[发明专利]一种具备复杂地形自适应功能的特种机器人及其运动作业方法

权利要求书

1.一种具备复杂地形自适应功能的特种机器人，其特征在于：包括履带式底盘、减震悬挂组件、悬挂自适应调整组件和电控组件；

所述履带式底盘包括底盘本体，底盘本体为框架式结构，在底盘本体的两侧面设置有悬挂支撑侧板，在底盘本体的顶面、底面、前端面和后端面均设置有固定盖板；

所述减震悬挂组件共设置两套，分别位于履带式底盘的两侧；减震悬挂组件包括悬挂本体和履带，在悬挂本体的两端分别设置有主动轮和从动轮，在悬挂本体的上部间隔设置有托带轮，在悬挂本体的底部间隔设置有负载轮，负载轮与用于控制其张紧履带的张紧机构连接，所述履带绕设于由托带轮、主动轮、从动轮和负载轮组成的外轮廓上；

所述悬挂自适应调整组件共设置两套，分别位于底盘本体的两侧靠后位置处，每一套减震悬挂组件对应一套悬挂自适应调整组件，悬挂自适应调整组件用于实现对减震悬挂组件的角度调整；

所述悬挂自适应调整组件包括转向电机、主齿轮、副齿轮、转向齿轮、动力传递机构和固定机构；所述转向电机包括第一转向电机和第二转向电机，第一转向电机和第二转向电机平行放置，且均设置于悬挂支撑侧板的后端；所述主齿轮包括第一主齿轮和第二主齿轮，所述副齿轮包括第一副齿轮和第二副齿轮，第一主齿轮、第二主齿轮分别设置于第一转向电机、第二转向电机的转轴上，且分别与第一副齿轮、第二副齿轮啮合，转向齿轮设置于第一副齿轮和第二副齿轮之间，并与第一副齿轮和第二副齿轮分别啮合；转向齿轮的中心与空心轴的一端连接，空心轴的另一端固定连接于悬挂本体的后端；

所述动力传递机构包括主动轴、万向节和从动轴，万向节连接在主动轴和从动轴之间；

所述固定机构包括第一固定杆和第二固定杆，第一固定杆为T型空心杆结构，第一转向电机和第二转向电机连接在第一固定杆的尾端，第一副齿轮和第二副齿轮分别连接在第一固定杆的前端两端头处，第一副齿轮和第二副齿轮间通过刚性轴连接，刚性轴从第一固定杆的前端穿过，在刚性轴的两端外侧均设置有轴套；第二固定杆呈U形结构，其横跨第一副齿轮和第二副齿轮，且第二固定杆的两端分别固定于刚性轴穿过第一副齿轮和第二副齿轮两端外侧的轴套上，在第二固定杆的中心对应转向齿轮的中心处连接有固定座，与转向齿轮相连的空心轴垂直穿过固定座，且空心轴能相对于固定座自由转动；

所述电控组件包括控制器、传感器、驱动器和动力电机，控制器连接传感器和驱动器，驱动器分别与动力电机和转向电机相连接，所述动力电机与动力传递机构的主动轴相连接，动力传递机构的从动轴与减震悬挂组件的主动轮相连接。

2.根据权利要求1所述的一种具备复杂地形自适应功能的特种机器人，其特征在于：所述电控组件设置在底盘本体上，所述悬挂支撑侧板和固定盖板共同围拢形成用于保护电控组件的空间。

3.根据权利要求1所述的一种具备复杂地形自适应功能的特种机器人，其特征在于：所述第一主齿轮、第二主齿轮、第一副齿轮、第二副齿轮和转向齿轮均为伞齿轮；第一副齿轮和第二副齿轮的轴线重合，且垂直于第一主齿轮和第二主齿轮的轴线，转向齿轮的轴线平行于第一主齿轮和第二主齿轮的轴线。

4.根据权利要求1所述的一种具备复杂地形自适应功能的特种机器人，其特征在于：所述传感器为激光传感器或视觉传感器，传感器设置于履带式底盘的前端，用以探测地面障碍物或路面形状；控制器通过对路面参数采集并决策，控制驱动器实现对动力电机控制；动力电机共设置两套，左右对称设置于底盘本体后端两侧，通过减速箱后，输出轴通过联轴器与动力传递机构的主动轴连接。

5.如权利要求1-4中任一权利要求所述的一种具备复杂地形自适应功能的特种机器人的运动作业方法，其特征在于步骤如下：

A特种机器人常规运动作业方法

当传感器检测到特种机器人前方待通过路面平整时，控制器分析决策后，仅驱动两套动力电机运动，而转向电机不动作；

具体的，

(1)特种机器人直线前进运动作业方法

①控制器通过控制驱动器，实现对两套动力电机的正向转动驱动；

②动力电机将动力传递至主动轴，左右两套悬挂自适应调整组件中的主动轴均正转；

③主动轴通过万向节将动力传递至从动轴上，从动轴正转；

④从动轴转动时，带动主动轮正转，从而拖动履带正向向前滚动铺设，驱动履带式底盘直线前进；

(2)特种机器人直线后退运动作业方法

①控制器通过控制驱动器，实现对两套动力电机的反向转动驱动；

②动力电机将动力传递至主动轴，左右两套悬挂自适应调整组件中的主动轴均反转；

③主动轴通过万向节将动力传递至从动轴上，从动轴反转；

④从动轴转动时，带动主动轮反转，从而拖动履带正向向后滚动铺设，驱动履带式底盘直线后退；

(3)特种机器人差速转弯运动作业方法

①控制器通过控制驱动器，实现对两套动力电机的同时正向或反向转动驱动，但两套动力电机转动速度有差异；

②动力电机将动力传递至主动轴，左右两套悬挂自适应调整组件中的主动轴实现差异性转动；

③主动轴通过万向节将动力传递至从动轴上，从动轴转动；

④从动轴转动时，带动主动轮转动，从而拖动履带滚动铺设，由于左右两侧的动力电机转速差异原因，动力传递至主动轮的转动速度也存在差异，从而导致履带滚动转动速度不同，实现驱动履带式底盘转弯前进；

⑤通过控制左右两套动力电机的转动方向，重复步骤①-④，可实现对履带式底盘的向左或向右转弯运动；

(4)特种机器人原地转圈运动作业方法

①控制器通过控制驱动器，实现对两套动力电机的一正一反转动驱动；

②动力电机将动力传递至主动轴，左右两套悬挂自适应调整组件中的主动轴实现一正一反转动；

③主动轴通过万向节将动力传递至从动轴上，左右两套从动轴也一正一反转动；

④从动轴转动时，带动主动轮转动，从而拖动履带滚动铺设，由于左右两侧的动力电机转速相反原因，动力传递至主动轮的转动速度也相反，从而导致履带滚动转动速度大小相同、方向相反，从而实现驱动履带式底盘转弯；

⑤通过控制左右两套动力电机的转动方向，重复步骤①-④，可实现对履带式底盘的向左或向右原地转圈运动；

B特种机器人自适应越障运动作业方法

当传感器检测到机器人前方待通过路面复杂不平整时，控制器分析决策后，按照上述步骤中常规的动力驱动方法驱动机器人运动的同时，还通过驱动器驱动悬挂自适应调整组件对减震悬挂组件作如下控制动作，从而实现对复杂恶劣路况的自适应越障通过功能，具体的，

(1)特种机器人经过∨型路面作业方法

对于处于履带式底盘左侧的减震悬挂组件、悬挂自适应调整组件来讲，

①控制器通过传感器检测到特种机器人即将通过截面呈∨型的路面时，控制器控制驱动器驱动左侧的第一转向电机、第二转向电机分别反转和正转，此时第一副齿轮、第二副齿轮同时正向旋转；

②与第一副齿轮、第二副齿轮相啮合的转向齿轮不自旋，此时转向齿轮随第一副齿轮、第二副齿轮的轴心作正向摆动运动；

③与转向齿轮的空心转轴相连的左侧悬挂本体绕副齿轮的轴心正向转动，从而带动减震悬挂组件相对履带式底盘的偏转角增大，最终实现减震悬挂组件对∨型路面的贴合适应；

④对于右侧的减震悬挂组件、悬挂自适应调整组件来讲，与上述过程相同；

(2)特种机器人经过∧型路面作业方法

对于处于履带式底盘左侧的减震悬挂组件、悬挂自适应调整组件来讲，

①控制器通过传感器检测到特种机器人即将通过∧型路面时，控制器控制驱动器驱动左侧的第一转向电机、第二转向电机分别正转和反转，此时第一副齿轮、第二副齿轮同时反向旋转；

②与第一副齿轮、第二副齿轮相啮合的转向齿轮不自旋，此时转向齿轮随第一副齿轮、第二副齿轮的轴心作反向摆动运动；

③与转向齿轮的空心转轴相连的左侧悬挂本体绕副齿轮的轴心反向转动，从而带动减震悬挂组件相对履带式底盘的偏转角减小，最终实现减震悬挂组件对∧型路面的贴合适应；

④对于右侧的减震悬挂组件、悬挂自适应调整组件来讲，与上述过程相同；

(3)特种机器人经过前低后高的╱型路面作业方法

对于处于履带式底盘左侧的减震悬挂组件、悬挂自适应调整组件来讲，

①控制器通过传感器检测到特种机器人即将通过╱型路面时，控制器控制驱动器驱动左侧的第一转向电机、第二转向电机同时反转，此时第一副齿轮、第二副齿轮分别反向和正向旋转；

②与第一副齿轮、第二副齿轮相啮合的转向齿轮开始自旋，转向齿轮反向旋转；

③与转向齿轮的空心转轴相连的左侧悬挂本体绕转向齿轮逆时针旋转，从而实现对减震悬挂组件的俯仰角减小调节，适应前低后高的╱型路面，提高减震悬挂组件对╱型路面的贴合适应能力；

④对于右侧的减震悬挂组件、悬挂自适应调整组件来讲，与上述过程相同；

(4)特种机器人经过前高后低的╲型路面作业方法

对于处于履带式底盘左侧的减震悬挂组件、悬挂自适应调整组件来讲，

①控制器通过传感器检测到特种机器人即将通过╲型路面时，控制器控制驱动器驱动左侧的第一转向电机、第二转向电机同时正转，此时第一副齿轮、第二副齿轮分别正向和反向旋转；

②与第一副齿轮、第二副齿轮相啮合的转向齿轮开始自旋，转向齿轮正向旋转；

③与转向齿轮的空心转轴相连的左侧悬挂本体绕转向齿轮顺时针旋转，从而实现对减震悬挂组件的俯仰角增大调节，适应前高后低的╲型路面，提高减震悬挂组件对╲型路面的贴合适应能力；

④对于右侧的减震悬挂组件、悬挂自适应调整组件来讲，与上述过程相同；

(5)特种机器人经过其它各类复杂路面的作业方法

当传感器检测到机器人前方待通过路面复杂不平整时，控制器分析决策后，按照上述步骤B中的(1)-(4)中某一个或多个组合的驱动方法实现对左右两侧的减震悬挂组件的俯仰角和偏转角调整，从而适应不同的复杂地面环境。