站立-倾倒变形履带机器人底盘

技术领域

本发明涉及一种站立倾倒变形履带机器人底盘，具体涉及一种以曲柄摇杆机构和站立摆杆为基础的，利用上述机构抬高重心实现站立，然后向前倾倒翻越障碍物和沟壑的履带机器人底盘。

背景技术

现实中存在许多道路崎岖、空间狭小且具有一定危险性的区域，人不便在这类地区逗留，因此需要具有越障能力的机器人代替人力，在此类地区进行作业。机器人若想通过复杂地形到达作业现场，需要具有越障能力的机器人底盘。

分析机器人通过崎岖地形的过程：无论是翻越障碍还是跨越深沟，机器人都需要重新与地形构建接触支点，同时将机器人的重心向前移动。履带式机器人结构具有良好的通过性能和爬坡性能，而变形履带在上述功能的基础上利用变形机构使得机器人能够实现上述越障、越沟功能，具有一定的越障能力。

目前大多数变形履带机器人设计均采用变形构造接触支点，之后通过向前行驶的方式实现重心前移。的该设计提出了一种新的设想，即：通过倾倒过程在非稳态条件下实现重心的向前移动，并通过站立过程事先抬高重心，使得机器人在接下来的倾倒中重心能够前移更多距离。

发明内容

本发明要解决的技术问题：设计一种便携履带式机器人底盘，其需要使用尽可能少的自由度和机构数量，实现一定的越障、越沟性能，同时对底盘的移动速度和负载能力具有一定要求。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种双履带机器人底盘，其主体结构由底盘主体以及左侧履带架总成、右侧履带架总成以及安装在其上的履带组成，履带可在驱动装置的带动下驱动底盘前后移动并转向；

所述的左侧履带架总成包含左侧履带架、左侧核心杆、左连杆、左支撑杆、左支撑轮、左侧副车架、左前轮、左后轮、左主动轮；

所述的右侧履带架总成包含右侧履带架、右侧核心杆、右连杆、右支撑杆、右支撑轮、右侧副车架、右前轮、右后轮、右主动轮；

所述的左侧履带架、右侧履带架分别设有方套筒，连接左侧副车架、右侧副车架，其之间可以相互平动；

所述的左侧履带架总成、右侧履带架总成和底盘主体之间由滑轨机构连接，可以相互平动；

所述的左侧副车架、右侧副车架末端分别带有左前轮、右前轮，用于支撑履带，所述的左侧履带架、右侧履带架后部分别带有左后轮和左主动轮、右后轮和右主动轮，用于支撑履带；

所述的左侧履带架、右侧履带架上分别连接左侧摆杆和左侧核心杆、右侧摆杆和右侧核心杆，进而连接左侧支撑轮、右侧支撑轮，其在驱动装置的带动下可将履带撑起为三角形，并使得机器人站立；

所述的左侧摆杆、右侧摆杆分别通过左连杆、右连杆与底盘主体之间连接，组成曲柄滑块机构，当底盘站立时，曲柄滑块机构会将底盘主体向上推出；

所述的驱动装置包括：

左侧舵机、左电机、右侧舵机、右电机；

所述的左侧舵机、右侧舵机分别安装在所述的左侧履带架、右侧履带架上与左侧摆杆、右侧摆杆的连接处，用于驱动摆杆旋转；

所述的左电机、右电机安装在所述的左侧履带架、右侧履带架上的末尾处，用于带动所述的左主动轮、右主动轮，进而驱动履带；

所述的左侧履带架、右侧履带架尾部形状经过设计，当底盘站立至完全直立时，其尾端会与地面接触，使得底盘失稳向前倾倒；

所述的左侧副车架、右侧副车架内部设有恒力卷簧，使得副车架能够以恒定大小的力张紧履带。

本发明的有益效果：(1)本发明所述的站立-倾倒变形履带机器人底盘采用了一种全新的越障原理及相应的机械布局。相比于传统的双履带底盘，本发明表现出了优异的通过性，其独特的站立-倾倒越障策略使得其可以翻越尺寸更大的障碍物或跨过尺寸更大的沟渠；(2)本发明所述的站立-倾倒变形履带机器人底盘的越障、越沟性能不会因为其负载增大而降低，相反，在保证结构应力以及驱动装置负载的前提下，底盘的负载重量越大，其越障、越沟性能越好。

附图说明

图1站立-倾倒变形履带机器人底盘总体结构图

图2站立-倾倒变形履带机器人底盘总体结构图(拆卸左侧履带、右侧履带)

图3底盘主体结构图

图4左侧履带架结构图

图5右侧履带架结构图

图6底盘越障动作示例图

图7底盘越沟动作示例图

图中：1、底盘主体；2、左侧履带架；3、右侧履带架；4、左侧核心杆；5、右侧核心杆；6、左连杆；7、右连杆；8、左支撑杆；9、右支撑杆；10、左支撑轮；11、右支撑轮；12、左侧副车架；13、右侧副车架；14、左前轮；15、右前轮；16、左后轮；17、右后轮；18、左主动轮；19、右主动轮；20、左履带；21、右履带；1.1、左侧滑轨；1.2、右侧滑轨；2.1、左滑块；2.2、左方筒；2.3、左侧舵机；2.4、左电机；3.1、右滑块；3.2、右方筒；3.3、右侧舵机；3.4、右电机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参考图1、图2所示，本发明提出了一种新式双变形履带机器人底盘，其装配关系如下：

所述的底盘主体结构如图3所示，其与所述的左侧履带架、右侧履带架分别通过其上的左侧滑轨、右侧滑轨连接，使得底盘主体能够与之相对平动；

所述的左侧核心杆、右侧核心杆分别通过轴承连接所述的左侧履带架、右侧履带架，可分别相对所述的左侧履带架、右侧履带架转动；

如图4、图5所示，所述的左侧履带架、右侧履带架分别设有左滑块、右滑块，用于与所述的左侧滑轨、右侧滑轨连接，形成移动副；同时分别设有左方筒、右方筒，分别用于与所述的左侧副车架、右侧副车架连接，形成移动副；此外还分别设有左侧舵机和左电机、右侧舵机和右电机，用于提供动力；

所述的左连杆、右连杆分别通过轴承连接所述的左侧核心杆、右侧核心杆，同时所述的左连杆和所述的左侧滑轨通过轴承连接，所述的右连杆和所述的右侧滑轨通过轴承连接，分别形成曲柄滑块机构；

所述的左支撑杆、右支撑杆分别连接所述的左侧履带架、右侧履带架，并分别由所述的左侧舵机、右侧舵机驱动旋转；

所述的左支撑杆、右支撑杆分别于末端通过轴承连接所述的左支撑轮、右支撑轮，并以此将所述的左侧舵机、右侧舵机的动力传递至所述的左侧核心杆、右侧核心杆，进而带动对应的曲柄滑块机构；

所述的左侧副车架、右侧副车架分别用轴承连接所述的左前轮、右前轮；

所述的左侧履带架、右侧履带架分别设有轴承连接所述的左后轮、右后轮；

所述的左主动轮、右主动轮分别连接所述的左侧履带架、右侧履带架，分别由所述的左电机和右电机驱动旋转。

所述的左履带经过左主动轮、左后轮、左支撑轮、左前轮，在左主动轮的牵引下驱动机器人底盘移动。

所述的右履带经过右主动轮、右后轮、右支撑轮、右前轮，在右主动轮的牵引下驱动机器人底盘移动。

所述的左侧副车架、右侧副车架内设恒力卷簧，可以恒定大小的力度将履带张紧。

具体的使用方法：

安装站立-倾倒变形履带机器人底盘的机器人可以实现地面的任意行进以及和越障、越沟动作。以下列举加装本发明的任意机器人的两种实施例：上台，跨沟，以清楚的说明本发明的具体使用方法。应当明确的是，本发明的使用方法并不限制于以下实施例，其他的机动动作亦在本发明的思想范围之内。

图6所描述的是加装本发明的一任意机器人(以下简称：机器人)进行上台过程的动作示意图。图6(a)为初始状态。此时，底盘两侧舵机驱动摆杆旋转，使得机器人按照图6(b)、图6(c)的动作逐渐站立。当到达如图6(d)所示状态下时，履带架底部接触地面，使得机器人失稳向前倾倒。由于此时机器人重量集中于前方，机器人会按照图6(e)所示倒至平台上。继续前进至图6(f)所示，机器人完全上台并保持稳定，此时令两摆杆反向旋转，如图6(g)所示，待到底盘复位后，机器人完成上台动作，结果如图6(h)

图7所描述的是机器人进行上台过程的动作示意图。图7(a)为初始状态，此时机器人按照图7(b)和图7(c)的顺序在深沟一侧进行站立。之后，如图7(d)所示，机器人失稳，向前倾倒，并到达如图7(e)所示状态，此时机器人重心位于深沟前。之后，如图7(f)所示，机器人底盘向前行驶，并进而按图7(g)所示复位，完成跨沟动作，结果如图7(h)。