一種履帶機器人的製作方法

2023-04-28 00:10:32

本發明涉及一種履帶機器人。

背景技術：

由於履帶機器人地形適應性強、越障能力強、負重能力強等特點，在運輸、巡檢、消防等領域得以廣泛應用。負重狀態下履帶機器人行走在高低不平路面以及越過障礙物時，由於負重物體高度等因素導致履帶機器人重心發生變化，最終導致履帶機器人的履帶機器人行走單元壓力過大甚至側翻。並且一般的機器人在平面上運動時，機器人本身的高度是不能改變的，因此，履帶機器人用作搬運貨物的機器人時，當需要放置貨物的位置要比機器人本身的高度時，此時機器人很難起到這個作用。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種在複雜工作環境中越障時始終保持載貨底盤平衡，防止履帶機器人側翻，同時有效提高履帶機器人載貨時託舉高度的可橫縱向行走的履帶機器人。為此，現提出如下技術方案：

一種履帶機器人，所述履帶機器人從上到下依次設有電源及控制系統、基礎結構底盤以及足式行走單元，所述足式行走單元包括四個相同結構的液壓腿，分別設在基礎結構底盤的四個直角頂部，所述液壓腿包括轉盤、支撐板一、支撐板二、液壓臂、液壓支架以及液壓杆；轉盤通過方形槽對稱連接支撐板一和支撐板二，液壓臂通過螺孔設在支撐板一和支撐板二之間，液壓臂通過液壓方式連接液壓支架，液壓支架通過液壓方式連接液壓杆。

對上述方案的進一步改進，所述履帶機器人還包括包括履帶行走單元，所述履帶行走單元包括左履帶行走系統、右履帶行走系統，所述基礎結構底盤設在左履帶行走系統與右履帶行走系統之間，所述左履帶行走系統和右履帶行走系統均包括由主動輪，兩個負重輪，履帶車架，託帶輪，履帶以及誘導輪，所述兩個負重輪前後並行設在履帶車架底部且所述負重輪的底部與履帶緊貼，所述主動輪設在履帶車架前端並與履帶緊貼，所述拖帶輪安裝在履帶支架頂部並將履帶託起，所述誘導輪安裝在履帶支架前端並與履帶緊貼。

對上述方案的進一步改進，所述電源及控制系統包括電源系統、控制系統、平臺穩定迴路以及全姿態慣性測量單元，所述電源系統包括蓄電池和超級電容，全姿態慣性測量單元的輸出端連接到平臺穩定迴路的輸入端，平臺穩定迴路的輸出端連接到控制系統，電源系統為控制系統供電以及履帶行走單元供電。

對上述方案的進一步改進，所述前、後輔助腿包括活動端與固定端，所述固定端通過與基礎結構底盤轉動連接並且沿基礎結構底盤垂直平面旋轉0-360°範圍內旋轉，所述活動端與地面接觸。

本發明的有益效果在於：

(1)本發明所述的具有履帶運動和足式行走功能的履帶機器人，傳統的履帶機器人行走不能橫向移動，在履帶式行走系統的基礎上，加入了液壓足式行走系統，不僅可以橫縱向移動，還可大大提高在凹凸地面的行走的穩定性，降低履帶機器人側翻概率；尤其是在遇到障礙物或高低不平的路面，其可通過足式行走，使底盤保持水平；履帶運動和足式行走功能的履帶機器人具有地形適應性好的優點。

(2)本發明在基礎結構底盤的前後兩側分別設置了一個輔助腿，當履帶機器人採用足式行走時，足式行走每次需抬起一個液壓腿，如左前腿抬起，右前腿，右後腿，左後腿著地，履帶機器人容易向左發生傾斜，前後兩個輔助腿在左前腿抬起時，旋轉至左側，並接觸地面，輔助支撐履帶機器人，保證機器人在行走過程中不會側翻。

(3)本發明所述的履帶機器人作為搬運貨物的機器人時，因為使用的是足式行走單元，當要求放置貨物的位置要高於機器人本身的高度時，可以使用足式行走單元來實現這個功能，同時利用液壓機構升高四個液壓腿的高度，整個履帶機器人的高度就可以升高，這樣也就可以有效提高履帶機器人載貨時託舉高度。

附圖說明

圖1本發明所述的一種履帶機器人。

圖2本發明所述的一種履帶機器人的履帶行走單元的結構示意圖。

圖3本發明所述的一種履帶機器人的足式行走單元及輔助腿的結構示意圖。

圖4本發明所述的一種履帶機器人足式行走單元的液壓腿的結構示意圖。

圖5本發明所述的一種履帶機器人電源及控制系統的結構框架圖。

附圖標記：履帶行走單元-1；基礎結構底盤-2；電源及控制系統-3；足式行走單元-4；輔助腿-5；左履帶行走系統-11；右履帶行走系統-12；主動輪-111；負重輪一-112；負重輪二-113；履帶車架-14；託帶輪-115；履帶-116；誘導輪-117；電源系統-31；全姿態慣性測量單元-32；平臺穩定迴路-33；控制系統-34；左前腿-41；右前腿-42；右後腿-43；左後腿-44；轉盤-411；方形槽-412；支撐板一-413；螺紋孔-414；支撐板二-415；液壓臂-416；液壓支架-417；液壓杆-418；輔助腿活動端-51；輔助腿固定端-52。

具體實施方式

為使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體實施方式，進一步闡述本發明。

如附圖1到附圖5所示的一種履帶機器人，所述機器人包括履帶行走單元1，基礎結構底盤2，電源及控制系統3，足式行走單元4，輔助腿5。

履帶機器人行走單元1由2個同樣的履帶行走系統構成，分別為左履帶行走系統11和右履帶行走系統12；其中左履帶行走系統11和右履帶行走系統12均包括主動輪111，負重輪112、113(其分別由2個左右對稱的輪子組成，負重輪共有4個輪子)，履帶車架114，託帶輪115(由左右對稱的2個組成)，履帶116，誘導輪117(由左右對稱的2個組成)。履帶車架114起到支撐履帶行走系統11的作用。履帶行走系統11的傳動方式為，控制系統控制電機驅動主動輪111旋轉，主動輪111與履帶116接觸，並通過履帶116帶動負重輪112、113、託帶輪115，誘導輪117工作，進而實現行走。負重輪112、113的作用為支撐履帶行走系統11的重量，並將重量分布在履帶板上；託帶輪115通過支架安裝在履帶車架114上，其作用是用來將履帶116上部託起，防止履帶下垂過大，減小履帶在運動中產生的跳動和側向擺動；誘導輪117安裝在履帶車架114前部，主要用來引導履帶的行駛方向。

基礎結構底盤2的作用為支撐蓄電池及控制系統3的重量，並連接履帶機器人行走單元1。

電源及控制系統3，電源系統31，全姿態慣性測量組合imu(32)，平臺穩定迴路33，控制系統34。

電源系統31採取超級電容器和蓄電池的雙電源系統，超級電容主要是短時間快速放電(啟動，剎車，爬坡等)，超級電容器在用作履帶行走模塊的短時驅動電源時，可以在履帶機器人啟動和爬坡時快速提供大電流從而獲得大功率以提供強大的動力；在正常行駛時由蓄電池快速充電；在剎車時快速存儲發電機產生的瞬時大電流，回收能量，從而減少履帶機器人對蓄電池大電流放電的限制，延長蓄電池的循環使用壽命，提高履帶機器人的實用性。

全姿態慣性測量單元imu32，是測量物體三軸姿態角(或角速率)以及加速度的裝置。

平臺穩定迴路，是一套快速精密的伺服跟蹤系統，平臺穩定迴路保證了快速精確地跟蹤全姿態慣性測量單元imu32中提供的基礎結構底盤2在三維空間中的角速度和加速度，進而跟蹤基礎結構底盤2的姿態，並結合控制系統及足式行走單元4實現快速調整。

控制系統34，控制履帶機器人行走單元1，控制足式行走單元4，通過全姿態慣性測量組合imu32的反饋控制如轉盤411旋轉角度，壓支架417，液壓杆418的伸縮量。通過控制使履帶機器人行走具有三種模式，一是只有履帶機器人行走單元1；而是只有足式行走單元4；三是有履帶機器人行走單元1和足式行走單元4混合，通過混合方式可在一定的行走環境下保持底盤平衡。

足式行走單元4由四個相同結構的液壓腿組成，分別為左前腿41，右前腿42，右後腿43，左後腿44組成。

四個液壓腿均包括轉盤411，支撐板413、415，液壓臂416，液壓支架417以及液壓杆418。轉盤411通過方形槽412連接支撐板413、415，支撐板414、415通過螺紋孔414連接液壓臂416，液壓臂416通過液壓方式連接液壓支架417，液壓支架417通過液壓方式連接液壓杆418。

輔助腿5，包括與基礎結構底盤轉軸連接的固定端52和活動端51，其中固定端可沿基礎結構底盤的垂直平面旋轉360度。輔助腿的主要功能是，當採用足式行走時，足式行走每次需抬起一個液壓腿，如左前腿41抬起，右前腿42，右後腿43，左後腿44著地，履帶機器人容易向左發生傾斜，前後兩個輔助腿在左前腿41抬起時，活動端51旋轉至左側，並接觸地面，輔助支撐履帶機器人，防止機器人發生側翻。並且所述的履帶機器人作為搬運貨物的機器人時，因為使用的是足式行走單元，當要求放置貨物的位置要高於機器人本身的高度時，可以使用足式行走單元來實現這個功能，同時利用液壓機構升高四個液壓腿的高度，整個履帶機器人的高度就可以升高，這樣也就可以有效提高履帶機器人載貨時託舉高度

履帶機器人的足式行走軌跡為平行四邊形，即足式行走單元4的四個液壓腿的支撐板需要兩兩平行。

本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發明，而並非用作為對本發明的限定，只要在本發明的實質精神範圍內，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發明的權利要求範圍內。