴固定相连，并且所述变形电机固定在所述上并列摇臂上；所述下单摇臂的下端与矩形框臂下端铰连，构成所述可变形四边形机构；所述转向电机固定在所述矩形框下端，所述转向电机输出轴与所述长方体框架转动连接；所述长方体框架内置所述驱动电机，该电机的输出轴与所述外轮相连，所述长方体框架的另一端与所述内轮通过转动轴相连。

所述外轮与所述内轮大小形状都相同，所述四个外轮都是独立驱动。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

本发明定质心全向被动摇臂轮式移动机器人辅助人工探测，促进了探测的自动化程度，提高了效率，同时，节约了人力物力的投入。

附图说明

图1为本发明定质心全向被动摇臂轮式移动机器人的总体结构示意图。

图2为本发明定质心全向被动摇臂轮式移动机器人正面示意图。

图3（3-1~3-9）为本发明定质心全向被动摇臂轮式移动机器人越障过程示意图（其中（a）为正视图，（b）为放大的侧视图，（c）为俯视图）。

图4（a~e）为本发明定质心全向被动摇臂轮式移动机器人跨过壕沟过程示意图。

具体实施方式

本发明的优选实施例详述如下：

实施例一：

参见图1和图2，本定质心全向被动摇臂轮式移动机器人，包括机器人本体1、四组完全相同的轮式移动机器人运动装置I、II、III、IV，机器人本体1的两侧分别前后并列安装两组所述轮式移动机器人运动装置I、II、III、IV；所述轮式移动机器人运动装置I、II、III、IV可变形四边形机构，其上端与机器人本体1铰连，下端带有内外轮8、7构成滚轮；轮式移动机器人运动装置I、II、III、IV内有变形电机5、转向电机9和驱动电机11，实现轮式移动机器人运动装置I、II、III、IV的变形、转向和滚轮的驱动。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

机器人本体1为长方体；四组完全相同的轮式移动机器人运动装置I、II、III、IV：包括三个结构相同的上并列摇臂2、3，下单摇臂4、变形电机5、矩形框臂6、外轮7、内轮8、转向电机9、长方体框架10和内置于长方体框架10中的驱动电机11，上并列摇臂2、3一端与机器人本体1上的上凸耳12通过销轴铰连，下单摇臂4上端与机器人本体1上的下凸耳13通过销轴铰连；上并列摇臂2、3与矩形框臂6上端通过销轴铰连，变形电机5的输出轴与该销轴固定相连，并且变形电机5固定在上并列摇臂3上；下单摇臂4的下端与矩形框臂6下端铰连，构成可变形四边形机构；转向电机9固定在矩形框6下端，转向电机9输出轴与长方体框架10转动连接；长方体框架10内置驱动电机11，该电机的输出轴与外轮7相连，长方体框架10的另一端与内轮8通过转动轴相连。

实施例三：

在本实施例中，参见图1～图4，一种定质心全向被动摇臂轮式移动机器人，包括机器人本体（1）、四组完全相同的轮式移动机器人运动装置I、II、III、IV，机器人本体1为长方体；四组完全相同的轮式移动机器人运动装置I、II、III、IV包括三个结构相同的上并列摇臂2、3、下单摇臂4，变形电机5，矩形框臂6，外轮7，内轮8，转向电机9，长方体框架10和内置于所述长方体框架10中的驱动电机11。摇臂2、3一端与机器人本体1上的上凸耳12通过销轴铰连，摇臂4与机器人本体1上的下凸耳13通过销轴铰连；摇臂2、3与矩形框臂6通过销轴铰连，变形电机5的输出轴与销轴固定相连，并且电机5固定在摇臂3上；三个结构相同的摇臂2、3、4形成平行运动结构；转向电机9固定在矩形框臂6上，转向电机9输出轴与长方体框架10转动连接；长方体框架10内置的驱动电机11输出轴与外轮7相连，长方体框架10的另一端与内轮8通过转动轴相连。

在本实施例中，参见图1～图4，机器人本体1前后两两设置所述的四组完全相同的轮式移动机器人运动装置I、II、III和IV，并成对称关系。

在本实施例中，参见图1～图4，外轮7与内轮8大小形状都相同，四个外轮7都是独立驱动。

本实施例定质心全向被动摇臂轮式移动机器人的工作原理如下：

在越障过程中，由长方体框架10内置的驱动电机驱动四个外轮7使机器人开始运动，当机器人运动到梯形斜坡前时，运动装置I上的变形电机5不再提供运动装置I的摇臂结构发生相对运动所需的转矩，运动装置I上的摇臂结构可以自由运动，而运动装置II、III和IV上的变形电机5照常提供转矩使得摇臂结构不发生相对运动；机器人运动装置I上的摇臂随着地形进行被动的摆动，使得运动装置I很好地通过梯形斜坡；当运动装置I完全通过梯形斜坡时，运动装置I上的变形电机5重新提供转矩；当运动装置IV运动到梯形斜坡前时，运动装置IV上的变形电机5不再提供运动装置IV的摇臂结构发生相对运动所需的转矩，运动装置IV上的摇臂结构可以自由运动，而运动装置I、II和III上的变形电机5照常提供转矩使得摇臂结构不发生相对运动；机器人运动装置IV上的摇臂随着地形进行被动的摆动，使得运动装置I很好地通过梯形斜坡，当运动装置IV完全通过梯形斜坡时，运动装置IV上的变形电机5重新提供转矩。

在跨越壕沟过程中，当机器人运动到壕沟前时，机器人运动装置I、II、III和IV中的转向电机9控制各组外轮7和内轮8转过90度，使得运动装置I和IV，运动装置II和III的外轮7和内轮8之间的间距增大以便于跨过壕沟，接着长方体框架10内置的驱动电机驱动四个外轮7使机器人开始运动，跨过壕沟，机器人复位；如果有需要，机器人的转向电机9可以转过任何角度以便达到机器人的全向运动。

在以上两组运动中，机器人的质心位置始终不变，运动平稳。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明定质心全向被动摇臂轮式移动机器人的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。