[发明专利]多路况自适应履臂复合驱动式仿生机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有仿生关节结构的多路况自适应履臂复合驱动式仿生机器人。适用于环境探测、星球探测、灾后勘测救援与救援评估、军事侦察为一体的全方位多功能仿生机器人。

背景技术

目前机器人的应用越来越广泛，几乎渗透到所有领域。对小型地面移动机器人的研究，涉及了多种学科和理论。在研究过程中，在很多技术领域提出了许多新的或挑战性的理论与工程技术课题，引起越来越多的专家学者和工程技术人员的关注，更由于它在抢险救灾、星球探测、军事侦察、扫雷排险等危险与恶劣环境以及民用中的物料搬运上具有广阔的应用前景，使得对它的研究在世界各国受到普遍的关注。

轮式、履带式、腿式移动机构是人们研究最多的也是目前应用在移动机器的最为广泛的三种移动机构。轮式移动机器人有结构简单、移动速度快和操纵等特点，但其只适合在平坦地面运行而不能上下阶梯和跨越壕沟。履带移动机器人的特点是稳定性好，它能在凹凸不平的地面上行走，并能越过物和爬越较大斜坡或阶梯。但履带式移动机构运动方向的操纵是由左右履速度差所控制的。因此，转向时会出现滑动、阻力较大、转向半径及中心度较差等问题。腿式移动机器人是指采用了类似人、兽或昆虫用脚迈步移机器人，有两足、四足、六足及多足等形式的移动机器人，它们的共同特只需要离散的着地点，就能在平地及凹凸不平的地面上行走，可越过壕沟、等障碍及上、下阶梯，具有较高的机动性。然而腿式移动机构的控制较复相关技术也不太成熟，且造价昂贵。

近年来，许多学者进行了基于复合机构的移动机器人的研究，轮式、腿式或者履带式、腿式结构复合在一起。但现有机器人仍然存在着越障能力差，在翻阅障碍物时容易被碎石、突缘卡住等问题，简单的通过摆臂太高车体进行越障并没有取得良好的效果。因此，复合机构的结构和控制复杂性仍然是现代移动机器机动性能的一个障碍。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多路况自适应履臂复合驱动式仿生机器人，该机器人具有较高机动性能和较强的通行越障能力的小型地面四履带移动机器人，克服了传统机器人传动结构复杂，效率低下的缺点，节省了内部空间，减轻整体重量，提高可系统运行的稳定性。该机器人的每一个履带体的关节都可以实现任意角度或方向的伸展、折叠或旋转。通过其灵活多变的关节姿态组合变化，可以改变其外形姿态及其行走方式。机器人既可以折叠，也可以展开；既可以卧行，也可以立行；既可以用履带行走，也可以采用迈步方式行走。爬坡能力更强，可以翻越相对更大或更高的高墙或沟壑，甚至可以在泥泞与沼泽地中行走。基于这样的考虑极大扩大了履带式移动机器人的适用范围，能在各种复杂地形和恶劣气候下完成各项任务。其能够在各种复杂地面上行驶，具有较高越障能力的小型四履带地面移动机器人。该机器人由左右对称车体框架单元、两套摆臂组件、两套行走驱动装置及驱动勘测控制单元组成。机器人的行走履带左右对称分布，覆盖在车体左右两侧，行走驱动电机、动力电源和驱动勘测控制单元等都封装在车体框架内部，左右两侧车体框架由折叠、俯仰机构连接，通过灵活多变连接组合，改变外形姿态与行走方式，能够适应类似圆木等弧度复杂地形；两组摆臂安装在机器人的前端对称两侧，两组摆臂可独立控制，摆臂履带的线速度与行走履带的线速度相同，在平坦路面快速前行时能同时提供驱动力，在翻越障碍时，两个摆臂可起到支撑、攀越等辅助作用；机器人的行走履带和摆臂履带均采用了在带宽方向上的梯形齿形，提高了与地面的接触作用力。在保证机器人具有灵活机动和越障能力强的同时，省去了内部复杂的机械传动结构，减轻了整体重量，降低了传动的损耗，提高了机器人运行的稳定性和可靠性。该机器人具有优良的复杂地貌适应特性，能够在难以实施救援、勘察地形复杂的地区，由机器人代替救援勘测人员开展搜救、勘测及评估等工作。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：