[发明专利]履带式六自由度移动机器人

说明书

技术领域

本发明属于地面移动机器人技术领域，具体涉及一种高机动性能的履带式六自由度移动机器人，能应对复杂的地形，如建筑物内部的台阶、楼梯、具有障碍物的环境，以及建筑物坍塌后的废墟环境，该机器人能够应用在灾难事故现场的勘察、搜救等任务中，为搜救人员提供重要的第一手信息。

背景技术

自然灾害和人为灾害因其破坏性的巨大一直让人望而生畏，而灾害后的勘察、搜救工作是尤为重要的，但是往往在重大灾难发生后，现场环境过于复杂，具有很多未知的危险，如核辐射、化学物质泄漏、生化污染、高温、高湿、破败建筑二次坍塌等，超出了人类能够处理的能力范围，因此研究灾难后进行现场勘察、搜救和处理的机器人成为了国际上移动机器人领域的一个热门话题。通常，移动机器人有轮式、足式、履带式等，它们各有其特点，履带式机器人由于其地面适应性强，控制相对方便，在勘察、搜救任务中应用广泛。

传统的履带式机器人为二自由度或三自由度，即只有两个主运动模块或两个主运动模块加一对同时运动的摆臂，这样简化了设计难度，但在机动性能方面显露出一些不足，表现为越障高度受限、下楼时运动不稳定等；传统的履带机器人的履带机构多与机器人主体分离，方便了机器人主体设计，但是不够紧凑的设计使其接地面积不够，影响其在非结构环境的移动性能；传统的履带机器人多采用齿轮或链传动，使之有重量增加、传动不稳定的问题；传统的履带机器人的控制、电源等部件多直接与机架连接，不利于重要部件的保护，也给安装调试带来了不便。为了更好地完成勘察、搜救任务，设计机器人时需要克服以上不足，做出合理的设计，提高机动性能。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种履带式六自由度移动机器人，达到结构紧凑、重量较轻、机动性能好。为达到上述目的，本发明对机器人本体的设计要求是：

1.      在满足机器人设计要求的基础上，尽量减轻机器人的自重；

2.      在满足机器人设计要求的基础上，方便机器人的安装和拆卸；

3.      在满足机器人设计要求的基础上，尽量使机器人结构紧凑，使机器人具有相对一般履带式机器人有更好的机动性能；

4.      在满足机器人设计要求的基础上，使得机器人较传统的履带机器人有着更强的灵活性，并增强机器人的地面适应性；

5.      使机器人内部器件得到保护，方便机器人内部器件的安装；

6.      使机器人调试起来更加方便。

  为达到上述要求，本发明的构思是：

1.      机器人机身采用铝合金制作，并开减重孔，使用同步带传动代替传统的齿轮传动和链传动，从而减轻机器人的自重；

2.      构成机器人机架的主要零件的连接方式为螺纹连接，要充分考虑安装定位和整体的刚性，要求电机固定块和主同步带支座组均在前后方面可调，方便机器人的安装和拆卸；

3.      将机器人的两组主运动模块与机架设计为一个整体，控制两个主运动模块自由度的电机在机器人前后各布置一个，利用空间上的交错使结构紧凑，选用较宽的履带增大机器人的触地面积；

4.      设计一款履带式六自由度机器人，包括两个主运动模块和四个摆臂运动模块，每个自由度都能独立控制，增强机器人的灵活度，四个摆臂模块更增强了机器人对地面的适应性；

5.      将机器人的机架和内部控制箱视作不同的模块来设计，机架在保证强度的前提下，增大内部空间，并预留内部控制箱缓冲零件的安装空间。控制箱的设计应尽量将机器人的内部器件保护起来，并要考虑考虑机器人的充电方式，使其不需要拔下电池即可充电；

6.      角度传感器用于标定机器人的摆臂位置。

根据上述发明构思，本发明采用以下的技术方案：

一款履带式六自由度机器人，包括机架、两组主运动模块、四组摆臂运动模块、控制箱及传感部件。机器人大部分均以履带包覆，两组主运动模块及其电机在机器人的中部，呈中心对程布置，每个主运动模块与其电机之间均通过同步齿形带传动，四组摆臂运动模块及其电机在机器人的左前、左后、右前、右后四个位置，呈左右对称布置，每个摆臂运动模块与其电机之间均通过同步齿形带传动。