平行四边形高架连杆越障机构制造技术

本实用新型专利技术是一种平行四边形高架连杆越障机构，它涉及变形机器人（包括多足机器人和轮式、履带式机器人等）结构中使用的运动构件。该机构用于将机器人本体与运动轮连接，是高性能越障机器人的重要组成部分之一。整个机构由前后摆杆和上下连杆组成，两摆杆、两连杆分别平行，组成高架平行四边形，摆杆的下端与运动轮轮轴相连接；连杆的中点与机器人本体相连接。机器人在攀爬障碍时，使用该机构可以保证前后运动轮与地面始终保持良好接触，并且，前后运动轮可以分别攀越障碍，从而保证了整个机构平稳越障，此时机器人的车身倾斜度仅为普通车型的一半。本实用新型专利技术大大提高了机器人综合越障性能。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及用于机器人等类似结构中的越障机构，尤其是变形机器人(包括多足机器人和轮式、履带式机器人等)结构中使用的运动构件。
技术介绍
由于机器人在许多行业或环境中可以代替人们的工作，以减少人类所承担的繁重劳动或直接面对危险的机会，因此机器人技术已得到了大力发展。近年来，随着研究工作的深入，机器人技术的应用领域也不断拓展，例如星球探测、爆炸物排查、矿山开采等，使得越障机器人的研究越来越得到重视。研究越障机器人的一个重要目标就是提高机器人的变形能力，使其能够在充满障碍物的非结构化环境中攀越移动。目前文献中已有报道的越障机器人(参见CN1338357A、CN1397409A、CN1410230A)要么越障能力不强，要么结构过于复杂，缺乏一种结构简单并且具备较强越障能力的机构。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种平行四边形高架连杆越障机构，利用简单的机构来达到提高机器人越障性能的目的，从而增强机器人适应野外环境的能力。本技术是这样实现的整个机构由前后摆杆和上下连杆组成，两摆杆、两连杆分别平行，摆杆的上端通过连接件分别与上连杆两端相连接，摆杆的杆中接点通过连接件分别与下连杆两端相连接，摆杆的下端通过连接件分别与运动轮的轮轴相连接；连杆的中点通过连接件分别与机器人本体相连接。摆杆下段的长度大于运动轮轮径的1/2，摆杆上段的长度大于运动轮轮径的1/4，连杆的长度大于运动轮轮径并且大于等于下连杆的离地高度。在实际应用中，由于前后运动轮之间的连接采用高架连杆，即连杆的离地高度远高于轮子的重心，因而可以使机器人更加自如地在凹凸不平的复杂工作表面上行进。不至于因某些尖锐或高大凸起与连杆相抵触而使车辆不能前进，大大增强了越障能力。下连杆的离地高度即为可以达到的实际越障高度。同时，由于采用平行四边形机构作为前后运动轮之间的连接件，在不平坦地面运行的时候，平行四边形的转动变形可以使前后运动轮分别单独攀越障碍，而且，当单轮攀越障碍的时候，机器人本体重心的上升高度仅为普通车辆的一半，机器人本体的倾斜度较小，使之不易倾覆。平行四边形的变形还使运动轮与地面始终保持良好的接触，有利于攀爬障碍。附图说明图1为本技术的整体结构示意图； 图2为本技术的越障过程示意图。具体实施方式以下结合实例对本技术作详细描述参考图1，前摆杆2、后摆杆7和上连杆4、下连杆3组成平行四边形机构，将前运动轮1和后运动轮8连接起来，并在上连杆的中点5和下连杆的中点6处与机器人本体相连接。当前后运动轮处于水平运动状态的初始位置时，上下连杆为水平方向、前后摆杆为竖直方向。所述的连接应为铰接方式，所述铰接是指连杆和摆杆均可沿着铰接点转动，使平行四边形机构在其本身所构成的竖直方向的平面上转动，从而带动运动轮使其在该平面上位移自如。从图2中可知，实际越障过程中，例如攀爬台阶类障碍时，当前轮到达台阶边缘时，在运动轮本身驱动力的牵引下，前轮将产生向上的摩擦力、逐渐沿着台阶侧壁上升；在此过程中，平行四边形机构整体变形，后轮依然与地面有良好接触，推动机器人本体向前运动。由于与机器人本体的连接点位于连杆的中间，所以连接点的上升高度仅为前轮上升高度的一半，亦即整体重心的上升高度仅为采用固定连杆机构时的一半，有效保证机器人本体的平稳性。当前轮搭到台阶上层后，即带动后轮逐渐靠近台阶侧壁，同样沿着台阶侧壁向台阶上攀登。在具体设计时，下连杆的离地高度(即摆杆的杆中接点至地面的距离)应选择机器人本体所需跨越尖锐障碍及台阶类障碍的最大高度，至少应大于运动轮轮径；此时摆杆下段的长度(即摆杆的杆中接点至下端接点的距离)至少应大于运动轮半径。上连杆的离地高度应与车身的高度相适应，通常为车身的最大高度，不过，上下连杆之间的距离(即摆杆的杆中接点至上端接点的距离、亦即摆杆上段的长度)至少应大于运动轮轮径的1/4，以免影响平行四边形的运动。上下连杆的长度应保证前后两轮之间的运动不相互干扰，并且当平行四边形变形时，在不受其它条件干涉影响的情况下，两轮之间的高度差大于所需要的越障高度(参见图2-c)；所以，连杆的长度应大于运动轮轮径并且大于等于下连杆的离地高度，否则越障高度会受到两者中较小值的限制。具体实施例为设计时取可跨越尖锐障碍及台阶类障碍的高度为运动轮轮径(即轮高)的1.5倍，所以下连杆的离地高度及连杆的长度即为轮高的1.5倍以上。本技术设计轮高为110mm，下连杆高度为170mm，上连杆高度为210mm，即摆杆下段的长度为115mm、摆杆上段的长度为40mm，连杆的长度为180mm。连杆和摆杆均采用强度高、质量轻的材质(例如硬铝12)制成。连接件为耐磨材质(例如40Cr加铜套)的转动铰链。权利要求1.一种平行四边形高架连杆越障机构，其特征在于整个机构由前后摆杆和上下连杆组成，两摆杆、两连杆分别平行，摆杆的上端通过连接件分别与上连杆两端相连接，摆杆的杆中接点通过连接件分别与下连杆两端相连接，摆杆的下端通过连接件分别与运动轮的轮轴相连接；连杆的中点通过连接件分别与机器人本体相连接。2.如权利要求1所述的平行四边形高架连杆越障机构，其特征在于所述摆杆下段的长度大于运动轮轮径的1/2，摆杆上段的长度大于运动轮轮径的1/4，连杆的长度大于运动轮轮径并且大于等于下连杆的离地高度。专利摘要本技术是一种平行四边形高架连杆越障机构，它涉及变形机器人(包括多足机器人和轮式、履带式机器人等)结构中使用的运动构件。该机构用于将机器人本体与运动轮连接，是高性能越障机器人的重要组成部分之一。整个机构由前后摆杆和上下连杆组成，两摆杆、两连杆分别平行，组成高架平行四边形，摆杆的下端与运动轮轮轴相连接；连杆的中点与机器人本体相连接。机器人在攀爬障碍时，使用该机构可以保证前后运动轮与地面始终保持良好接触，并且，前后运动轮可以分别攀越障碍，从而保证了整个机构平稳越障，此时机器人的车身倾斜度仅为普通车型的一半。本技术大大提高了机器人综合越障性能。文档编号B25J3/02GK2673582SQ20042002471公开日2005年1月26日 申请日期2004年2月16日 优先权日2004年2月16日专利技术者许旻, 李永新, 王建平, 杜华生, 宋轶群, 杨杰 申请人:中国科学技术大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平行四边形高架连杆越障机构，其特征在于：整个机构由前后摆杆和上下连杆组成，两摆杆、两连杆分别平行，摆杆的上端通过连接件分别与上连杆两端相连接，摆杆的杆中接点通过连接件分别与下连杆两端相连接，摆杆的下端通过连接件分别与运动轮的轮轴相连接；连杆的中点通过连接件分别与机器人本体相连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许旻，李永新，王建平，杜华生，宋轶群，杨杰，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：实用新型
国别省市：34[中国|安徽]