[發(fā)明專利]一種7DOF兩輪多姿態(tài)機(jī)器人

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010836630.8
• 申請(qǐng)日: 2020-08-19
• 公開（公告）號(hào): CN111907615A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張永立;段海龍;蘇秉華;李洪興;易國(guó)榮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院;天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)（中國(guó)職業(yè)培訓(xùn)指導(dǎo)教師進(jìn)修中心）
• 主分類號(hào): B62D61/00
• 分類號(hào): B62D61/00;B60K7/00;B62D5/04;G05D1/02
• 代理公司: 天津才智專利商標(biāo)代理有限公司 12108
• 代理人: 張文華

本發(fā)明涉及7自由度兩輪多姿態(tài)移動(dòng)機(jī)器人，包括車體、左車輪、右車輪、一對(duì)車輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)、一對(duì)車輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)；一對(duì)車輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)及一對(duì)車輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)分別對(duì)稱安裝在車體左右兩側(cè)，一對(duì)所述車輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)可分別與左車輪、右車輪固定連接并驅(qū)動(dòng)其移動(dòng)，所述車輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)分別控制左車輪、右車輪的轉(zhuǎn)向，使得左車輪、右車輪既可實(shí)現(xiàn)同軸的平衡車式運(yùn)動(dòng)，也可實(shí)現(xiàn)兩輪平面平行的自行車式運(yùn)動(dòng)；具有7個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，集實(shí)驗(yàn)、教學(xué)、科研等功能為一體，能完成特定場(chǎng)合下的運(yùn)輸、救援、代步、娛樂(lè)等功能；同時(shí)，本發(fā)明可以作為智能控制、人工智能、機(jī)器人等學(xué)科的典型教學(xué)、科研實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和研究載體，可以用以檢驗(yàn)各種智能算法的有效性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于輪式移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種7DOF兩輪多姿態(tài)移動(dòng)機(jī)器人。

背景技術(shù)

目前，輪式移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展面臨前所未有的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，輪式移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，涉及軍用、民用、教育、科研等領(lǐng)域。一方面，機(jī)器人新技術(shù)發(fā)展日新月異，需要進(jìn)一步加強(qiáng)理論與方法研究，加強(qiáng)面向信息化環(huán)境的控制、計(jì)算與通訊一體，以及控制、決策與管理一體化的研究。輪式機(jī)器人復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)模型，多學(xué)科交叉的分析與設(shè)計(jì)特點(diǎn)，以及復(fù)合控制、解耦控制、重構(gòu)控制的方法與實(shí)時(shí)算法、抗干擾精確控制、無(wú)人系統(tǒng)自主化、姿態(tài)感知及評(píng)估及其對(duì)不確定性的適應(yīng)性等內(nèi)容的研究，對(duì)輪式機(jī)器人控制效果的姿態(tài)測(cè)試和實(shí)驗(yàn)提出了更高的要求。另一方面，隨著人工智能技術(shù)與無(wú)人自主技術(shù)的發(fā)展，兩輪多姿態(tài)機(jī)器人，包括無(wú)人駕駛自行車、兩輪平衡車、獨(dú)輪平衡車作為一種復(fù)雜的智能技術(shù)一直是控制領(lǐng)域、智能交通、機(jī)器人領(lǐng)域、人工智能等領(lǐng)域中熱點(diǎn)研究對(duì)象，是各大中場(chǎng)院校教學(xué)、科研的實(shí)驗(yàn)載體，同時(shí)也是交通領(lǐng)域中用以代步的全便民裝置、娛樂(lè)設(shè)施。

目前，自行車和平衡車是最常見的兩輪車，但自行車只有在具有一定速度時(shí)才容易實(shí)現(xiàn)平衡，難以實(shí)現(xiàn)靜止平衡；而平衡車雖然可以做到低速或者靜止平衡，但難以做到高速行駛，且兩輪同軸，不利于通過(guò)狹窄路段。為此，目前實(shí)現(xiàn)自主行駛的平衡車和自行車式機(jī)器人并不多見。較為常見的輪式機(jī)器人多為三輪或者四輪式移動(dòng)機(jī)器人或者交通工具，其優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)穩(wěn)定，算法簡(jiǎn)單、易于控制，但這類機(jī)器人或者交通工具體積大、靈活性差、便捷性差，展示功能單一、趣味性差，難以實(shí)現(xiàn)多自由度的運(yùn)動(dòng)。

此外，作為教學(xué)、科研平臺(tái)，三輪或者四輪移動(dòng)機(jī)器人由于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、姿態(tài)變化單一，對(duì)高級(jí)控制算法和控制理論的考驗(yàn)和驗(yàn)證性較弱。

綜上所述，本發(fā)明提供一種集訓(xùn)練、實(shí)驗(yàn)、教學(xué)、科研、代步、娛樂(lè)、運(yùn)輸?shù)裙δ転橐惑w，并可以實(shí)現(xiàn)多姿態(tài)變換的兩輪多姿態(tài)移動(dòng)機(jī)器人，對(duì)我國(guó)輪式機(jī)器人、雙足仿人機(jī)器人、智能交通、便捷運(yùn)輸，以及人工智能等相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種集訓(xùn)練、實(shí)驗(yàn)、教學(xué)、科研、代步、娛樂(lè)、便捷運(yùn)輸?shù)裙δ転橐惑w，并可以實(shí)現(xiàn)多姿態(tài)變換的兩輪多姿態(tài)移動(dòng)機(jī)器人，對(duì)我國(guó)輪式機(jī)器人、雙足仿人機(jī)器人、智能交通、便捷運(yùn)輸，以及人工智能等相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種7DOF兩輪多姿態(tài)機(jī)器人，包括車體、左車輪、右車輪、一對(duì)車輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)、一對(duì)車輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)；一對(duì)車輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)及一對(duì)車輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)分別對(duì)稱安裝在車體左右兩側(cè)，一對(duì)所述車輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)可分別與左車輪、右車輪固定連接并驅(qū)動(dòng)其移動(dòng)，所述車輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)分別控制左車輪、右車輪的轉(zhuǎn)向，使得左車輪、右車輪既可實(shí)現(xiàn)同軸的平衡車式運(yùn)動(dòng)，也可實(shí)現(xiàn)兩輪平面平行的自行車式運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步的，所述車輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)包括輪轂電機(jī)、輪轂電機(jī)支座機(jī)構(gòu)、輪轂電機(jī)固聯(lián)立軸、中空軸導(dǎo)電滑環(huán)、輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)向同步帶輪；所述輪轂電機(jī)安裝在車輪內(nèi)，所述輪轂電機(jī)支座機(jī)構(gòu)一端與輪轂電機(jī)的輸出軸固定連接，另一端固定連接所述輪轂電機(jī)固聯(lián)立軸的一端，所述輪轂電機(jī)固聯(lián)立軸另一端固定安裝所述輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)向同步帶輪，所述中空軸導(dǎo)電滑環(huán)固定在輪轂電機(jī)固聯(lián)立軸上，所述輪轂電機(jī)固聯(lián)立軸通過(guò)軸承固定在所述車體上。