CN103010325A - 可变式机器人行走机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可变式机器人行走机构，解决了单一行走机构存在缺点。其传动链部分采用同心轴控制，传动内轴通过平键直接与履带式结构中履带驱动轮和轮式结构中轮子连接。履带包覆履带驱动轮和导向轮，两轮通过心轴固定于履带支架中；传动外轴通过螺钉与履带支架固连，实现履带式结构的摆动。履带式结构中履带辅助轮固定于履带辅助轮支撑架上，与两连杆通过销钉与电机串接，构成一组四杆机构。本发明的机械结构简单、传动效率高、适应能力强，可适用于不同状况的路面，应用前景广阔。

Description

可变式机器人行走机构

技术领域

本发明涉及一种机器人行走机构，尤其是能够适应多变路面环境和翻越障碍的移动机器人行走机构。

背景技术

随着机器人技术的不断发展，其应用领域也变得越来越广泛。移动机器人不仅在工业、农业、国防、医疗等行业中得到广泛的应用，而且在搜捕、救援、辐射和空间领域等有害与危险场合得到很好的应用。移动机器人的应用和研究对提高劳动生产率、推动科技发展具有重要意义，同时也成为衡量一个国家制造业水平的重要标志。移动机器人应用领域在不断扩大，机器人要完成任务亦呈复杂化和多样化。

目前，移动机器人有三种常见的行走机构，即轮式、足式和履带式。轮式移动机器人的特点是承载能力大、移动速度快、能耗较少，但其运动稳定性与受到路面的路况限制，若路面凹凸不平，轮式移动机器人的快速移动能力也难于发挥；足式移动机器人可以像人或动物一样在崎岖不平的地面上行走，缺点是机器人自由度多、控制复杂、行走速度低和承载能力差；履带式移动机器人有着特殊的机械结构，具备更大的作用面，虽然可以适应各种复杂多样的路面，但摩擦阻力较大，机械效率低。

发明内容

为了解决移动机器人行走机构的不足，本发明提供了一种具备三种工作模式且能适应多变环境的移动机器人行走机构，可保证高机械效率的情况下选择最优行走机构以适应不同场合移动。

本发明所采用的技术方案是：可变式行走机构内部通过减速齿轮箱的输出齿轮与传动内轴连接，传动内轴同时连接履带式结构和轮式结构。由于两个结构模块动力由一个直流电机提供，保证轴的旋转力同时传递到履带驱动轮和轮子上，实现同轴控制。传动外轴使用螺钉与履带式结构的支架外侧部分固连，通过两组齿轮减速实现履带式结构的摆动。内外传动轴采用同心轴设计，通过滚动轴承相套，由传动轴、减速箱和齿轮构成可变式行走机构的主动力系统，保证整个机构正常平稳的工作。

上述的一种可变式行走机构，其中，所述的履带式结构模块由履带驱动轮、履带导向轮、橡胶履带和履带辅助轮及伸长机构构成，主要用于崎岖不平的路面和障碍翻越。其中，橡胶履带有减震作用和伸缩性，配合履带支架内的四杆机构可保证履带与地面之间的线接触，为在复杂路面下机器人系统稳定性提供保证。

上述的一种可变式行走机构，其中，所述的轮式结构可以在平缓的路面上高速移动，这时的履带式结构摆高呈待机状态。整个行走机构在传动内外轴协同作用下，实现了机器人移动的最优配置。

上述的一种可变式行走机构，其中，所述的履带式结构模块中的伸长机构由舵机、四杆伸缩机构、履带辅助轮和支架构成。当可变式行走机构采用履带式结构移动时，舵机带动四杆机构伸长，配合履带驱动轮增大履带与地面之间的接触面积，实现面接触；当采用轮式结构移动时，舵机带动四杆机构缩回，整个过程利用机构的自锁性。

本发明所述的可变式行走机构对应的移动机器人可以采用三种工作模式。在平坦的路面上使用轮式结构移动，同时履带式结构摆臂升高，伸长机构缩回。此时的轮式模式可以高速、低耗的工作；在崎岖的路面上使用履带式结构移动，同时履带式结构摆臂降低，伸长机构伸长。此时的履带式模式可以平稳的工作；在遇到障碍使用履带式结构配合摆臂移动，同时履带式结构摆臂摆动，伸长机构缩回。此时采用带摆臂履带式模式可以实现翻越障碍。

本发明的优点是：

1.设计的行走机构机械传动部件简单，保证结构紧凑性同时还具备高效传动效率，能够满足机器人模块化设计的需求。

2.适应环境的能力强，综合机械效率高。

3.传动双轴的设计，合理的将两类行走机构有机的结合，并在履带机构内增加可伸长的履带辅助轮，最大限度的增加了机构与地面之间的摩擦力，保证移动的平稳性。

4.应用广泛，可变行走机构能够在军事侦查、星球勘探等领域中满足各类应用的需要。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明

图1是本发明的结构图

图2是本发明的动力传动结构图

图3是本发明应用于移动机器人装配图

图中1履带导向轮，2螺钉I，3履带辅助轮支撑架，4连杆I，5连杆II，6电机I，7履带，8平键I，9传动外轴，10传动内轴，11履带驱动轮，12轮子，13履带支架，14履带辅助轮，15心轴，16联轴器，17电机II，18减速箱，19固定架，20齿轮，21平键II，22轴承盖，23密封毡圈，24滚动轴承，25机架I，26机架II，27套筒I，28套筒II，29螺栓，30螺钉II

具体实施方式

下面根据图1-图3对本发明的具体实施方式进行详细描述。

在图1中，传动内轴(10)通过平键I(8)直接与履带式结构的履带驱动轮(11)和轮式结构轮子(12)连接，履带(7)包覆在履带驱动轮(11)和履带导向轮(1)，两轮通过心轴(15)固定于履带支架(13)上；传动外轴(9)通过螺钉I(2)与履带支架(13)固连，用以实现履带式结构的摆动。履带式结构中的履带辅助轮(14)连接履带辅助轮支撑架(3)并与连杆I(4)，连杆II(5)通过销钉与电机I(6)串接，构成一组四杆机构，电机I为保证履带辅助轮(14)平稳的伸长和收缩，一般选用转速低扭矩大的电机。

在图2中，电机II(17)通过联轴器(16)直接连接减速箱(18)的输入端，减速箱(18)的输出端通过联轴器连接传动内轴(10)，简单可靠的连接保证履带和轮子动力传输的稳定。与此同时，另一电机也通过联轴器(16)连接减速箱(18)，减速箱的输出端装有齿轮(20)并通过平键I(21)固定，齿轮与齿轮轴的传动外轴(9)配合传动，实现了履带支架的摆动。所有的电机和减速箱安装在设计有凹槽的固定架(19)上，传动外轴与固定架之间、两同心轴传动外轴和传动内轴之间都装有滚动轴承(24)，在减小两轴之间的摩擦的同时也保证其相互独立工作。传动轴外侧的伸出端具有轴承盖(22)和密封毡圈(23)，在保证轴固定同时起到良好密封作用，使得动力传输结构稳定工作。

在图3中，移动机器人的机架I(25)和机架II(26)内部固定输出动力的电机II(17)，两机架之间采用螺栓(29)固连。电机II通过齿轮(20)与减速箱(18)的输入端相连，齿轮(20)通过平键II(21)与减速箱输出端(18)定位固定。减速箱输出端则通过联轴器(16)直接与传动内轴(10)和通过齿轮与传动外轴(9)连接，传动外轴与机架I(25)之间采用轴承盖(22)和滚动轴承(24)进行定位，轴承盖内装有密封毡圈(23)，在固定轴的同时也起到良好的密封作用，使得动力传输结构可以稳定的工作。传动外轴(9)与传动内轴(10)通过滚动轴承(24)和套筒I(27)定位连接，可以实现同心传动的摩擦力最小。传动内轴(10)通过平键I(8)直接与履带式结构的履带驱动轮(11)和轮式结构的轮子(12)连接，履带(7)包覆在履带驱动轮(11)和履带导向轮(1)，两轮通过心轴(15)固定于履带支架(13)上；传动外轴(9)通过螺钉I(2)与履带支架(13)固连，用以实现履带式结构的上下摆动。履带式结构中的履带辅助轮(14)连接履带辅助轮支撑架(3)并与连杆I(4)，连杆II(5)通过销钉与电机I(6)串接，构成一组四杆机构。外侧机构与机架之间装有套筒II(28)定位，并使用螺钉II(30)固定。当采用轮式移动时，传动外轴(9)传递动力将履带式机构摆高，此时机器人可高速稳定通过平整路面；当采用履带式移动时，传动外轴(9)传递动力将履带式机构摆低，同时电机I(6)通过四杆机构将履带辅助轮(14)向外伸出，实现履带与地面之间面接触，此时机器人可平稳通过崎岖不平的路面；当遇到障碍物或楼梯时，传动外轴(9)传递动力将履带式机构调整到合适的角度，同时履带辅助轮(14)向内收缩，此时机器人具备翻越障碍能力。

Claims (5)

1.一种可变式机器人行走机构，通过内外传动轴连接履带式结构与轮式结构，其特征是：通过机构变换实现履带式和轮式结构切换，能够选择最优行走机构以适应不同场合移动。

2.根据权利要求1所述的可变式行走机构，其特征是：所述内外传动轴为同心轴，采用不同动力驱动控制。

3.根据权利要求1所述的可变式行走机构，其特征是：所述履带式结构部分可通过履带辅助轮改变履带形态，保证行走中的稳定性。

4.根据权利要求3所述的可变式行走机构，其特征是：所述的履带式结构直径小于轮式结构直径，保证轮式结构移动中轮子与地面之间线接触。

5.根据权利要求1或4所述的可变式行走机构，其特征是：所述的行走机构能够根据任务需求切换机械结构，具备三种工作方式。

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