电子机械工程

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Electro-MechanicalEngineering

2009年第25卷第6期2009.Vo.l25No.6

一种轮组结构爬楼梯机器人的传动和结构设计

刘祚时,童俊华,胡发焕(江西理工大学, 江西赣州341000)

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摘 要:针对楼梯结构的变性,研制了具有爬梯强适应能力的轮组机构。该机构保证机器人具有良好的机动性,能够在平地行驶、爬楼梯、跨越障碍等动作状态间很好的过渡转换。介绍了机器人的结构特点及其运动功能实现,并对机器人的传动结构布局、传动实现、轮组设计等内容进行详细阐述。

关键词:爬楼梯机器人;越障机构;轮系

中图分类号:TP24 文献标识码:A 文章编号:1008-5300(2009)06-0048-04

DesignofTransmissionandStructureofaWheelsetsStair ClmibingRobot

LIUZuo sh,iTONGJun hua,HUFa huan

(JiangxiUniversityofScienceandTechnology, Ganzhou341000,China)

Abstract:Consideringthevariabilityofstaircaseclimbingstructure,anewtypeofwheelsetsmechanismwhichcanstronglyadapttothestaircasewasdeveloped.Themechanismensuresthattherobothasgoodmob ility,whichworkingmodescanbewellconvertedbetweenthestatesoftravellingonflatground,climbingthestairs,gettingoverobstaclesandsoon.Thestructuralcharacteristicsofrobotandrealizationofitskinematicfunctionsareintroduced.Thetransmissionstructurallayou,trealizationoftransmission,andwheelsetsmecha nismdesignetc.ofrobotaredescribedindetai.lKeywords:stair climbingrobo;tobstacle crossingmechanism;gearsystem

0 引 言

在城市里,楼梯是人造环境中最常见的障碍,也是最难跨越的障碍之一。因此,机器人的爬梯能力是移动机器人的重要越障性能指标。文中介绍的机器人根据 建筑楼梯模数协调标准 设计,能够适应各种尺寸规格的楼梯,控制简单,相比履带式和腿式爬楼装置有明显优势。通过加载不同的仪器设备,机器人可广泛用于危险环境探查、救灾、助残、搬运等作业,其应用价值巨大。

图1 爬楼机器人结构示意图

车体两侧的轮组皆具有两个旋转自由度,即小车轮的旋转和轮辐的旋转运动。中间两个电机具有自锁功能,采用大减速比的蜗轮蜗杆减速系统,与小轴相连驱动小车轮,实现机器人前进、后退和越障。两侧的较大功率直流电机经减速后与电磁离合器相连,最后通过管轴驱动轮辐,实现机器人的爬楼动作。

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1 爬楼机器人的机构

文中设计的轮组式爬楼梯机器人的整体结构由两部份组成,包括位于机器人中间部位由四个轮组驱

动的主车架,以及轮组机构。图1给出了机器人三维虚拟样机

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的示意图。机器人车轮的传动部份位于

2 机器人多姿态运动

2.1 直线行走及转弯

中央车体的底部,车体中间上边的空白部分则用于配

置所需控制电路、各种负载以及导航所需的传感器等。

机器人两侧运动单元中的小车轮等速运动,实现

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