本发明专利技术公开一种多关节串联的轮式移动机器人，所述机器人中车轴上设置有中间箱体，中间箱体上方安装有控制系统；俯仰关节固定在中间箱体内部，并关于中车轴对称每个俯仰关节分别与一个扭转关节连接，每个扭转关节各连接有一个摆动关节，摆动关节分别与前部车轴、后部车轴连接，前车轴、中车轴与后车轴两端安装有车轮；位于后端的扭转关节上连接有机械臂安装支架，机械臂安装支架上安装有机械臂；在机器人前部安装有导航系统。本发明专利技术机器人整体结构以中车轴为对称轴中心轴对称，使重力在各车轮上平均分配，最大程度发挥直流电机的工作效率，且可实时测量并调整中间箱体的姿态，保证控制系统相对稳定，且结构简单，重量小。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及移动机器人领域，具体地说，是一种多关节串联的轮式移动机器人。
技术介绍
月球表面地形复杂且环境恶劣，机器人在这种复杂的地形环境中执行科学探测任 务，必须具备性能优越、自适应能力强的移动系统。在星际飞行过程中，机器人又需置于由 飞行器所携带的着陆器内，要求探测车结构紧凑、体积要小、重量轻和低功耗。从目前国内 月球车的研究情况来看，六轮月球车均具备较强的越野性能，但也存在着几大不足之处①整车质量为50Kg，而其中的力矩电机、离合器、制动器等装置极大的增加了车体 的质载荷比，间接地增加了运载火箭负载；②该车体无法保证实时调整负载平台的姿态，进而无法保证导航系统与科学仪器 的安全稳定和正常运行；③车体摆动关节需通过带制动器的伺服电机控制角位移，控制难度大，成本高，增 加了车体的重量；④前后俯仰关节位置与轮毂轴线相对位置不佳，被动翻越较高的垂直障碍时，俯 仰力矩仅由摩擦产生，相对重力矩很小，不能有效地提供俯仰力矩，很有可能出现无法被动 越障的情况；⑤未提供可重构模块，即在负载需求大幅度增加的情况下，在短时间内无法重构 为可靠的8轮、12轮结构。
技术实现思路
本专利技术的目的在于设计一种具备人工智能的、可自适应各种复杂地形、可结构重 构并可完成采样任务的一种多关节串联的轮式移动机器人，包括机械主体、机械臂、控制系 统与导航系统。所述机械主体包括俯仰关节、扭转关节、摆动关节、车轮、车轴。导航系统包 括视觉导航系统与超声波传感器。其中，中车轴上活动套接有中间箱体，中间箱体上方安装有控制系统。中车轴前后 两端各对称连接有一个俯仰关节，俯仰关节位于中间箱体内，且位于车轮轴线以下。每个俯 仰关节各与一个扭转关节连接，每个扭转关节各连接有一个摆动关节，最终摆动关节分别 于与前车轴、后车轴连接，每个车轴两端安装有车轮。位于前端的扭转关节上连接有机械臂 安装支架，机械臂安装支架上安装有机械臂。在前车轴上安装有视觉导航系统，前端的摆动 关节上安装有超声波传感器。所述俯仰关节包括直流电机A、直流电机安装座、电磁离合器、轴承A、电磁离合器 轴承盖、主动齿轮、从动齿轮、从动齿轮轴、轴承B、从动齿轮轴承盖、套筒A、定位套筒、俯仰 关节臂、俯仰关节臂连接件、俯仰杆件与扭转关节连接件。直流电机A安装盘与中间箱体固定连接。直流电机A与电磁离合器分别与直流电 机安装座连接，直流电机A的输出轴与电磁离合器的周向定位，电磁离合器的输出轴上安装有轴承A，轴承A的外圈与电磁离合器轴承盖配合，电磁离合器轴承盖与中间箱体固连。 电磁离合器的输出轴上固定套接有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮固定套 接在从动齿轮轴上，从动齿轮轴的两端均安装有轴承B，轴承B的外圈与从动齿轮轴承盖配 合，从动齿轮轴承盖与中间箱体固连。轴承B的内圈通过套筒A轴向定位，套筒A套接在从 动齿轮轴上；定位套筒与从动齿轮轴固连，实现与从动齿轮轴周向定位。两俯仰关节臂一端 套接在从动齿轮轴上，分别位于从动齿轮轴两端的套筒A与定位套筒之间，通过套筒A和定 位套筒实现轴向定位，同时与定位套筒固连。俯仰关节臂另一端与俯仰关节臂连接件固连， 两俯仰杆件一端固定连接在俯仰关节臂连接件上，另一端与扭转关节连接件固定连接。扭 转关节连接件位于两俯仰杆件之间，通过扭转关节连接件连接扭转关节。扭转关节包括扭转关节内圈，扭转关节外圈、端盖A、挡圈A、套筒B、轴承C、扭转关 节轴承盖、摆动关节左连接件、摆动关节右连接件。扭转关节内圈一端与俯仰关节中的扭转关节连接件固定连接；扭转关节内圈上套 接有扭转关节外圈、端盖A与挡圈A，其中，在扭转关节外圈与挡圈贴合，端盖A与挡圈A固 定，所述挡圈A与端盖A位于扭转关节外圈与扭转关节内圈之间。扭转关节外圈与扭转关 节内圈之间还安装有轴承C，轴承C通过挡圈A与扭转关节轴承盖实现在扭转关节外圈上的 轴向定位，扭转关节轴承盖通过固定套接在扭转关节内圈上的套筒B轴向定位。扭转关节 外圈上连接有摆动关节左连接件与摆动关节右连接件，摆动关节左连接件与摆动关节右连 接件相对固定。摆动关节左连接件与扭转摆动关节右连接件与摆动关节连接。所述摆动关节包括摆动关节支架、摆动关节摆杆、车轴套筒、曲柄、连杆、摆动关节 轴、曲柄连杆轴、连杆摆杆轴、曲柄支架轴。摆动关节支架一端与摆动关节摆杆一端通过摆动关节轴活动连接。摆动关节摆杆 另一端开有圆孔，且固定连接有车轴套筒，其中车轴套筒，车轴套筒的截面与圆孔同轴心， 且截面的内径与圆孔的直径以及车轴或车轴的外径相等。摆动关节支架的另一端与曲柄的 一端通过曲柄支架轴与扭转关节中的扭转摆动关节左连接件与扭转摆动关节右连接件活 动连接。连杆的一端通过连杆摆杆轴与摆动关节摆杆中部活动连接。连杆的另一端与曲柄 的另一端通过曲柄连杆轴活动连接。所述车轮包括圆柱壳体、圆锥壳体、外侧壁、内侧壁、挡圈B、端盖B、轴承D、车轴轴 承盖、角铝、扭矩传递连杆、支撑弹簧、胎面、弹性联轴器、直流电机B、直流电机安装盘，联轴 器输出轴。其中，圆柱壳体为内部镂空结构，在圆柱壳体周向外壁上套有胎面；圆柱壳体内部 分别设置有，内侧壁为圆环状。内侧壁与外侧壁间通过扭矩传递连杆相对固定连接。外侧 壁与圆柱壳体间通过角铝固定连接。车轴两端固定套接有端盖，车轴两端侧上安装有直流 电机安装盘，直流电机安装盘与端盖固连，直流电机B安装盘置于车轴内，固定在直流电机 安装盘上，直流电机B的输出轴穿过直流电机安装盘后与弹性联轴器815连接，弹性联轴器 另一端连接有联轴器输出轴，联轴器输出轴与外侧壁固连。内侧壁外侧固定连接有挡圈B， 轴承D内圈通过端盖定位，外圈通过车轴轴承盖与挡圈B定位。圆锥壳体套接在车轴上，且 底部与内侧壁固定连接；圆锥壳体内部通过支撑弹簧与车轴连接。所述机械臂2包括手腕臂、手爪座、手爪、m个舵机与η个连接臂，η为正整数，且 η彡2。6所述机械臂包括手腕臂、手爪座、手爪、m个舵机与η个连接臂，m、η为正整数，且 η > 2、m = n+4 ；第1个舵机安装在机械臂安装支架上，第2个舵机与第一个舵机相连，第2 个舵机与第1个连接臂一端轴接，第1个连接臂的另一端与第2个连接臂的一端以及第3 舵机轴接，第2个连接臂的另一端与第3个连接臂以及第4个舵机轴接，以此类推，第η个 连接臂一端与第η-1个连接臂以及第m-3个舵机轴接，，第η个连接臂另一端与手腕臂以及 第m-2个舵机轴接，手腕臂上安装有第m-1个舵机，第m-1个舵机与手爪座相连；手爪座上 固定有至少两个手爪，在手爪座上装有第m个舵机，且第m个舵机与手爪相连；所述控制系统包括DSP数字信号处理器、电机驱动器、双轴倾角传感器、无线通讯 器、增量式光电编码器，机械臂运动控制器。外部主控PC机将控制信号发送给控制系统中的DSP数字信号处理器，DSP数字信 号处理器对控制信号进行处理后得到驱动信号，并将驱动信号发送给电机驱动器。电机驱 动器对收到的驱动信号进行放大，最终驱动直流电机A与直流电机B以及俯仰关节中的电 磁离合器运作，从而控制本专利技术机器人的运动。双轴倾角传感器实时获得中间箱体的俯仰 角度数据，并将俯仰角数据发送给DSP数字信号处理器。通过增量式光电编码器实时采集 直流电机A与直流电机B的转速，并将转速的数据发送本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多关节串联的轮式移动机器人，其特征在于：包括机械主体、机械臂、控制系统与导航系统；所述机械主体包括俯仰关节、扭转关节、摆动关节、车轮、车轴；导航系统包括视觉导航系统与超声波传感器；其中，中车轴上活动套接有中间箱体，中间箱体上方安装有控制系统；中车轴前后两端各对称连接有一个俯仰关节，俯仰关节位于中间箱体内，且位于车轮轴线以下；每个俯仰关节各与一个扭转关节连接，每个扭转关节各连接有一个摆动关节，最终摆动关节分别于与前车轴、后车轴连接，前车轴、中车轴与后车轴两端安装有车轮；位于前端的扭转关节上连接有机械臂安装支架，机械臂安装支架上安装有机械臂；在前车轴上安装有视觉导航系统，前端的摆动关节上安装有超声波传感器；所述俯仰关节包括直流电机Ａ、直流电机安装座、电磁离合器、轴承Ａ、电磁离合器轴承盖、主动齿轮、从动齿轮、从动齿轮轴、轴承Ｂ、从动齿轮轴承盖、套筒Ａ、定位套筒、俯仰关节臂、俯仰关节臂连接件、俯仰杆件与扭转关节连接件；直流电机Ａ安装盘与中间箱体固定连接；直流电机Ａ与电磁离合器分别与直流电机安装座连接，直流电机Ａ的输出轴与电磁离合器的周向定位，电磁离合器的输出轴上安装有轴承Ａ，轴承Ａ的外圈与电磁离合器轴承盖配合，电磁离合器轴承盖与中间箱体固连；电磁离合器的输出轴上固定套接有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮固定套接在从动齿轮轴上，从动齿轮轴的两端均安装有轴承Ｂ，轴承Ｂ的外圈与从动齿轮轴承盖配合，从动齿轮轴承盖与中间箱体固连；轴承Ｂ的内圈通过套筒Ａ轴向定位，套筒Ａ套接在从动齿轮轴上；定位套筒与从动齿轮轴固连，实现与从动齿轮轴周向定位；两俯仰关节臂一端套接在从动齿轮轴上，分别位于从动齿轮轴两端的套筒Ａ与定位套筒之间，通过套筒Ａ和定位套筒实现轴向定位，同时与定位套筒固连；俯仰关节臂另一端与俯仰关节臂连接件固连，两俯仰杆件一端固定连接在俯仰关节臂连接件上，另一端与扭转关节连接件固定连接；扭转关节连接件位于两俯仰杆件之间，通过扭转关节连接件连接扭转关节；扭转关节包括扭转关节内圈，扭转关节外圈、端盖Ａ、挡圈Ａ、套筒Ｂ、轴承Ｃ、扭转关节轴承盖、摆动关节左连接件、摆动关节右连接件；扭转关节内圈一端与俯仰关节中的扭转关节连接件固定连接；扭转关节内圈上套接有扭转关节外圈、端盖Ａ与挡圈Ａ，其中，在扭转关节外圈与挡圈贴合，端盖Ａ与挡圈Ａ固定，所述挡圈Ａ与端盖Ａ位于扭转关节外圈与扭转关节内圈之间；扭转关节外圈与扭转关节内圈之间还安装有轴承Ｃ，轴承Ｃ通过挡圈Ａ与扭转关节轴承盖实现在扭转关节外圈上的轴向定位，扭转关节轴承盖通过固定套接在扭转关节内圈上的套筒Ｂ轴向定位；扭转关节外圈上连接有摆动关节左连接件与摆动关节右连接件，摆动关节左连接件与摆动关节右连接件相对固定；摆动关节左连接件与扭转摆动关节右 连接件与摆动关节连接；所述摆动关节包括摆动关节支架、摆动关节摆杆、车轴套筒、曲柄、连杆、摆动关节轴、曲柄连杆轴、连杆摆杆轴、曲柄支架轴；摆动关节支架一端与摆动关节摆杆一端通过摆动关节轴活动连接；摆动关节摆杆另一端开有圆孔，且固定连接有车轴套筒，其中车轴套筒，车轴套筒的截面与圆孔同轴心，且截面的内径与圆孔的直径以及车轴或车轴的外径相等；摆动关节支架的另一端与曲柄的一端通过曲柄支架轴与扭转关节中的扭转摆动关节左连接件与扭转摆动关节右连接件活动连接；连杆的一端通过连杆摆杆轴与摆动关节摆杆中部活动连接；连杆的另一端与曲柄的另一端通过曲柄连杆轴活动连接；所述车轮包括圆柱壳体、圆锥壳体、外侧壁、内侧壁、挡圈Ｂ、端盖Ｂ、轴承Ｄ、车轴轴承盖、角铝、扭矩传递连杆、支撑弹簧、胎面、弹性联轴器、直流电机Ｂ、直流电机安装盘，联轴器输出轴；其中，圆柱壳体为内部镂空结构，在圆柱壳体周向外壁上套有胎面；圆柱壳体内部分别设置有，内侧壁为圆环状；内侧壁与外侧壁间通过扭矩传递连杆相对固定连接；外侧壁与圆柱壳体间通过角铝固定连接；车轴两端固定套接有端盖，车轴两端面上安装有直流电机安装盘，直流电机安装盘与端盖固连，直流电机Ｂ安装盘置于车轴内，分别固定在直流电机安装盘上，直流电机Ｂ的输出轴穿过直流电机安装盘后与外侧壁固定连接，位于内侧壁与外侧壁之间的直流电机Ｂ的输出轴上安装有弹性联轴器，弹性联轴器另一端连接有联轴器输出轴，联轴器输出轴与外侧壁固连；内侧壁外侧固定连接有挡圈Ｂ，轴承Ｄ内圈通过端盖定位，外圈通过车轴轴承盖与挡圈Ｂ定位；圆锥壳体套接在车轴上，且底部与内侧壁固定连接；圆锥壳体与车轴之间通过支撑弹簧连接；所述机械臂包括手腕臂、手爪座、手爪、ｍ个舵机与ｎ个连接臂，ｍ、ｎ为正整数，且ｎ≥２、ｍ＝ｎ＋４；第１个舵机安装在机械臂安装支架上，第２个舵机与第一个舵机相连，第２个舵机与第１个连接臂一端轴接，第１个连接臂的另一端与第２个连接臂的一端以及第３舵机轴接，第２个连接臂的另一端与第３个连接臂以及第４个舵...
【技术特征摘要】
一种多关节串联的轮式移动机器人，其特征在于包括机械主体、机械臂、控制系统与导航系统；所述机械主体包括俯仰关节、扭转关节、摆动关节、车轮、车轴；导航系统包括视觉导航系统与超声波传感器；其中，中车轴上活动套接有中间箱体，中间箱体上方安装有控制系统；中车轴前后两端各对称连接有一个俯仰关节，俯仰关节位于中间箱体内，且位于车轮轴线以下；每个俯仰关节各与一个扭转关节连接，每个扭转关节各连接有一个摆动关节，最终摆动关节分别于与前车轴、后车轴连接，前车轴、中车轴与后车轴两端安装有车轮；位于前端的扭转关节上连接有机械臂安装支架，机械臂安装支架上安装有机械臂；在前车轴上安装有视觉导航系统，前端的摆动关节上安装有超声波传感器；所述俯仰关节包括直流电机A、直流电机安装座、电磁离合器、轴承A、电磁离合器轴承盖、主动齿轮、从动齿轮、从动齿轮轴、轴承B、从动齿轮轴承盖、套筒A、定位套筒、俯仰关节臂、俯仰关节臂连接件、俯仰杆件与扭转关节连接件；直流电机A安装盘与中间箱体固定连接；直流电机A与电磁离合器分别与直流电机安装座连接，直流电机A的输出轴与电磁离合器的周向定位，电磁离合器的输出轴上安装有轴承A，轴承A的外圈与电磁离合器轴承盖配合，电磁离合器轴承盖与中间箱体固连；电磁离合器的输出轴上固定套接有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮固定套接在从动齿轮轴上，从动齿轮轴的两端均安装有轴承B，轴承B的外圈与从动齿轮轴承盖配合，从动齿轮轴承盖与中间箱体固连；轴承B的内圈通过套筒A轴向定位，套筒A套接在从动齿轮轴上；定位套筒与从动齿轮轴固连，实现与从动齿轮轴周向定位；两俯仰关节臂一端套接在从动齿轮轴上，分别位于从动齿轮轴两端的套筒A与定位套筒之间，通过套筒A和定位套筒实现轴向定位，同时与定位套筒固连；俯仰关节臂另一端与俯仰关节臂连接件固连，两俯仰杆件一端固定连接在俯仰关节臂连接件上，另一端与扭转关节连接件固定连接；扭转关节连接件位于两俯仰杆件之间，通过扭转关节连接件连接扭转关节；扭转关节包括扭转关节内圈，扭转关节外圈、端盖A、挡圈A、套筒B、轴承C、扭转关节轴承盖、摆动关节左连接件、摆动关节右连接件；扭转关节内圈一端与俯仰关节中的扭转关节连接件固定连接；扭转关节内圈上套接有扭转关节外圈、端盖A与挡圈A，其中，在扭转关节外圈与挡圈贴合，端盖A与挡圈A固定，所述挡圈A与端盖A位于扭转关节外圈与扭转关节内圈之间；扭转关节外圈与扭转关节内圈之间还安装有轴承C，轴承C通过挡圈A与扭转关节轴承盖实现在扭转关节外圈上的轴向定位，扭转关节轴承盖通过固定套接在扭转关节内圈上的套筒B轴向定位；扭转关节外圈上连接有摆动关节左连接件与摆动关节右连接件，摆动关节左连接件与摆动关节右连接件相对固定；摆动关节左连接件与扭转摆动关节右 连接件与摆动关节连接；所述摆动关节包括摆动关节支架、摆动关节摆杆、车轴套筒、曲柄、连杆、摆动关节轴、曲柄连杆轴、连杆摆杆轴、曲柄支架轴；摆动关节支架一端与摆动关节摆杆一端通过摆动关节轴活动连接；摆动关节摆杆另一端开有圆孔，且固定连接有车轴套筒，其中车轴套筒，车轴套筒的截面与圆孔同轴心，且截面的内径与圆孔的直径以及车轴或车轴的外径相等；摆动关节支架的另一端与曲柄的一端通过曲柄支架轴与扭转关节中的扭转摆动关节左连接件与扭转摆动关节右连接件活动连接；连杆的一端通过连杆摆杆轴与摆动关节摆杆中部活动连接；连杆的另一端与曲柄的另一端通过曲柄连杆轴活动连接；所述车轮包括圆柱壳体、圆锥壳体、外侧壁、内侧壁、挡圈B、端盖B、轴承D、车轴轴承盖、角铝、扭矩传递连杆、支撑弹簧、胎面、弹性联轴器、直流电机B、直流电机安装盘，联轴器输出轴；其中，圆柱壳体为内部镂空结构，在圆柱壳体周向外壁上套有胎面；圆柱壳体内部分别设置有，内侧壁为圆环状；内侧壁与外侧壁间通过扭矩传递连杆相对固定连接；外侧壁与圆柱壳体间通过角铝固定连接；车轴两端固定套接有端盖，车轴两端面上安装有直流电机安装盘，直流电机安装盘与端盖固连，直流电机B安装盘置于车轴内，分别固定在直流电机安装盘上，直流电机B的输出轴穿过直流电机安装盘后与外侧壁固定连接，位于内侧壁与外侧壁之间的直流电机B的输出轴上安装有弹性联轴器，弹性联轴器另一端连接有联轴器输出轴，联轴器输出轴与外侧壁固连；内侧壁外侧固定连接有挡圈B，轴承D内圈通过端盖定位，外圈通过车轴轴承盖与挡圈B定位；圆锥壳体套接在车轴上，且底部与内侧壁固定连接；圆锥壳体与车轴之间通过支撑弹簧连接；所述机械臂包括手腕臂、手爪座、手爪、m个舵机与n个连接臂，m、n为正整数，且n≥2、m＝n+4；第1个舵机安装在机械臂安装支架上，第2个舵机与第一个舵机相连，第...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵宸，朱佳敏，罗宁，齐征，胡松，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11
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