[發(fā)明專利]一種自適應(yīng)越障的輪式救災(zāi)機(jī)器人

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110265335.6
• 申請(qǐng)日: 2021-03-11
• 公開（公告）號(hào): CN113022730B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李特;阮文俊;劉海波;崔文博;李旭;王永青
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B62D57/024
• 分類號(hào): B62D57/024;B60B19/00
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪

本發(fā)明屬于救災(zāi)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，提供一種自適應(yīng)越障的輪式救災(zāi)機(jī)器人，包括動(dòng)力系統(tǒng)、中心控制系統(tǒng)、“V”型車身和磁流變液輪系。該機(jī)器人利用磁流變液在磁場(chǎng)下的不同性態(tài)，通過磁流變液缸實(shí)現(xiàn)鎖定?解鎖?復(fù)鎖的磁流變液輪的自適應(yīng)變形，即機(jī)器人磁流變液輪平地行進(jìn)時(shí)磁流變液缸鎖定，正常行走。當(dāng)磁流變液輪觸碰到階梯型障礙時(shí)，磁流變液輪解鎖發(fā)生自適應(yīng)性變形，與豎直面增大接觸面積，實(shí)現(xiàn)磁流變液輪的豎直爬升。機(jī)器人即將到達(dá)階梯上一平面時(shí)，磁流變液輪在階梯棱角處鎖定，構(gòu)成類輪腿機(jī)構(gòu)支撐磁流變液輪完成階梯型障礙的翻越，完成救災(zāi)機(jī)器人針對(duì)越障的自適應(yīng)性變形的功能。本發(fā)明通過磁流變液方案解決了機(jī)器人在翻越階梯型障礙時(shí)的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于救災(zāi)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用于災(zāi)害救援、物資搬運(yùn)，可實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)越障的輪式救災(zāi)機(jī)器人。

背景技術(shù)

災(zāi)害救援機(jī)器人是指在突發(fā)災(zāi)害情況下應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)勘探、人員搜救、物資搬運(yùn)的特種作業(yè)機(jī)器人。災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)情況惡劣復(fù)雜，可能存在地形復(fù)雜、障礙物多等情況，這就要求災(zāi)害救援機(jī)器人需要具有較強(qiáng)的越障性能和運(yùn)動(dòng)性能以適應(yīng)不同地形，如溝壑、階梯、斷面等，高效準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)災(zāi)害救援任務(wù)。輪式機(jī)器人由于具有輪式結(jié)構(gòu)而具有運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、行進(jìn)快速的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)于地形條件要求較高，因此災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜地形嚴(yán)重限制了傳統(tǒng)輪式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)能力，影響機(jī)器人災(zāi)害救援效果。為此，開發(fā)出可實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)越障的輪式機(jī)器人可有效解決目前災(zāi)害救災(zāi)機(jī)器人存在的運(yùn)動(dòng)性能不足的問題，實(shí)現(xiàn)救災(zāi)機(jī)器人的有效救援。

近年來，相關(guān)研究人員針對(duì)輪式結(jié)構(gòu)的越障性能優(yōu)化提出了諸多方案，2013年浙江理工大學(xué)在專利CN103264382A中公開了“一種具有徑向伸縮車輪的輪臂混合式越障機(jī)器人”。該機(jī)器人通過齒輪齒條伸縮裝置徑向改變機(jī)器人輪的形態(tài)，實(shí)現(xiàn)輪-臂機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)換，以增強(qiáng)機(jī)器人的越障能力，但輪-臂機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換后機(jī)器人的行進(jìn)將產(chǎn)生較大的顛簸，不利于機(jī)器人的行進(jìn)。2017年北京交通大學(xué)在專利CN206407010U公開了一種“一種欠驅(qū)動(dòng)變形輪式越障機(jī)器人”，該機(jī)器人通過控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來反轉(zhuǎn)車身以及控制輪系中鉤爪的伸縮。當(dāng)其在平坦的路面上滾動(dòng)時(shí)，可將輪子變?yōu)閳A形進(jìn)行滾動(dòng)前進(jìn)。當(dāng)其遇到障礙物時(shí)，可通過電機(jī)的反轉(zhuǎn)進(jìn)而帶動(dòng)車身反轉(zhuǎn)180°，此時(shí)輪系變形為鉤爪模式，可實(shí)現(xiàn)障礙物的翻越。但該機(jī)器人在輪結(jié)構(gòu)改變時(shí)依舊無法保證機(jī)器人行進(jìn)的平穩(wěn)性，造成一定程度的顛簸。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決傳統(tǒng)輪式災(zāi)害救援機(jī)器人越障性能差、無法完成越過階梯類障礙的問題，發(fā)明一種可實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)越障的輪式救災(zāi)機(jī)器人。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種自適應(yīng)越障的輪式救災(zāi)機(jī)器人由動(dòng)力系統(tǒng)1、電源2、中心控制系統(tǒng)3、“V”型車身4和磁流變液輪系5組成。機(jī)器人工作狀態(tài)下，通過磁流變液輪中心控制倉(cāng)516內(nèi)部傳感器芯片測(cè)定機(jī)器人磁流變液輪51的姿態(tài)信息，機(jī)器人在平坦地形行進(jìn)時(shí)，車輪磁流變液缸513頂端的彈簧5137使輪頂件5139處于極限位置，同時(shí)缸體內(nèi)部的磁流變液在線圈通電的情況下使磁流變液5133處于高粘度、低流動(dòng)性的賓漢流體狀態(tài)，鎖定活塞5132，此時(shí)輪頂件5139與彈性體514位置保持一致，進(jìn)而保持輪的形狀。依附于彈簧的力傳感器5138通過測(cè)定輪頂件5139的受力情況，當(dāng)力傳感器5138檢測(cè)到車輪前方觸碰到障礙物時(shí)，車輪前方的磁流變液缸513斷電，此時(shí)磁流變液5133處于高流動(dòng)性狀態(tài)，缸體輪頂件5139下沉使磁流變液輪51在高分子彈性體514變形的條件下增大與階梯障礙物的接觸面積，從而增大磁流變液輪51與階梯豎直面的摩擦力。機(jī)器人動(dòng)力系統(tǒng)1使前輪沿著豎直面行進(jìn)，當(dāng)接觸面即將到達(dá)階梯頂端時(shí)，從壓力狀態(tài)下復(fù)原的缸體輪頂件5139恢復(fù)到原來位置。此時(shí)磁流變液線圈5134通電，再次鎖定輪頂件5139，使其外伸到階梯頂端棱角處，形成類輪腿形狀，通過外伸的輪頂件5139搭在階梯上，進(jìn)而將輪抬升至階梯障礙的上方，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的越障功能。