CN102390462B - 一种车架可升降的机器人行走装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车架可升降的机器人行走装置，该行走装置具有一车架(1)、四只车轮(2)、设在每一车轮(2)与车架(1)之间的独立悬架和电机驱动装置；所述的独立悬架由悬臂(3)和减振器组成，其中，所述的悬臂(3)的轴线位于车架(1)的纵垂面内，且一头与车架(1)铰接，另一头与车轮(2)的轮轴(11)铰接，所述的减振器的下端铰接于悬臂(3)的中部，上端铰接于车架(1)上，其特征在于，所述的减振器由电动推杆(4)和同轴串设在电动推杆(4)的推杆(4-2)端部的双向作用筒式减振器(5)组成。本发明所述的行走装置具有越障能力强，行走平稳安全的优点。

Description

一种车架可升降的机器人行走装置

技术领域

本发明涉及机器人，具体涉及机器人的行走装置。

背景技术

在抢险、火灾、野外探测等危险作业环境中发挥着重要作用。从机器人的作业空间上来看，机器人分为地面机器人、水下机器人和空中机器人，其中地面机器人应用最为广泛。地面机器人又分为轮式和履带式，二者各有优势。履带式机器人具有对面适应能力强和爬坡能力强的优点而被广泛采用，但是它行走缓慢且笨拙。轮式机器人则以其轻巧、灵活和速度快的优势而引起研究者的兴趣。公开号为CN2717789的实用新型专利公开了一种“四轮驱动轮式移动机器人移动车”，该移动车实质上是一种地面机器人行走装置，它包括车架、四个车轮、分别驱动四个车轮的四套电机减速机组和梯形连杆转向机构。上述实用新型专利方案，以电机为动力采用四轮独立驱动的方式，为对机器人行走的控制提供了便利的条件，但是明显存在下述不足：1、由于机器人的行走速度通常不会象普通车辆那么快，因此对于已经采用了四轮独立驱动的方案来说，其梯形连杆转向机构则显得多余；2、车架与车轮缺少悬架，这对于在地貌特征十分复杂路面行走的机器人来说显然存在许多负面的影响，例如，安装在机器人上精密仪器可能因剧烈振动而无法正常工作甚至损坏，再例如机器人的眼睛即摄像头会因剧烈振动而造成图像模糊不清，影响机器人对周围环境的准确判断，甚至酿成安全事故；3、车架离地面的高度不变，当障碍物高于底盘时就会造成一只或几只车辆悬空而无法行走，尤其是在快速行走过程中障碍物将底盘的某一侧顶起时，即会使机器人的行走失去控制，严重时甚至会导致翻车。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种车架可升降的机器人行走装置，该行走装置具有越障能力强，行走平稳安全的优点。

一种车架可升降的机器人行走装置，该行走装置具有一车架、四只车轮、设在每一车轮与车架之间的独立悬架和电机驱动装置；所述的独立悬架由悬臂和减振器组成，其中，所述的悬臂的轴线位于车架的纵垂面内，且一头与车架铰接，另一头与车轮的轮轴铰接，所述的减振器的下端铰接于悬臂的中部，上端铰接于车架上，其特征在于，所述的减振器由电动推杆和同轴串设在电动推杆的推杆端部的双向作用筒式减振器组成。

本发明所述的机器人行走装置，其中所述的减振器的一种最简单的设计方案由普通的双向作用筒式减振器和电动推杆直接同轴对接而成，其中，电动推杆的推杆端部设有与推杆垂直的第一连接板，所述的双向作用筒式减振器的一端设有与双向作用筒式减振器垂直的第二连接板，两连接板由螺栓固定在一起。

本发明所述的车架可升降的机器人行走装置，其中，所述的双向作用筒式减振器可以摩托上常用的螺旋弹簧式减振器，也可以的汽车上常用的液力阻尼式减振器，还可以是弹簧-空气阻尼式双向作用筒式减振器或油-气组合式双向作用筒式减振器等。

根据现有技术可知，无论哪一种阻尼式的双向作用筒式减振器，除阻尼介质或产生阻尼的构件外均类似一种单活塞杆的活塞缸，它主要由缸筒、活塞和活塞杆组成。根据上述双向作用筒式减振器的结构特征，本发明人巧妙地将所述电动推杆的推杆端部周壁沿轴向向外延伸，使其构成所述的双向作用筒式减振器的缸筒，从而将已知的电动推杆和双向作用筒式减振器有机地结合在一起，既简化了结构，也提高了所述减振器的可靠性。基于上述改进方案，本发明所述的减振器的具体结构可以有以下几种方案：

当所述的双向作用筒式减振器为螺旋弹簧式减振器时，该螺旋弹簧减振器的活塞设在所述的缸筒内，活塞杆伸出端盖，螺旋弹簧套设在活塞杆上，其两头分别作用在端盖和活塞杆头部的轴肩上；或者，该螺旋弹簧减振器的活塞设在所述的缸筒内，活塞杆伸出端盖，螺旋弹簧也设在所述的缸筒内，其两头分别作用在活塞的端面和缸筒的底面。

当所述的双向作用筒式减振器为液力阻尼式减振器时，该液力阻尼式减振器的的活塞设在所述的缸筒内，缸筒内灌注有液压油，活塞杆伸出端盖。

独立悬架是车架与车轮之间的传力连接装置，其中减振器的作用是使车轮产生的振动迅速衰减。本发明所述的行走装置采用悬臂的轴线位于车架的纵垂面内的独立悬架，且将双向作用筒式减振器同串设在电动推杆的推杆头部，利用电动推杆中推杆的伸出或缩进，使整个减振器伸长或缩短，驱动悬臂绕与车架的铰接点转动，改变悬臂与车架之间在车架纵垂面内的夹角，从而实现车架的上升或下降。采用本发明所述行走装置的机器人在行走过程中，如果前方的障碍物的高度高于当前车架离地面的高度时，可根据障碍物与车架的相对位置，控制位于行走装置一侧的两个电动推杆的推杆同步伸出，抬高车架一侧离地面的高度，安全越过障碍物，也可控制四个电动推杆的推杆同步伸出，抬高整个车架离地面的高度，安全越过障碍物。另一种情况下，机器人在行走过程中，如果车架的某个部位被障碍物顶起而使某一车辆不着地时，即可控制相应的电动推杆的推杆伸出，使车轮落地而摆脱危险。

综上所述可见，本发明所述的机器人行走装置不仅行走平稳，而且越障能力强。

附图说明

图1为本发明所述的一种车架可升降的机器人行走装置的一个具体实施方式的立体结构示意图。

图2和图3为图1中车轮与车架之间的连接结构的不同角度的立体结构示意图。

图4和图5为本发明所述的双向作用筒式减振器的一个具体结构示意图，其中图4为主视图，图5为俯视图。

图6为图4和图5所示的双向作用筒式减振器去除螺旋弹簧后的结构示意图。

图7为本发明所述的双向作用筒式减振器的另一个具体结构示意图。

图8和图9为本发明所述的双向作用筒式减振器的又一个具体结构示意图，其中，图9为图8的局部放大图。

图10为本发明所述的双向作用筒式减振器的再一个具体结构示意图。

图11为本发明所述机器人行走装置的升降原理图，图中用实线和虚线表示车架升高或降低的过程。

具体实施方式

实施例1

参见图1～图3，本例中，所述的车架1为一矩形板，在该矩形板的四个角处均具有一沿纵向的矩形切除部分，每一矩形切除部分的末端分别与一独立悬架中的悬臂3的一头铰接，且悬臂3的轴线位于车架1的纵垂面内；所述每一悬臂3的另一头与一车轮2的轮轴11铰接。所述的独立悬架中的减振器的上头铰接于固定在车架1上的支撑板6上，下头铰接于悬臂3的中部。参见图4～图6，所述的减振器由电动推杆4和同轴串设在该电动推杆4的推杆4-2的端部的双向作用筒式减振器5构成，其中，所述的双向作用筒式减振器5为螺旋弹簧减振器，该螺旋弹簧减振器的缸筒5-4由电动推杆4的推杆4-2的端部周壁沿轴向延伸形成；螺旋弹簧减振器的活塞杆5-1上的活塞5-2伸进并动配合于缸筒5-4内，活塞5-2上设有用于排气的通孔13，缸筒5-4的端部设有端盖12，该端盖12将所述的活塞5-2限制在缸筒5-4内。所述的活塞杆5-1的杆部由上述的端盖12伸出，螺旋弹簧5-3套设在活塞杆5-1上，其一头抵在端盖12上，另一头抵在活塞杆5-1的轴肩上。上述的电动推杆4的外筒4-1的端部以及螺旋弹簧减振器的活塞杆5-1的一头分别设有与悬臂3和支撑板6铰接的链接耳。参见图2和图3，每一车轮2上均设有一电机驱动装置，该电机驱动装置由电机7和齿轮减速装置组成，其中，电机7固定在悬臂3内，齿轮减速装置由一连接在电机7的输出轴上的主动齿轮8和一连接在车轮2的轮轴11上的从动齿轮9构成，所述从动齿轮9的一侧面与车轮2的轮毂10的外侧面贴合并通过螺钉固定连接。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上改进得到，其改进之处在于将螺旋弹簧减振器的螺旋弹簧5-3设置于缸筒5-4内。参见图7，活塞杆5-1一头的活塞5-2伸进并动配合于缸筒5-4内，活塞5-2的一头抵在端盖12上，另一头上套设有螺旋弹簧5-3，该螺旋弹簧5-3的另一头抵在缸筒5-4的底部。

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处在于，本例中的双向作用筒式减振器5为液力阻尼式减振器。参见图8和图9，缸筒5-4内同轴设有内缸筒14，该内缸筒14与缸筒5-4之间的环形空间为贮油区16，内缸筒14的底部与贮油区16连通。活塞杆5-1一头的活塞5-2伸进并动配合与内缸筒14内，活塞5-2上设有两个流通阀17，这两个流通阀17为两个方向相反的单向阀；内缸筒14的底部设有一封堵内缸筒14的隔板15，该隔板15上设有两个补偿阀18，这两个补偿阀18也是两个方向相反的单向阀。缸筒5-4和内缸筒14的端口处设有端盖12和油封，活塞杆5-1的杆部从所述的端盖12中伸出。上述的液力阻尼式减振器的工作过程为：当活塞杆5-1伸进内缸筒14时，活塞5-2下部的液压油受压，从活塞5-2下部流向上部的流通阀17开启，另一个流通阀17关闭，同时从内缸筒14流向贮油区16的补偿阀18开启，另一个补偿阀18关闭，部分液压油从活塞5-2底部的内缸筒14流向贮油区16；当活塞杆5-1抽出内缸筒14时，活塞5-2上部的液压油受压，从活塞5-2上部流向下部的流通阀17开启，另一个流通阀17关闭，同时，同时从贮油区16流向内缸筒14的补偿阀18开启，另一个补偿阀18关闭，部分液压油从贮油区16流向活塞5-2下部的内缸筒14。

实施例4

参见图10，本实施例中的减振器中的双向作用筒式减振器5为螺旋弹簧减振器，该螺旋弹簧减振器的一端设有与螺旋弹簧减振器的轴线垂直的第二连接板5-5；减振器中的电动推杆4的推杆4-2的端部设有与推杆4-2的轴线垂直的第一连接板4-3，上述的第一连接板4-3和第二连接板5-5通过螺栓19连接在一起。

本实施例上述以外的其他实施方式与实施例1相同。

参见图11，本发明的机器人行走装置利用电动推杆4中推4-1的伸出或缩进，使整个减振器伸长或缩短，驱动悬臂3绕与车架1的铰接点转动，改变悬臂3与车架1之间在车架1纵垂面内的夹角，从而实现车架1的上升或下降。

Claims (6)

1.一种车架可升降的机器人行走装置，该行走装置具有一车架（1）、四只车轮（2）、设在每一车轮（2）与车架（1）之间的独立悬架和电机驱动装置；所述的独立悬架由悬臂（3）和减振器组成，其中，所述的悬臂（3）的轴线位于车架（1）的纵垂面内，且一头与车架（1）铰接，另一头与车轮（2）的轮轴（11）铰接，所述的减振器的下端铰接于悬臂（3）的中部，上端铰接于车架（1）上，其特征在于，所述的减振器由电动推杆（4）和同轴串设在电动推杆（4）的推杆（4-2）端部的双向作用筒式减振器（5）组成。

2.根据权利要求1所述的一种车架可升降的机器人行走装置，其特征在于，所述的电动推杆（4）的推杆（4-2）端部设有与推杆（4-2）垂直的第一连接板（4-3），所述的双向作用筒式减振器（5）的一端设有与双向作用筒式减振器（5）垂直的第二连接板（5-5），两连接板由螺栓（19）固定在一起。

3.根据权利要求1所述的一种车架可升降的机器人行走装置，其特征在于，所述电动推杆（4）的推杆（4-2）端部周壁沿轴向向外延伸，构成所述的双向作用筒式减振器（5）的缸筒（5-4）。

4.根据权利要求3所述的一种车架可升降的机器人行走装置，其特征在于，所述的双向作用筒式减振器（5）为螺旋弹簧减振器，该螺旋弹簧减振器的活塞（5-2）设在所述的缸筒（5-4）内，活塞杆（5-1）伸出端盖（12），螺旋弹簧（5-3）套设在活塞杆（5-1）上，其两头分别作用在端盖（12）和活塞杆（5-1）头部的轴肩上。

5.根据权利要求3所述的一种车架可升降的机器人行走装置，其特征在于，所述的双向作用筒式减振器（5）为螺旋弹簧减振器，该螺旋弹簧减振器的活塞（5-2）设在所述的缸筒（5-4）内，活塞杆（5-1）伸出端盖（12），螺旋弹簧（5-3）也设在所述的缸筒（5-4）内，其两头分别作用在活塞（5-2）的端面和缸筒（5-4）的底面。

6.根据权利要求3所述的一种车架可升降的机器人行走装置，其特征在于，所述的双向作用筒式减振器（5）为液力阻尼式减振器，该液力阻尼式减振器的活塞（5-2）设在所述的缸筒（5-4）内，缸筒（5-4）内灌注有液压油，活塞杆（5-1）伸出端盖（12）。

Images