[发明专利]单自由度轮/履形态可重构行走机构

说明书

本发明涉及一种单自由度轮/履形态可重构行走机构，其包括轮体架、驱动装置、行走装置和形态转换装置，轮体架包括两个对称设置的辐板组件、上连接件和下连接件，两个辐板组件的对称面为横向对称面，辐板组件包括外轮辐板和两个从动齿轮，两个从动齿轮的对称面为纵向对称面，驱动装置包括驱动主轴和两个驱动齿轮，行走装置包括两个结构相同的内齿轮，两个从动齿轮分别与两个内齿轮啮合传动，形态转换装置包括驱动液压缸、两个对称布置的收展机构和中心连接件，通过两个收展机构的收展变形可以实现行走机构轮/履运动形式的切换。本发明为过约束机构，刚度高，稳定性高，越障性能好，可应用于灾后救援机器人移动越障机构等。

技术领域

本发明属于机器人机构学技术领域，特别是涉及一种单自由度轮和/或单自由度履形态可重构的行走机构。

背景技术

移动机器人机构是机器人学的一个重要分支，随着机器人技术的发展，人们对移动机器人不仅仅停留在轮式行走机构或者履带式行走机构方面，而是要求有具有多功能、智能化的移动机器人面世，应用到更多的领域上去。这些领域包括灾难性事件的搜救与救援、太空探测或未来小行星开采。移动机器人在执行星球探测、战场侦察、排爆、灾难救援等任务时，所处的作业环境大多为地面环境比较复杂且不可预测的非结构环境，这对移动机构本身的运动灵活性、越障性和环境适应性等特性提出了更高的要求。

消防救援机器人在应用上仍是国际空白，其中最关键的一个因素就是移动机构不能适应复杂多变的灾后环境。传统的轮/履移动机器人多采用轮/履更换式以及轮/履组合式，其中轮/履更换式移动机器人进行轮/履更换时间较长；轮/履组合式移动机器人结构复杂且制造和维护的成本较高。相对于传统的轮/履移动机器人来说，可重构轮/履变结构机器人能根据工作环境的变化改变自身构型，从而具有更强的适应性，只采用一套耦合可重构的机构，结构简单且紧凑，可以快速实现轮/履的切换；集轮式行走机构的高速型和履带式行走机构的高越障性与一体，更加适应复杂且不可预测的非结构环境。当遇到坚硬平坦的路面时，机器人以轮式行走机构高速通过；当遇到沙滩等松软环境以及凹凸不平的路面等环境时，机器人以履带式行走机构行走，当遇到台阶以及楼梯等障碍路况时，机器人以轮/履中间状态进行越障。

目前，对轮/履形态可重构机构的研究成为了移动机器人的主要研究方向，崔玉宁等研究的并行四杆机构可以实现轮/履的转换；郭文增等研究的四杆机构实现轮/履的转换打开机构的原理与上述方案的原理相同，但是驱动机构进行了改进，车轮是由内齿圈代替，前进的运动由内齿轮与外齿轮的啮合实现，这样对驱动机构进行了优化，但是车轮的机构变得复杂；胡军中等研究的以双液压缸驱动伸展轮实现轮/履的转换，这种机构改进了以上方案，优化了驱动机构，但因是两个液压缸驱动，对称性不能保证，并且液压缸还需要独立的能源，传动的精确性也不能保证。

随着各类复杂环境的需求，出现了各种轮/履变形移动机器人，而有些移动机器人在轮/履变形过程中以及变形之后的刚度以及强度较低，整体结构的可靠性低。因此，亟需在现有轮/履收展机构基础上研制出具有高刚度、高稳定性、变形时间短等性能的轮/履收展机构，以满足各种复杂环境的需求。

发明内容

针对以上情况，本发明提供一种单自由度轮/履形态可重构行走机构，具有高刚度、高稳定性、轮/履变形时间短等优良性能，其实施方式可靠性高，可应用于消防救援机器人移动越障机构。