CN102267506A

CN102267506A - 复轮式移动平台

Info

Publication number: CN102267506A
Application number: CN 201110197324
Authority: CN
Inventors: 袁建军; 张伟军
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2011-07-14
Filing date: 2011-07-14
Publication date: 2011-12-07

Abstract

本发明公开一种机械技术领域的复轮式移动平台，包括：车架、四组结构完全一样的车轮组模块，所述的车轮组模块包括驱动电机单元，支撑座，小齿轮，大齿轮，第一传动轴，轴承座，行星轮系组件，第二传动轴，第三传动轴，第一车轮，第二车轮。所述的车轮组模块的第一传动轴，第二传动轴，第三传动轴处于同一平面且相互平行，第一传动轴与第二传动轴的中心距和第一传动轴与第三传动轴的中心距相等。第一车轮与第二车轮的半径相等，且该半径大于第一传动轴与第二传动轴的中心距，小于中心距的两倍。本发明移动效率高，提高了对地形的适应性，提高了在崎岖不平的地形下的移动性能；结构紧凑，适用于不超过 30 度楼梯斜坡崎岖地形等复杂环境。

Description

复轮式移动平台

技术领域

本发明涉及的是一种机械技术领域的装置，具体是一种复轮式移动平台。

背景技术

能够在包括楼梯、起伏坡路、瓦砾等在内的三维复杂环境中自如运动，这始终是对移动平台或者机器人的极大的挑战。在世界范围内已有的移动平台研究或产品中，有轮式、履带式、腿式或者混合式等众多结构方式，各自都具有各种优缺点。在三维复杂环境中运动的移动平台，首先需要具有优秀的移动效率、地形适应性，其次要求具备良好的越障或者攀爬楼梯等复杂地形的能力、稳定性能等等。然而，目前还很难有哪款机器人具备更完善的功能。

经对现有技术的文献检索发现，专利申请号为JP 2009-234534，名称为“移动机器人”的日本专利提出一种移动机器人结构，通过对称布置在车体四个角落的四套相同的复合式轮腿机构实现在复杂地形上的移动。该复合式轮腿机构包括两个车轮、车轮架、支撑腿，两个车轮铰接安装在车轮架的两端，支撑腿的一端与车轮架的中心铰接，支撑腿的另一端与车体铰接。通过主动控制支撑腿与车体之间的角度姿态、车轮架与支撑腿之间的角度姿态，达到不同的轮腿结构变形，从而实现对包括楼梯在内的复杂地形的移动。然而，该移动机器人虽然兼具轮式结构的高移动性能和腿式结构的离散跨越性能，但是在跨越楼梯或高台时，需要对分布在车体四个角落的四套支撑腿车轮架等的每个关节进行主动姿态调整，调整参数过多过程过于复杂，因此限制了该移动机器人在复杂地形下的移动效率，制约了其普及性的应用。

发明内容

本发明针对现有移动机器人在移动性能、越障性能、操作简易性能等技术上存在的不足，提供一种复轮式移动平台，通过对称布置在车体四个角落的行星车轮机构实现复轮式结构，除具备轮式移动平台的高移动性能特征之外，依靠行星车轮机构的欠驱动特征对复杂地形进行自适应被动调整，依靠复轮式特征实现类似履带的对地多点接触效果。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：车架以及四组结构完全一样的车轮组模块，其中，车架的四个角落处于同一平面，四组车轮组模块分别固定在车架四个角落。所述的车轮组模块包括驱动电机单元，支撑座，小齿轮，大齿轮，第一传动轴，轴承座，行星轮系组件，第二传动轴，第三传动轴，第一车轮，第二车轮。所述的行星轮系组件包括齿轮架，太阳齿轮，两个过渡齿轮，两个行星齿轮。

其中，驱动电机单元与支撑座固定安装，第一传动轴的一端通过轴承安装到支撑座上，第一传动轴的中间部分通过轴承安装到轴承座上，小齿轮与驱动电机单元的输出轴固定，大齿轮与第一传动轴固定，小齿轮与大齿轮保持啮合，第一传动轴的另一端通过轴承安装到行星轮系组件的齿轮架的中央位置，太阳齿轮与第一传动轴固定，两个过渡齿轮都销装到齿轮架上并且都与太阳齿轮保持啮合，第二传动轴通过轴承安装到齿轮架的一端，第三传动轴通过轴承安装到齿轮架的另一端，两个行星齿轮分别与第二传动轴和第三传动轴固定，并且都和过渡齿轮保持啮合，第一车轮与第二传动轴固定，第二车轮与第三传动轴固定。

所述的车轮组模块的第一传动轴，第二传动轴，第三传动轴处于同一平面且相互平行，第一传动轴与第二传动轴的中心距和第一传动轴与第三传动轴的中心距相等。第一车轮与第二车轮的半径相等，且该半径大于第一传动轴与第二传动轴的中心距，小于中心距的两倍。由此形成车轮紧密交错排列的复轮式结构。

所述的太阳齿轮，过渡齿轮，行星齿轮，齿轮架形成行星轮系，第一车轮和第二车轮与地面之间存在的接触力对齿轮架提供约束，使得齿轮架受限于地面形状，无法绕第一传动轴自由转动，但可以适应地面的坡度进行被动的调整。

来自驱动电机单元的动力通过啮合的小齿轮和大齿轮传递到太阳齿轮，分开两路经过过渡齿轮传递到行星齿轮，最终传递到第一车轮和第二车轮。

所述的四组车轮组模块分别固定在车架的四个角落，关于车架形成左右对称结构，并且保证四组车轮组模块的第一传动轴均平行布置。控制四组车轮组模块的驱动电机单元的输出轴的转动速度和转动方向，可以实现复轮式移动平台的前进后退左转右转和原地转向。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明采用复轮式结构，具有普通轮式移动平台的高移动效率的特征，同时紧密交错排列的复轮式结构营造了履带式移动平台的多对地接触点的特征，另一方面，行星轮系组件的结构特征进一步提高了对地形的适应性，因此提高了在崎岖不平的地形下的移动性能。本发明结构紧凑，适用于不超过30度楼梯斜坡崎岖地形等复杂环境。

附图说明

图1为本发明复轮式移动平台一实施例的整体结构示意图。

图2为本发明复轮式移动平台一实施例的车轮组模块结构图。

图3为本发明复轮式移动平台一实施例的车轮组模块正视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例所述复轮式移动平台1包括：车架2，四组结构完全一样的车轮组模块3，4，5，6，其中，车架2的四个角落21，22，23，24处于同一平面，四组车轮组模块3，4，5，6分别固定在车架2四个角落21，22，23，24。

如图2和图3所示，所述的车轮组模块3，4，5，6包括驱动电机单元31，支撑座32，小齿轮34，大齿轮35，第一传动轴33，轴承座36，行星轮系组件41，第二传动轴37，第三传动轴38，第一车轮39，第二车轮40。所述的行星轮系组件41包括齿轮架42，太阳齿轮43，两个过渡齿轮44，两个行星齿轮45。

其中，驱动电机单元31与支撑座32固定安装，第一传动轴33的一端通过轴承安装到支撑座32上，第一传动轴33的中间部分通过轴承安装到轴承座36上，小齿轮34与驱动电机单元31的输出轴固定，大齿轮35与第一传动轴33固定，小齿轮34与大齿轮35保持啮合，第一传动轴33的另一端通过轴承安装到行星轮系组件41的齿轮架42的中央位置，太阳齿轮43与第一传动轴33固定，两个过渡齿轮44都销装到齿轮架42上并且都与太阳齿轮43保持啮合，第二传动轴37通过轴承安装到齿轮架42的一端，第三传动轴38通过轴承安装到齿轮架42的另一端，两个行星齿轮45分别与第二传动轴37和第三传动轴38固定，并且都和过渡齿轮44保持啮合，第一车轮39与第二传动轴37固定，第二车轮40与第三传动轴38固定。

所述的车轮组模块3，4，5，6的第一传动轴33，第二传动轴37，第三传动轴38处于同一平面且相互平行，第一传动轴33与第二传动轴37的中心距和第一传动轴33与第三传动轴38的中心距相等。第一车轮39与第二车轮40的半径相等，且该半径大于第一传动轴33与第二传动轴37的中心距，小于中心距的两倍。由此形成车轮紧密交错排列的复轮式结构。

所述的太阳齿轮43，过渡齿轮44，行星齿轮45，齿轮架42形成行星轮系组件41，第一车轮39和第二车轮40与地面之间存在的接触力对齿轮架42提供约束，使得齿轮架42受限于地面形状，无法绕第一传动轴33自由转动，但可以适应地面的坡度进行被动的调整。

本实施例工作时，来自驱动电机单元31的动力通过啮合的小齿轮34和大齿轮35传递到太阳齿轮43，分开两路经过过渡齿轮44传递到行星齿轮45，最终传递到第一车轮39和第二车轮40。四组车轮组模块3，4，5，6分别固定在车架2的四个角落21，22，23，24，关于车架2形成左右对称结构，并且保证四组车轮组模块3，4，5，6的第一传动轴33均平行布置。控制四组车轮组模块3，4，5，6的驱动电机单元31的输出轴的转动速度和转动方向，可以实现复轮式移动平台1的前进后退左转右转和原地转向。

由以上描述可以看出，本发明采用复轮式结构，具有普通轮式移动平台的高移动效率的特征，同时紧密交错排列的复轮式结构营造了履带式移动平台的多对地接触点的特征，另一方面，行星轮系组件的结构特征进一步提高了对地形的适应性，因此提高了在崎岖不平的地形下的移动性能。本发明结构紧凑，适用于不超过30度楼梯斜坡崎岖地形等复杂环境。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims

1.一种复轮式移动平台，包括：车架以及四组结构完全一样的车轮组模块，其中：车架的四个角落处于同一平面，四组车轮组模块分别固定在车架四个角落；

所述的车轮组模块包括驱动电机单元，支撑座，小齿轮，大齿轮，第一传动轴，轴承座，行星轮系组件，第二传动轴，第三传动轴，第一车轮和第二车轮；

所述的行星轮系组件包括齿轮架，太阳齿轮，两个过渡齿轮和两个行星齿轮；

其特征在于：

所述的驱动电机单元与支撑座固定安装，第一传动轴的一端通过轴承安装到支撑座上，第一传动轴的中间部分通过轴承安装到轴承座上，小齿轮与驱动电机单元的输出轴固定，大齿轮与第一传动轴固定，小齿轮与大齿轮保持啮合，第一传动轴的另一端通过轴承安装到行星轮系组件的齿轮架的中央位置，太阳齿轮与第一传动轴固定，两个过渡齿轮都销装到齿轮架上并且都与太阳齿轮保持啮合，第二传动轴通过轴承安装到齿轮架的一端，第三传动轴通过轴承安装到齿轮架的另一端，两个行星齿轮分别与第二传动轴和第三传动轴固定，并且都和过渡齿轮保持啮合，第一车轮与第二传动轴固定，第二车轮与第三传动轴固定。

2.根据权利要求1所述的复轮式移动平台，其特征是，所述的车轮组模块的第一传动轴，第二传动轴和第三传动轴处于同一平面且相互平行。

3.根据权利要求1或2所述的复轮式移动平台，其特征是，所述的车轮组模块的第一传动轴与第二传动轴的中心距等于第一传动轴与第三传动轴的中心距。

4.根据权利要求1所述的复轮式移动平台，其特征是，所述的车轮组模块的第一车轮与第二车轮的半径相等，且该半径大于第一传动轴与第二传动轴的中心距，小于该中心距的两倍。

5.根据权利要求1所述的复轮式移动平台，其特征是，所述第一车轮和第二车轮与地面之间存在的接触力对所述行星轮系组件中的齿轮架提供约束，使得齿轮架受限于地面形状，无法绕第一传动轴自由转动，但能适应地面的坡度进行被动的调整。

6.根据权利要求1所述的复轮式移动平台，其特征是，所述驱动电机单元的动力通过啮合的小齿轮和大齿轮传递到太阳齿轮，分开两路经过过渡齿轮传递到行星齿轮，最终传递到第一车轮和第二车轮。

7.根据权利要求1所述的复轮式移动平台，其特征是，所述的四组车轮组模块分别固定在车架的四个角落，关于车架形成左右对称结构，且四组车轮组模块的第一传动轴均平行布置，控制四组车轮组模块的驱动电机单元的输出轴的转动速度和转动方向，实现复轮式移动平台的前进后退左转右转和原地转向。