全地形避震悬挂式复合履带机器人移动平台的制作方法

1.本发明涉及履带机器人领域，尤其涉及一种全地形避震悬挂式复合履带机器人移动平台。


背景技术：

2.履带式机器人，主要指搭载履带底盘机构的机器人，履带移动机器人具有牵引力大、不易打滑、越野性能好等优点。履带式机器人可搭载多种负荷，广泛应用于巡检、侦查、协同运输、消防、市政等多种行业，通用性好，应用广泛。
3.履带式机器人为了克服恶劣的露天作业环境和多变的路况，对所搭载的激光雷达、摄像头、热成型等昂贵精密设备的震动，机器人移动底盘通常配备带有避震设计的悬挂系统，避震悬挂可以缓解恶劣路况传递到底盘上的震动，以保证搭载设备所采集的信息有效，保证采集信息的精密度。
4.克里斯蒂悬挂结构在履带式悬挂系统中应用最为广泛，用以克服履带式机器人在行走过程中的震动问题。克里斯蒂悬挂在减震时摆臂摆动，行走轮抬起越障，但是行走轮抬起后会造成履带松弛，因此在实际工作中，履带式机器人底盘遇到复杂地形而震动时，容易造成履带脱离，导致机器人不能正常工作。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种能够有效防止履带脱离的全地形避震悬挂式复合履带机器人移动平台。
6.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：全地形避震悬挂式复合履带机器人移动平台,其特征在于，包括盘架，具有水平的上顶架，于上顶架的两侧均设有两根呈八字形布置的第一悬挂臂，所述第一悬挂臂的上端与上顶架的中部可转动连接、下端通过处于拉伸状态的第一弹性体悬吊于上顶架上；及履带行走机构，具有两条履带，分设于盘架的两侧，于履带的两端具有与其啮合传动的链轮，所述链轮可转动的固定于对应的第一悬挂臂上，每一链轮连接有驱动其旋转的驱动机构，于履带上还具有位于两链轮之间的多个承重轮，所述承重轮通过克里斯蒂悬挂架可浮动的安装于盘架上。
7.进一步的技术方案在于，所述克里斯蒂悬挂架包括：两根第二悬挂臂，呈x形布置，两第二悬挂臂交叉的中部通过转轴可转动的固定于盘架上，两第二悬挂臂的上部之间连接固定有第二弹性体；所述承重轮可转动的固定于第二悬挂臂的下端。
8.进一步的技术方案在于，所述盘架还包括水平的、可上下浮动的底梁，所述克里斯蒂悬挂架固定于底梁上。
9.进一步的技术方案在于，所述底梁通过竖直的连接臂与上顶架固定，所述连接臂
包括：固定梁，其上端与上顶架固定，下端具有供底梁上下滑动的豁口；及第三弹性体，其上端与固定梁固定，下端与底梁固定。
10.进一步的技术方案在于，所述第三弹性体包括第三弹簧，于第三弹簧内穿设有第三安装杆；所述固定梁上固定有相对其高度可调并能够锁定的安装架；所述第三安装杆的上端与安装架固定、下端可滑动的穿过底梁，所述第三安装杆位于底梁和安装架之间的距离可调。
11.进一步的技术方案在于，所述第一悬挂臂的下端固定有水平的安装块；所述第一弹性体包括第一弹簧，于第一弹簧内穿设有第一安装杆；所述第一安装杆的上端可转动的固定于上顶架上，下端可滑动的穿过安装块，所述第一安装杆位于上顶架和安装块之间的距离可调；所述第一弹簧的上端与第一安装杆固定，下端与安装块固定。
12.进一步的技术方案在于，所述上顶架上具有供电池模块和控制模块进入的安装腔，所述电池模块和控制模块均与安装腔的侧壁间通过滑道与滑块的配合实现侧方抽拉式装配。
13.进一步的技术方案在于，所述盘架上还具有防护罩，所述防护罩上具有照明灯。
14.进一步的技术方案在于，所述防护罩的内、外表面均具有防火层。
15.进一步的技术方案在于，所述履带包括若干条平行且间隔设置的金属链条，所述金属链条上的销轴的两端向外延伸并与橡胶层固定，所述链轮于金属链条啮合传动，所述承重轮与橡胶层传动。
16.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：该机器人移动平台上的承重轮通过克里斯蒂悬挂架可浮动的安装于盘架上，可很好地减轻路面不平对机器人本体造成的冲击，具有良好的缓冲减震性能。
17.履带两端的链轮不仅起到了驱动和定位的作用，另外，两端的链轮通过两根呈八字形布置的第一悬挂臂悬吊在盘架上，第一悬挂臂的上端与盘架可转动连接，下端通过第一弹性体弹性悬吊于上顶架上，且装配后，第一弹性体处于拉伸状态，通过该结构还使得两链轮起到了涨紧履带的作用。两链轮之间的轴距可根据地形及机器人移动平台载重自动调整前后轴距，通过实时调整，保证履带具有涨紧力，不脱带，保证机器人有效稳定的工作。
18.当地形复杂承重轮上抬减震时，履带发生松弛，在第一弹性体在复位力的作用下，长度缩短，驱动两根第一悬挂臂撑开，使得两链轮的轴距增大，进而使履带涨紧，防止脱带。
19.当机器人移动平台承重较大时，会下压使克里斯蒂悬挂结构上的摆臂发生摆动，轮体上抬，造成履带松弛，同样的，在第一弹性体在复位力的作用下，长度缩短，驱动两根第一悬挂臂撑开，使得两链轮的轴距增大，进而使履带涨紧，防止脱带。
附图说明
20.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
21.图1是本公开的机器人移动平台的轴侧结构示意图；
图2是本公开的机器人移动平台的侧视结构示意图；图3是本公开的上顶架的结构示意图；图4是本公开的实施例一中盘架的轴侧结构示意图；图5是本公开的实施例二中盘架的轴侧结构示意图；图6是图5的主视结构示意图；图7是本公开的克里斯蒂悬挂架部分的结构示意图；图8是本公开的履带上设有轮系部分的结构示意图；图9是本公开的本公开的机器人移动平台的轴侧结构示意图（未示出防护罩）。
具体实施方式
22.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
24.实施例一如图1~图9所示，本公开的全地形避震悬挂式复合履带机器人移动平台，可应用于各种全地形、爬楼梯履带式侦察巡逻机器人、消防机器人、排爆机人等，适用于在荒地、沟壑、戈壁、河滩等恶劣环境下工作。
25.全地形避震悬挂式复合履带机器人移动平台包括盘架10和履带行走机构20,根据机器人的工作要求，可设置不同的控制系统及搭载组件。
26.盘架10为该机器人移动平台的承重部分，并将各个机构整合到一起。盘架10具有水平的上顶架101，如图3所示，上顶架101可以包括一个矩形的框架，为提高框架的稳定性和实用强度，可在框架内设置工字型的加强梁，且加强梁的中部又可设置其它立体的加强板。在上顶架101的两侧均设有两根呈八字形布置的第一悬挂臂102，第一悬挂臂102的上端与上顶架101的中部可转动连接、下端通过处于拉伸状态的第一弹性体103悬吊于上顶架101上，通过拉伸或压缩第一弹性体103可改变两个第一悬挂臂102下端开口的距离。两根第一悬挂臂102的上端可重叠并通过一根固定轴可转动的固定在上顶架101上，在两根第一悬挂臂102重叠的位置上可设置自润垫圈，以保证两根第一悬挂臂102旋转展开或闭合时运动顺滑、平稳。
27.履带行走机构20为该机器人移动平台的行走部分，其具有两条履带201，分设于机器人移动平台盘架10的两侧。履带201包括若干条平行且间隔设置的金属链条2021，金属链条2021上的销轴的两端向外延伸并与橡胶层2022可通过硫化固定，即金属链条2021与橡胶层2022交错设置，并在履带201的外侧面上布有沿其宽度方向设置的、凸起的橡胶条，以提高履带201的耐磨性。本公开的履带201具有耐高温、耐低温、耐腐蚀、承载能力大，抗拉强度高等优点满足各种复杂环境工作的需求。
28.如图7和图8所示，在履带201上设有轮系，轮系包括链轮202和承重轮203。链轮202
设在履带201的两端并与金属链条2021啮合传动，链轮202可转动的固定于对应的第一悬挂臂102上，每一链轮202连接有驱动其旋转的驱动机构，驱动机构包括减速机和电机，其中减速机可采用马达蜗轮蜗杆减速机，电机可采用防水伺服直流电机。左侧履带201上的两台电机为第一组电子齿轮控制同步旋转，右侧履带201上的两台电机为第二组电子齿轮单独控制，从而实现机器人移动平台的左转或右转以及原地旋转。该机构机械效率高，使前后四轮驱动履带传动受力分布均匀。承重轮203具有多组，设于两链轮202之间，承重轮203与橡胶层2022接触传动，承重轮203通过克里斯蒂悬挂架204可浮动的安装于盘架10上。装配后，承重轮203低于链轮202，起到主行走的作用。
29.其中优选的是金属链条2021具有闭环的两条，对应的橡胶层2022则有三条，履带201的每端具有同轴叠加、能够同步运行的双链轮。
30.其中，克里斯蒂悬挂架204的形式多样，在本实施例中，克里斯蒂悬挂架204采用双臂的结构，如图7所示，包括两根第二悬挂臂2041，呈x形布置，两第二悬挂臂2041交叉的中部通过转轴可转动的固定于盘架10上，两第二悬挂臂2041的上部之间连接固定有第二弹性体2042，第二弹性体2042可采用弹簧，其两端分别与两第二悬挂臂2041固定，承重轮203可转动的固定于第二悬挂臂2041的下端。
31.该机器人移动平台上的承重轮203通过克里斯蒂悬挂架204可浮动的安装于盘架10上，当路面不平需要越障时，每组中，前方的承重轮203受力沿转轴向后旋转抬起，使第二弹性体2042产生形变（拉伸或压缩），在第二弹性体2042的作用下，后方的承重轮203会自用的向后旋转抬起，完成越障后，在第二弹性体2042的作用下，第二悬挂臂2041（即承重轮203）复位。可很好地减轻路面不平对机器人本体造成的冲击，具有良好的缓冲减震性能。
32.本实施例中，克里斯蒂悬挂架204采用双臂交叉的形式，两第二悬挂臂2041的上部之间连接固定有第二弹性体2042，每组承重轮203在越障时，在前方承重轮203被动抬起后，后方承重轮203能够主动抬起，降低了每组中对后方承重轮203的磨损。
33.履带201两端的链轮202不仅起到了驱动和定位的作用，另外，两端的链轮202通过两根呈八字形布置的第一悬挂臂102悬吊在盘架10上，第一悬挂臂102的上端与盘架10可转动连接，下端通过第一弹性体103弹性悬吊于上顶架101上，且装配后，第一弹性体103处于拉伸状态，通过该结构还使得两链轮202起到能够涨紧履带201的作用。两链轮202之间的轴距可根据地形及机器人移动平台载重自动调整前后轴距，通过实时调整，保证履带201具有涨紧力，不脱带，保证机器人有效稳定的工作。
34.当地形复杂承重轮203上抬减震时，履带201发生松弛，在第一弹性体103在复位力的作用下，长度缩短，驱动两根第一悬挂臂102撑开，使得两链轮202的轴距增大，进而使履带201涨紧，防止脱带。
35.当机器人移动平台承重较大时，会下压使克里斯蒂悬挂结构上的摆臂发生摆动，轮体上抬，造成履带201松弛，同样的，在第一弹性体103在复位力的作用下，长度缩短，驱动两根第一悬挂臂102撑开，使得两链轮202的轴距增大，进而使履带201涨紧，防止脱带。
36.当机器人移动平台承重变小后，前后克里斯蒂悬挂结构上的摆臂发生摆动，轮体下降，两根第一悬挂臂102的下端靠拢，两端链轮202的轴距缩小，可减少履带的金属链条链轮之间的摩擦阻力。
37.实施例二
本公开的全地形避震悬挂式复合履带机器人移动平台,在实施例一的基础上增加了承重轮203的悬挂行程。
38.如图5所示，盘架10还包括水平的、可上下浮动的底梁104，克里斯蒂悬挂架204固定于底梁104上。
39.多组克里斯蒂悬挂架204上的转轴固定于一个减震梁109上，减震梁再与底梁104固定。底梁104通过竖直的连接臂与上顶架101固定，连接臂包括固定梁105、安装架和第三弹性体106。固定梁105的上端与上顶架101固定，下端具有供底梁104上下滑动的豁口，豁口竖直向下开设，底梁104可上下滑动的穿过豁口。在固定梁105上开设有竖直的条形孔，在固定梁105上固定有呈直角形的安装架，安装架与固定梁105通过穿入条形孔内的螺栓螺母组件固定，从而使安装架在固定梁105上的高度可调并能够锁定。
40.第三弹性体106包括第三弹簧，于第三弹簧内穿设有第三安装杆，第三安装杆的上端与安装架固定、下端可滑动的穿过底梁104。具体的，在第三安装杆的两端具有外螺纹，于第三安装杆的上端螺纹连接有两个锁母，两个锁母分置于安装架的两侧，实现第三安装杆的上端与安装架的固定，在第三安装杆的下端、且仅在底梁104的下方螺纹连接有锁母，保证第三弹簧能够被压缩，第三安装杆对底梁104的上下浮动起到导向的作用。
41.另外，通过调节第三安装杆底部锁母的位置，使第三安装杆位于底梁104和安装架之间的距离可调，即第三弹簧初始状态可调，底梁104的高度可调，以适应不同的路况。
42.在减震时，第三弹性体106和克里斯蒂悬挂架204协同工作，增强了机器人的减震性能。
43.实施例三本公开的全地形避震悬挂式复合履带机器人移动平台,在实施例一的基础上，在第一悬挂臂102的下端固定有水平的安装块107。第一弹性体103包括第一弹簧，于第一弹簧内穿设有第一安装杆，第一安装杆的上端固定有铰接座，使第一安装杆的上端可转动的固定于上顶架101上，下端可滑动的穿过安装块107，在第一安装杆的下端具有外螺纹，外螺纹上螺纹连接有锁母，锁母位于安装块107的下方。第一弹簧的上端与第一安装杆固定，下端与安装块107固定，使得第一弹簧能够随安装块107的升降压缩或拉伸，第一安装杆对第一弹簧的拉伸或压缩起到导向的作用，使第一悬挂臂102的开合更平稳。
44.另外，通过调节第一安装杆底部的锁母，能够使第一安装杆位于上顶架101和安装块107之间的距离可调，即第一弹簧初始状态可调，以适应不同的路况。
45.实施例四本公开的全地形避震悬挂式复合履带机器人移动平台,在实施例的基础上，上顶架101上具有供电池模块30和控制模块40进入的水平的安装腔，所述电池模块30和控制模块40均与安装腔的侧壁间通过滑道与滑块的配合实现侧方抽拉式装配。在盘架10上还具有防护罩108，防护罩108上具有照明灯1081。电池模块30所在安装腔的腔底（即前侧壁）具有能够与电池模块30锁定的电磁锁，电磁锁在机器人启动工作状态时电磁锁通电，与电池模块30处于吸合状态，机器人关机后电磁锁断电，与电池模块30处于分离状态，可以自由取出电池模块30进行快速更换。控制模块40外侧具有与盘架10锁定的锁扣，检修时不需要拆下防护罩108，可从侧方抽出控制模块40进行检修，操作方便。
46.防护罩108可采用310s不锈钢材料，可耐高温1000℃，在防护罩108的内、外表面均具有防火层，在防护罩108的外表面可涂覆耐高温涂料，如zs-1耐高温隔热保温涂料，在防护罩108的内表面可增加内衬，如陶瓷纤维隔热阻燃板，整体上增加防护罩108的阻燃和耐高温的性能，更适合消防等特殊环境下使用。
47.以上仅是本发明的较佳实施例，任何人根据本发明的内容对本发明作出的些许的简单修改、变形及等同替换均落入本发明的保护范围。