本實用新型屬于機器人移動平臺技術領域，尤其是一種新型基于四桿機構的履帶可變形機器人移動平臺。

背景技術：

當前的機器人移動機構中，輪式機器人移動靈活，能夠通過較為復雜的地面環境，但其效率低下，控制算法復雜。履帶式機器人的應用研究廣泛，兼具了效率和障礙物通過性能，普通的履帶機器人大多為關節擺臂式結構，通過調節關節擺臂的角度，主動地適應環境變化，這類機器人很大程度上依賴于傳感器所反饋的環境信息以及主動的控制調節。而被動自適應履帶機器人能將環境中的約束力作為一種有效的輸出，使履帶外形輪廓被動地發生改變，從而更好地適應環境，從而減少了機器人對傳感系統和控制系統的依賴性，并提高行走效率，成為履帶機器人的一個重要研究方向。

現有的被動自適應履帶機器人研究有：專利號為ZL2013101764130的中國專利公開了一種被動自適應履帶可變形移動機器人平臺，該機器人平臺采用欠驅動的平面六桿機構作為支撐履帶的機構，能通過高于履帶的障礙，但其變形不大，平整路面速度較低，且輔助擺臂模塊在實際應用中達不到太大效果。專利號為ZL2010102195152的中國專利公開了一種具有自適應能力的輪-履復合變形移動機器人，該機器人具有輪-履兩種運動模式，但其在輪式運動時，履帶作為虛擬輪仍接觸地面，且要保持和主動輪相同的線速度，容易產生履帶與地面的摩擦，其前輪驅動的方式使得其在輪式運動模式下越障能力不足，且需要主動避開正前方小于車體寬度的小障礙。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于彌補現有技術的不足之處，提供一種新型基于四桿機構的履帶可變形機器人移動平臺，解決了前輪驅動方式造成的輪式運動模式下越障能力不足以及平整路面的通過效率問題。

本實用新型解決現有的技術問題是采取以下技術方案實現的：

一種新型基于四桿機構的履帶可變形機器人移動平臺，包括機器人本體和兩個輪履復合行走模塊，

所述機器人本體包括箱體、主動傳動軸、從動傳動軸、驅動電機機構；所述主動傳動軸安裝在箱體內的前端并連接箱體兩側的第一車輪，所述從動傳動軸安裝在箱體內的后端并連接箱體兩側的第二車輪；所述驅動電機機構安裝在箱體內，該驅動電機機構包括驅動電機、第一齒輪、第二齒輪、第三齒輪、第四齒輪、第五齒輪，驅動電機連接第一齒輪，第一齒輪和第二齒輪相互嚙合，第二齒輪和主動傳動軸配合并同步轉動，第三齒輪和第二齒輪同軸同步，第三齒輪和主動傳動軸配合且同軸同步，第三齒輪和第四齒輪相互嚙合，第四齒輪和第五齒輪相互嚙合，第五齒輪和第一車輪同軸同步，第四齒輪固裝在箱底內的底板上；

所述輪履復合行走模塊包括履帶支撐連桿機構和履帶機構，所述履帶支撐連桿機構包括前支撐桿、中間連接桿、變形限位機構、第一拉桿、第一后支撐桿、變形復位機構、第二后支撐桿和第二拉桿；前支撐桿、中間連接桿、第二后支撐桿組成平行四邊形機構，第二后支撐桿、第一后支撐桿、第一拉桿、第二拉桿、變形限位機構共同組成傘骨機構，該變形限位機構安裝在機器人本體兩側固裝的連桿機構軌道上；所述履帶機構包括主動大履帶輪、主動小履帶輪、第一從動大履帶輪、第二從動小履帶輪、第一從動小履帶輪、傳動履帶和傳動行走履帶；前支撐桿的兩端分別軸連接在主動大履帶輪和第一從動小履帶輪上，中間連接桿兩端分別軸連接在第一從動小履帶輪和第二從動小履帶輪上，第一后支撐桿、第二后支撐桿一端分別軸連接在第一從動大履帶輪、第二從動小履帶輪上，第一后支撐桿、第二后支撐桿另一端連接變形限位機構并與第一拉桿和第二拉桿安裝在一起；所述主動小履帶輪安裝在主動傳動軸上并且與第二齒輪同軸同步，其通過傳動履帶將動力傳遞到主動大履帶輪上，所述主動大履帶輪、主動小履帶輪、第一從動大履帶輪、第二從動小履帶輪和第一從動小履帶輪與傳動行走履帶嚙合在一起。

所述主動傳動軸通過主動傳動軸支架安裝在箱體內，該主動傳動軸支架安裝在箱體內底板上，該傳動軸支架和61900深溝球軸承配合；所述從動傳動軸通過從動傳動軸支架安裝在箱體內，該從動傳動軸支架安裝在箱體內底板上，該傳動軸支架和61900深溝球軸承配合；所述驅動電機通過驅動電機支架安裝在箱體內，該驅動電機支架安裝在主動傳動軸內側的箱體內底板上。

所述變形復位機構為復位彈簧。

本實用新型的優點和積極效果是：

1、本實用新型采用模塊化設計，具有被動自適應能力：在輪履復合行走模塊中以平行四邊形和曲柄滑塊機構為基礎構成被動自適應機構的結構基礎，該結構能夠根據具體障礙物的尺寸產生變形，從而使履帶外輪廓的形狀改變，且履帶長度的變化可控制在一定的微小范圍內，能夠實現樓梯、斜坡、溝槽等復雜環境的平穩高效行走，并能跨越高于自身的障礙物。

2、本實用新型具有輪-履兩種運動模式，可以被動的實現兩種模式的轉換，具有很強的自主地形適應能力，且不需要復雜的控制算法就可以實現；在平整路面，主動車輪和驅動后輪直接接觸地面，移動平臺做輪式運動，能避免出現履帶作為虛擬輪仍接觸地面，與地面產生摩擦的問題，且輪、履兩種運動的驅動系統相互獨立，提高了輪式運動的速度，且節約能量。

3、本實用新型設計合理，能根據環境中障礙物的尺寸被動地改變履帶的外形，并能在變形的同時自主地實現輪、履兩種運動模式的切換，在確保復雜地形適應能力的前提下，增強了平整路面的通過效率，避免了履帶與地面的摩擦，且履帶在整個變形過程中的長度變化在可控范圍內，進一步增加移動平臺對障礙物的通過性。

附圖說明

圖1為本實用新型的立體結構示意圖；

圖2為本實用新型的機器人本體的結構示意圖；

圖3a為本實用新型的輪履復合行走模塊的結構圖；

圖3b為本實用新型的輪履復合行走模塊的結構簡圖；

圖4為本實用新型的機器人本體與輪履復合行走模塊的連接示意圖；

圖5為本實用新型的輪履復合行走自適應原理圖；

圖6為本實用新型的機器人翻越小障礙原理圖；

圖7a為本實用新型的機器人翻越大障礙原理示意圖(自適應狀態一)；

圖7b為本實用新型的機器人翻越大障礙原理示意圖(自適應狀態二)；

圖中，1-機器人本體，2-輪履復合行走模塊；1-1：側板，1-2：前板，1-3：驅動電機支架，1-4：主傳動軸支架，1-5：前車輪支架，1-6：后車輪支架，1-7：從傳動軸支架，1-9：連桿機構軌道，1-8：后板，1-10：底板；2-1：前支撐桿，2-2：車輪，2-3：中間連接桿，2-4：變形限位機構，2-5：第一拉桿，2-6：第一后支撐桿，2-7：變形復位機構，2-8：第二后支撐桿，2-9:第二拉桿，2-10：從動傳動軸，2-11：主動傳動軸；3-1：第一從動大履帶輪，3-2：第二從動小履帶輪，3-3：第二車輪，3-4：第一從動小履帶輪，3-5：第一車輪，3-6：主動小履帶輪，3-7：傳動履帶，3-8：主動大履帶輪，3-9：傳動行走履帶，3-10：第五齒輪，3-11：第三齒輪，3-12：第四齒輪，3-13：第二齒輪，3-14：第一齒輪，3-15：驅動電機，3-16：箱體。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型實施例做進一步詳述：

一種新型基于四桿機構的履帶可變形機器人移動平臺，如圖1所示，包括機器人本體1和兩個輪履復合行走模塊2，兩個輪履復合行走模塊對稱安裝在本體結構兩側。如圖2及圖4所示，所述機器人本體由前板1-2、后板1-8、兩塊側板1-1、底板1-10、上蓋(圖中未示出)、驅動電機支架1-3、主傳動軸支架1-4、前車輪支架1-5、后車輪支架1-6、從傳動軸支架1-7、連桿機構軌道1-9和驅動電機機構組成。一塊前板、一塊后板、兩塊側板、一塊底板、一塊上蓋構成一個長方形箱體3-16，每個板的邊緣制有安裝螺紋孔并通過螺栓安裝在一起。主傳動軸支架、從傳動軸支架起到固定和支撐主動傳動軸和從動傳動軸的作用，該主動傳動軸支架和從傳動軸支架均通過螺栓與底板上的螺紋孔進行連接，傳動軸支架和61900深溝球軸承配合。前車輪支架和后車輪支架安裝在底板上且位于主動傳動軸支架和從動傳動軸支架旁邊，分別用于安裝第一車輪3-5和第二車輪3-3，主動傳動軸、從動傳動軸分別與第一車輪和第二車輪安裝在一起，兩個傳動軸相對于車體位置不變，在連桿機構中起機架的作用。所述驅動電機支架安裝在主動傳動軸內側的底板上用于安裝驅動電機機構。所述驅動電機機構包括驅動電機3-15、第一齒輪3-14、第二齒輪3-13、第三齒輪3-12、第四齒輪3-11、第五齒輪3-10，3-16；所述驅動電機安裝在驅動電機支架上，所述第一齒輪和第二齒輪相互嚙合，該驅動電機通過第一齒輪將動力傳遞到第二齒輪上，第二齒輪和主動傳動軸配合并同步轉動，所述第三齒輪和第二齒輪同軸同步，所述第三齒輪和第四齒輪相互嚙合，第四齒輪和第五齒輪相互嚙合，第三齒輪在獲得動力后通過第四齒輪傳遞到第五齒輪，第五齒輪和第一車輪同軸同步，第三齒輪和機器人主動傳動軸配合且同軸同步，第四齒輪通過齒輪支架固定于機器人本體的底板上。所述連桿機構軌道對稱安裝在后車輪支架外側的側板上，其通過內六角螺栓和側板進行連接；該連桿機構軌道有兩個功能，一方面作為滑塊軌道用于限制連桿機構的運動方向并確定軌跡，另一方面連桿機構軌道設計成閉式結構，起前后極限位置限位的作用。

如圖3a、圖3b及圖4所示，所述輪履復合行走模塊包括履帶支撐連桿機構、車輪2-2和履帶機構。所述履帶支撐連桿機構包括前支撐桿2-1、中間連接桿2-3、變形限位機構2-4、第一拉桿2-5、第一后支撐桿2-6、變形復位機構2-7、第二后支撐桿2-8、第二拉桿2-9。第二后支撐桿和前支撐桿通過中間連接桿相連接，前支撐桿、中間連接桿、第二后支撐桿組成平行四邊形機構，第一后支撐桿會跟隨前支撐桿的轉動而轉動且同步轉動。第二后支撐桿、第一后支撐桿、第一拉桿、第二拉桿、變形限位機構共同組成傘骨機構，該變形限位機構安裝在機器人本體的左右側板上，通過螺栓固定的方式固定，該變形限位機構除限制四桿機構變形位置外，也充當移動副作為第一拉桿、第二拉桿鉸接點的軌道限制鉸接點移動方向。第二后支撐桿轉動時，推動第一拉桿運動，第一拉桿推動移動滑塊在變形限位機構中運動，移動滑塊運動的同時，拉動第二拉桿，第二拉桿拉動第一后支撐桿。第一拉桿和第二拉桿長度相等，因此第一后支撐桿和第二后支撐桿之間的角度以相同的角度增量增大，隨著前支撐桿和后支撐桿角度的增大。隨著前支撐桿和后支撐桿角度的增大，機器人中心抬高，并且運動模式逐漸由輪式轉化到履帶式，完成越障。變形復位機構的作用是機器人行走機構在越過障礙物或者越過復雜的環境到達較適合輪式運動模式的環境后，使行走機構由履帶運動模式恢復到輪式運動模式。

所述履帶機構包括主動大履帶輪3-8、主動小履帶輪3-6、第一從動大履帶輪3-1、第二從動小履帶輪3-2、第一從動小履帶輪3-4、傳動履帶3-7和傳動行走履帶3-9。履帶機構與履帶支撐連桿機構具體安裝方式為：前支撐桿的兩端分別軸連接在主動大履帶輪和第一從動小履帶輪上，中間連接桿兩端分別軸連接在第一從動小履帶輪和第二從動小履帶輪上，第一后支撐桿、第二后支撐桿一端分別軸連接在第一從動大履帶輪、第二從動小履帶輪上，第一后支撐桿、第二后支撐桿另一端連接變形限位機構并與第一拉桿和第二拉桿安裝在一起。所述主動小履帶輪安裝在主動傳動軸上并且與第二齒輪同軸同步，其通過傳動履帶將動力傳遞到主動大履帶輪上，所述主動大履帶輪和傳動行走履帶為嚙合的H型同步帶輪傳動。履帶輪主要起支撐履帶并且和履帶同步嚙合傳動運動的作用。

本實用新型的電機驅動原理為：驅動電機通過第一齒輪將動力傳遞到第二齒輪上，第二齒輪和主動傳動軸配合，同步轉動。第二齒輪的動力分成兩股：其一，第二齒輪和主動小履帶輪同軸同步，主動小履帶輪通過傳動履帶將動力傳遞到主動大履帶輪，主動小履帶輪安裝于主動傳動軸，并且和主動傳動軸同步轉動，從動大履帶輪、第一從動小履帶輪、主動大履帶輪、第二從動小履帶輪安裝于輪履復合行走模塊，共同支撐傳動行走履帶。因此，主動大履帶輪在獲得動力后驅動傳動行走履帶；其二，第三齒輪和第二齒輪同軸同步，第三齒輪在獲得動力后通過第四齒輪傳遞到第五齒輪，第五齒輪和第一車輪3-5同軸同步。第二車輪為從動輪。第三齒輪和機器人主動傳動軸配合，且同軸同步。

本移動平臺的機器人被動自適應原理如圖5所示，桿ABC、桿CD、桿DF、桿BF組成平行四邊形機構，桿FD、桿EH、滑塊H組成第一曲柄滑塊機構，滑塊方向根據機器人整體結構確定方向，桿FG、桿HG、滑塊H組成的第二曲柄滑塊機構并與第一曲柄滑塊機構對稱，其中桿FE、桿FG等長。因此，在桿ABC受到力F作用后開始旋轉，旋轉的桿ABC帶動連桿CD平動，桿CD拉動桿FD，從而驅動曲柄滑塊機構1，將桿ABC的轉動轉化成滑塊H的平動，滑塊的平動又帶動曲柄FG的轉動。

如圖6所示，機器人在翻越小障礙物時，機器人在輪式運動模式下即可翻越障礙。當機器人翻越較大障礙物時，機器人從輪式運動模式轉換成履帶式運動模式。其轉換過程如機器人遇到較高障礙物時，如圖7a中所示，機器人所保持的輪式運動模式不足以跨越障礙，在外力的干涉下，機器人開始運動模式的轉換，由輪式轉化到履帶式運動模式，以跨越障礙，如圖7b所示。

需要強調的是，本實用新型所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本實用新型包括并不限于具體實施方式中所述的實施例，凡是由本領域技術人員根據本實用新型的技術方案得出的其他實施方式，同樣屬于本實用新型保護的范圍。