CN104443085A - 履带式六自由度移动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种履带式六自由度移动机器人。该机器人的组成部分包括机架、主运动模块、摆臂运动模块、控制箱、传感器。整机有六个自由度，两条主履带能独立运动，履带式结构设计使其具有较强的地面通过性能，能在复杂的路面上行驶，转弯等，四个摆臂也都能够独立运动，使机器人在爬楼梯、越障、避障等任务上具有优异的表现。

Description

履带式六自由度移动机器人

技术领域

本发明属于地面移动机器人技术领域，具体涉及一种高机动性能的履带式六自由度移动机器人，能应对复杂的地形，如建筑物内部的台阶、楼梯、具有障碍物的环境，以及建筑物坍塌后的废墟环境，该机器人能够应用在灾难事故现场的勘察、搜救等任务中，为搜救人员提供重要的第一手信息。

背景技术

自然灾害和人为灾害因其破坏性的巨大一直让人望而生畏，而灾害后的勘察、搜救工作是尤为重要的，但是往往在重大灾难发生后，现场环境过于复杂，具有很多未知的危险，如核辐射、化学物质泄漏、生化污染、高温、高湿、破败建筑二次坍塌等，超出了人类能够处理的能力范围，因此研究灾难后进行现场勘察、搜救和处理的机器人成为了国际上移动机器人领域的一个热门话题。通常，移动机器人有轮式、足式、履带式等，它们各有其特点，履带式机器人由于其地面适应性强，控制相对方便，在勘察、搜救任务中应用广泛。

传统的履带式机器人为二自由度或三自由度，即只有两个主运动模块或两个主运动模块加一对同时运动的摆臂，这样简化了设计难度，但在机动性能方面显露出一些不足，表现为越障高度受限、下楼时运动不稳定等；传统的履带机器人的履带机构多与机器人主体分离，方便了机器人主体设计，但是不够紧凑的设计使其接地面积不够，影响其在非结构环境的移动性能；传统的履带机器人多采用齿轮或链传动，使之有重量增加、传动不稳定的问题；传统的履带机器人的控制、电源等部件多直接与机架连接，不利于重要部件的保护，也给安装调试带来了不便。为了更好地完成勘察、搜救任务，设计机器人时需要克服以上不足，做出合理的设计，提高机动性能。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种履带式六自由度移动机器人，达到结构紧凑、重量较轻、机动性能好。为达到上述目的，本发明对机器人本体的设计要求是：

1.      在满足机器人设计要求的基础上，尽量减轻机器人的自重；

2.      在满足机器人设计要求的基础上，方便机器人的安装和拆卸；

3.      在满足机器人设计要求的基础上，尽量使机器人结构紧凑，使机器人具有相对一般履带式机器人有更好的机动性能；

4.      在满足机器人设计要求的基础上，使得机器人较传统的履带机器人有着更强的灵活性，并增强机器人的地面适应性；

5.      使机器人内部器件得到保护，方便机器人内部器件的安装；

6.      使机器人调试起来更加方便。

  为达到上述要求，本发明的构思是：

1.      机器人机身采用铝合金制作，并开减重孔，使用同步带传动代替传统的齿轮传动和链传动，从而减轻机器人的自重；

2.      构成机器人机架的主要零件的连接方式为螺纹连接，要充分考虑安装定位和整体的刚性，要求电机固定块和主同步带支座组均在前后方面可调，方便机器人的安装和拆卸；

3.      将机器人的两组主运动模块与机架设计为一个整体，控制两个主运动模块自由度的电机在机器人前后各布置一个，利用空间上的交错使结构紧凑，选用较宽的履带增大机器人的触地面积；

4.      设计一款履带式六自由度机器人，包括两个主运动模块和四个摆臂运动模块，每个自由度都能独立控制，增强机器人的灵活度，四个摆臂模块更增强了机器人对地面的适应性；

5.      将机器人的机架和内部控制箱视作不同的模块来设计，机架在保证强度的前提下，增大内部空间，并预留内部控制箱缓冲零件的安装空间。控制箱的设计应尽量将机器人的内部器件保护起来，并要考虑考虑机器人的充电方式，使其不需要拔下电池即可充电；

6.      角度传感器用于标定机器人的摆臂位置。

根据上述发明构思，本发明采用以下的技术方案：

一款履带式六自由度机器人，包括机架、两组主运动模块、四组摆臂运动模块、控制箱及传感部件。机器人大部分均以履带包覆，两组主运动模块及其电机在机器人的中部，呈中心对程布置，每个主运动模块与其电机之间均通过同步齿形带传动，四组摆臂运动模块及其电机在机器人的左前、左后、右前、右后四个位置，呈左右对称布置，每个摆臂运动模块与其电机之间均通过同步齿形带传动。

所述机架的整体形状模仿了龟的骨架，构成机架的主要零件的连接方式为螺纹连接，方便机架的安装和拆卸，机架分腹、颈、头、肋、脊及连接其他模块的附属零件，具体包括一个机架主框架，两组主电机相关零件，四组摆臂电机相关零件。腹板在整个机架的下方，2个肋板与之垂直、左右对称安装；2个头与腹板垂直、前后对称安装，头部零件上有一个用于安装机器人充电接口的孔；颈板加固头和肋板的连接，并提供脊板的安装位置，两个颈板呈中心对程安装；脊板靠脊板固定零件与颈板相连，脊板上方用两个外设支撑连接另一个脊板，用以承接外部增加的模块，此为机架的主体框架。设计充分考虑了安装定位和整体的刚性，在此基础上，增加了连接其他模块的附属零件。在腹板上前后左右对称安装了4个电机固定块，用以安装摆臂电机，2个肋板外侧前后左右对称地安装了4组摆臂同步带支座，且电机固定块及摆臂同步带支座组均可调节前后位置，以调节摆臂同步带的张力；2个颈板上分别中心对程地安装了2个电机固定块，用以安装主履带驱动电机，同样在2个颈板上分别中心对程地安装了2组主同步带支座组，电机固定块和主同步带支座组均在前后方面可调，以调节主同步带的张力。

所述每个主运动模块包括左支撑轮架，右支撑轮架，主履带驱动轮，主履带从动轮，主履带，主动轴，从动轴，主电机，主联轴器，主同步带轮轴，主同步带小轮，主同步带大轮，主同步带，主动轴轴套及所需的标准件。电机通过同步带传动带动主动轴，带动主履带驱动轮使得整个主运动模块运动，两组支撑轮组起到调整履带张力、减小履带机构平均最大接地压力、提高履带机构机动性的作用，同样地，选用了较宽的履带，也能够减小平均最大接地压力，提高履带机构的机动性能，主履带的履刺选用较高的类型，较传统的履带机器人有着提供更大牵引力的优势，传动部分选用同步带传动，有着恒定的传动比，并使得结构设计紧凑，更容易达到轻量化设计的目的。上述的主动轴和从动轴分别在前述机架上的头部零件和肋板零件处有支撑点，主电机安装在前述电机固定块上，主电机前后位置可调，主同步带的小带轮安装在前述的主同步带支座组上，主同步带张力可调，两组支撑轮组安装在前述的腹板上，并通过螺丝来调整其高度，从而调整主履带的张力。所述的主运动模块在机器人中有两组，以中心对称的方式布置，即一组主履带为前驱，另一组后为后驱，目的是以空间交错的形式达到结构设计紧凑的目的。

所述摆臂运动模块有四组，均由相同的零部件构成，每组摆臂运动模块包括摆臂电机，摆臂联轴器，摆臂同步带轮轴，摆臂同步带小轮，摆臂同步带大轮，摆臂同步带，摆臂盘，摆臂内板，摆臂外板，左前摆臂轴承座，右前摆臂轴承座，右后摆臂轴承座，摆臂从动轴，摆臂驱动轮，摆臂从动轮，摆臂履带及所需的标准件。摆臂驱动轮通过键联接与前述主动轴或从动轴保持相对静止，从而使得同一侧（机器左侧或右侧）的一条主履带和两条摆臂履带保持相同方向的运动；摆臂驱动轮及摆臂从动轮位于摆臂内板与摆臂外板之间，摆臂从动轮与摆臂从动轴通过键联接起来，摆臂从动轴受支撑于摆臂内板与摆臂外板前端的两个轴承座上，使得摆臂从动轮能够相对于摆臂内、外板转动，保证摆臂履带的行走运动，同时，摆臂轴承座的前后位置可调，用于调节摆臂履带的张力；摆臂盘与摆臂内板及摆臂同步带轮的大轮固连，摆臂电机通过同步带传动带动摆臂同步带轮的大轮而带动摆臂盘，从而带动摆臂内板摆动，实现机器人摆臂的摆动。所述摆臂电机安装在前述电机固定块上，摆臂电机的前后位置可调；摆臂同步带小轮及摆臂同步带轮轴安装在机架的摆臂同步带支架上，可以调节其前后位置，从而调节摆臂同步带的张力。四组摆臂运动模块位于机器人的左前、左后、右前、右后，呈前后对称、左右对称的排布。由于每个摆臂都有各自的电机，能够独立控制摆动，使得机器人较传统的履带机器人有着更强的灵活性，更加接近四足机器人的地面适应性。

所述控制箱工控机、驱动器、电池等，位于机器人机架内部，受机架保护，控制箱布局紧凑，节省设计空间，整个控制箱放在机器人内部可降低机器人重心，保证机器人的运动稳定性。

所述传感部件为机器人左前、左后、右前、右后四个位置的四个角度传感器，连接在肋板的对应传感器槽中，作用是标定机器人的摆臂位置，防止因机器人掉电后丢失摆臂位置造成的机器人操作意外。

本发明较传统的履带机器人设计有如下的优势：

1.      质量更轻；

2.      方便安装和拆卸；

3.      结构更紧凑，接地面积更大，机动性能更佳；

4.      具有更多的自由度，更灵活，地面适应性更好；

5.      更有利于控制部件的保护，可快速充电；

6.      更有利于机器人的调试。

附图说明

附图1是该履带式六自由度移动机器人整机构成模块的示意图；

附图2是机器人机架部分整体构成及传感器示意图；

附图3是机器人机架部分内部上方构成示意图；

附图4是机器人机架部分内部下方构成示意图；

附图5是机器人左侧主运动模块或右侧主运动模块构成示意图；

附图6是机器人前端或后端的主、从动轴轴系、摆臂电机轴系示意图；

附图7是机器人前端或后端的主电机轴系、摆臂电机轴系、摆臂从动轴轴系示意图；

附图8、9是机器人左前或右前或左右或右后摆臂运动模块示意图；

附图10是机器人控制箱整体的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对机器人的优选实施例进行说明。

实施例一：

参见图1至图10，本履带式六自由度移动机器人，包括左右侧两个主运动模块2、3，左前、右前、左后、右后四个摆臂运动模块4、5、6、7，机架1、控制箱8以及四个角度传感器9a、9b、9c、9d。其特征在于：所述机架1为机器人的躯体，用以承载、连接各个模块以及承受外部负载；所述左右侧两个主运动模块2、3以机架1为中心对称分布，并能独立驱动；所述左前、右前、左后、右后四个摆臂运动模块4、5、6、7有着相同的结构，对机架1呈前后左右对称分布，并各自有独立的驱动单元；所述控制箱8位于机架1的内部，被机架1和自身的箱体所保护；所述四个角度传感器9a、9b、9c、9d嵌于机架1的左前、右前、左后、右后四个方位。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

所述机架1包括腹板11，前颈板12a，后颈板12b，前头13a，后头13b，左肋板14a，右肋板14b，上脊板15a，下脊板15b，前脊板固定块16a，后脊板固定块16b，左支撑块17a，右支撑块17b，前上电机固定块18a，后上电机固定块18b，左前电机固定块18c，右前电机固定块18d，左后电机固定块18e，右后电机固定块18f，前正张紧柱19a，后正张紧柱19b，前正摆臂同步带轮内支架110a，后正摆臂同步带轮内支架110b，前正摆臂同步带轮外支架111a，后正摆臂同步带轮外支架111b，前主同步带轮支座112a，后主同步带轮支座112b，前反张紧柱113a，后反张紧柱113b，前反摆臂同步带轮内支架114a，后反摆臂同步带轮内支架114b，前反摆臂同步带轮外支架115a，后反摆臂同步带轮外支架115b；这些构件构成机架1的主框架、两组主电机相关机架和四组摆臂电机相关机架；所述机架主框架中，所述腹板11作为整个机架的基座，前头13a、后头13b、左肋板14a、右肋板14b在腹板11上方与之定位并连接，前颈板12a、后颈板12b加固机架上方的连接，下脊板15b靠前脊板固定块16a、后脊板固定块16b与前后两块颈板12a、12b相连，上脊板15a通过左支撑块17a、右支撑块17b与下脊板15b相连，为外部扩展组件提供安装位置；所述两组主电机相关机架中，在前颈板12a下方连接着前上电机固定块18a，用来安装主电机，其前后位置可调；前颈板12a下方连接着前主同步带轮支座112a，其左右两侧安装着轴承座，前颈板12a上有两个调节螺钉可以调节前主同步带轮支座112a的前后位置；后颈板12b、后上电机固定块18b、后主同步带轮支座112b与前主同步带支座112a的连接方式相同，这两组零件的位置关于机架的前后中心面呈中心对称；所述四组摆臂电机相关机架中，在腹板11的左前方安装着左前电机固定块18c，用来安装摆臂电机，其前后位置可以调节；在左肋板14a的左侧面上安装着前正张紧柱19a、前正摆臂同步带轮内支架110a、前正摆臂同步带轮外支架111a组成的摆臂同步带张紧机构，其前后位置可调；机架左后方的左后电机固定块18e、后反张紧柱113b、后反摆臂同步带轮内支架114b、后反摆臂同步带轮外支架115b与前述机架1左前方的对应件18c、19a、110a、111a的位置和安装方式相对于机架1的前后中心面对称；机架1右前方的右前电机固定块18d、前反张紧柱113a、前反摆臂同步带轮内支架114a、前反摆臂同步带轮外支架115a与前述机架1左前方对应件18c、19a、110a、111a的位置和安装方式相对于机架1的左右中心面对称；机架1右后方的右后电机固定块18f、后正张紧柱19b、后正摆臂同步带轮内支架110b、后正摆臂同步带轮外支架111b与前述机架1左后方对应件18d、113a、114a、115a的位置和安装方式相对于于机架1的前后中心面对称；所述前头13a和后头13b上都开有充电槽，使机器人在不拔下电池的情况下的充电成为可能。

所述左右两侧主运动模块2、3为左侧主运动模块2和右侧主运动模块3，它们的构造相同：左侧主运动模块2包括左支撑轮架21a、右支撑轮架21b、主履带驱动轮22、主履带从动轮23、主履带24、主动轴25、从动轴26、主电机27、主联轴器28、主同步带轮轴29、主同步带小轮210、主同步带大轮211、主同步带212和主动轴轴套213；所述主电机27通过主联轴器28、主同步带轮轴29与主同步带小轮210、主同步带大轮211、主同步带212构成的带传动系统连接；所述主同步带大轮211与主动轴25通过键联接固连在一起，轴向使用卡簧和固定锁紧环定位锁紧，主履带驱动轮22同样也通过键与主动轴25固连，轴向通过主动轴轴套213和另一个固定锁紧环定位锁紧，主动轴25受机架1的头和肋板中的轴承支承，与机架1相连并能相对其转动；从动轴26也支承在机架1的头和肋板的轴承之间，从动轴26与主履带从动轮23通过键连接，轴向用卡簧限位，也能相对于机架转动；而左支撑轮架21a、31a、右支撑轮架21b、31b通过螺钉与腹板11相连，并能调节上下位置，张紧主履带24，支承负载；所述主履带24的齿形有利于减小平均最大接地压力，提高机器人的机动性能；右侧主运动模块3与左侧主运动模块2的结构相同，工作原理一致。

所述左前、右前、左后、右后四个摆臂运动模块4、5、6、7为左前摆臂运动模块4、右前摆臂运动模块5、左后摆臂运动模块6和右后摆臂运动模块7四个，它们的构造相同：左前摆臂运动模块4包括摆臂电机41、摆臂联轴器42、摆臂同步带轮轴43、摆臂同步带小轮44、摆臂同步带大轮45、摆臂同步带46、摆臂盘47、摆臂内板48、摆臂外板49、左前摆臂轴承座410a、右前摆臂轴承座410b、右后摆臂轴承座410d、摆臂从动轴411、摆臂驱动轮412、摆臂从动轮413和摆臂履带414，所述摆臂电机41通过对应的电机减速器固定块连接在腹板11上，通过摆臂联轴器42、摆臂同步带轮轴43与摆臂同步带小轮44连接，摆臂同步带小轮44与摆臂同步带轮轴43是通过键固连的，它们受支承在前述摆臂同步带张紧机构的两个滑动轴承上，可通过调整摆臂同步带小轮44的前后位置来张紧摆臂同步带46；带传动中的摆臂同步带大轮45与摆臂盘47用螺钉固连，摆臂盘47内孔的两端有滚动轴承，它们安装在对应的主动轴或从动轴上并能相对于之转动，摆臂内板48与摆臂盘47固连，摆臂驱动轮412与相应的主动轴或从动轴通过键连接，并用摆臂外板49限位支承，同时摆臂外板上的摆臂轴承座410d保证摆臂摆动的顺畅，摆臂内板末端和摆臂外板末端之间安装支承着摆臂从动轮413，摆臂从动轮413与摆臂从动轴411用键固连，轴向用卡簧限位，两端支承于左前摆臂轴承座410a和右前摆臂轴承座410b，并用螺母锁紧，摆臂从动轮与摆臂从动轴能相对与摆臂内板48、摆臂外板49转动，并随之移动；所述右前摆臂运动模块5、左后摆臂运动模块6和右后摆臂运动模块7的结构，与左前摆臂运动模块4的结构相同，工作原理一致。

所述控制箱8包括工控机、驱动器、电池，电池分布在控制箱侧边，内部控制器件布置紧凑，整个箱体在机器人机架内部，受机架保护。

所述四个角度传感器为左前传感器9a、右前传感器9b、左后传感器9c、右后传感器9d，位于机架的四角，与摆臂盘47连接，测量机器人摆臂的旋转角度。

实施例三：

本履带式六自由度移动机器人整机包括——机架1，主运动模块2和3，摆臂运动模块4、5、6及7，控制箱8，传感器。其中机架1由11至115b号零件组成，每种零件根据安装位置的不同进行了如表中的具体命名；主运动模块包括左侧主运动模块2和右侧主运动模块3，每个单独的主运动模块由21a至213号零件组成，每种零件根据安装位置的不同进行了如表中的具体命名；摆臂运动模块包括左前摆臂运动模块4、右前摆臂运动模块5、左后摆臂运动模块6和右后摆臂运动模块7，每个单独的摆臂运动模块由41至414号零件组成，每种零件根据安装位置的不同进行了如表中的具体命名；控制箱8包括工控机、驱动器、电池等，控制箱受机架保护；传感器包括左前传感器9a、右前传感器9b、左后传感器9c、右后传感器9d。

如图1、图2所示为本发明，应用于特殊场合的六履带移动机器人示意图。机器人机身采用铝合金制作，并开减重孔，使用同步带传动代替传统的齿轮传动和链传动，从而减轻了机器人的自重。它包括机架、两个主运动模块、四个摆臂运动模块、控制箱以及传感器。机架1的作用是承载、连接各个模块以及承受外部负载。机架两侧有左侧主运动模块2，右侧主运动模块3，它们分别有独立的驱动单元，两个主运动模块关于机架的中心对程分布，左侧主运动模块2为前驱形式，3为后驱形式，这样做的目的是为了使机器人结构紧凑。机架1四个角的位置上分别有左前摆臂运动模块4，右前摆臂运动模块5，左后摆臂运动模块6，右后摆臂运动模块7，四个摆臂运动模块有着相同的结构，并各自有独立的驱动单元。控制箱8位于机架1的内部，被机架和自身的箱体所保护。四个角度传感器9a、9b、9c、9d嵌于机架1的左前、右前、左后、右后四个方位。总体来说，机器人的运动由六个运动模块实现，每个模块能独立控制，机器人的主运动如前进、后退、转向、攀爬等由两个主运动模块2、3实现，而四个摆臂运动模块4、5、6、7则用于实现机器人的辅运动，如左右两侧的摆臂履带分别同左右两侧的主履带有相同方向的运动，相当于延伸了主履带的长度，用以增强机器人的主运动能力，同时摆臂也能辅助机器人做攀爬、支撑、越障、涉水等复杂的运动，用以应对不同的任务，此外该机器人还可扩展外部设备，如机械臂、图像传感器等。

如图2、图3、图4所示为机架示意图，机架的整体形状模仿了龟的骨架，构成机架的主要零件的连接方式为螺纹连接。机架1包括腹板11，前颈板12a，后颈板12b，前头13a，后头13b，左肋板14a，右肋板14b，上脊板15a，下脊板15b，前脊板固定块16a，后脊板固定块16b，左支撑块17a，右支撑块17b，前上电机固定块18a，后上电机固定块18b，左前电机固定块18c，右前电机固定块18d，左后电机固定块18e，右后电机固定块18f，前正张紧柱19a，后正张紧柱19b，前正摆臂同步带轮内支架110a，后正摆臂同步带轮内支架110b，前正摆臂同步带轮外支架111a，后正摆臂同步带轮外支架111b，前主同步带轮支座112a，后主同步带轮支座112b，前反张紧柱113a，后反张紧柱113b，前反摆臂同步带轮内支架114a，后反摆臂同步带轮内支架114b，前反摆臂同步带轮外支架115a，后反摆臂同步带轮外支架115b。总体来说，机架由主框架、两组主电机相关零件、四组摆臂电机相关零件组成。机架主框架：11作为整个机架的基座，13a、13b、14a、14b在11上方与之以螺纹连接的方式相连，11上有定位面和定位孔以确保各个头零件和肋板上的轴承孔同轴，12a、12b用以加固机架上方的连接，15b靠16a、16b与两块颈板相连，同样可以加强机架上方的连接，15a通过17a、17b与15b相连，为外部扩展组件提供了安装位置。上述零件及连接方式构成了机架的主框架，在此基础上，提供了连接驱动件的连接零件。两组主电机相关零件：在12a下方连接着18a，用来安装主电机，18a与12a以腰型孔连接，因此可以调节主电机的前后位置；12a下方同样以腰型孔连接着112a，112a左右两侧安装着轴承座，此处用以安装主同步带轮小轮，12a上有两个调节螺钉用来调节112a的前后位置，以调节主同步带的张力；18a和112a的前后位置都需要调节以保证主电机轴与主同步带轮小轮同轴；12b、18b、112b与12a、18a、112a的连接方式相同，只是这两组零件的位置关于机架的前后中心面呈中心对称，它们分别安装着2、3中的主电机与主同步带轮小轮。四组摆臂电机相关零件：在11的左前方安装着18c，用来安装摆臂电机，18c与11以腰型孔连接，其前后位置可以调节；在14a的左侧面上安装着19a、110a、111a组成的摆臂同步带张紧机构，19a固连在14a上，110a与111a通过三根支柱固连，110a上开有腰型孔，19a上有调节螺钉，因此可以调节机架左前方所安装的摆臂同步带轮小轮的前后位置，以调节摆臂同步带的张力；摆臂电机和摆臂同步带轮小轮的位置都需要调节以保证摆臂电机轴与摆臂同步带轮小轮同轴；机架左后方的18e、113b、114b、115b与前述18c、19a、110a、111a的位置、安装方式关于机架的前后中心面对称；机架右前方的18d、113a、114a、115a与前述18c、19a、110a、111a的位置、安装方式关于机架的左右中心面对称；机架右后方的18f、19b、110b、111b与前述18d、113a、114a、115a的位置、安装方式关于机架的前后中心面对称。以上即为机器人的机架设计，它不但方便机器人的安装和拆卸，而且整体的布置方式使得机架紧凑，并有减少机器人自重的效果。此外，前头13a和后头13b上都开有充电槽，使机器人在不拔下电池的情况下的充电成为可能。

如图1、图5、图6、图7所示为主运动模块示意图，控制两个主运动模块自由度的电机在机器人前后各布置一个，利用空间上的交错使结构紧凑。主运动模块有左侧主运动模块2和右侧主运动模块3两个，它们的构造相同，如图5所示。以左侧主运动模块2进行说明。左侧主运动模块2包括左支撑轮架21a，右支撑轮架21b，主履带驱动轮22，主履带从动轮23，主履带24或34，主动轴25，从动轴26，主电机27，主联轴器28，主同步带轮轴29，主同步带小轮210，主同步带大轮211，主同步带212，主动轴轴套213。前方有主动轴轴系、主同步带轮轴轴系，后方有从动轴轴系，中间的21a能够上下调节，张紧24的同时，起到承载机器人重量及外部负载的作用。主运动模块的具体安装方式如下，主电机27通过主联轴器28、主同步带轮轴29与主同步带小轮210、主同步带大轮211、主同步带212构成的带传动系统连接；主同步带大轮211与主动轴25通过键联接固连在一起，轴向使用卡簧和固定锁紧环定位锁紧，主履带驱动轮22同样也通过键与主动轴25固连，轴向通过主动轴轴套213和另一个固定锁紧环定位锁紧，主动轴25受机架1的头和肋板中的轴承支承，与机架相连并能相对其转动；主运动模块的从动轴26也支承在机架的头和肋板的轴承之间，从动轴26与主履带从动轮23通过键连接，轴向用卡簧限位，也能相对于机架转动；而左支撑轮架21a、右支撑轮架21b通过螺钉与腹板11相连，并能调节上下位置，张紧主履带24，支承负载。运动时，27通过28、29、210、211、212组成的同步带传动组件来驱动25转动，从而带动22转动，进而使得整个主运动模块运动。此外，主履带24选用较宽的履带增大了机器人的触地面积，它的齿形也有利于减小平均最大接地压力，提高了机器人的机动性能。右侧主运动模块3与左侧主运动模块2的结构相同，工作原理一致。

如图6、7、8、9所示为摆臂模块示意图，摆臂模块中的每个摆臂都能进行独立控制，增加了控制的灵活性。摆臂运动模块有左前摆臂运动模块4，右前摆臂运动模块5，左后摆臂运动模块6和右后摆臂运动模块7四个，它们的构造相同，如图8所示。以左前摆臂运动模块4进行说明，左前摆臂运动模块4包括摆臂电机41，摆臂联轴器42，摆臂同步带轮轴43，摆臂同步带小轮44，摆臂同步带大轮45，摆臂同步带46，摆臂盘47，摆臂内板48，摆臂外板49，左前摆臂轴承座410a，右前摆臂轴承座410b，右后摆臂轴承座410d，摆臂从动轴411，摆臂驱动轮412，摆臂从动轮413，摆臂履带414。按图中的方向，从左往右有摆臂电机相关零件、带传动相关零件、摆臂履带相关零件以及它们的轴系。摆臂运动模块的具体安装方式如下，摆臂电机41通过对应的电机减速器固定块连接在腹板11上，通过摆臂联轴器42、摆臂同步带轮轴43与摆臂同步带小轮44连接，摆臂同步带小轮44与摆臂同步带轮轴43是通过键固连的，它们受支承在前述摆臂同步带张紧机构的两个滑动轴承上，可以通过调整摆臂同步带小轮44的前后位置来张紧摆臂同步带46；带传动中的摆臂同步带大轮45与摆臂盘47用螺钉固连，摆臂盘47内孔的两端有滚动轴承，它们安装在图中对应的主动轴或从动轴上，摆臂内板48与摆臂盘47固连，摆臂驱动轮412如图所示与相应的主动轴或从动轴通过键连接，并用摆臂外板49限位支承，同时摆臂外板上的摆臂轴承座410d保证摆臂摆动的顺畅，摆臂内板末端和摆臂外板末端之间安装支承着摆臂从动轮413，摆臂从动轮413与摆臂从动轴411用键固连，轴向用卡簧限位，两段支承于左前摆臂轴承座410a和右前摆臂轴承座410b，并用螺母锁紧，摆臂从动轮与摆臂从动轴能相对与摆臂内板48、摆臂外板49转动，并随之移动。运动时，如果摆臂电机不工作，则摆臂不摆动，摆臂驱动轮412可以随同侧的主运动模块同向转动，带动摆臂履带与同侧主履带同向转动；如果摆臂电机工作，则摆臂电机通过同步带传动带动摆臂盘及摆臂内外板，从而带动摆臂从动轮、摆臂履带摆动，此摆动不影响摆臂履带的转动。右前摆臂运动模块5、左后摆臂运动模块6和右后摆臂运动模块7的结构，与左前摆臂运动模块4的结构相同，工作原理一致。四个摆臂配合工作可以实现如越障、涉水及更为复杂的任务，增强了机器人对地面的适应性，以及机器人的运动能力。

如图1、10所示，机器人的控制箱位于机器人机架1内部，内部器件包括工控机、驱动器、电池等，控制箱布局紧凑，能够将它们保护起来。并且考虑了机器人的充电方式，使其不需要拔下电池即可充电。

如图2所示，传感器包括左前传感器9a、右前传感器9b、左后传感器9c、右后传感器9d，位于机架1的四角，与摆臂盘连接，用来测量对应摆臂的绝对位置，防止因机器人掉电后摆臂位置信息丢失而导致的功能紊乱或结构损坏，更有利于机器人进行调试。

Claims (6)

1.一种履带式六自由度移动机器人，包括左右侧两个主运动模块（2、3），左前、右前、左后、右后四个摆臂运动模块（4、5、6、7），机架（1）、控制箱（8）以及四个角度传感器（9a、9b、9c、9d），其特征在于：所述机架（1）为机器人的躯体，用以承载、连接各个模块以及承受外部负载；所述左右侧两个主运动模块（2、3）以机架（1）为中心对称分布，并能各自独立驱动；所述左前、右前、左后、右后四个摆臂运动模块（4、5、6、7）有着相同的结构，对机架（1）呈前后左右对称分布，并各自有独立的驱动单元；所述控制箱（8）位于机架（1）的内部，被机架（1）和自身的箱体所保护；所述四个角度传感器（9a、9b、9c、9d）嵌于机架（1）的左前、右前、左后、右后四个方位。

2.根据权利要求1所述履带式六自由度移动机器人，其特征在于：所述机架（1）包括腹板（11），前颈板（12a），后颈板（12b），前头（13a），后头（13b），左肋板（14a），右肋板（14b），上脊板（15a），下脊板（15b），前脊板固定块（16a），后脊板固定块（16b），左支撑块（17a），右支撑块（17b），前上电机固定块（18a），后上电机固定块（18b），左前电机固定块（18c），右前电机固定块（18d），左后电机固定块（18e），右后电机固定块（18f），前正张紧柱（19a），后正张紧柱（19b），前正摆臂同步带轮内支架（110a），后正摆臂同步带轮内支架（110b），前正摆臂同步带轮外支架（111a），后正摆臂同步带轮外支架（111b），前主同步带轮支座（112a），后主同步带轮支座（112b），前反张紧柱（113a），后反张紧柱（113b），前反摆臂同步带轮内支架（114a），后反摆臂同步带轮内支架（114b），前反摆臂同步带轮外支架（115a），后反摆臂同步带轮外支架（115b）；这些构件构成机架（1）的主框架、两组主电机相关机架和四组摆臂电机相关机架；所述机架主框架中，所述腹板（11）作为整个机架的基座，前头（13a）、后头（13b）、左肋板（14a）、右肋板（14b）在腹板（11）上方与之定位并连接，前颈板（12a）、后颈板（12b）加固机架上方的连接，下脊板（15b）靠前脊板固定块（16a）、后脊板固定块（16b）与前后两块颈板（12a、12b）相连，上脊板（15a）通过左支撑块（17a）、右支撑块（17b）与下脊板（15b）相连，为外部扩展组件提供安装位置；所述两组主电机相关机架中，在前颈板（12a）下方连接着前上电机固定块（18a），用来安装主电机，其前后位置可调；前颈板（12a）下方连接着前主同步带轮支座（112a），其左右两侧安装着轴承座，前颈板（12a）上有两个调节螺钉可以调节前主同步带轮支座（112a）的前后位置；后颈板（12b）、后上电机固定块（18b）、后主同步带轮支座（112b）与前主同步带支座（112a）的连接方式相同，这两组零件的位置关于机架的前后中心面呈中心对称；所述四组摆臂电机相关机架中，在腹板（11）的左前方安装着左前电机固定块（18c），用来安装摆臂电机，其前后位置可以调节；在左肋板（14a）的左侧面上安装着前正张紧柱（19a）、前正摆臂同步带轮内支架（110a)、前正摆臂同步带轮外支架（111a）组成的摆臂同步带张紧机构，其前后位置可调；机架左后方的左后电机固定块（18e）、后反张紧柱（113b）、后反摆臂同步带轮内支架（114b）、后反摆臂同步带轮外支架（115b）与前述机架（1）左前方的对应件（18c、19a、110a、111a）的位置和安装方式相对于机架（1）的前后中心面对称；机架（1）右前方的右前电机固定块（18d）、前反张紧柱（113a）、前反摆臂同步带轮内支架（114a）、前反摆臂同步带轮外支架（115a）与前述机架（1）左前方对应件（18c、19a、110a、111a）的位置和安装方式相对于机架（1）的左右中心面对称；机架（1）右后方的右后电机固定块（18f）、后正张紧柱（19b）、后正摆臂同步带轮内支架（110b）、后正摆臂同步带轮外支架（111b）与前述机架（1）左后方对应件（18d、113a、114a、115a）的位置和安装方式相对于于机架（1）的前后中心面对称；所述前头（13a）和后头（13b）上都开有充电槽，使机器人在不拔下电池的情况下的充电成为可能。

3.根据权利要求1所述的履带式六自由度移动机器人，其特征在于：所述左右两侧主运动模块（2、3）为左侧主运动模块2和右侧主运动模块3，它们的构造相同：左侧主运动模块（2）包括左支撑轮架（21a）、右支撑轮架（21b）、主履带驱动轮（22）、主履带从动轮（23）、主履带（24）、主动轴（25）、从动轴（26）、主电机（27）、主联轴器（28）、主同步带轮轴（29）、主同步带小轮（210）、主同步带大轮（211）、主同步带（212）和主动轴轴套（213）；所述主电机（27）通过主联轴器（28）、主同步带轮轴（29）与主同步带小轮（210）、主同步带大轮（211）、主同步带（212）构成的带传动系统连接；所述主同步带大轮（211）与主动轴（25）通过键联接固连在一起，轴向使用卡簧和固定锁紧环定位锁紧，主履带驱动轮（22）同样也通过键与主动轴（25）固连，轴向通过主动轴轴套（213）和另一个固定锁紧环定位锁紧，主动轴（25）受机架（1）的头和肋板中的轴承支承，与机架（1）相连并能相对其转动；从动轴（26）也支承在机架（1）的头和肋板的轴承之间，从动轴（26）与主履带从动轮（23）通过键连接，轴向用卡簧限位，也能相对于机架转动；而左支撑轮架（21a、31a）、右支撑轮架（21b、31b）通过螺钉与腹板（11）相连，并能调节上下位置，张紧主履带（24），支承负载；所述主履带（24）的齿形有利于减小平均最大接地压力，提高机器人的机动性能；右侧主运动模块3与左侧主运动模块2的结构相同，工作原理一致。

4.根据权利要求1所述的履带式六自由度移动机器人，其特征在于：所述左前、右前、左后、右后四个摆臂运动模块（4、5、6、7）为左前摆臂运动模块（4）、右前摆臂运动模块（5）、左后摆臂运动模块（6）和右后摆臂运动模块（7）四个，它们的构造相同：左前摆臂运动模块（4）包括摆臂电机（41）、摆臂联轴器（42）、摆臂同步带轮轴（43）、摆臂同步带小轮（44）、摆臂同步带大轮（45）、摆臂同步带（46）、摆臂盘（47）、摆臂内板（48）、摆臂外板（49）、左前摆臂轴承座（410a）、右前摆臂轴承座（410b）、右后摆臂轴承座（410d）、摆臂从动轴（411）、摆臂驱动轮（412）、摆臂从动轮（413）和摆臂履带（414），所述摆臂电机（41）通过对应的电机减速器固定块连接在腹板（11）上，通过摆臂联轴器（42）、摆臂同步带轮轴（43）与摆臂同步带小轮（44）连接，摆臂同步带小轮（44）与摆臂同步带轮轴（43）是通过键固连的，它们受支承在前述摆臂同步带张紧机构的两个滑动轴承上，可通过调整摆臂同步带小轮（44）的前后位置来张紧摆臂同步带（46）；带传动中的摆臂同步带大轮（45）与摆臂盘（47）用螺钉固连，摆臂盘（47）内孔的两端有滚动轴承，它们安装在对应的主动轴或从动轴上并能相对于之转动，摆臂内板（48）与摆臂盘（47）固连，摆臂驱动轮（412）与相应的主动轴或从动轴通过键连接，并用摆臂外板（49）限位支承，同时摆臂外板上的摆臂轴承座（410d）保证摆臂摆动的顺畅，摆臂内板末端和摆臂外板末端之间安装支承着摆臂从动轮（413），摆臂从动轮（413）与摆臂从动轴（411）用键固连，轴向用卡簧限位，两端支承于左前摆臂轴承座（410a）和右前摆臂轴承座（410b），并用螺母锁紧，摆臂从动轮与摆臂从动轴能相对与摆臂内板（48）、摆臂外板（49）转动，并随之移动；所述右前摆臂运动模块（5）、左后摆臂运动模块（6）和右后摆臂运动模块（7）的结构，与左前摆臂运动模块（4）的结构相同，工作原理一致。

5.根据权利要求1所述的履带式六自由度移动机器人，其特征在于：所述控制箱（8）包括工控机、驱动器、电池，电池分布在控制箱侧边，内部控制器件布置紧凑，整个箱体在机器人机架内部，受机架保护。

6.根据权利要求4所述的履带式六自由度移动机器人，其特征在于：所述四个角度传感器为左前传感器（9a）、右前传感器（9b）、左后传感器（9c）、右后传感器（9d），位于机架的四角，与摆臂盘（47）连接，测量机器人摆臂的旋转角度。