[发明专利]一种自适应越障的轮式救灾机器人

权利要求书

1.一种自适应越障的轮式救灾机器人，其特征在于，该自适应越障的轮式救灾机器人主要由机器人动力系统(1)、电源(2)、中心控制系统(3)、“V”型车身(4)和磁流变液轮系(5)组成；

磁流变液轮系(5)主要由磁流变液轮(51)、连接键(52)、轮轴(53)和轮轴带轮(54)组成；磁流变液轮(51)通过螺栓(517)和控制仓连接件(518)与轮轴固定；轮轴(53)与磁流变液轮(51)通过连接键(52)连接，以用于将轮轴(53)力矩传输到磁流变液轮(51)；轮轴(53)中部位置的轮轴带轮(54)通过焊接将其一体化连接在轮轴(53)上；动力系统(1)通过轮轴带轮(54)将力矩传输至轮轴(53)，轮轴(53)与车身轮孔配合；

磁流变液轮(51)主要由外挡板(511)、磁流变液缸连接螺栓(512)、磁流变液缸(513)、高分子弹性体(514)、挡板夹紧固定螺母(515)、磁流变液轮中心控制仓(516)、轮轴连接螺栓(517)、控制仓连接件(518)和内挡板(519)构成；磁流变液缸(513)的基座均有连接孔，磁流变液轮中心控制仓(516)的侧边矩形面(516B)存在四个螺纹连接孔(516A)，每个磁流变液缸(513)通过磁流变液缸连接螺栓(512)连接在矩形面(516B)上，在周向布置的磁流变液缸(513)中间区域存在扇形缝隙，为了增强磁流变液轮(51)的行进稳定性，在两磁流变液缸(513)中间安装高分子弹性体(514)，共12个，每个高分子弹性体(514)上打有两个安装孔(514A)，磁流变液轮的外挡板(511)周向一体化连接两个连接柱(511A)，共12组，连接柱(511A)末端存在螺纹，连接柱(511A)分别穿过高分子弹性体(514)的安装孔(514A)，将周向布置的高分子弹性体(514)固定位置，磁流变液轮的内挡板(519)存在与外挡板(511)上的连接柱(511A)一一对应的连接孔(519A)，连接柱(511A)穿过连接孔(519A)后通过挡板夹紧固定螺母(515)锁紧；控制仓连接件(518)通过轮轴连接螺栓(517)将轮轴(53)连接在磁流变液轮(51)上；

磁流变液缸(513)主要由腔内分隔套件(5131)、活塞(5132)、磁流变液(5133)、线圈(5134)、密封圈(5135)、缸体(5136)、弹簧(5137)、力传感器(5138)和轮顶件(5139)组成；轮顶件(5139)主要由支撑台(5139A)、连接套(5139B)和加强筋(5139C)组成；支撑台(5139A)外表面与高分子弹性体(514)外侧面构成柱形面，支撑台(5139A)下方使用对称布置的加强筋(5139C)，两加强筋连接处为连接套(5139B)，连接套(5139B)内有连接螺纹，活塞(5132)末端有连接螺纹，轮顶件(5139)通过螺纹与活塞(5132)连接；缸体外部的活塞(5132)套有弹簧(5137)，弹簧(5137)上方安装力传感器(5138)；缸体内部为铁磁颗粒与胶体组成的磁流变液(5133)，同时添加有分散剂和防沉剂；缸体内嵌套管型腔内分隔套件(5131)，其直径小于缸体内腔，二者之间存在环形空隙，空隙内侧安装线圈(5134)；活塞(5132)的头部存在对称缺口，便于磁流变液(5133)在腔体内任意流动，活塞(5132)的头部沿活塞杆有直径和形状相同的两个环形台，与活塞杆一体，用于增强磁流变液的固定功能；缸体内侧口安装环形密封圈(5135)；

机器人动力系统(1)主要由电机安装螺栓(11)、电机(12)、传动带(13)、电机带轮(14)和电机带轮连接键(15)组成；车体底板(41)上有一凸台，凸台上存在四个螺纹安装孔，电机底座安装孔与凸台安装孔一一对应，通过电机安装螺栓(11)连接固定；电机轴存在键槽，利用电机带轮连接键(15)将电机(12)与电机带轮(14)连接；

“V”型车身(4)主要由车体底板(41)、底板连接螺栓(42)、“V”型底梁(43)、连接架(44)、电源托台(45)、电源托台螺栓(46)和连接螺母(47)组成；“V”型车身(4)两侧分别对称安装，两个“V”型底梁(43)并排放置，在V型车身(4)的前半部，“V”型底梁(43)下方有螺纹孔组，在连接架(44)上有同样布置的螺纹孔，连接架(44)通过螺栓与“V”型底梁(43)相连，保持车身整体稳定性；车体底板(41)存在螺纹孔组，“V”型底梁(43)存在对应的连接孔；车体底板(41)在两侧分别对称安装的螺栓，为了保持车体底板(41)的稳定性，将拥有同样布置的安装孔的连接架(44)安装在车体底板(41)处，在“V”型底梁(43)的中心区有一焊接的一体化横梁，横梁上有螺纹孔组，电源托台(45)上有对应位置的螺纹孔组，通过连接螺栓将电源托台(45)连接在“V”型底梁(43)的横梁上，用于安装机器人的供能装置；

使用方法如下：通过磁流变液轮(51)内部磁流变液缸(513)的通电断电，实现车轮形状的柔性变化，在增强与地面接触能力的同时实现自适应越障功能；首先，通过磁流变液轮(51)的形状变化实现机器人的自适应越障能力；磁流变液轮(51)在常态时，磁流变液缸(513)内线圈通电，缸体内腔磁流变液(5133)处于不可流动状态，活塞(5132)被锁死固定，磁流变液缸(513)所连接的轮顶件(5139)在弹簧(5137)的作用下达到极限位置，磁流变液轮(51)的形状为圆形，此时，磁流变液轮(51)实现在平坦地形的正常行进；磁流变液轮中心控制仓(516)内部位姿芯片标定各个缸体的相对位置，当磁流变液轮(51)前方遇到高度、坡度均较大的阶梯障碍地形时，障碍物触碰到布置于障碍物前方的磁流变液缸(513)，障碍物对于缸体的力反馈到置于弹簧(5137)下的力传感器(5138)，当力达到一定值时，磁流变液轮中心控制仓(516)内部芯片控制触碰到障碍物的磁流变液缸线圈(5134)断电，此时缸体内部磁流变液(5133)处于流动性状态，缸体活塞(5132)自由移动，锁定状态解除，而轮接触地面的磁流变液缸(513)通过位置标定依旧处于锁定状态；轮顶件(5139)在力的作用下下沉，布置于磁流变液缸(513)之间的高分子弹性体(514)变形；轮面与障碍物倾斜垂直面之间的接触面急剧增大，增大了磁流变液轮(51)与障碍物之间的接触面积，增强了磁流变液轮(51)与障碍物垂直面之间的摩擦力；当磁流变液缸(513)轮顶不触碰阶梯面竖直面时，轮顶件(5139)在磁流变液缸(513)上安装的弹簧的作用下恢复极限位置，此时控制系统控制该磁流变液缸线圈(5134)通电，缸体活塞(5132)重新被锁定，完成对平坦地形行进的支撑；此时机器人动力系统(1)正常工作，机器人前轮沿着阶梯竖直面上升，在前轮转动的过程中，后续接触到竖直面的磁流变液缸线圈(5134)断电，重复上述步骤，实现磁流变液缸(513)的实时变形；

当磁流变液轮(51)即将到达阶梯面顶部时，下沉轮顶件(5139)后续磁流变液缸(513)无法触碰到阶梯竖直面，此时该缸体轮顶件(5139)处于极限位置，越过阶梯的棱角处，搭在上一级阶梯的平面上，此时磁流变液轮(51)在该缸体轮顶件(5139)的支撑下翻越阶梯障碍棱角，实现机器人的阶梯式障碍越障。