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    关 键 词:
    双模 移动 机器人
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    摘要
    申请专利号:

    CN201510459496.3

    申请日:

    2015.07.30

    公开号:

    CN105313997A

    公开日:

    2016.02.10

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):B62D 55/04申请日:20150730|||公开
    IPC分类号: B62D55/04 主分类号: B62D55/04
    申请人: 工程服务公司; 李一
    发明人: 李一; 安德鲁·A·戈登伯格
    地址: 加拿大安大略省
    优先权: 14/447,236 2014.07.30 US
    专利代理机构: 北京英赛嘉华知识产权代理有限责任公司11204 代理人: 王达佐; 王艳春
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201510459496.3

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2018.04.24|||2017.02.22|||2016.02.10

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    双模式移动机器人包括:平台和一对履带轮驱动???。一对履带轮驱动??楦浇又疗教ǖ南喽圆?。履带轮驱动??橹械拿扛鼍哂新拇榧吐肿榧?。履带轮驱动??橹械拿扛隹纱勇拇恢靡贫谅治恢?。

    权利要求书

    1.一种移动机器人,包括:
    平台;
    一对履带轮驱动???,附接至所述平台的相对侧,所述履带轮驱
    动??橹械拿扛龆季哂校?br />
    履带组件;
    轮组件;
    一对摇臂机构,所述一对摇臂机构中的每个摇臂机构都可操作地
    枢转附接至所述平台,每个摇臂机构都具有摇臂、可操作地附接至所
    述摇臂的前轮和可操作地附接至所述摇臂的远端的前滚轮、以及可操
    作地连接至每个摇臂的臂驱动电机,并且所述臂驱动电机驱动并控制
    所述平台与所述摇臂之间的角度,并且每个摇臂都具有轮位置和履带
    位置;以及
    其中,所述履带轮驱动??橹械拿扛龆寄芄淮勇拇恢靡贫谅?br />位置,在所述轮位置,所述一对摇臂机构枢转地用于使所述移动机器
    人独立转向,在所述履带位置,所述摇臂像鳍状肢那样动作。
    2.如权利要求1所述的移动机器人,其中,所述履带组件包括定
    位在驱动滑轮和惰轮周围的履带和可操作地附接至所述驱动滑轮的履
    带驱动装置。
    3.如权利要求2所述的移动机器人,其中,所述履带轮驱动???br />中的每个都包括所述一对摇臂机构中的一个摇臂机构,所述轮组件具
    有可操作地附接在所述履带组件一端的后轮,并且所述摇臂可操作地
    枢转附接至所述履带组件并与所述后轮间隔开,所述摇臂使得所述前
    轮与其可操作地附接。
    4.如权利要求2所述的移动机器人,其中所述履带组件还包括可
    操作地连接至所述履带的张紧机构。
    5.如权利要求3所述的移动机器人,其中所述后轮可操作地连接
    至后轮驱动装置。
    6.如权利要求5所述的移动机器人,其中所述后轮为无轮毂式后
    轮。
    7.如权利要求3所述的移动机器人,其中,所述履带驱动装置为
    具有履带驱动模式和轮驱动模式的双驱动系统,并且所述后轮可操作
    地连接至双驱动系统。
    8.如权利要求7所述的移动机器人,其中所述双驱动系统具有能
    够选择性地连接至履带驱动轴和轮驱动轴的一个电机。
    9.如权利要求7所述的移动机器人,其中所述后轮为无轮毂式后
    轮。
    10.如权利要求9所述的移动机器人,其中每个摇臂都附接至所
    述履带部件的相对端。
    11.如权利要求10所述的移动机器人,其中,每个履带轮驱动模
    块都铰接地附接至所述平台并且从所述履带位置旋转至所述轮位置。
    12.如权利要求11所述的移动机器人,还包括可操作地附接至所
    述履带轮驱动??橹械拿扛龅男?。
    13.如权利要求3所述的移动机器人,其中每个摇臂都附接至所
    述履带组件的相对端。
    14.如权利要求1至13中任一项所述的移动机器人,其中每个履
    带轮驱动??槎冀陆拥馗浇又了銎教ú⑶掖铀雎拇恢眯了?br />述轮位置。
    15.如权利要求1至13中任一项所述的移动机器人,还包括适合
    的接口。
    16.如权利要求1至13中任一项所述的移动机器人,其中所述履
    带轮驱动??橹械拿扛龆枷煊τ谠冻炭刂泼畲铀雎拇恢靡贫?br />所述轮位置。
    17.如权利要求1至13中任一项所述的移动机器人,其中所述轮
    驱动??榈拿扛雎拇即铀雎拇恢米远贫了雎治恢?。
    18.一种移动机器人,包括:
    平台;
    一对履带轮驱动???,附接至所述平台的相对侧,所述履带轮驱
    动??橹械拿扛龆季哂校?br />
    履带组件,具有位于驱动滑轮和惰轮周围的履带和可操作
    地附接至所述驱动滑轮的履带驱动装置;以及
    轮组件,具有无轮毂式后轮和轮驱动装置,所述轮驱动装
    置利用传动链可操作地附接至所述无轮毂式后轮,并且所述无
    轮毂式后轮被定位成使得所述履带处于所述无轮毂式后轮的中
    部且无轮毂式后轮围绕所述履带进行旋转;以及
    其中,所述履带轮驱动??橹械拿扛龆寄芄淮勇拇恢靡贫谅?br />位置。
    19.如权利要求18所述的移动机器人,其中,所述履带驱动装置
    和所述轮驱动装置为具有履带驱动模式和轮驱动模式的双驱动系统。

    说明书

    双模式移动机器人

    技术领域

    本公开涉及移动机器人,具体涉及能够在各种地形上移动的机器
    人。本文中的移动机器人具有双重模式,即履带模式和轮模式,并且
    各模式可通过??亟醒≡窕蜃远谢?。

    背景技术

    移动机器人在最少的人类干涉和控制的情况下在各种不同地形上
    行进的能力,并且乃至自动行进的能力是移动机器人所需要关注的。
    对于旨在用于未知地形和各种地形的机器人尤其如此。对于移动机器
    人来说,相关的问题是提供能够现场修理和维护的机器人。

    大部分现有移动机器人平台是基于轮或基于履带。轮适于在光滑、
    平整的地形上高速运动,而履带适于在结构不规则地形、阶梯和沟地
    上低速运动。大部分实际环境中的问题是,在轮和履带之间间歇性地
    进行切换可能更有利。如果地形是未知的或结构不规则的、或者在包
    括平地(街道)和阶梯的城市环境中存在安全任务需求,轮式机器人
    可能不合适,并且如果行进的距离很大,履带式机器人可能太慢。

    一些移动机器人提供了可手动重新配置的履带轮式运动,从而具
    有两种系统类型的优势;然而这也存在局限性。由于同一时间仅能使
    用一种选择的运动,所以手动重新配置的履带轮式移动机器人需要从
    轮或履带配置进行手动转换,或者反之亦然。这些示例可在于2009
    年10月29日公开的Schempf等人的第2009/0266628A1号美国专利申
    请公开中找到。在这种手动重新配置的履带轮式移动机器人的使用中,
    固有的局限是操作者必须事先知道地形,以在任务期间在合适时间选
    择一个系统或另一系统。

    在履带式机器人的情况下,已知的是,在底盘的一端或两端或者
    在底盘侧板的中心添加枢转地附接至底盘两侧的一对履带鳍状部增强
    了移动机器人攀爬阶梯和克服障碍物的能力,如于2001年7月24日
    颁发给Won的第6,263,989号美国专利和于2009年2月24日颁发给
    Goldenberg等人的第7,493,976号美国专利中所示。这些机器人提供了
    远程操控的铰接式履带车辆的可变配置,以便克服障碍物。

    另一种方法是利用履带和轮的并行操作。然而,由于履带模式中
    克服障碍物时存在轮的干涉,并且在轮模式中由于履带而带来的附加
    载荷,这种方法具有一定的局限性。这种方法的实例在于1991年6
    月11日颁发给Coughlan等人的第5,022,812号美国专利和Webster等
    人的于2008年10月23日公开的第2008/0258550号美国专利申请公
    开中示出。

    另一种方法是以履带形式运行机器人,然后使轮附接至将机器人
    转换成轮式的滑轮轴上,反之亦然。然而,这种方法只能手动实现,
    不能远程或者自动地实现。

    然而,所有的这些方法均具有一定局限性。因此,提供能够易于
    远程或自动地从一种模式变换为另一种模式并且在每种模式中都良好
    地运行的双模式移动机器人将会更有益。

    发明内容

    双模式移动机器人包括平台和一对履带轮驱动???。一对履带轮
    驱动??楦浇又疗教ǖ南喽圆?。履带轮驱动??橹械拿扛鼍哂新拇?br />件和轮组件。履带轮驱动??橹械拿扛隹纱勇拇恢靡贫谅治恢?。

    履带组件可包括位于驱动滑轮周围的履带和可操作地附接至驱动
    滑轮的履带驱动装置。

    轮组件可具有可操作地附接在履带组件的一端的后轮以及可操作
    地枢转附接至履带组件并与后轮间隔开的摇臂,并且摇臂可具有可操
    作地附接至其上的前轮。

    摇臂可包括可旋转地附接至摇臂末端的前滚轮。

    履带组件可包括可操作地连接至履带的张紧机构。

    后轮可以可操作地连接至后轮驱动装置。

    后轮可为无轮毂式后轮。

    履带驱动装置可为具有履带驱动模式和轮驱动模式的双驱动系
    统,并且后轮可以可操作地连接至双驱动系统。双驱动系统可具有可
    选择性地连接至履带驱动轴和轮驱动轴的一个电机。

    每个摇臂可附接至履带组件的相对端。

    摇臂驱动电机可以可操作地连接至每个摇臂,并且摇臂驱动电机
    驱动和控制履带组件与摇臂之间的角度。

    每个履带轮驱动??榭山陆拥馗浇又疗教?,并且可从履带位置旋
    转至轮位置。

    移动机器人可包括适合的接口。

    轮组件可包括一对前摇臂机构和一对后摇臂机构,其中,每个前
    摇臂机构在其末端处具有前轮,每个后摇臂机构在其末端处具有后轮。
    前摇臂机构可以枢转地附接在履带组件的前端。后摇臂机构可以枢转
    地附接在履带组件的后端。后轮可以可操作地连接至双驱动电机,并
    且履带组件可以可操作地连接至该双驱动电机,而双驱动电机选择性
    地驱动后轮和履带组件。后摇臂电机可以可操作地连接至所述一对后
    摇臂机构,从而在收缩位置和轮位置之间选择性地移动所述一对后摇
    臂机构。前摇臂电机可以可操作地连接至所述一对前摇臂机构,从而
    在收缩位置和轮位置之间选择性地移动所述一对前摇臂机构。

    轮组件可包括一对前摇臂机构和一对后摇臂机构,其中,每个前
    摇臂机构在其末端处具有前轮,每个后摇臂机构在其末端处具有后轮;
    后轮可以可操作地连接至后轮毂电机;并且驱动滑轮可以可操作地连
    接至驱动电机。

    此外,移动机器人可包括轮组件,轮组件可包括一对前摇臂机构
    和单个后摇臂机构,其中,每个前摇臂机构在其末端处具有前轮并且
    可操作地连接至前摇臂电机,而后摇臂机构在其末端处具有后轮,并
    且后轮可以可操作地连接至后摇臂电机。后轮可以可操作地连接至轮
    毂电机。每个前轮可以可操作地连接至轮毂电机。

    每个履带轮驱动??榭上煊υ冻炭刂泼畲勇拇恢靡贫谅治?br />置??商娲?,每个履带轮驱动??榭勺远卮勇拇恢靡贫谅治?br />置。

    本发明的进一步特征将在下面的详细说明过程中进行描述或将变
    得显而易见。

    附图说明

    以下将参照附图,仅以示例的方式对实施方式进行描述,在附图
    中:

    图1为双模式移动机器人的立体图;

    图2为图1的双模式移动机器人的履带轮驱动??榈谋⑻逋?;

    图3为图1和图2的双模式移动机器人中所使用的双驱动系统的
    局部剖面立体图;

    图4为图3的双驱动系统的驱动电机部件的爆炸立体图;

    图5为图3的双驱动系统的双驱动装置的仅履带驱动装置的侧视
    图;

    图6为图3的双驱动系统的双驱动装置的仅轮式驱动装置的侧视
    图;

    图7为图1的双模式移动机器人的无轮毂后轮的爆炸立体图;

    图8为无轮毂后轮的剖视图;

    图9为图1的双模式移动机器人的侧视图,其示出了摇臂的范围;

    图10为图1的双模式移动机器人的中心平台的立体图;

    图11为图1的双模式移动机器人的中心平台的剖视图;

    图12为处于轮模式的双模式移动机器人的立体图;

    图13为处于履带模式的双模式移动机器人的立体图;

    图14为处于履带模式的、摇臂处于伸展位置的双模式移动机器人
    的侧视图;

    图15为处于履带模式的、摇臂处于收缩模式的双模式移动机器人
    的侧视图;

    图16为处于履带模式的双模式移动机器人的侧视图,其中,摇臂
    位于处于上推模式的伸展位置,并且示出了其如何能够便于清除障碍;

    图17为处于履带模式的双模式移动机器人的侧视图,其摇臂位于
    处于上推模式的伸展位置,并且示出了其如何能够辅助支承机器人;

    图18为处于履带模式的双模式移动机器人的侧视图,其中所示摇
    臂处于爬楼配置;

    图19为处于轮模式的、示出了独立转向的双模式移动机器人的立
    体图;

    图20为处于轮模式并且示出了独立转向的双模式移动机器人的
    俯视图;

    图21为移动机器人四种不同配置的立体图,其示出了:a)履带
    式移动机器人;b)具有鳍状部的履带式移动机器人;c)轮式移动机
    器人;以及d)双模式移动机器人;

    图22为双模式移动机器人四种不同配置的立体图,其示出了:a)
    双模式移动机器人;b)具有有效载荷面的双模式移动机器人;c)具
    有附接至接口的监控配件的双模式移动机器人;以及d)具有附接至
    接口的操纵器的双模式移动机器人;

    图23为双模式移动机器人的替代实施方式的立体图,其具有平行
    的履带和轮配置,并且示出了履带模式;

    图24为图23的双模式移动机器人的立体图,并且示出了轮模式;

    图25为图23至图24的双模式移动机器人的俯视图,并且示出了
    其另一侧上的履带轮驱动???;

    图26为图23和图24的双模式移动机器人的侧视图,并且示出了:
    a)履带模式;b)双重履带和轮模式;以及c)轮模式;

    图27为图23至图24的、处于配置成用于爬楼的双重履带和轮模
    式的双模式移动机器人的侧视图;

    图28为图23至图24的、处于双重履带和轮模式的双模式移动机
    器人的侧视图,图中示出了其如何能够辅助支承机器人;

    图29为图23至图24的、处于双重履带和轮模式的双模式移动机
    器人的侧视图,图中示出了其如何能够便于清除障碍;以及

    图30为具有平行履带和轮配置并且示出了履带模式的双模式移
    动机器人的另一替代实施方式的立体图,该实施方式类似于图23至图
    29中所示的实施方式,但是具有单个后轮摇臂和后轮。

    具体实施方式

    参照图1,双模式移动机器人总体上示为100。双模式移动机器人
    包括两个主要部件:一对履带轮驱动???10和中心平台150。中心
    平台150的顶部设置有用于附加诸如辅助电子箱160的附接件的负载
    接口170。部件和附接件设计成易于通过负载接口进行安装。履带轮
    驱动???10附接至中心平台150的相对侧。每个履带轮驱动???10
    都可从如图1、图7和图10中所示的履带位置移动至如图9中所述的
    轮位置。

    图2示出了履带轮驱动???10的爆炸图。该履带轮驱动???10
    使分别利用同一电机进行驱动的轮和履带结合。其还能够容易地在轮
    驱动模式和履带驱动模式之间进行切换。履带轮驱动???10整合了
    包括履带114和轮130、140的一个双驱动系统300,以及一个摇臂机
    构120。后轮140附接在履带组件的一端,而摇臂机构120附接在履
    带组件的另一端。在一个??橹?,履带轮驱动???10具有三个主要
    功能:两种模式下的驱动、转向以及攀爬。这里提供了具有灵活性和
    适应性的双模式移动机器人100。履带轮驱动???10包括两个侧板
    111和112,侧板由6061-T6型铝合金制成,以实现足够的强度和较低
    的重量。这些侧板通过交叉构件300和354以及轴230和280进行联
    接,以形成刚性结构。

    在履带模式中,双模式移动机器人围绕一对平行履带114移动。
    在一种实施方式中,履带114为75mm宽并且利用加强的鳄鱼式系带
    结合。为了具有改善的牵引,履带具有沿其长度方向间隔开的软质橡
    胶楔子115。每条履带都由齿状后驱动滑轮210进行驱动。每个驱动
    滑轮中的齿部220都与履带内侧表面上的凹槽相匹配。惰轮270在机
    器人前部支承每条履带。一对履带张紧机构116位于后滑轮210和前
    滑轮270之间。履带张紧机构116在履带114中提供预定张力并且允
    许迅速地更换履带。在履带张紧机构下面,具有铁氟龙(Teflon)低
    摩擦表面的铝板113通过螺钉附接至履带轮驱动???10的主框架111
    和112,从而支承履带底部的内侧。

    如图2和图3中所示,每个履带轮驱动???10都具有一个带相
    同驱动电机323的双驱动系统300,从而使得右侧驱动??橹械牡缁?br />与左侧驱动??橹械牡缁嗤?。驱动电机323通过可适应接口322通
    过行星伺服减速机321进行减速。每个驱动电机323还装备有弹簧应
    用间隙324。双驱动系统可定制并且可升级??墒视涌?22被设计
    成与传动系统的其他模式相兼容。具体地,双驱动系统的设计和布局
    与驱动系统的其他模式相兼容,并且可重新装配成其他状态。双驱动
    系统的替代版本可使用不同类型的驱动电机和减速机。参照图4,驱
    动电机323可以为482瓦特的无刷直流电机(BN34-35EU-02,来自穆
    格元器件集团(MoogComponentsGroup))和传动比为1:10的行星
    伺服减速机321(AccuDriveE40/E60,来自ConeDriveOperations股
    份有限公司)??商娲?,驱动电机323可为363瓦特电机
    (M8WQ90-03E4-008HZ),而减速机321可以为1:20的传动比
    (AccuDriveE60)。双驱动电机323可选择性地连接至履带驱动轴313
    和轮驱动轴314。为了实现双驱动功能,三个锥齿轮310、311和312
    用于将运动传递至与输入轴成90度角的两个输出轴。如图3中所示,
    传动比为1:1.5的锥齿轮组(310和311)将运动传递至输出轴313,
    并且放大推动用于驱动履带114的滑轮210所需要的最大转矩。履带
    驱动轴313的输出端通过传动链325可操作地连接至轴230。此外,
    通过传动比为1:1的锥齿轮组(310和312)将运动传递至输出端或
    者用于驱动链齿轮305的轮驱动轴314,其中,该链轮305驱动后轮
    140。输出轴314利用驱动链141可操作地连接至轮140。两个电磁离
    合器301和302在两个输出轴之间进行切换,从而分别提供轮和履带
    驱动模式。另外,分别如图4和图5中所示,双驱动系统300可配置
    成能够容易地进入履带驱动系统360或轮驱动装置350中的单个驱动
    系统,能够容易地移除离合器组件(301或302)。例如,本文所述的
    机器人最初可购买单个驱动系统,然后重新配置成双驱动系统。

    图6中示出了无轮毂后轮140的爆炸图。由于传统的轮具有位于
    中心的轮毂并且围绕中心轴旋转,所以轮和中心轴将与滑轮相互作用。
    为了为滑轮210和履带114提供足够的间隔,后轮140独创性地设计
    成无轮毂式轮。外框架450具有位于其外侧上的轮胎。无轮毂式后轮
    140通过两个薄壁球轴承410的外圈进行支承。薄壁球轴承的内圈通
    过支撑块430和440附接至履带轮驱动??榈目蚣?11和112(参见
    图2)。链齿轮460固定在无轮毂式后轮的外框架450上。在双模式移
    动机器人的轮模式中,链传动系统141(参见图3)可操作地连接链齿
    轮460与轴314并用于将动力传递至后轮140。无轮毂式后轮140通
    过两个薄壁球轴承410的外圈进行支承。薄壁球轴承的内圈通过支撑
    块430和440附接至履带轮驱动??榈目蚣?11和112(参见图2)。
    链轮460固定在无轮毂式后轮的外框架450上。

    如在图1和图2中最佳地示出的,履带轮驱动???10包括摇臂
    机构120(或鳍状部),。摇臂机构120包括臂121、前轮130和前滚轮
    131。前滚轮可旋转地附接至臂121的末端。前轮130可旋转地附接至
    摇臂,并且可正交于前滚轮131旋转。臂121的近端绕垂直于主框架
    111和112侧部的横轴280枢转地联接至履带轮驱动??榈闹骺蚣?。

    如图9所示,摇臂机构120联接至履带轮驱动??榈闹骺蚣?,以
    使得其能够在履带前部旋转(在一种实施方式中,角度限制在-50至
    +75度的范围内)。参照图2,两个摇臂机构120可通过两个臂驱动电
    机352独立地或同步地进行旋转。臂驱动电机352用于驱动和控制履
    带轮驱动??榈闹骺蚣苡氡壑涞慕嵌?。通过高传动比的谐波传动装
    置351和传动链355传递运动,作为附加的传递阶段,以实现更大的
    扭矩输出并且传递给横向轴280。每个臂驱动电机352还配备有弹簧
    应用间隙353。具有铰链滚轮杠杆的两个限位开关551用于限制旋转
    范围和防止摇臂120和主框架112之间发生碰撞。

    如图10所示,为了得到向下和向前定位的重心,将中心平台150
    的体积被分成三个部分。所有轻重量的电子部件,诸如控制器520、
    驱动器530和配电板510,都位于后部。包括线性致动器550的旋转
    机构放置在中部。留出前部用于放置电池540。

    旋转机构用于将双模式移动机器人从轮模式转换成履带模式,反
    之亦然。如图11所示,该机构包括两个线性致动器550和曲柄滑块机
    构560。优选地,线性致动器模型具有自锁特征,并且因此履带轮驱
    动??槟芄灰恢惫潭ㄔ诤鲜实奈恢?。更具体地,线性致动器具有用于
    提供自锁特征的蜗轮机构。因此,机器人在转换期间能够停止和保持
    在任意位置。

    曲柄滑块机构用于将线性致动器的线性运动转化成履带轮驱动模
    块的旋转运动。参照图11,线性致动器550推动曲柄滑块机构560。
    曲柄滑块机构560的另一端与双驱动系统330联接。曲柄滑块机构560
    用于将线性致动器550的线性运动转化成履带轮驱动??榈男?br />动。

    线性致动器的内置电气端停止传感器以及位于中心平台下的限位
    开关556用于将旋转运动限制在0-90度的范围内。此外,铰链552和
    554在中心平台150和履带轮驱动???10之间进行连接。履带轮组
    件110可铰接地附接至中心平台150,并且履带轮组件从履带位置旋
    转至轮位置。

    通过在用户命令下将履带轮驱动??樾?0度,双模式移动机器
    人可从履带式机器人转换成轮式机器人。通过示例的方式,在一个实
    施方式的试验中,这些转变中的每一项都分别在25秒内完成。图12
    和图13分别示出了双模式移动机器人的履带模式配置和轮模式配置。

    在室外和室内环境中进行了大量试验以验证互换模式的性能和耐
    久性。通过示例的方,模型可以在诸如大理石、地毯、混凝土、碎石
    以及天然地形的各种表面上从履带模式转换成轮模式,反之亦然。

    双模式移动机器人100是非常万能的移动机器人。其可用于如图
    11所示的伸展模式中,或者用于如图12所示的收缩模式中。能够实
    现的最长的可能长度为图14所示的伸展模式,并且在一个实施方式中
    该长度为1100mm。这种模式在爬楼和越沟演示中是非常有用的。完
    全伸展长度能够提供更好的稳定性。另一方面,在运输过程中为了使
    体积最小化,双模式移动机器人可设定成收缩模式,而且诸如操纵器
    的负载也可进行折叠。在图15所示的实施方式中,该实施方式中的双
    模式移动机器人的收缩尺寸为宽0.89米、高0.47米和长0.86米。因
    此,如图15所示,该实施方式中的带有负载的双模式移动机器人的总
    收缩体积为0.36立方米。

    如图16所示,在推升模式中,双模式移动机器人100能够将摇臂
    机构120配置成用于提升主体的前端。这种姿态可直接增加平台上的
    传感器和摄像机的高度。此外,这种模式对于加强双模式移动机器人
    的地形适应性也是重要的。在上述公开的实施方式中,由于离地间隙
    为57mm,其为中心平台下相对较小的间隙。当其越过一些大型障碍
    物时,双模式移动机器人可能失去牵引力。如图16所示,推升模式可
    极大地增加离地间隙,以便从卡住情况恢复正常。如图17所示,当离
    开大型障碍物时,推升模式还可用于支承双模式移动机器人100。此
    外,在推升模式下,利用摇臂机构120中的滚轮131的辅助,双模式
    移动机器人100可在四个接触点上行进,从而通过使履带与地面的接
    触长度最小化来降低能量损耗。

    双模式移动机器人100能够被配置成用于允许其所有的轮130和
    140依靠惯性进行滑行。在一种实施方式中,一旦命令或电源关闭,
    离合器301和302就不再啮合,因而可推动或拖动机器人100而不损
    坏机构。这种模式可用于将双模式移动机器人100拖动至其所期望的
    位置以启动任务的情况中,或者用于驱动机构失效之后。

    通过使用履带式底盘和摇臂机构120,双模式移动机器人100可
    攀爬阶梯。如图18所示,首先,摇臂机构120的两侧同步地枢转,以
    将臂提升至高于第一阶阶梯的上升高度。然后,机器人100驱动履带
    向前,直至摇臂机构120和履带140相继接触第一阶阶梯。当履带接
    触第一阶阶梯时,摇臂机构120可枢转至伸展位置?;魅?00可继
    续攀爬阶梯。

    在履带模式中,双模式移动机器人100利用左侧和右侧的驱动电
    机进行控制。该模式中的转向利用机器人每侧的履带的速度差来实现。
    此外,充分分离以用于有效滑动转向的履带可提供更高的可操作性。
    通过沿相反方向驱动履带,机器人可转至合适的位置而不向前或向后
    移动。这使得其更容易在狭窄的地区进行操纵。轮模式中使用了独立
    转向。如图19和图20所示,通过独立地控制摇臂机构120而将两个
    前轮130的角度调整至所期望的前进方向。结果是,双模式移动机器
    人能够以类似小汽车的方式高速地运动。与滑动转向相比,独立转向
    允许有效的操纵并且降低了内部损失的影响。

    如图21所示,双模式移动机器人能够配置成以四种配置进行运
    动,即:a)履带式移动机器人;b)具有鳍状部的履带式移动机器人;
    c)轮式移动机器人;以及d)双模式移动机器人。此外,用户能够容
    易地修改或升级已创建的双模式移动机器人100以实现这些配置。

    图21(a)中的履带式移动机器人配置是双模式移动机器人100
    的最简单的配置。平台包括两个驱动???10和一个中心平台150。
    驱动???10是通过去除若干轮组件而从履带轮驱动??榧蚧?,
    诸如去除无轮毂式后轮、摇臂机构。中心平台不包括旋转机构。履带
    式移动机器人配置具有最少的部件和最低的成本。其提供了类似于大
    部分传统履带式移动机器人的基本运动功能。

    图21(b)中具有摇臂配置的履带式移动机器人基于履带式移动
    机器人配置。两个摇臂机构120及其驱动系统已添加至驱动??樯?。
    由于摇臂机构120可用作鳍状部来提升机器人的突出部,以使其攀爬
    阶梯和克服障碍,所以双模式移动机器人的这种配置加强了其越障能
    力。

    图21(c)中的轮式移动机器人配置不同于履带式移动机器人配
    置。平台包括两个驱动???10和一个中心平台150。这种配置中的
    驱动??槲硪恢职姹?,其通过去除若干履带组件将履带轮驱动???br />进行改造,诸如去除履带、履带张紧机构。摇臂机构120用作类似于
    汽车转向的转向系统。

    中心平台中的旋转机构和两个履带轮驱动??樘峁┝送?1(d)
    中的这种新颖的履带轮双模式移动机器人。通过将履带轮驱动??樾?br />转90度,双模式移动机器人100可迅速地从履带式机器人转换成轮式
    机器人。双重履带轮移动机器人配置具有复杂的配置,其需要更多的
    部件并且具有更高的成本。然而,这种配置使得提供间歇性履带式和
    轮式驱动的优势最大化。

    如图22所示,双模式移动机器人100的中心平台150的内部填充
    有由一组配置共享的一组通用部件和接口以实现多种功能。诸如操纵
    器、监控摄像机等的附加??榭筛菪枨蠛腿挝癜沧霸谄教ㄉ?。由于
    所有的附加??槭嵌懒⑶易园?,所以这些改变将不会对当前的双
    模式移动机器人的其他零件产生影响。

    附加??榈奈锢砹颖蛔派杓?,以使得其可以容易地进行组装
    和拆卸??墒褂梦挥谥行钠教ê透郊幽?橹浠蛘呶挥谥钊绺ㄖ缱?br />箱160的各附加??榈谋涮逯涞目墒视Φ慕涌?70。通过使用位于
    中心平台和各种附加??橹浣涌?,双模式移动机器人可适应定制和
    升级,并基于新的附加??槭迪中鹿δ?,而不改变移动机器人的其他
    部分。图22示出了可通过双模式移动机器人的可适应接口进行添加的
    几种典型的附加??楣δ?。例如,图22仅示出了一些示例,即a)双
    模式移动机器人;b)具有用于有效负载的接口的双模式移动机器人;
    c)具有附接至接口的监测配件的双模式移动机器人;以及d)具有附
    接至接口的操纵器的双模式移动机器人。

    在图23至图29中,双模式移动机器人的替代实施方式通常示为
    600。双模式移动机器人600类似于上述的机器人100,其中,二者均
    具有可在履带位置和轮位置之间移动的履带轮驱动。然而,对于不同
    的机器人履带轮驱动??槭遣煌?。在本实施方式中,轮平行于履带。

    对于双模式移动机器人600,仅对不同于机器人100的部分进行
    详细描述。中心平台650的主要特征类似于中心平台150中的功能。

    双模式移动机器人600包括两个主要部件:一对履带轮驱动???br />610和中心平台650。履带轮驱动???10附接至中心平台650的对侧。
    图23示出了双模式移动机器人600的履带驱动模式,而图24示出了
    双模式移动机器人600的轮驱动模式。

    每个履带轮驱动???10都包括履带组件660。该履带组件包括
    后驱动滑轮664驱动的履带662。履带662和后驱动滑轮664可类似
    于上述的履带和驱动滑轮。后驱动滑轮664可操作地连接至驱动电机
    673。履带662置于驱动滑轮664和惰轮665周围。

    履带轮驱动???10包括轮组件,该轮组件包括后摇臂机构668
    和前摇臂机构670。后摇臂668在其后端处枢转地连接至履带组件。
    后摇臂668包括位于其末端处的后轮672。后轮672可操作地连接至
    后轮轮毂电机675。前摇臂机构670在其前端处枢转地连接至履带组
    件。前摇臂670包括位于其末端处的前轮674,该前轮674可操作地
    连接至前轮轮毂电机676。

    前摇臂机构对670可操作地附接至前轴678。前轴可操作地连接
    至前摇臂电机680。前摇臂电机680将前摇臂移动至图26(a)中所示
    的收缩位置;移动至图26(c)中所示的轮位置;以及移动至可变的
    中间双模式位置,其示例如图26(b)中所示。类似地,后摇臂电机
    682可操作地附接至后轴684。后轴684可操作地附接至后摇臂机构对
    668。各种中间双模式位置对于攀爬楼梯(图27)、支承机器人(图28)
    或者规避障碍物(图29)是有用的。如本领域技术人员将理解的,可
    实现本文所示的机器600的多种配置。

    前、后摇臂机构670和680同步地旋转,以使轮接触地面。与双
    模式移动机器人100相比,通过使用前、后摇臂机构,履带模式(图
    23)和轮模式(图24)之间的互换将变得更容易。然而,与可利用双
    模式移动机器人100所实现的独立转向类型相比,该转向为四轮驱动
    系统滑动转向类型。

    下表为双模式移动机器人100和双模式移动机器人600的对比。



    双模式移动机器人100和双模式移动机器人600的功能类似,如
    下表所示。


    双模式移动机器人的另一种替代实施方式在图30中总体示出为
    700。双模式移动机器人700类似于上述的机器人600,但是其包括具
    有单个后轮772的单个中心后摇臂768,而不是一对后摇臂668。

    机器人700包括中心平台750、履带轮驱动??槎?10和单个后
    摇臂768。每个履带轮驱动???10包括履带组件。履带组件包括由
    后驱动滑轮驱动的履带762。履带762和后驱动滑轮可类似于上述的
    履带和后驱动滑轮。后驱动滑轮可操作地连接至驱动电机。履带762
    置于驱动滑轮和惰轮的周围。

    前摇臂机构对770可操作地附接至前轴。前轴可操作地连接至前
    摇臂电机780。每个前摇臂机构770都包括前轮774。前摇臂电机780
    使前摇臂770从收缩位置移动至轮位置,以及移动至可变的中间双模
    式位置。

    后摇臂电机782可操作地附接至后轴和后摇臂机构768。因此,
    后轴可操作地附接至单个后摇臂机构768。后轮772可包括轮毂电机,
    可替代地,每个前轮774都包括轮毂电机。

    本文中,移动机器人的不同实施方式分别具有双重模式,即履带
    模式和轮模式,并且各模式可通过??乩唇醒≡???商娲?,各模
    式可自动地进行切换。例如,机器人可包括确定轮的牵引力何时低至
    预定阈值的传感器,然后机器人自动地切换至履带模式。此外,机器
    人可包括识别机器人何时碰到阶梯的传感器,从而机器人自动地切换
    至爬楼模式?;魅嘶箍砂扇范ɑ魅撕问蔽挥诠饣矫嫔系拇?br />感器,从而轮将更有优势并且机器人自动地切换至轮模式。本领域技
    术人员将理解的是,传感器可识别多种条件,其中,当这种条件被识
    别后,轮和履带中的一个是优选的并且机器可被配置成用于自动地切
    换至该模式。

    通常来说,本文所述的系统针对移动机器人。本公开的各种实施
    方式和方面将参考以下公开的细节来进行描述。以下说明书和附图为
    本公开的示例性说明,而不被理解为限制本公开。对多个特定细节进
    行描述,以便透彻地理解本公开的各种实施方式。然而,在某些实例
    中,为了简明地讨论本公开的实施方式,未对公知常识或常见的细节
    进行描述。

    如本文中所用,术语“包括”和“包含”将被解释为包括并且开
    放的,而不是排外的。具体地,当在说明书和权利要求书中使用时,
    术语“包括”和“包含”及其变体是指包括特定的特征、步骤或部件。
    这些术语不应被解释为排除其他特征、步骤或部件的存在。如本文中
    所用,当两个项目为“可操作地连接”时,其无需直接地连接而是在
    其之间可能具有连接的其他项目。

    如本文所用,词语“通过示例的方式”或其变体不应被解释为优
    选的或优于本文所公开的其他配置。

    除非另行定义,否则本文中所采用的所有技术和科技术语旨在具
    有与本领域技术人员通常所理解的含义相同的含义。

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