[实用新型]一种模块化的轮距和轮向可变的双轮驱动移动机器人

说明书

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，具体涉及种模块化的轮距和轮向可变的双轮驱动移动机器人。

背景技术

移动机器人是国内外研究最早、应用最广的一类机器人，是机器人研究中一个经久不衰的热点。正是移动机器人的机动性使机器人的活动范围和应用领域大大扩展。移动机器人包括轮式、履带式和足式等多种移动形式的机器人。履带式移动机器人由履带驱动，接触面较大，特别适合于非结构化或松软的沙土等地面移动，其越障性和越野性良好。然而这种机器人所需的驱动力大、能耗高；结构复杂、体积和重量都较大。相对而言，轮式移动机器人的移动和转向灵活和轻巧，速度也较快，与人们的工作和生活最接近。轮式移动机器人轮子数目不等，有独轮、双轮、三轮至六轮，甚至八轮。一般而言，轮子越多，机器人越稳定，负载可以更大，但相应的机体也就越大，耗能越多，运动不灵活。独轮移动机器人(包括球形机器人)运动非常灵活轻便，但受驱动和结构的限制只适合在比较平的地面上滚动。而且这种机器人往往只能避障而难以越障，其作业能力很有限。双轮移动机器人不像自行车那样两轮前后分布而是左右同轴并列，这样的布局使其拐弯半径可以为零，在最近几年受到广泛关注。美国明尼苏达大学研制了一种微型双轮机器人，比手掌还小，可单独使用，也可作为子机先被较大的机器人母机运载，到达目的地后离开母机独立执行侦察任务。常规大小的最典型的双轮直立机器人产品是美国的Segway，已用于载人运送服务。日本玉川大学和产业技术综合研究院联合研制出的PMP也可以载人，美国斯坦福大学研制了Segbot。受Segway的启发并以之为参考，新加坡南洋理工大学、瑞士联邦工学院和台湾中央大学也开发了类似的系统，中国科技大学也研制出样机。这类机器人除了具有较大的实用价值外，其平衡控制象倒立摆一样在研究上饶有趣味性和挑战性。三轮机器人比之多轮机器人简单，而又具有独轮机器人和双轮机器人无法比拟的稳定性，容易实现全方位移动，因而得到了广泛应用(尤其是在室内)。四轮移动机器人研究最早、技术最成熟，安装Mecanum轮可以实现全方位移动，样机和产品不胜枚举。除了在地面上应用外，多轮移动机器人在星球表面探测上也广泛采用，例如日本东芝公司和原电子技术研究院研制的火星探测机器人有四个轮子，而美国宇航局NASA开发的“索杰纳”、“勇气号”和“机遇号”火星探测机器人，法国Cybernetix公司和CNES共同研制的火星探测机器人则都有六个轮子。日本东京工业大学开发了多种移动机器人。其极具创意的SMC Rover机器人系统使用母体时，可以作为多轮移动车辆使用，因为其每个轮子单元(Uni-Rover)可以自由地卸下和脱离母体，而每个Uni-Rover又是一个独立的小型独轮移动机器人，其与母体连接用的部件则有三个平行转动轴，因而可以作为Uni-Rover的三自由度带夹持器的操作臂！通过这个操作臂和夹持器还可以将若干个Uni-Rover依次连接而组成串联式多节多轮移动机器人。由于SMC Rover的母体上安装有太阳能电池，该系统可望用于星球表面探测。虽然到目前为止，有多种多样的轮式移动机器人被开发出来，但其机动灵活性还未令人满足。如果机器人轮子之间的距离和方向能够改变，必定增强机器人的机动灵活性和对各种地面的适应性。认识到这点后，北京航空航天大学机器人研究所研制了一种由平行六边形机构为机架的变结构轮腿复合式四轮移动机器人，并已获得中国专利(专利号：ZL 200310117170.X)。增加变轮距功能，提高移动机器人的机动性和灵活性是移动机器人的发展方向之一。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服目前轮式移动机器人的本体构型固定、轮距不能变等缺点，为提高移动机器人的机动性和灵活性、增强对环境的适应性而提供一一种模块化的轮距和轮向可变的双轮驱动移动机器人。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：