六輪/腿半球形外殼探測機器人的製作方法

2023-05-17 15:54:26 2

專利名稱：六輪/腿半球形外殼探測機器人的製作方法
技術領域：
本發明屬於星球探測設備領域，特別涉及 一 種適用於星 球探測的六輪/腿半球形外殼探測機器人。
背景技術：
隨著星球探測領域研究的不斷興起，對不同運動形式， 能夠更好的適應複雜探測環境的機器人有著越來越廣泛的 需求。探測機器人必須對複雜地形要有很好的適應性，還要 具有穩定高速的行駛能力。當前領域內研究有關星球探測機 器人多以輪式探測車為主，如勇氣號火星探測車等，也有部 分以步行運動和履帶式運動的探測機器人，按運動形式區 分，目前主要有這三種運動形式，這三者皆有其自身的優點， 但也存在運動形式單一的缺點，輪式機構越障能力差，步行 機構運動速度緩慢，控制複雜，履帶式運動磨損快，由於這 些缺陷的存在，大大降低了探測機器人對各種不同複雜環境 的適應能力。發明內容本發明需要解決的技術問題是，針對當前已知技術中輪 式探測車對複雜地貌適應能力差、現有的足式步行探測機器 人運動速度慢、控制較複雜等諸多不足之處，就要提出改進 的方案，本發明的目的是提供一種六輪/腿半球形外殼探測 機器人，該探測機器人可根據實際的地形地貌改變自身運動 方式以適應複雜的特殊環境，綜合了多足穩定性好、步行適 應性強、輪式行駛速度快等多方面優點，實現優勢互補。本發明解決其技術問題所採用的技術方案如下
一種六輪/腿半球形外殼探測機器人，包括本體和連接 在本體上的運動機構，其特徵在於所述的本體包括上、下 底盤，位於上端的視覺機構以及半球形外殼，其中上、下底 盤由平行放置的兩層圓形盤式結構組成，該構件夾層內設置 有供機器人運動的能源模塊，在上下底盤之間圓周邊緣平均 分布有作為運動機構的六支輪/腿結構；位於上底盤中部設
有支撐負載的隔層支撐構件，該支撐構件固定著可升降的所 述視覺機構，該視覺機構的周向旋轉和俯仰運動的由三個錐 齒輪相互嚙合的組件。通過兩個主動錐齒輪的同向和異向旋 轉，帶動第三個齒輪上下俯仰和周向旋轉，該組件則與視覺
元件連接實現功能；半球形本體外殼結構可以將機器人驅動 器、控制器以及部分傳感器密閉於其內部，實現保護作用以 抵抗惡劣的外部環境；半球形本體外殼表面布滿太陽能電 池，不需要轉動角度來接收光能，在相同體積下擁有最大的 接收面積。
所述運動機構由六支輪/腿狀運動結構共同組成，該結 構為同時具有腿、輪式運動的混合機構，各輪、腿相互獨立， 腿部具有在水平和豎直方向扭轉的各個關節，腿部末端輪與 步行的足有共同的旋轉軸，可以實現輪式運動及步行運動等 各種運動方式，通過步行的足的旋轉收放實現運動形式的改 變。
所述視覺機構的錐齒輪組，包括兩個同向異向旋轉的主 動錐齒輪和俯仰及周向旋轉的第三個錐齒輪。
六組運動機構其運動關節採用模塊化設計，所述腿部各 關節，每個關節都由一個電機帶動一對錐齒輪嚙合，傳遞關 節在空間中的轉動速度和角度，實現運動姿態的改變。
在六條腿中有兩條具有操作臂的功能，可以實現較複雜 的探測操作。如搬運物體，拆裝零部件等。
概括而言，運動機構由6組結構基本相同且相互獨立的 腿輪式的混合機構組成。所述的腿各關節，每條腿具有4個 轉動關節，自上而下分別為①橫擺關節，②髖關節，③膝關 節， 踝關節。
該機器人中的視覺機構，在非工作狀態下該機構可以收縮
在機器人本體內部，在工作狀態下可以升出本體；三個錐齒 輪中兩個由電機控制的主動錐齒輪，通過同向和異向轉動帶 動第三個錐齒輪精確實現圓周運動和俯仰運動。 當機器人以輪式運動進行前進時，足旋轉收起，此時同軸的 輪與地面接觸，六組輪腿結構通過橫擺關節控制，形成三前 三後的布局，通過對輪的運動控制完成輪式運動。
此外，機器人還可以實現輪腿混合式的運動，腿的運動 同時帶動輪子的運動，如滑旱冰的運動方式。
還可在車身上安裝附屬設施，進行特殊環境下的操作。 本發明的有益效果是
1、 可通過改變機器人不同的運動方式來適應特殊環境 在探測車行進過程中，會遇到各種複雜特殊的地形地貌，
如遇地勢崎嶇時， 一般輪式探測車則無法通過，類似的在完 成較大範圍的探測任務時，步行機器人由於其運動緩慢，降 低了工作效率，而本發明實現了在一個機器人本體上的運動 機構具備了同時適合各種不同工作環境的能力。本發明有著 很好的適應性和通過性，本發明的機器人本體的高低也可通 過大小腿的俯仰摺疊進行調節，當腿全部伸展時，有著很好 的通過性和越障性。
2、 便於運輸和儲存
由於星球探測器發射和運載問題是 一 個非常關鍵的設 計考慮因素，本發明設計本體體積較傳統探測器縮小很多， 且腿可以有很大的收縮空間，便於發射和運載，為了更好的 適應探測工作，本發明機器人還可以以編隊群組進行探測任 務，單個機器人體積很小，但並不影響整體的工作能力。
3、 本發明兼有足式步行機構和輪式行駛機構的優點，實 現了優勢互補
當在比較平坦的地面上行進時，通過腿部關節調整至輪 式運動位置，末端切換至輪式結構，使之作為輪式探測車快 速行駛，具有穩定高速的行駛能力。當輪腿結構調整為步行 運動時，就成為足式步行探測機器人，具有比較好的機動性，
同時，機器人還可採用輪腿混合的運動方式，以更好的提高 機動性和工作效率，行進過程中，可更好地觀察周圍環境， 可以適應崎嶇複雜的地形環境，在行駛過程中，六條腿之間 不會發生行走交叉幹涉，而且當個別腿出現故障時也不會失 去運動能力。
4、通過機器人的步態規劃，六組輪腿可以實現多種運動 方式，實現零半徑轉彎。
通過機器人各關節的協調機器人可以實現以下幾種步態 形式三前三後，各腿錯位前進；小腿和橫擺協調前進；大 小腿和橫擺協調前進。
5 、探測機器人兩條腿可以實現操作臂功能，完成如搬運、 零件拆裝等任務。
6、可通過安裝各種附加裝置，如採樣器等，進行特殊環 境下的靈活可靠的操作。
本發明作為星球探測的一個終端平臺，可在其上安裝各 種附加裝置，以在特殊的環境下進行靈活可靠的操作，完成 探測任務。


圖1A、 1B是本發明六輪/腿半球形外殼探測機器人的實 體示意圖。
圖2A、 2B是本發明六輪/腿半球形外殼探測機器人以輪 式前進時的結構狀態圖。
圖3A是本發明六輪/腿半球形外殼探測機器人全部收 縮時的變形圖(體積最小)。
圖3B是本發明六輪/腿半球形外殼探測機器人大腿小腿 全部徑向方向展開時的變形圖。
圖4A是本發明六輪/腿半球形外殼探測機器人器人視 覺機構圖放大圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明進 一 步說明。
參照圖1A、 IB —圖2A、 2B所示為本發明六輪/腿半球式 本體新型探測機器人的一種實施例，該探測機器人包括本體 及運動機構，圖中l為位於機器人上部的視覺系統，本發明 在本體中央安裝圖像視覺設備，使之可在複雜危險的環 境下進行靈活可靠的操作，完成探測任務，它的下側為 半球外殼3，外殼下為上、下底盤，下底盤為2，為了承 受負載壓力底盤底部設有底盤加固條4，六支輪腿結構均 勻分布在上、下底盤2的周邊，每支腿由各自的橫擺關 於5與底盤相連，通過跨部6連有髖關節7及大腿部8， 大腿部下端連有膝關節9和小腿IO,最下面為踝關節11， 關節之外還設有關節端蓋12，位於最上面的視覺系統由 支撐部分視覺系統隔層14所支撐，在上底盤15的上方 依次有第1隔層13和第二隔層16，位於最下邊的是步行 運行構件17和輪式運動構件18，運動機構由6組結構相 同且相互獨立的腿輪式的混合機構組成，每條腿各具有4個 轉動關節，自上而下分別為橫擺關節5 ，實現橫擺功能；髖 關節7，實現機器人俯仰；膝關節9，與髖關節共同完成蹲 起，同時實現一種形式的步態運動；踝關節11,踝關節用於 輪腿切換的關節，通過足的放下與抬起完成運動方式的改 變。每個獨立的運動機構共5個自由度。
當探測機器人的6組輪/腿以輪式前進時，如圖2A、 2B 所示，就可在較為平緩的地面以較高速度運動了；當通過步 行方式前進時，步行運動構件17向下旋轉，成為運動足， 配合每條腿隨著步態的需求橫擺關節5、胯關節7、膝關節9 的轉動，實現步行運動。
本發明六輪/腿半球形外殼探測機器人通過運動機構各 關節的轉動，可以有效地調整自身體積，保證方便運輸。如 圖3A所示的機器人各腿全部收縮至最小體積，圖3B所示 的機器人各腿全部伸展達到最大機體半徑。根據需要進行調
權利要求
1.一種六輪/腿半球形外殼探測機器人，包括本體和連接在本體上的運動機構，其特徵在於所述的本體包括上、下底盤，位於上端的視覺機構以及半球形外殼，其中上、下底盤由平行放置的兩層圓形盤式結構組成，該構件夾層內設置有供機器人運動的能源模塊，在上下底盤之間圓周邊緣平均分布有作為運動機構的六支輪/腿結構；位於上底盤中部設有支撐負載的隔層支撐構件，該支撐構件固定著可升降的所述視覺機構，該視覺機構的周向旋轉和俯仰運動由三個錐齒輪相互嚙合的組件組成。
2 .根據權利要求1所述的六輪/腿半球形外殼探測機器 人，其特徵在於所述運動機構由六支輪/腿混合運動結構 組成，該結構為同時具有腿、輪式運動的混合機構，各輪、 腿相互獨立，腿部具有在水平和豎直方向扭轉的各個關節， 腿部末端輪與步行的足有共同的旋轉軸。
3. 根據權利要求1所述的六輪/腿半球形外殼探測機器 人，其特徵在於所述視覺機構相互嚙合組件，包括兩個可 以同向異向旋轉的主動錐齒輪和俯仰及周向旋轉的第三個 錐齒輪。
4. 根據權利要求1所述的六輪/腿半球形外殼探測機器 人，其特徵在於所述腿部各關節，每個關節都由一個電機 帶動一對傳遞關節在空間轉動速度和角度的錐齒輪嚙合組 件。
5. 根據權利要求1或4所述的六輪/腿半球形外殼探測 機器人，其特徵在於所述的腿各關節，每條腿具有4個轉 動關節，自上而下分別為①橫擺關節，②髖關節，③膝關節， 踝關節。
6. 根據權利要求1所述的六輪/腿半球形外殼探測機器 人，其特徵在於半球形本體的外殼表面布滿太陽能電池。
全文摘要
一種六輪/腿半球形外殼探測機器人，屬於星球探測設備領域，包括本體和連接在本體上的運動機構，所述的本體包括上下底盤，位於上端的視覺機構以及半球形外殼，其中上下底盤由平行放置的兩層圓形盤式結構組成，該構件夾層內設置有能源模塊，在上下底盤之間圓周邊緣平均分布有六支輪/腿結構；位於上底盤中部設有隔層支撐構件，該支撐構件固定著可升降的所述視覺機構，可通過改變機器人不同的運動方式來適應特殊環境，本發明兼有足式步行機構和輪式行駛機構的優點，六組輪腿可以實現多種運動方式，實現零半徑轉彎，探測機器人兩條腿可以實現操作臂功能，可通過安裝各種附加裝置，進行特殊環境下的靈活可靠的操作。
文檔編號B62D57/032GK101125564SQ20071017529
公開日2008年2月20日 申請日期2007年9月28日 優先權日2007年9月28日
發明者丁希侖, 坤 徐, 王志英, 石旭堯 申請人:北京航空航天大學