一種剛度半主動調控的履帶式移動機器人懸掛系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于地面移動機器人技術領域，具體涉及一種剛度半主動調控的履帶式移 動機器人懸掛系統。
【背景技術】
[0002] 履帶式機器人其履帶的剛度對機器人的運動性能會產生一定的影響，而在剛體機 身下，履帶一旦選定其剛度無法改變，即很難再利用改變剛度這一因素來改善機器人的運 動性能；另外，機身為剛體的機器人在運動時，特別是在非結構地形上運動時，重心軌跡會 出現明顯的波動，反映出機器人運動時會有明顯的振動，而機器人在執行任務的時候，往往 會攜帶很多設備，長期的振動會導致機器人的零部件異常，如螺絲松動、攝像頭圖像不穩定 等。
[0003] 使用懸掛系統是車輛設計中改善運動性能的常用方式，如坦克、汽車的設計等，而 現有的履帶式機器人研究中也開始使用懸掛系統。懸掛系統能影響履帶的張力，從而影響 履帶機器人在地面上的運動性能；更突出的是，懸掛系統能改善機器人機械系統的穩定性。
[0004] 懸掛系統的特性主要體現在剛度上，不同的任務地形對懸掛系統剛度的要求也不 一樣，軟地面上剛度不能過小，硬地面上剛度不能過大，適宜的懸掛系統剛度能大大的提高 機器人的運動性能。因此，需要根據執行任務的地形對懸掛系統的剛度進行調節，從而使機 器人獲得良好的運動性能。
[0005] 懸掛系統剛度的控制方法有：被動方式、半主動式和主動式。被動式即由外力驅動 的而調節剛度，成本低、有較高的可靠性；主動式即由電腦控制，對懸掛系統剛度進行調節， 具有多種傳感器并將有關數據集中到微電腦進行運算并決定控制方式。主動式匯集了力學 和電子學的技術知識，是一種比較復雜的高技術控制方式，控制迅速、精確；半主動式介于 被動式和主動式之間。

【發明內容】

[0006] 本發明的目的是提出一種剛度半主動調控的履帶式移動機器人懸掛系統，在懸掛 系統剛度自適應的同時，實現對懸掛系統剛度的半主動控制。
[0007] 為了達到上述目的，本發明的構思是：應用了一種由磁彈簧和結構梁組合而成的 變剛度組合結構。其中，磁彈簧由永磁鐵和電磁鐵組成，可產生負剛度，結構梁可產生正剛 度。這種結構在懸架剛度自適應的同時，又能夠通過調節電磁鐵線圈中的電流來獲得通過 任務地形的更適宜的懸掛系統剛度。懸架剛度計算的基本公式：
其中，&為結構梁的剛度，需根據不同的結構梁進行計算?為電磁鐵通入調節電 流后，磁彈簧的剛度。
[0008]
其中，:策為活動永磁鐵芯偏離平衡位置的位移，I:為電磁鐵線圈內電流，參數衡:.、今、|:、 與材料的選取和變剛度組合結構的布置有關。
[0009] 根據上述構思，本發明采用如下技術方案： 一種剛度自適應的履帶式移動機器人懸掛系統，包括懸架、支撐輪、定位板和履帶；所 述定位板安裝在履帶的側面，若干支撐輪安裝在履帶內側的頂部，若干懸架安裝在履帶的 內側；所述懸架包括變剛度組合結構、連接裝置和負重輪；所述連接裝置下端為具有內螺 紋的圓形管，與負重輪連接，所述負重輪連接履帶內側的底部，所述連接裝置上端設有方形 管，與變剛度組合結構的一端連接，所述變剛度組合結構的另一端安裝于定位板上。
[0010] 所述變剛度組合結構包括結構梁組合、活動永磁鐵組合、電磁鐵組合、和加速度傳 感器；所述結構梁組合和電磁鐵組合安裝方向相互垂直，兩側對稱的安裝在定位板上；所 述活動永磁鐵組合一端與連接裝置聯接，另一端與結構梁組合聯接；所述加速度傳感器貼 于活動永磁鐵組合上，隨活動永磁鐵組合一起運動。
[0011] 所述結構梁組合包括右結構梁底座、右結構梁緊固件、結構梁、結構梁底座固定 板、左結構梁底座和左結構梁緊固件；所述結構梁分別由右結構梁緊固件和左結構梁緊固 件拉緊固定于右結構梁底座和左結構梁底座上，所述右結構梁底座和左結構梁底座對稱布 置于結構梁底座固定板兩端。
[0012] 所述活動永磁鐵組合包括活動銅管、下活動鐵蓋、下永磁鐵芯、上永磁鐵芯和上活 動鐵蓋；所述下永磁鐵芯和上永磁鐵芯分別嵌在下活動鐵蓋和上活動鐵蓋中，并由螺栓固 定于結構梁的中間位置；所述活動銅管下端與連接裝置聯接，上端用金屬粘接劑與下活動 鐵蓋粘接在一起，活動銅管帶動下活動鐵蓋和上活動鐵蓋內的下永磁鐵芯和上永磁鐵芯以 及結構梁一起運動。
[0013] 所述電磁鐵組合包括下電磁鐵底座、下電磁鐵、電磁鐵底座固定板、上電磁鐵和上 電磁鐵底座；所述下電磁鐵和上電磁鐵均由電線圈纏繞于鐵芯外部，鐵芯中空，所述活動銅 管穿過下電磁鐵鐵芯內部，能夠自由活動；所述下電磁鐵和上電磁鐵分別固定于下電磁鐵 底座和上電磁鐵底座上，且下電磁鐵和上電磁鐵電線圈內同時通有大小相同，方向相反的 電流；所述下電磁鐵底座和上電磁鐵底座對稱布置于電磁鐵底座固定板兩端。
[0014] 與現有技術相比，本發明具有如下顯著的特點： 本發明懸掛系統剛度半主動可調，在機器人通過不同的任務地形時，地面對懸架在豎 直方向上的作用力，可改變懸架的剛度，具有懸掛系統剛度自適應的能力；當傳感器檢測到 懸架豎直方向上的加速度未達到通過該地形的加速度要求，即達到最適宜的通過任務地形 的懸掛系統剛度時，可通過對電磁鐵線圈內電流的調節，使懸掛系統剛度達到通過任務地 形的要求，提高了剛度調節的精確性。
【附圖說明】
[0015] 圖1是剛度半主動調控的履帶式移動機器人懸掛系統結構示意圖。
[0016] 圖2是懸架結構示意圖。
[0017] 圖3是變剛度組合結構示意圖。
[0018] 圖4是結構梁組合和活動永磁鐵組合示意圖。
[0019] 圖5是電磁鐵組合示意圖。
[0020] 圖6是變剛度組合結構部分參數示意圖。
【具體實施方式】
[0021 ] 下面通過實施例，并結合附圖，對發明的【具體實施方式】進行進一步說明。
[0022] 如圖1和圖2所示，一種剛度自適應的履帶式移動機器人懸掛系統，包括懸架1、支 撐輪2、定位板3和履帶4 ;所述定位板3安裝在履帶4的側面，若干支撐輪2安裝在履帶4 內側的頂部，若干懸架1安裝在履帶4的內側；所述懸架1包括變剛度組合結構11、連接裝 置12和負重輪13 ;所述連接裝置12下端為具有內螺紋的圓形管，與負重輪13連接，所述 負重輪13連接履帶4內側的底部，所述連接裝置12上端設有方形管，與變剛度組合結構11 的一端連接，所述變剛度組合結構11的另一端安裝于定位板3上。
[0023] 如圖3所示，所述變剛度組合結構11包括結構梁組合111、活動永磁鐵組合112、 電磁鐵組合113、和加速度傳感器114 ;所述結構梁組合111和電磁鐵組合113安裝方向相 互垂直，兩側對稱的安裝在定位板3上；所述活動永磁鐵組合112 -端與連接裝置12聯接， 另一端與結構梁組合111聯接；所述加速度傳感器114貼于活動永磁鐵組合112上，隨活動 永磁鐵組合112 -起運動。
[0024] 如圖4所示，所述結構梁組合111包括右結構