[發明專利]多功能機械臂協同車輪牽引移動機器人

無效

• 申請號: 201210049742.4
• 申請日: 2012-02-29
• 公開（公告）號: CN102581836A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 徐賀;沈義平;劉朝杰;劉星;薛開;郭保騰;孫霖
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: B25J5/00
• 分類號: B25J5/00;B62D57/028
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種移動機器人。

背景技術

近年來輪式移動機器人應用越來越廣泛，尤其是航天、服務娛樂等領域，然而輪式移動機器人對地形的適應性較差，尤其在崎嶇不平的地形中它的活動受到極大限制，這阻礙了輪式移動機器人的功能發揮。

為了解決這一問題，人們采取多種改進方法。一種方法是通過增加輪子數量來提高對地形的適應性，但是會帶來機器人體積過于龐大，質量過重等缺點，如公開號為CN1597316的專利“八輪對稱懸架式車載機構”；也有人考慮到結合腿式移動機器人對地形適應能力強的特點，設計出輪腿式移動機器人，輪腿式機器人越障能力強，但是機器人結構設計復雜，通過凹陷地面能力不如其通過凸起障礙能力，而且通過過程中機器人車身姿態變化大，車體振動搖晃現象明顯，如公開號為CN1317397的專利“翻滾型輪腿式移動機器人”和公開號為CN1836838的專利“基于輪腿式復合機構的微小型步行機器人”。

此外，人們一般通過額外給移動機器人添加設計機械臂的方法來使移動機器人不僅具備移動的能力，還具有抓取物體、采集土壤樣本等功能。

發明內容

本發明的目的在于提供同時具備了機械臂和機械腿兩種功能的多功能機械臂協同車輪牽引移動機器人。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明多功能機械臂協同車輪牽引移動機器人，其特征是：包括搖臂、輪、機械臂，輪安裝在搖臂上，所述的機械臂包括依次相連的基座、后臂、中臂、前臂、機械手爪，基座與搖臂中心固定相連，基座、后臂、中臂、前臂形成三個關節，每個關節處各安裝驅動電機，機械手爪上安裝舵機并由舵機帶動實現開合動作，機械臂共有兩個分別安裝在移動機器人本體的兩側。

本發明的優勢在于：本發明的機械臂實現了功能復用：同時具備了機械臂和機械腿兩種功能，大大簡化了移動機器人的機械結構設計，與以往添加機械臂和機械腿的同類設計相比，減輕了機器人的體積增大和質量增重問題；本發明適應多種崎嶇不平穩地形，可協助機器人通過凸起障礙、垂直障礙、壕溝、凹坑等多種地況，同時保證通過過程中機器人車身平穩，姿態變化小，車體速度變化均勻；因為機器人在平穩地面行駛時，機械臂執行物體抓取、采集樣本任務，此時機器人完全發揮出輪式移動機器人機動靈活、行駛速度快的特點，與同類越障機器人或提高通過能力的機器人相比，本發明中機器人執行任務時快速靈活，效率更高。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為本發明的三維圖，圖2a為立體圖，圖2b為側視圖，圖2c為俯視圖；

圖3為本發明通過凸起障礙時的運動過程原理圖，圖3a為過程1，圖3b為過程2，圖3c為過程3。

具體實施方式

下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述：

結合圖1～3，本發明中機械臂3具有三個自由度關節，三個驅動電機分別安裝在各關節轉動軸線處，前臂3-d末端固定連接機械手爪，機械手爪由舵機帶動實現開合動作，基座3-a與搖臂2中心O處固定連接。機械臂3安裝有三個力矩傳感器，分別與上述三個驅動電機級聯，與電機減速器和執行機構相連接，作為傳動裝置及檢測裝置；同時機械手爪前端安裝有壓力傳感器，檢測機械手爪與地面之間的作用力。

當機器人1通過崎嶇不平穩地面時，車身和搖臂姿態改變，依據運動學和動力學的相關理論，同時利用機械臂3中的力矩傳感器、壓力傳感器以及車體中慣性測量單元和加速度計等傳感器反饋回的數據，固定連接于搖臂2中心O處的雙機械臂3相應調整后臂3-b、中臂3-c及前臂3-d的位姿，保持機械臂3抓地施加的作用力與車輪驅動力相協調，兩機械臂3換臂動作時序與車輪前進速度相協調。

多功能機械臂協同車輪提高移動機器人通過能力的方法步驟：

當機器人1通過凸起障礙或凹陷地面等崎嶇不平穩地面時，兩側機械臂3支撐地面，前端手爪張開抓地，與車輪一起承擔車體重量，減少車輪承受壓力及它與地面接觸產生的摩擦阻力；機械臂3中臂3-c、前臂3-d繞關節向后轉動，帶動手爪向地面施加一定后推力，在原來依靠車輪前進基礎上增加了機器人1牽引力；手爪超過作用力范圍后，后臂3-b帶動中臂3-c及前臂3-d抬起然后機械臂3伸向下一目標地面接觸點，重復之前抓地施力過程；兩機械臂3依次換臂前移抓地助行，類似于人雙腿走路前行動作，與車輪一起有效增加了機器人在崎嶇地面的通過能力，并保證在通過過程中車體姿態平穩，行進速度均勻。