[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，具体为一种改进的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，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、要实现的具体功能等技术指标进行综合性能分析，设计出一套最优机械结构，使机器人能够实现规定的动作和相应的控制。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。单一的行进方式各有其特点和缺点，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，新型探测车复合式移动系统结构设计及运动分析(尚伟燕等，机械科学与技术，第28卷第7期2009年7月)、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；再例如，翻滚型轮腿式移动机器人(刘方湖等，上海交通大学学报，第32卷第5期2001年10月)、轮腿式机器人倾覆稳定性分析与控制(田海波等，机器人学报，第31卷第2期2009年3月)采用的是轮腿复合式移动平台。

现有的轮腿机器人主要有以下几种：1，以美国Mars Rover火星探测车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，车身距离地面距离太小，在复杂地形环境下必须频繁抬腿越障，行进效率不高，能耗较大。2，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。3，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，虽然其越障能力也较强，但需要八个电机和四个万向轮，功耗较大，并且因为其体积较小，负载能力和续航能力较差。

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，跨越壕沟，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，该机器人平台包括车身、前车体和后车体、前轮腿系统和后轮腿系统，其特征在于：

所述前轮腿系统包括转向系统和前摆腿系统两个子系统，转向系统包括转向电机、转向机构和转向车轮；前摆腿系统包括前摆腿电机、前轮腿支架和前摆腿车轮，两个子系统都安装在前车体上；前车体利用从其前箱体后部伸出的前短轴与车身连接；所述转向机构是一平面四杆机构，安装在前箱体的下部，通过前箱体下部的通孔伸出车体的下壁，连杆的两端通过销钉分别与两侧转向车轮的转角销轴连接，实现转向车轮的同向转向，转向车轮通过固定在前箱体侧壁的前轮腿支架与前箱体连接；所述前轮腿支架通过前箱体两侧的通孔伸出，外部左右两端分别安装一个前摆腿车轮，前摆腿车轮可以相对于前箱体做一定范围内的旋转运动；转向电机和前摆腿电机分别安装在前箱体内的适当位置，并通过齿轮连接将运动传递给转向机构和前轮腿支架，实现转向和摆腿；