[實用新型]一種多葉輪越障機構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220666787.1
• 申請日: 2012-12-06
• 公開（公告）號: CN202944147U
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葛耿育;李飛龍;譚艷;萬能清;胡翔;韓強;孫亞芹;李君科;萬婷;王宇俊;方燦
• 申請（專利權(quán)）人: 西南大學(xué)
• 主分類號: B60B19/00
• 分類號: B60B19/00;B60B37/00
• 代理公司: 重慶華科專利事務(wù)所 50123
• 代理人: 康海燕

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于輪式移動機器人、越障控制方式等領(lǐng)域，具體涉及一種可自適應(yīng)障礙物的越障行走機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運動方式。

背景技術(shù)

很多國家和公司都在研究能在野外復(fù)雜環(huán)境地形中移動行走和越過障礙的機器人或者移動設(shè)備。特別是猶如發(fā)生泥石流、煤礦坍塌、煤氣泄漏、地震災(zāi)害等之后短時期內(nèi)人類不能輕易靠近的情況，研究人員迫切希望可以研究出高速度和控制簡單并且能越過一定障礙的移動機器人。

現(xiàn)有移動設(shè)備的行走機構(gòu)大致可分為：輪式、履帶式、多足式、混合式和特殊形式(如蛇形滑動式)。其中多足式和特殊形式大多屬于仿生類行走機構(gòu)，具有很強的越障能力與地形適應(yīng)性，但這兩類行走機構(gòu)的機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制難度極大、機動性相對較差，目前正處于研究與開發(fā)應(yīng)用的初級階段。履帶經(jīng)過一百多年的發(fā)展已經(jīng)被證明是一種能適應(yīng)復(fù)雜地形與惡劣環(huán)境的行走機構(gòu)，不過它的缺點也很明顯：笨重、需要大功率驅(qū)動器，因此，對于便攜式或?qū)β视袊栏裣拗频囊苿釉O(shè)備來說履帶并不合適。輪式移動機器人具有輕便簡潔、高速度、高效率和控制簡單等一些固有的優(yōu)勢，但在野外環(huán)境和復(fù)雜地形時便顯得笨拙和無能為力。

雖然輪式行走機構(gòu)簡單并且效率高，但是它的越障能力卻受到了其簡單的結(jié)構(gòu)所限制。因此，對普通輪式行走機構(gòu)加以創(chuàng)新和改進，使其能適合于平坦路面的快速行駛和野外環(huán)境與復(fù)雜地形，是一個發(fā)展方向。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的是要提供一種機構(gòu)簡單、地表適應(yīng)性好、越障能力強的多葉輪移動機器人。

一種多葉輪越障機構(gòu)，包括機身框架、行走輪、動力系統(tǒng)（包括電機）、能量源系統(tǒng)（包括電源）、控制電路、遙控和接收模塊；機身框架為扁平長方體型，行走輪通過輪軸對稱安裝在機身框架左右兩邊；其特征在于：所述行走輪為多葉輪，所述多葉輪是在一個輪子的整圓圓周邊上等弧長間隔挖去一段圓弧后形成的，所述多葉輪以六輪為一組，一邊三個，兩兩對稱，安裝到位后，相對稱的兩個多葉輪的葉片圓弧段正好互補，形成一個整圓，而機身框架的任一一邊的第一和第三輪與另一邊的第二輪采用同樣的安裝狀態(tài)，即安裝后，對應(yīng)葉片的方向相同。所述葉片數(shù)量為二、三、四或五。

本實用新型采用多葉輪代替普通輪子，可以讓輪子的重量變輕，同時保證行走的平穩(wěn)。

所述每個葉片的弧與弧之間以及葉片的弧與空白部分的弧等長，即若葉片數(shù)量為n，n為大于或等于2的整數(shù)，則每個葉片的弧等于1/2n，這樣是兼顧重量和平穩(wěn)的較優(yōu)選擇。

當然也可以選擇每個葉片的弧長大于1/2n，這樣犧牲一點重量的優(yōu)勢，但可以達到行走時更加平穩(wěn)。

本實用新型應(yīng)用到整個機器人系統(tǒng)中，通過相適應(yīng)的控制部分，通過對各個輪子的行走狀態(tài)控制，可以實現(xiàn)平穩(wěn)前行和越障前行的兩種方式的切換。

其中第一種行走方式是在平路的環(huán)境下，以一組輪子為例，六個輪子的相對位置的初始化類似于三角步態(tài)的六足機器人，即某一側(cè)的中間輪與另一側(cè)的前后兩輪保持相同的狀態(tài)。而相對稱的兩個輪子的圓弧段互補，形成一個整體上輪子的運動狀態(tài)與整圓輪子等效。這樣避免了在平路狀態(tài)下速度慢的缺點，其效果從整體上看相當于六個圓輪的旋轉(zhuǎn)，沒有波動或者震蕩。除此之外，對于一些非連續(xù)的阻礙度低的障礙物，這種行走方式也可以很容易的通過。

另一種行走方式是在遇到連續(xù)障礙物的情況下，通過切換成六個輪子同屬于一種狀態(tài)進行越障，通過多葉輪的缺口，可以比較容易地掛在在障礙物上，提高越障能力。而且對于三葉輪，由于其缺口是按120°等分，其越障高度遠遠大于普通輪子的半徑高度。所以相對于普通六輪機器人，本實用新型的這種行走方式顯示出了一定的優(yōu)勢。

可見，本實用新型的多葉輪越障機構(gòu)結(jié)合了輪式的行走效率和葉輪式的越障能力，使得該機構(gòu)兼具結(jié)構(gòu)簡單、行走速度快、越障能力強等優(yōu)點。

附圖說明

圖1是該越障機構(gòu)所用到的三葉輪原型示意圖

圖2是該越障機構(gòu)平路運動初始狀態(tài)示意圖

圖3是該越障機構(gòu)平路前行30度的狀態(tài)示意圖

圖4是該越障機構(gòu)平路前行60度的狀態(tài)示意圖

圖5是該越障機構(gòu)在越障方式下運動初始狀態(tài)示意圖

圖6是該越障機構(gòu)的簡化示意圖

圖7是該越障機構(gòu)平路運動初始狀態(tài)側(cè)面看的整圓效果圖。

具體實施方式

本實用新型應(yīng)用到不同的應(yīng)用環(huán)境中，所需要的具體的機器人結(jié)構(gòu)和控制部分以及電路部分不同。為了讓更多的人能夠從本實用新型中得到啟發(fā)以及對于本實用新型的改進和運用，本實用新型只對于根本性的問題和關(guān)鍵部分加以申請權(quán)利保護以及原理的闡述。