[发明专利]一种轮腿复合式移动机器人平台

说明书

技术领域

本发明涉及机器人技术，具体为一种轮腿复合式移动机器人平台。

背景技术

轮式移动机器人平台的优点是高速高效，缺点是地形适应能力差。为了适应复杂的地形环境，现在很多机器人都不单单采用轮式移动机构，更多的是采用轮履式、轮腿式或是轮履腿式等复合移动机构。复合移动机器人平台在不同环境下采用不同的行进策略，极大地提高了机器人的前进速度和地形适应能力，成为当今室外机器人发展的一个主要方向。移动机器人平台是一个基础平台，其上可搭载控制系统、检测系统和机械手等其他部分，可以实现许多普通机器人难以实现的功能。机器人平台是一个独立的模块，和其他平台之间相互独立，便于二次开发和改装，应用范围很广。

机器人移动平台系统要解决的实质问题是，通过对机器人的工作环境、要实现的功能等技术指标进行综合分析，设计出一种最优机械结构，使机器人实现特定的功能。移动平台系统设计的首要问题是确定其行进方式，单一的行进方式主要有轮式、腿式和履带式。单一的行进方式由于不能满足复杂地形的要求，因而现在大都采用两种以上的复合行进方式，这样的机器人平台对复杂地形具有更强的适应能力。例如，新型四轮腿式月球车轮腿结构设计及分析(尚伟燕等，武汉理工大学学报(交通科学与工程版)第32卷第5期2008年10月)、轮腿式机器人的转向特性及控制策略的研究(邓乃上等，机械科学与技术，第28卷第2期2009年2月)采用的是轮腿复合式移动平台；又例如，轮履复合式探测车避障系统研究(尚伟燕等，传感器与微系统，第28卷第5期2009年)、轮履复合式军用地面探测车运动学建模及分析(尚伟燕等，航空动力学报，第24卷第10期2009年10月)采用的是轮履复合式移动平台；还例如，腿履复合机器人自主越障分析与动作规划(王伟东等，哈尔滨工业大学学报，第41卷第5期2009年5月)采用的是腿履复合式移动平台。

现有的轮腿机器人主要有以下几种：1，以美国Sojourner火星探测者为代表的六轮腿移动机器人，这类机器人可跨越高于其轮径的障碍，但受其结构的限制，车轮较小，不能跨越高于底盘高度的障碍，在复杂地形环境下必须频繁抬腿越障，行进效率不高，且跨越凹坑的能力不强。2，以清华大学设计的轮腿可变结构移动机器人为代表，这类机器人可实现轮、腿、轮腿复合式运动，越障能力也较强，但其至少需要八个电机和四个万向轮，功耗较大，并且只能做的比较小，负载能力和续航能力较差。3，以上海交通大学三角叉式轮腿机器人为代表，这类机器越障能力较强，控制简单，但其在平整地形采用和复杂地形采用相同的行进方式，效率低下，并且底盘振动剧烈，机器人平台寿命不长。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种轮腿复合式移动机器人平台，该平台能满足在野外复杂环境下工作的多种要求，能够实现爬坡，越障，在非平整地形下实现平稳前进等。在实现所述功能要求的前提下，本发明机器人平台具有结构简单，控制容易，耗能较低等特点。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计一种轮腿复合式移动机器人平台，该机器人包括机架、前部轮腿系统和后部轮腿系统，

前部轮腿系统包括前轴、三个前轮腿，前电机以及齿条和前传动系统；所述前轴安装在机架的前部，前轴的两个轴端分别伸出机架的两个侧壁；所述三个前轮腿包括两个前边轮腿和一个支撑轮腿，两个前边轮腿对称安装在所述的两个轴端上，支撑轮腿与安装在滑槽内的齿条采用销连接，滑槽安装在机架的前端内，垂直于前轴，齿条垂直于地面，支撑轮腿可以相对于机架做上下垂直运动，同时在水平面内可以绕销做360°自由旋转；所述的前轴通过齿轮与齿条连接，使支撑轮腿与轮腿实现同步动作；前电机安装在机架的一个侧壁上，通过前传动系统与前轴驱动连接；

后部轮腿系统由摆腿系统和驱动系统两个子系统组成，安装于机架的后部；摆腿系统包括轴架、后轴、配轴，两个相同的轴套，四个相同的后轮腿和两台相同的第一组后电机以及后传动系统；所述后轴和配轴安装在轴架上，后轴的两端分别活套安装有一个轴套；后轴和轴套之间通过配轴和后传动系统连接起来，实现同轴换向功能；两个轴套之间同速同向；所述四个轮腿每两个一组，按“人”字型排布，分别安装于后轴的两端及轴套的外端；一台后电机固定在轴架上，并通过后传动系统与后轴驱动连接，建立以轴架为基础的摆腿系统；另一台后电机通过齿轮与轴架连接，带动整个后部轮腿系统转动；