[发明专利]一种自适应越障的轮式救灾机器人

说明书

本发明属于救灾机器人技术领域，提供一种自适应越障的轮式救灾机器人，包括动力系统、中心控制系统、“V”型车身和磁流变液轮系。该机器人利用磁流变液在磁场下的不同性态，通过磁流变液缸实现锁定‑解锁‑复锁的磁流变液轮的自适应变形，即机器人磁流变液轮平地行进时磁流变液缸锁定，正常行走。当磁流变液轮触碰到阶梯型障碍时，磁流变液轮解锁发生自适应性变形，与竖直面增大接触面积，实现磁流变液轮的竖直爬升。机器人即将到达阶梯上一平面时，磁流变液轮在阶梯棱角处锁定，构成类轮腿机构支撑磁流变液轮完成阶梯型障碍的翻越，完成救灾机器人针对越障的自适应性变形的功能。本发明通过磁流变液方案解决了机器人在翻越阶梯型障碍时的问题。

技术领域

本发明属于救灾机器人技术领域，特别涉及一种应用于灾害救援、物资搬运，可实现自适应越障的轮式救灾机器人。

背景技术

灾害救援机器人是指在突发灾害情况下应用于现场勘探、人员搜救、物资搬运的特种作业机器人。灾害现场情况恶劣复杂，可能存在地形复杂、障碍物多等情况，这就要求灾害救援机器人需要具有较强的越障性能和运动性能以适应不同地形，如沟壑、阶梯、断面等，高效准确实现灾害救援任务。轮式机器人由于具有轮式结构而具有运动平稳、行进快速的优点，但对于地形条件要求较高，因此灾害现场的复杂地形严重限制了传统轮式机器人的运动能力，影响机器人灾害救援效果。为此，开发出可实现自适应越障的轮式机器人可有效解决目前灾害救灾机器人存在的运动性能不足的问题，实现救灾机器人的有效救援。

近年来，相关研究人员针对轮式结构的越障性能优化提出了诸多方案，2013年浙江理工大学在专利CN103264382A中公开了“一种具有径向伸缩车轮的轮臂混合式越障机器人”。该机器人通过齿轮齿条伸缩装置径向改变机器人轮的形态，实现轮-臂机构的转换，以增强机器人的越障能力，但轮-臂机构转换后机器人的行进将产生较大的颠簸，不利于机器人的行进。2017年北京交通大学在专利CN206407010U公开了一种“一种欠驱动变形轮式越障机器人”，该机器人通过控制电机的正反转来反转车身以及控制轮系中钩爪的伸缩。当其在平坦的路面上滚动时，可将轮子变为圆形进行滚动前进。当其遇到障碍物时，可通过电机的反转进而带动车身反转180°，此时轮系变形为钩爪模式，可实现障碍物的翻越。但该机器人在轮结构改变时依旧无法保证机器人行进的平稳性，造成一定程度的颠簸。

发明内容

本发明的目的是解决传统轮式灾害救援机器人越障性能差、无法完成越过阶梯类障碍的问题，发明一种可实现自适应越障的轮式救灾机器人。

本发明的技术方案：

一种自适应越障的轮式救灾机器人由动力系统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。机器人工作状态下，通过磁流变液轮中心控制仓516内部传感器芯片测定机器人磁流变液轮51的姿态信息，机器人在平坦地形行进时，车轮磁流变液缸513顶端的弹簧5137使轮顶件5139处于极限位置，同时缸体内部的磁流变液在线圈通电的情况下使磁流变液5133处于高粘度、低流动性的宾汉流体状态，锁定活塞5132，此时轮顶件5139与弹性体514位置保持一致，进而保持轮的形状。依附于弹簧的力传感器5138通过测定轮顶件5139的受力情况，当力传感器5138检测到车轮前方触碰到障碍物时，车轮前方的磁流变液缸513断电，此时磁流变液5133处于高流动性状态，缸体轮顶件5139下沉使磁流变液轮51在高分子弹性体514变形的条件下增大与阶梯障碍物的接触面积，从而增大磁流变液轮51与阶梯竖直面的摩擦力。机器人动力系统1使前轮沿着竖直面行进，当接触面即将到达阶梯顶端时，从压力状态下复原的缸体轮顶件5139恢复到原来位置。此时磁流变液线圈5134通电，再次锁定轮顶件5139，使其外伸到阶梯顶端棱角处，形成类轮腿形状，通过外伸的轮顶件5139搭在阶梯上，进而将轮抬升至阶梯障碍的上方，实现机器人的越障功能。