本發(fā)明涉及移動機器人技術(shù)，具體是提供一種移動機器人的復(fù)合式驅(qū)動系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

移動機器人運動機構(gòu)的主要應(yīng)用方式體現(xiàn)在輪式、履帶式、腿式及其三者的復(fù)合形式，輪式移動機器人的運動機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、運動靈活、速度快，但其在地形適應(yīng)能力和越障方面的能力，限制了輪式移動機器人的應(yīng)用范圍；履帶式機器人的運動機構(gòu)，相對于輪式移動機器人，以其較好的地形適應(yīng)和越障方面的能力，成為移動機器人運動機構(gòu)應(yīng)用的主要方向，但其相對復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和相對較低的運動速度限制了其運動反應(yīng)速度；腿式移動機器人的運動機構(gòu)，具有仿生學(xué)的特征，腿式運動機構(gòu)能滿足特殊場合的行走要求，適應(yīng)環(huán)境能力較強，但是也存在機構(gòu)繁多、控制復(fù)雜、運動緩慢、制造困難等弱點。

移動機器人各種運動機構(gòu)的復(fù)合形式，是當(dāng)前移動機器人運動機構(gòu)研究和應(yīng)用的主要方向，其中、履帶式運動機構(gòu)與輪式運動機構(gòu)的復(fù)合形式是優(yōu)選的應(yīng)用方向，履帶式移動機器人在極限和復(fù)雜環(huán)境中替代人類作業(yè)的應(yīng)用前景毋容置疑，針對復(fù)雜路況的輪、履帶結(jié)構(gòu)的研究和應(yīng)用，需要解決的是：現(xiàn)有的輪、履帶結(jié)構(gòu)的移動機器人在通過復(fù)雜路面時，輪、履帶接觸面容易嵌入碎石泥土等固體雜質(zhì)，導(dǎo)致履帶打滑以及輪軸變形等一系列問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明既是要針對上述的問題，提供一種新穎的履帶與車輪復(fù)合式移動機器人的驅(qū)動機構(gòu)，使移動機器人同時具有輪式、履帶式移動機器人的優(yōu)點，在運動速度、越障能力和靈活性等方面，有較大的改進，以適用于多種場合的作業(yè)要求。

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題

實現(xiàn)本發(fā)明的目的，即是要解決：在一個成熟應(yīng)用的履帶式移動機器人的驅(qū)動機構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加一個依賴機器人動擺賦予作業(yè)位置的、具有偏心結(jié)構(gòu)的、輔助履帶運動的輪式機構(gòu)，在不改變履帶驅(qū)動參數(shù)的情況下，使得移動機器人具有更高的運動速度。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是

在一個成熟應(yīng)用的履帶式移動機器人驅(qū)動機構(gòu)上，增加了一個依賴機器人動擺賦予其作業(yè)位置的、具有偏心結(jié)構(gòu)的、輔助履帶運動的輪式機構(gòu)；其支撐結(jié)構(gòu)設(shè)置在機器人的動擺上；與履帶驅(qū)動輪具有一定的偏心距；依賴履帶驅(qū)動輪的動力；將履帶驅(qū)動輪的運動，通過一個增速設(shè)置，傳送給輪式運動機構(gòu)；依賴機器人動擺的姿態(tài)，實現(xiàn)輪式運動機構(gòu)的運動輪接觸地面的踏面，作用優(yōu)先于履帶接觸地面的踏面；實現(xiàn)同一驅(qū)動源的運動輪、以高于履帶的速度運動。

有益效果

由于采用了依賴機器人動擺的姿態(tài)，實現(xiàn)輪式運動機構(gòu)的運動輪接觸地面的偏心結(jié)構(gòu)，同時提高了運動輪的運動速度，使得本發(fā)明的移動機器人的復(fù)合式驅(qū)動系統(tǒng)，以簡單的結(jié)構(gòu)、獲得可觀的效果。

附圖說明

下列附圖是本發(fā)明的一個實施例的附圖

圖1是以行輪著地行走的狀態(tài)圖

圖2是履帶和行輪同時著地的對比圖

圖3是圖2的左視圖

圖4是行走驅(qū)動單元和動擺驅(qū)動單元的一體結(jié)構(gòu)圖

圖5是行走驅(qū)動單元結(jié)構(gòu)圖

圖6是動擺驅(qū)動單元結(jié)構(gòu)圖。

在圖1、圖2、圖3中

1、履帶前導(dǎo)輪 2、動擺I 3、履帶導(dǎo)板 4、履帶

5、履帶驅(qū)動輪 6、動擺擺動角 7、行輪 8、行輪偏心距 L

9、行輪偏心角 10、大鏈輪I 101、傳動鏈 11、小鏈輪

12、地面 13、本體 14、行輪支撐架 I15、履帶壓輪。

在圖4、圖5、圖6中

2、動擺I 7、行輪 14、行輪支撐架I 141、行輪軸

16、軸端擋片1 7、行輪驅(qū)動小齒輪 171、螺栓II1 72、墊圈II

173、軸承I 174、螺栓III 175、墊圈III 18、行輪驅(qū)動大齒輪

181、螺栓IV 182、墊圈IV 19、行輪踏面 20、軸瓦

21、襯片 22、履帶驅(qū)動輪座I 221、軸擋圈I 222、螺栓V

223、墊圈V 224、軸承II 23、諧波減速器I齒圈 24、軸承擋圈I

25、大鏈輪II 251、螺栓VI 252、墊圈VI 26、架板I

27、電位計輪 271、電位計 272、齒形帶 273、頂絲I

274、螺釘IV 28、架板軸承I 29、結(jié)合筒 291、螺栓VII

292、墊圈VII 30、聯(lián)軸套 301、平鍵I 302、平鍵II

31、動擺II 32、架板軸承II 33、履帶隨動輪座II

331、履帶隨動輪支撐軸 332、螺栓XIV 333、墊圈XIV

34、架板II 341、螺釘V 342、螺栓VIII 343、墊圈VIII

35、履帶隨動輪 351、軸承III 352、軸擋圈II 353、頂絲II

354、螺栓IX 355、墊圈IX 36、行輪支撐架II 37、軸承擋圈II

38、諧波減速器II齒圈 381、螺栓X 382、墊圈X

39、諧波減速器II波發(fā)生器 391、諧波減速器II柔性齒輪40、行星減速器

401、螺栓XI 402、墊圈XI 41、動擺驅(qū)動電機 411、螺栓XII

412、墊圈XII 42、履帶驅(qū)動電機 421、螺栓XIII 422、墊圈XIII

423、平鍵III 424、諧波減速器I波發(fā)生器 425、諧波減速器I柔性齒輪

501、螺栓I 502、墊圈I 503、螺釘I。

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

圖1顯示了本發(fā)明一個實施例的，以行輪著地行走的狀態(tài)圖，既是當(dāng)機器人動擺I（2）和動擺II（31），向上收到極限位置時，因行輪（7）與履帶驅(qū)動輪（5）及履帶隨動輪（35）所形成的行輪偏心距 L（8），使得行輪（7）的輪緣的行輪踏面（19），突出于履帶驅(qū)動輪（5）和履帶隨動輪（35）上的履帶，優(yōu)先與地面接觸，因此形成以行輪（7）著地行走的方式。

圖 2 、圖 3輔助圖 1，顯示了行輪著地時與履帶形成的高度差，顯示出偏心的構(gòu)造形式，實現(xiàn)了行輪（7）優(yōu)先于履帶著地點的目的。

圖 4 中所示的、行走驅(qū)動單元和動擺驅(qū)動單元，分別安裝在結(jié)合筒（29）的兩端，構(gòu)成了依結(jié)合筒（29）成為一體的結(jié)構(gòu)形式，一式兩件，分別設(shè)置在移動機器人的前后兩端、呈對角布置，即：如果行走驅(qū)動單元設(shè)置在I 、III象限的位置，則動擺驅(qū)動單元設(shè)置在I I、IV象限的位置，二者通過架板 I (26) 和架板 II (34) 組合成一體，并關(guān)聯(lián)到移動機器人的本體(13)上。

圖 5 顯示了行走驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)圖，依圖 5所示，履帶驅(qū)動電機 ( 42 )，以螺栓XIII （421）和墊圈 XIII（422），連接到履帶驅(qū)動輪座 I（22）上；諧波減速器I 齒圈（23）之定圈，以螺栓V （222）和墊圈 V（223）連接到履帶驅(qū)動輪座 I（22）上；諧波減速器I 齒圈（23）之動圈，以螺釘（503）連接到履帶驅(qū)動輪（5）上；軸承 II（224）和軸承擋圈I（24）串聯(lián)安裝在履帶驅(qū)動輪座 I（22）上，并以軸擋圈I（221）定位；諧波減速器I波發(fā)生器（424）通過平鍵III（423）與履帶驅(qū)動電機 ( 42 )的電機軸相關(guān)聯(lián)；諧波減速器I 柔性齒輪（425）安裝在諧波減速器I 齒圈（23）和諧波減速器I波發(fā)生器（424）之間；行輪驅(qū)動大齒輪（18）以螺栓 IV （181）和墊圈IV（182）連接到履帶驅(qū)動輪（5）上；履帶驅(qū)動輪（5）套裝在與履帶驅(qū)動輪座 I（22）相關(guān)聯(lián)的軸承 II（224）上；大鏈輪 II（25）以螺栓VI（251）和墊圈 VI（252）連接到履帶驅(qū)動輪（5） 上，實現(xiàn)了履帶驅(qū)動輪（5）的軸向限位；行輪支撐架 I（14）串聯(lián)軸瓦（20）和襯片（21），以螺釘安裝到動擺I（2）上；以螺栓 II（171）和墊圈II（172）將行輪驅(qū)動小齒輪（17）連接到行輪（7）上；將軸承 I（173）和行輪驅(qū)動小齒輪（17）串聯(lián)安裝到行輪支撐架 I（14）的行輪軸（141）上；以螺栓 II（171）和墊圈II（172）將軸端擋片（16）連接到行輪軸（141）上實現(xiàn)了行輪（7）在行輪支撐架 I（14）上的定位，至此，形成了本發(fā)明的行走驅(qū)動單元。

將上述的行走驅(qū)動單元上的履帶驅(qū)動輪座 I（22）串聯(lián)架板軸承 I （28）、架板 I（26）、動擺 I （2），以螺栓VII（291）和墊圈VII（292）連接到結(jié)合筒（29）上，完成了行走驅(qū)動單元和動擺驅(qū)動單元相關(guān)聯(lián)的安裝。

以頂絲I（273）將電位計（271）連接到電位計輪（27）上；以螺釘IV（274）將電位計輪（27）連接到架板 I （26）上 ； 將齒形帶（272）以螺釘和膠粘劑，固牢在動擺 I （2）上、與電位計輪（27）相關(guān)聯(lián)的位置上，至此、完成了動擺運動狀態(tài)檢測傳感器的安裝。

圖 6 顯示了動擺驅(qū)動單元結(jié)構(gòu)圖，依圖 6所示，以螺栓XII （411） 和墊圈 XI（412）將動擺驅(qū)動電機 ( 41 )連接到結(jié)合筒（29）上；以螺栓XI（401）和墊圈 XI（402）將行星減速器 （40）連接到諧波減速器II 波發(fā)生器（39）上；通過聯(lián)軸套（30）和平鍵 I（301）將行星減速器 （40）和諧波減速器II 波發(fā)生器（39）關(guān)聯(lián)到動擺驅(qū)動電機 ( 41 )的輸出軸上；將諧波減速器II柔性齒輪（391）安裝在諧波減速器II 波發(fā)生器（39）和諧波減速器II 齒圈（38）之間；以螺栓 X（381）、墊圈X （382）、串聯(lián)動擺 II（31）將諧波減速器II 齒圈（38）之動圈，連接到結(jié)合筒（29）上；以螺栓XIV(332) 和墊圈XIV(333)，將諧波減速器II 齒圈（38）之定圈，連接到與大鏈輪 I （10）結(jié)為一體的履帶隨動輪座 I I（33）上；以螺釘 V （341）、螺栓 VIII（342）、墊圈VIII （343），將履帶隨動輪座 I I（33）連接到架板 II（34）上，并依賴架板軸承 II（32），關(guān)聯(lián)到結(jié)合筒（29）上；以螺栓 IX（354）和墊圈IX（355）將一式兩件的、另一件行輪驅(qū)動大齒輪（18），連接到履帶隨動輪（35）上；以軸承擋圈II（37）和頂絲 II（353）、軸承III（351）和軸擋圈II （352）將履帶隨動輪（35）關(guān)聯(lián)到履帶隨動輪（35）的支撐軸（331）上；以另一組螺栓 IX（354）和墊圈IX（355）連接大鏈輪 I （10）和履帶隨動輪（35）；按照上節(jié)[0015]段中、依圖 5所示并描述的安裝方法，將一式兩件的、另一組的行輪支撐架 II（36）、軸瓦（20）、襯片 ( 21 )、行輪驅(qū)動小齒輪（17）、軸端擋片（16）、行輪（7）等零件，關(guān)聯(lián)成為、依履帶隨動輪（35）隨動的行輪（7）的運動、支撐設(shè)置結(jié)構(gòu)。

至此，形成了本發(fā)明的動擺驅(qū)動單元，并完成了依結(jié)合筒（29）與行走驅(qū)動單元相關(guān)聯(lián)的連接，形成了行走驅(qū)動單元和動擺驅(qū)動單元的一體結(jié)構(gòu)。

按圖 4 中所示和依其描述的方法將一式兩件的行走驅(qū)動單元和動擺驅(qū)動單元的一體結(jié)構(gòu)，分別設(shè)置在移動機器人的前后兩端、呈對角布置，關(guān)聯(lián)到移動機器人的本體(13)上，即構(gòu)成了一臺移動機器人本體的全部構(gòu)成。

本發(fā)明的移動機器人的復(fù)合式驅(qū)動系統(tǒng)，實現(xiàn)驅(qū)動移動機器人的功能原理如下：

履帶驅(qū)動電機（42）依與結(jié)合筒（29）結(jié)為一體的驅(qū)動輪座 I（22）為支撐，驅(qū)動諧波減速器I波發(fā)生器（424）做回轉(zhuǎn)運動、進而通過諧波減速器I 柔性齒輪（425），作用到諧波減速器I 齒圈（23）上，依履帶驅(qū)動輪座 I（22）固定支撐的諧波減速器I 齒圈（23）的定圈，賦予連接到履帶驅(qū)動輪（5）上的、諧波減速器I 齒圈（23）的動圈、在履帶驅(qū)動電機（42）的驅(qū)動下、實現(xiàn)帶動履帶驅(qū)動輪（5）的回轉(zhuǎn)運動；履帶驅(qū)動輪（5）的回轉(zhuǎn)運動，帶動行輪驅(qū)動大齒輪（18）的運動，進而傳動到行輪驅(qū)動小齒輪（17）上，帶動依行輪支撐架 I（14）支撐的行輪（7）運動；機器人本體上、處于第I象限位置的、履帶驅(qū)動輪（5）的回轉(zhuǎn)運動，通過大鏈輪 II（25）、小鏈輪（11）、傳動鏈（101）、大鏈輪 I（10）形成的傳動鏈，帶動機器人本體同側(cè)的、處于第IV象限位置的、依動擺 II（31）做支撐的履帶隨動輪（35）的運動、并依其傳動關(guān)系，帶動與履帶隨動輪（35）相關(guān)聯(lián)的行輪（7）做回轉(zhuǎn)運動。

安裝在動擺I（2）上的履帶驅(qū)動輪（5）與履帶前導(dǎo)輪（1）、履帶壓輪（15）、履帶導(dǎo)板（3）形成實現(xiàn)履帶（4）的主動驅(qū)動功能的設(shè)置。

安裝在動擺 II（31）上的履帶隨動輪（35），依大鏈輪 I（10）的傳動，與另一組履帶前導(dǎo)輪（1）、履帶壓輪（15）、履帶導(dǎo)板（3）形成實現(xiàn)另一組履帶（4）的隨動運動功能的設(shè)置。

動擺驅(qū)動電機（41）依結(jié)合筒（29）為支撐，通過行星減速器（40）關(guān)聯(lián)到諧波減速器II 波發(fā)生器（39）上、并驅(qū)動諧波減速器II 波發(fā)生器（39） 做回轉(zhuǎn)運動、進而通過諧波減速器II柔性齒輪 ( 391 ) ，作用到諧波減速器II 齒圈 ( 38 )上，依與機器人架板 II（34）和履帶隨動輪座 I I（33）固定連接的、諧波減速器II 齒圈 ( 38 )的定圈，賦予連接到結(jié)合筒（29）上的、諧波減速器II 齒圈 ( 38 )的動圈、在動擺驅(qū)動電機（41）的驅(qū)動下、實現(xiàn)帶動與結(jié)合筒（29）結(jié)為一體的動擺 II（31），依架板 II（34）和架板軸承 II（32）做支撐的回轉(zhuǎn)擺動。

動擺I （2）的回轉(zhuǎn)擺動姿態(tài)的位置檢測，是由與電位計（271）相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)設(shè)置，賦予電位計（271）檢測動擺I （2）與架板 I（26）的相對運動而實現(xiàn)的。

、II 象限或III、IV象限的、由一組驅(qū)動單元和動擺驅(qū)動單元的一體結(jié)構(gòu)為驅(qū)動設(shè)置所構(gòu)成的、依與機器人本體（13）結(jié)合的架板 I（26）和架板 II（34）共同支撐的，移動機器人的前或后驅(qū)動的設(shè)置，形成了移動機器人以履帶和輪的復(fù)合結(jié)構(gòu)行走的運動方式。

應(yīng)用本發(fā)明移動機器人的復(fù)合式驅(qū)動系統(tǒng)的移動機器人，在通過簡單路況地帶時，將前、后的動擺向上完全收起，即實現(xiàn)以行輪（7）著地，在不改變驅(qū)動參數(shù)的前提下，達到行輪以優(yōu)于履帶行走模式的、快速行走的目的。

本發(fā)明移動機器人的復(fù)合式驅(qū)動系統(tǒng)的移動機器人的主要特征是，行走驅(qū)動單元和動擺驅(qū)動單元是一體化結(jié)構(gòu)；移動機器人行走驅(qū)動電機是由自帶的碼盤，實現(xiàn)閉環(huán)控制的；履帶和輪行走模式的轉(zhuǎn)化在于一個偏心結(jié)構(gòu)；履帶和輪行走模式依賴同一驅(qū)動系統(tǒng)，實現(xiàn)不同的運動速度；傳動鏈中應(yīng)用了大速比、高效、小體積的諧波加速器和行星減速器；傳動鏈中、低速重載荷的運動支撐，采用了滑動軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)置；移動機器人動擺運動狀態(tài)的檢測傳感器，是依賴一個齒形帶結(jié)構(gòu)設(shè)置來完成工作的。

本發(fā)明移動機器人的復(fù)合式驅(qū)動系統(tǒng)的應(yīng)用目的，不限于實施例所表述的、成為主應(yīng)用載體移動機器人的驅(qū)動系統(tǒng)，同樣可以應(yīng)用在特種車輛、移動平臺等以履帶形成運動模式的主應(yīng)用載體上。

本發(fā)明移動機器人的復(fù)合式驅(qū)動系統(tǒng)，不限于實施例中所表述的結(jié)構(gòu)形式和組合形式，同樣可以是應(yīng)用相似的功能部件、相似的組合方式，組合成的另一種復(fù)合式驅(qū)動系統(tǒng)形式的裝置。