CN103481956A - 取样机器人行走机构 - Google Patents

Abstract

取样机器人行走机构，包括置物台平衡单元和移动单元，置物台平衡单元由置物台、连杆机构、丝杆、丝杆电机组成；移动单元包括两组对称分布于置物台下方左右两侧的前轮、中轮、后轮、机架，以及连接后轮与机架的转动副，前轮设置在机架的前端部，中轮设置在机架的后端部，后轮通过转动副与机架铰接；置物台通过连杆机构与移动单元相连，连杆机构的第一、第二连杆铰接处与移动单元的机架铰接，第三、第四连杆铰接处与移动单元的后轮支撑杆铰接。本发明的有益效果：将置物台平衡单元和移动单元结合在一起，确保整个行走机构的爬坡、跨越壕沟、凸台跨越、转向性能，中轮、后轮各使用一个电机并分别用差速器分配动力，提高机器人转弯稳定性。

Description

取样机器人行走机构

技术领域

本发明涉及取样机器人设计领域，具体涉及一种取样机器人行走机构，尤其适用于室外复杂环境下工作的中小型智能移动设备。

背景技术

目前，国内机器人行业起步比较晚，与国外尚有一定的差距，对于机器人行走机构中，轮式移动机构、履带式移动都是现有的比较成熟的设计，其中，轮式移动机构具有与地面摩擦力小，移动速度大，适应性差的特点，履带式移动机构具有较大的攀爬能力和松软等地面的穿越能力，但是结构相对复杂。连杆机构的设计在机械原理中已经诞生很久，设计合理的杆长和机架可以实现复杂的运动，而蜗轮蜗杆运动可以实现大传动比并具有自锁能力。在一些大学实验室中，已经开始尝试把履带、轮子和连杆结合起来设计出了结构和控制相对复杂的机器人移动机构。

现阶段的取样机器人大多集中于极端环境下使用，比如完全失重条件下的月球取样机器人，医学方面的微型取样机器人，超高温下锅炉取样机器人等。对于平常条件下的取样机器人的研究较少。而在工程施工中，取样工作非常常见，如地质勘探，资源勘探，建筑行业等，取样工作单调乏味，条件十分艰苦，因此，非常有必要设计一种具有很强的野外适应能力并能确保样品完好无损的机器人行走机构。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有取样机器人在取样工作中存在的上述不足，提供一种取样机器人行走机构，确保整个行走机构放置样品平衡的性能、爬坡性能、跨越壕沟性能、凸台跨越性能、转向性能。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

取样机器人行走机构，它包括置物台平衡单元和移动单元，其中，

1）所述置物台平衡单元由置物台、连杆机构、丝杆、丝杆电机组成，所述置物台的底部固定设有两组前撑架、后撑架，两组前撑架、后撑架对称设于置物台的四个角上；所述连杆机构包括两组，分别设于置物台的两侧（两组连杆机构结构完全相同），各组连杆机构均由第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆与滑块构成，其中第一连杆的一端与前撑架活动铰接，第一连杆的另一端与第二连杆的一端活动铰接，第二连杆的另一端与滑块的后端活动铰接，第三连杆的一端与滑块的前端活动铰接，第三连杆的另一端与第四连杆的一端活动铰接，第四连杆的另一端与后撑架活动铰接；所述滑块与所述丝杆螺纹连接，所述丝杆的一端与丝杆电机的输出轴通过联轴器固定连接，丝杆电机固定在丝杆电机机架上，所述丝杆电机机架固定在置物台上，丝杆的两端部分别套有轴套，轴套固定在置物台上；

2）所述移动单元包括两组对称分布于置物台下方左右两侧的前轮、中轮、后轮，以及机架、蓄电池及电路存放盒，以及连接后轮与机架的转动副，所述前轮设置在机架的前端部，所述中轮设置在机架的后端部，所述后轮通过所述转动副与机架铰接；所述蓄电池及电路存放盒固定在机架上；

所述置物台通过连杆机构的第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆与移动单元相连，所述第一连杆、第二连杆铰接处同时与移动单元的机架铰接，第三连杆、第四连杆铰接处同时与移动单元的后轮铰接。

按上述方案，所述前轮包括前轮支撑杆、前轮轴、行星齿轮机构、履带轮、履带、前轮电机，其中，前轮支撑杆通过转向止推轴承和转向止推轴承上面的滑动轴承设置在机架上的前端部（转向止推轴承和滑动轴承使前轮支撑杆可在机架上旋转）；前轮轴上设有轴承，轴承设置在轴承座上，轴承座与前轮支撑杆固定；行星齿轮机构绕前轮轴中心设置，行星齿轮机构包括齿轮板、中心齿轮、以及四组对称分布的中齿轮轴、中齿轮、齿轮轴、大齿轮，齿轮板的中心以及中心齿轮安装在前轮轴上，中齿轮轴、齿轮轴安装在齿轮板上，中齿轮安装在中齿轮轴上，大齿轮安装在齿轮轴上，中心齿轮分别与四组中齿轮相啮合，四组中齿轮分别与对应的大齿轮相啮合；行星齿轮机构的四个齿轮轴上分别对应安装一履带轮，履带装在四个履带轮的外侧；所述前轮电机的输出端通过前轮联轴器与前轮轴固连，前轮电机通过前轮轴带动行星齿轮机构驱动履带轮，进而使履带行走。

按上述方案，所述中轮包括中轮轴、中链轮从动轮、中链轮主动轮、中轮差速器、中轮电机支架、中轮中托上架、中轮中托、中轮支撑杆、以及两组中轮之间的中轮电机，其中，中轮轴上设有轴承，轴承设置在轴承座上（中轮轴能旋转），轴承座固定在中轮支撑杆上，中轮轴与中链轮从动轮固连，中链轮从动轮与中链轮主动轮通过中轮链条连接，中链轮主动轮的轴由轴承设置在中轮支撑杆上，中链轮主动轮与中轮差速器的输出轴固连，中轮差速器固定在中轮电机支架上，中轮电机支架通过螺栓连接固定在中轮中托上架上，中轮中托上架通过螺栓连接固定在中轮中托上，中轮中托焊接固定在中轮支撑杆上，中轮支撑杆固定在机架的后端部；所述中轮电机固定在中轮电机支架上，中轮差速器的输入端与中轮电机通过中轮联轴器固连，中轮电机通过中轮差速器将动力传到左右两个中链轮主动轮中，中链轮主动轮通过中轮链条带动中链轮从动轮绕中轮轴旋转；中轮轴上设有中轮辋，中轮辋外套有中轮胎，中链轮从动轮旋转带动中轮胎旋转。

按上述方案，所述后轮包括后轮轴、后链轮从动轮、后链轮主动轮、后轮差速器、后轮电机支架、后轮中托上架、后轮中托、后轮支撑杆、以及两组后轮之间的后轮电机，其中，后轮轴上设置有轴承，轴承设置轴承座上（后轮轴能旋转），轴承座设置在后轮支撑杆上，后轮轴与后链轮从动轮固连，后链轮从动轮与后链轮主动轮通过后轮链条连接，后链轮主动轮的轴由轴承设置在后轮支撑杆上，后链轮主动轮与后轮差速器的输出轴固连，后轮差速器固定在后轮电机支架上，后轮电机支架通过螺栓连接固定在后轮中托上架上，后轮中托上架通过螺栓连接固定在后轮中托上，后轮中托焊接固定在后轮支撑杆上，后轮支撑杆通过所述转动副与机架铰接；所述后轮电机固定在后轮电机支架上，后轮差速器的输入端与后轮电机通过后轮联轴器固连，后轮电机通过后轮差速器将动力传到左右两个后链轮主动轮中，后链轮主动轮通过后轮链条带动后链轮从动轮绕后轮轴旋转；后轮轴上设置有后轮辋，后轮辋外套有后轮胎，后链轮从动轮旋转带动后轮胎旋转。

按上述方案，所述转动副包括后行走连杆、后关节连杆、前行走连杆、前关节连杆、关节定板、关节压板、前关节齿轮、后关节齿轮、关节蜗杆、关节电机、关节蜗轮及前关节轴、后关节轴，所述后行走连杆的一端与后轮支撑杆铰接，后行走连杆的另一端与后关节连杆固定，所述前行走连杆的一端与机架铰接，前行走连杆的另一端与前关节连杆固定，前关节连杆与前关节齿轮焊接固定、后关节连杆与后关节齿轮焊接固定，且前关节齿轮与后关节齿轮啮合，前关节齿轮通过键连接固定在前关节轴上，后关节齿轮通过键连接固定在后关节轴上，前关节轴、后关节轴分别通过一个滑动轴承与关节定板、关节压板连接，关节电机固定在关节定板上，关节电机的输出端通过关节联轴器与关节蜗杆固连在一起，关节蜗杆通过关节止推轴承和滚针轴承安装在关节定板上；关节蜗轮通过键连接固定在后关节轴上，且关节蜗轮与关节蜗杆啮合，关节电机通过驱动关节蜗杆带动关节蜗轮转动，关节蜗轮带动后关节轴、后关节齿轮转动，后关节齿轮的齿轮转动带动前关节齿轮、前关节轴转动，前关节齿轮、后关节齿轮的转动分别带动焊接固定在前关节齿轮上的前关节连杆和焊接固定在后关节齿轮上的后关节连杆转动，从而控制前行走连杆、后行走连杆之间的夹角，进而控制第二连杆、第三连杆下端支点（单个“双”字连杆机构下面两个支点）的水平间距保持一致。

按上述方案，所述前轮的履带为正方形状，前轮电机为直流电机。

按上述方案，所述前轮上还设有用于控制两个前轮转向的转向机构，所述转向机构包括转向电机、转向电机联轴器、转向主动齿轮轴、转向从动齿轮轴、转向主动齿轮、转向从动齿轮、第一同步轮、第二同步轮、第一齿形带、第二齿形带、以及左右两侧的同步带轮；转向电机固定在机架上，转向电机的输出端通过转向电机联轴器与转向主动齿轮轴固连，转向主动齿轮轴与转向主动齿轮固连，转向从动齿轮轴上设置有轴承，轴承设置轴承座上（转向从动齿轮轴能旋转），轴承座固定在机架上，转向从动齿轮、第一同步轮、第二同步轮自上而下依次通过键连接同轴固定在转向从动齿轮轴上，转向从动齿轮与转向主动齿轮相啮合，第一同步轮通过第一齿形带与左侧的同步带轮连接，第二同步轮通过第二齿形带与右侧的同步带轮连接，左右两侧的同步带轮分别套设于前轮支撑杆上并与前轮支撑杆固定连接；转向电机通过驱动转向主动齿轮带动转向从动齿轮转动，从而带动第一同步轮、第二同步轮转动，进而驱动左右两侧的同步带轮转动，左右两侧的同步带轮再进一步带动前轮支撑杆旋转，从而控制左右两个前轮的转向。

按上述方案，所述前轮电机通过四个双头螺柱固定在齿轮内压板和齿轮外压板之间，齿轮外压板通过螺栓固定在行星齿轮机构的四个齿轮轴上，齿轮内压板通过四个双头螺柱固定在齿轮外压板上。

按上述方案，所述中轮链条的高度满足，中轮差速器的最低点与前轮、中轮固连的机架一样高。

按上述方案，所述后轮链条的高度满足，后轮差速器的最低点与前轮、中轮固连的机架一样高。

上述各处铰接均采用铆钉连接。

所述置物台平衡单元通过丝杆电机带动丝杆传动使滑块左右移动来调节置物台前后高度。其中第一连杆、第二连杆与前轮相连，第三连杆、第四连杆与后轮相连，当取样机器人爬坡时，前轮比后轮要高，因此置物台前面高、后面低而处于倾斜状态，此时，滑块向后移动，则可以降低置物台前面高度而抬高置物台后面高度使置物台处于水平态。同理，当越障和跨越壕沟时，都可以通过连杆机构来保持置物台的平衡。

本发明的工作原理：通过置物台平衡单元和移动单元相互结合协调工作，从而使得整个行走机构具有较好的确保放置样品平衡的性能、爬坡性能、跨越壕沟性能、凸台跨越性能、转向性能：

（1）置物台平衡单元

置物台平衡单元采用两个“双”字连杆机构对称布置，“双”字连杆机构的驱动部分采用丝杆传动，控制丝杆电机使“双”字连杆机构中的滑块来回移动，高传动比减小丝杆电机的输出扭矩，对于“双”字连杆机构，调节滑块水平移动可以使连杆机构的下面两个支点上下移动，从而可以调节下面两个支点垂直方向的距离，并且，当调节滑块水平移动使下面两个支点垂直方向的距离改变时，两支点水平方向的距离保持不变。“双”字连杆机构下面的两个支点分别与前轮和中轮之间的机架以及后轮支撑杆通过铰链连接，因此当行走机构在进行越障时，置物台前后将可能发生倾斜，这时只需要控制丝杆电机调节滑块的位置就可以调节前轮、中轮与后轮之间的垂直距离使得倾斜的置物台重新回到平衡位置，从而调节机器人在一定范围内各种运动时，存放样品的置物台前后始终保持水平；

（2）移动单元

本发明一共有六个轮子，前轮，中轮，后轮都是分别单独控制驱动，其中两前轮采用正方形的履带，各用一个直流电机控制，两前轮的前轮支撑杆通过轴承固定在机架上，因此两前轮可以分别绕着自己的前轮支撑杆的轴心转动，更容易实现大跨度的高台跨越，并由一个转向电机通过同步带轮控制转向，可以使两前轮任何时候转的角度相同，并且可以实现过载保护；两中轮共用一个中轮电机，中轮电机通过中轮差速器将动力传到两个中轮中，中轮只绕中轮轴旋转；两后轮同中轮一样，共用一个后轮电机，后轮电机通过后轮差速器将动力传到两个后轮中；两中轮和两后轮都是一般的轮子，并且两前轮和两中轮通过机架刚性连接，两后轮与前轮、中轮之间通过转动副连接，转动副包括前、后两根关节连杆，行走机构在工作时，通过调节控制前、后两关节连杆之间的夹角，保证后轮在一定范围内绕机架转动，利于实现一定范围内的越障功能；关节连杆采用蜗杆传动和关节电机驱动，蜗杆传动传动比大，减小关节电机的输出扭矩，并且有自锁功能确保前、后关节连杆之间张角的稳定性；

在行走机构前进遇到高台时，中轮和后轮将推动前轮向前运动从而使得前轮与高台之间的压力增大，由于前轮单独驱动，它与高台之间是动摩擦，当前轮与高台之间的压力增大时，摩擦力增大，从而使得履带轮沿着台阶向上运动从而越过台阶面，履带轮越过台阶面后继续向前运动，在前轮的拉力与后轮的推力作用下，中轮也将越过台阶面，然后在前轮中轮的拉力作用下，后轮越过台阶面，从而整个行走机构越过台阶面实现高台跨越功能。

整个行走机构的重心在中轮上，前轮与中轮之间的距离与后轮与中轮之间的距离相同。当行走机构在前进过程中遇到壕沟时首先前轮将进入壕沟处于悬空状态，由中轮和后轮推动运动，在中轮即将进入壕沟即整个行走机构的重心即将进入壕沟时，前轮已经到达壕沟的另一侧，然后中轮在前轮和后轮的作用下进入壕沟，当后轮即将进入壕沟时，中轮即整个机构的重心已经到达壕沟的另一侧，然后在前轮和中轮的作用下后轮也将越过壕沟从而使得整个行走机构越过壕沟。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：

1、将置物台平衡单元和移动单元相互结合在一起，使得机器人在复杂的环境下工作时，都能确保置物台中所放置的样品前后保持平衡，确保整个行走机构的爬坡性能、跨越壕沟性能、凸台跨越性能、转向性能，适用于各种在非结构化环境下工作的中小型智能移动设备；

2、中轮和后轮使用链传动将行走机构的底座向上提升，利于跨越较大的障碍；

3、中轮和后轮的驱动力分别由一个电机通过差速器提供，改变了一个轮子一个电机为两个轮子一个电机的设计方法，提高机器人转弯时的稳定性。

附图说明

图1为本发明整体装配图的主视图；

图2为图1中A-A向结构示意图；

图3为本发明整体装配图的左视图；

图4为图1中C向局部示意图；

图5为图3中B向局部剖视放大示意图；

图6为本发明前轮内行星齿轮机构的放大结构示意图；

图7为本发明前轮内部的放大结构侧视图；

图8为本发明转向机构的转向从动齿轮轴与转向从动齿轮、第一同步轮、第二同步轮配合的放大结构示意图；

图9为本发明连杆机构的简图；

图10为本发明跨越壕沟流程图；

图11为本发明高台跨越流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的技术方案做进一步的说明。

参照图1～图8所示，本发明所述的取样机器人行走机构，它包括置物台平衡单元和移动单元，其中，

1）所述置物台平衡单元由置物台29、连杆机构、丝杆20、丝杆电机18组成，

所述置物台29的底部固定设有两组前撑架16、后撑架39，两组前撑架16、后撑架39对称设于置物台29的四个角上（图1中的左边为前、右边为后，面向观者为左、纸里为右）；

所述连杆机构包括两组，分别设于置物台29的两侧（即左右两侧，两组连杆机构结构完全相同，从斜侧面看共同形成“双”字型），各组连杆机构均由第一连杆15、第二连杆31、第三连杆34、第四连杆38与滑块30构成，其中第一连杆15的一端与前撑架16活动铰接，第一连杆15的另一端与第二连杆31的一端活动铰接，第二连杆31的另一端与滑块30的后端活动铰接，第三连杆34的一端与滑块30的前端活动铰接，第三连杆34的另一端与第四连杆38的一端活动铰接，第四连杆38的另一端与后撑架39活动铰接；

所述滑块30与所述丝杆20螺纹连接（滑块30相当于一螺母，滑块30可以在丝杆20上来回移动），所述丝杆20的一端与丝杆电机18的输出轴通过联轴器固定连接，丝杆电机18固定在丝杆电机机架19上，所述丝杆电机机架19固定在置物台29上，丝杆20的两端部分别套有轴套（即由轴套支撑丝杆20，丝杆20能旋转），轴套固定在置物台29上；

2）所述移动单元包括两组对称分布于置物台29下方左右两侧的前轮51、中轮53、后轮59，以及机架77、蓄电池及电路存放盒14，以及连接后轮59与机架77的转动副，

所述前轮51设置在机架77的前端部，前轮51包括前轮支撑杆7、前轮轴3、行星齿轮机构、履带轮80、履带50、前轮电机48，其中，前轮支撑杆7通过转向止推轴承8和转向止推轴承8上面的滑动轴承设置在机架77上的前端部（转向止推轴承8和滑动轴承使前轮支撑杆7可在机架77上旋转）；前轮轴3上设有轴承，轴承设置在轴承座上，轴承座与前轮支撑杆7固定；行星齿轮机构绕前轮轴3中心设置，行星齿轮机构包括齿轮板85、中心齿轮82、以及四组对称分布的中齿轮轴83、中齿轮2、齿轮轴84、大齿轮1，齿轮板85的中心以及中心齿轮82安装在前轮轴3上，中齿轮轴83、齿轮轴84安装在齿轮板85上，中齿轮2安装在中齿轮轴83上，大齿轮1安装在齿轮轴84上，中心齿轮82分别与四组中齿轮2相啮合，四组中齿轮2分别与对应的大齿轮1相啮合；行星齿轮机构的四个齿轮轴84上分别对应安装一履带轮80（履带轮80伸出行星齿轮机构），履带50装在四个履带轮80的外侧；所述前轮电机48的输出端通过前轮联轴器81与前轮轴3固连，前轮电机48通过前轮轴3带动行星齿轮机构驱动履带轮80，进而使履带50行走；

所述中轮53设置在机架77的后端部，中轮53包括中轮轴54、中链轮从动轮55、中链轮主动轮56、中轮差速器57、中轮电机支架33、中轮中托上架35、中轮中托73、中轮支撑杆58、以及两组中轮53之间的中轮电机32，其中，中轮轴54上设有轴承，轴承设置在轴承座上（中轮轴54能旋转），轴承座固定在中轮支撑杆58上，中轮轴54与中链轮从动轮55固连，中链轮从动轮55与中链轮主动轮56通过中轮链条52连接，中链轮主动轮56的轴由轴承设置在中轮支撑杆58上，中链轮主动轮56与中轮差速器57的输出轴固连，中轮差速器57固定在中轮电机支架33上，中轮电机支架33通过螺栓连接固定在中轮中托上架35上，中轮中托上架35通过螺栓连接固定在中轮中托73上，中轮中托73焊接固定在中轮支撑杆58上，中轮支撑杆58固定在机架77的后端部；所述中轮电机32固定在中轮电机支架33上，中轮差速器57的输入端与中轮电机32通过中轮联轴器71固连，中轮电机32通过中轮差速器57将动力传到左右两个中链轮主动轮56中，中链轮主动轮56通过中轮链条52带动中链轮从动轮55绕中轮轴54旋转；中轮轴54上设有中轮辋，中轮辋外套有中轮胎67（中轮胎67位于中轮53的最外围），中链轮从动轮55旋转带动中轮胎67旋转；

所述后轮59通过所述转动副与机架77铰接（转动副与后轮59对应设有两组分别位于整个行走机构的左右两侧），后轮59包括后轮轴60、后链轮从动轮63、后链轮主动轮64、后轮差速器61、后轮电机支架62、后轮中托上架37、后轮中托70、后轮支撑杆65、以及两组后轮59之间的后轮电机36，其中，后轮轴60上设置有轴承，轴承设置轴承座上（后轮轴60能旋转），轴承座设置在后轮支撑杆65上，后轮轴60与后链轮从动轮63固连，后链轮从动轮63与后链轮主动轮64通过后轮链条66连接，后链轮主动轮64的轴由轴承设置在后轮支撑杆65上，后链轮主动轮64与后轮差速器61的输出轴固连，后轮差速器61固定在后轮电机支架62上，后轮电机支架62通过螺栓连接固定在后轮中托上架37上，后轮中托上架37通过螺栓连接固定在后轮中托70上，后轮中托70焊接固定在后轮支撑杆65上，后轮支撑杆65通过所述转动副与机架77铰接；所述后轮电机36固定在后轮电机支架62上，后轮差速器61的输入端与后轮电机36通过后轮联轴器72固连，后轮电机36通过后轮差速器61将动力传到左右两个后链轮主动轮64中，后链轮主动轮64通过后轮链条66带动后链轮从动轮63绕后轮轴60旋转；后轮轴60上设置有后轮辋，后轮辋外套有后轮胎68（后轮胎68位于后轮59的最外围），后链轮从动轮63旋转带动后轮胎68旋转；

所述转动副包括后行走连杆28、后关节连杆27、前行走连杆17、前关节连杆5、关节定板23、关节压板24、前关节齿轮44、后关节齿轮42、关节蜗杆43、关节电机21、关节蜗轮41及前关节轴22、后关节轴25，所述后行走连杆28的一端与后轮支撑杆65铰接，后行走连杆28的另一端与后关节连杆27固定，所述前行走连杆17的一端与机架77铰接，前行走连杆17的另一端与前关节连杆5固定，前关节连杆5与前关节齿轮44焊接固定、后关节连杆27与后关节齿轮42焊接固定，且前关节齿轮44与后关节齿轮42啮合，前关节齿轮44通过键连接固定在前关节轴22上，后关节齿轮42通过键连接固定在后关节轴25上，前关节轴22、后关节轴25分别通过一个滑动轴承26与关节定板23、关节压板24连接（前关节轴22、后关节轴25并排设置在关节定板23、关节压板24上），关节电机21固定在关节定板23上，关节电机21的输出端通过关节联轴器与关节蜗杆43固连在一起，关节蜗杆43通过关节止推轴承40和滚针轴承安装在关节定板23上；关节蜗轮41通过键连接固定在后关节轴25上，且关节蜗轮41与关节蜗杆43啮合（参照图5所示，关节蜗轮41在下面靠外侧，后关节齿轮42靠上面在截面里面），关节电机21通过驱动关节蜗杆43带动关节蜗轮41转动，关节蜗轮41带动后关节轴25、后关节齿轮42转动，后关节齿轮42的齿轮转动带动前关节齿轮44、前关节轴22转动，前关节齿轮44、后关节齿轮42的转动分别带动焊接固定在前关节齿轮44上的前关节连杆5和焊接固定在后关节齿轮42上的后关节连杆27转动，从而控制前行走连杆17、后行走连杆28之间的夹角，进而控制第二连杆31、第三连杆34下端支点（单个“双”字连杆机构下面两个支点）的水平间距保持一致（确保前、后关节连杆之间张角的稳定性）；

所述蓄电池（供机器人工作所需用电）及电路存放盒14（控制机器人行走时所需）固定在机架77上；

所述置物台29通过连杆机构的第一连杆15、第二连杆31、第三连杆34、第四连杆38与移动单元相连，所述第一连杆15、第二连杆31铰接处同时与移动单元的机架77铰接，第三连杆34、第四连杆38铰接处同时与移动单元的后轮铰接（第一连杆15远离置物台29的一端铰接在移动单元前轮51、中轮53之间的机架77上，第三连杆34远离置物台29的一端同时铰接移动单元后轮59的后轮支撑杆65上）。

所述前轮51的履带50为正方形状（四个履带轮80位于履带50内部四个角上），前轮电机48为直流电机。

所述前轮51上还设有用于控制两个前轮51转向的转向机构，所述转向机构包括转向电机6、转向电机联轴器13、转向主动齿轮轴11、转向从动齿轮轴12、转向主动齿轮10、转向从动齿轮9、第一同步轮74、第二同步轮75、第一齿形带78、第二齿形带76、以及左右两侧的同步带轮79；转向电机6固定在机架77上，转向电机6的输出端通过转向电机联轴器13与转向主动齿轮轴11固连，转向主动齿轮轴11与转向主动齿轮10固连，转向从动齿轮轴12上设置有轴承，轴承设置轴承座上（转向从动齿轮轴12能旋转），轴承座固定在机架77上，转向从动齿轮9、第一同步轮74、第二同步轮75自上而下依次通过键连接同轴固定在转向从动齿轮轴12上（如图8所示），转向从动齿轮9与转向主动齿轮10相啮合，第一同步轮74通过第一齿形带78与左侧的同步带轮79连接，第二同步轮75通过第二齿形带76与右侧的同步带轮79连接，左右两侧的同步带轮79分别套设于前轮支撑杆7上并与前轮支撑杆7固定连接；转向电机6通过驱动转向主动齿轮10带动转向从动齿轮9转动，从而带动第一同步轮1、第二同步轮2转动，进而驱动左右两侧的同步带轮79转动，左右两侧的同步带轮79再进一步带动前轮支撑杆7旋转，从而控制左右两个前轮51的转向。

所述前轮电机48通过四个双头螺柱4固定在齿轮内压板47和齿轮外压板45之间，齿轮外压板45通过螺栓固定在行星齿轮机构的四个齿轮轴84上，齿轮内压板47通过四个双头螺柱4固定在齿轮外压板45上。

由于取样机器人工作环境复杂多变，为避免在凸凹不平的山地行走时由于底盘过低而受阻，需要将连接两中轮53和两后轮59的中轮差速器57、后轮差速器61向上升高，通过中轮链条52和后轮链条66的高度设计实现，所述中轮链条的高度满足，中轮差速器的最低点与前轮、中轮固连的机架一样高；所述后轮链条的高度满足，后轮差速器的最低点与前轮、中轮固连的机架一样高。

上述各处铰接均采用铆钉连接。

所述置物台平衡单元通过丝杆电机18带动丝杆20传动使滑块30左右移动来调节置物台29前后高度。其中第一连杆15、第二连杆31与前轮51相连，第三连杆34、第四连杆38与后轮59相连，当取样机器人爬坡时，前轮51比后轮59要高，因此置物台29前面高、后面低而处于倾斜状态，此时，滑块30向后移动，则可以降低置物台29前面高度而抬高置物台29后面高度使置物台29处于水平态。同理，当越障和跨越壕沟时，都可以通过连杆机构来保持置物台29的平衡。连杆机构的简图如图9所示。

如图10所示的跨越壕沟流程图，取样机器人行走机构在跨越壕沟前如图a所示，在跨越壕沟时，前轮首先进入壕沟中处于悬空状态，整个机器人由后轮与中轮支撑，而整个机器人的重心在中轮中，在机器人重心到达壕沟临界时，即中轮即将进入壕沟时，前轮将已经到达壕沟的另一端，如图b、c所示，机器人继续前进，此时，中轮进入壕沟处于悬空状态，整个机器人的重心由前轮和后轮支撑，相当于一个简支梁，如图d所示，在中轮即将到达壕沟的另一端时，后轮也达到壕沟临界位置，如图e所示，此时与图b类似，都相当一个悬臂梁结构，然后就进入图f状态，后轮跨越壕沟，到达图g状态，从而，整个壕沟跨越完成。

如图11所示的高台跨越流程图，取样机器人行走机构在穿越突变台阶地形时，前轮与台阶面相接触，中轮和后轮将给前轮一个推力，从而使前轮和台阶面之间的压力增大，从而使它们之间的摩擦力增大，当摩擦力大于阻力时，将会使前轮沿着台阶面运动，如图a、b所示，因此，固连的前轮和中轮将绕着与后轮铰链连接的点旋转一个角度，在跨越台阶时，前轮先跨过台阶，然后中轮再跨过台阶，如图c、d所示，而后轮将在前轮和中轮的拉动下跨过台阶如图e所示，最终达到f状态，至此，行走机构顺利跨越障碍，完成台阶的穿越。取样机器人在下台阶面时与上台阶面向类似，首先是前轮先下，然后中轮，最后后轮再下，完成整个下台阶面的过程。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.取样机器人行走机构，其特征在于：它包括置物台平衡单元和移动单元，其中，

1）所述置物台平衡单元由置物台、连杆机构、丝杆、丝杆电机组成，所述置物台的底部固定设有两组前撑架、后撑架，两组前撑架、后撑架对称设于置物台的四个角上；所述连杆机构包括两组，分别设于置物台的两侧，各组连杆机构均由第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆与滑块构成，其中第一连杆的一端与前撑架活动铰接，第一连杆的另一端与第二连杆的一端活动铰接，第二连杆的另一端与滑块的后端活动铰接，第三连杆的一端与滑块的前端活动铰接，第三连杆的另一端与第四连杆的一端活动铰接，第四连杆的另一端与后撑架活动铰接；所述滑块与所述丝杆螺纹连接，所述丝杆的一端与丝杆电机的输出轴通过联轴器固定连接，丝杆电机固定在丝杆电机机架上，所述丝杆电机机架固定在置物台上，丝杆的两端部分别套有轴套，轴套固定在置物台上；

2）所述移动单元包括两组对称分布于置物台下方左右两侧的前轮、中轮、后轮，以及机架、蓄电池及电路存放盒，以及连接后轮与机架的转动副，所述前轮设置在机架的前端部，所述中轮设置在机架的后端部，所述后轮通过所述转动副与机架铰接；所述蓄电池及电路存放盒固定在机架上；

所述置物台通过连杆机构的第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆与移动单元相连，所述第一连杆、第二连杆铰接处同时与移动单元的机架铰接，第三连杆、第四连杆铰接处同时与移动单元的后轮铰接。

2.如权利要求1所述的取样机器人行走机构，其特征在于：所述前轮包括前轮支撑杆、前轮轴、行星齿轮机构、履带轮、履带、前轮电机，其中，前轮支撑杆通过转向止推轴承和转向止推轴承上面的滑动轴承设置在机架上的前端部；前轮轴上设有轴承，轴承设置在轴承座上，轴承座与前轮支撑杆固定；行星齿轮机构绕前轮轴中心设置，行星齿轮机构包括齿轮板、中心齿轮、以及四组对称分布的中齿轮轴、中齿轮、齿轮轴、大齿轮，齿轮板的中心以及中心齿轮安装在前轮轴上，中齿轮轴、齿轮轴安装在齿轮板上，中齿轮安装在中齿轮轴上，大齿轮安装在齿轮轴上，中心齿轮分别与四组中齿轮相啮合，四组中齿轮分别与对应的大齿轮相啮合；行星齿轮机构的四个齿轮轴上分别对应安装一履带轮，履带装在四个履带轮的外侧；所述前轮电机的输出端通过前轮联轴器与前轮轴固连，前轮电机通过前轮轴带动行星齿轮机构驱动履带轮，进而使履带行走。

3.如权利要求1所述的取样机器人行走机构，其特征在于：所述中轮包括中轮轴、中链轮从动轮、中链轮主动轮、中轮差速器、中轮电机支架、中轮中托上架、中轮中托、中轮支撑杆、以及两组中轮之间的中轮电机，其中，中轮轴上设有轴承，轴承设置在轴承座上，轴承座固定在中轮支撑杆上，中轮轴与中链轮从动轮固连，中链轮从动轮与中链轮主动轮通过中轮链条连接，中链轮主动轮的轴由轴承设置在中轮支撑杆上，中链轮主动轮与中轮差速器的输出轴固连，中轮差速器固定在中轮电机支架上，中轮电机支架通过螺栓连接固定在中轮中托上架上，中轮中托上架通过螺栓连接固定在中轮中托上，中轮中托焊接固定在中轮支撑杆上，中轮支撑杆固定在机架的后端部；所述中轮电机固定在中轮电机支架上，中轮差速器的输入端与中轮电机通过中轮联轴器固连，中轮电机通过中轮差速器将动力传到左右两个中链轮主动轮中，中链轮主动轮通过中轮链条带动中链轮从动轮绕中轮轴旋转；中轮轴上设有中轮辋，中轮辋外套有中轮胎，中链轮从动轮旋转带动中轮胎旋转。

4.如权利要求1所述的取样机器人行走机构，其特征在于：所述后轮包括后轮轴、后链轮从动轮、后链轮主动轮、后轮差速器、后轮电机支架、后轮中托上架、后轮中托、后轮支撑杆、以及两组后轮之间的后轮电机，其中，后轮轴上设置有轴承，轴承设置轴承座上，轴承座设置在后轮支撑杆上，后轮轴与后链轮从动轮固连，后链轮从动轮与后链轮主动轮通过后轮链条连接，后链轮主动轮的轴由轴承设置在后轮支撑杆上，后链轮主动轮与后轮差速器的输出轴固连，后轮差速器固定在后轮电机支架上，后轮电机支架通过螺栓连接固定在后轮中托上架上，后轮中托上架通过螺栓连接固定在后轮中托上，后轮中托焊接固定在后轮支撑杆上，后轮支撑杆通过所述转动副与机架铰接；所述后轮电机固定在后轮电机支架上，后轮差速器的输入端与后轮电机通过后轮联轴器固连，后轮电机通过后轮差速器将动力传到左右两个后链轮主动轮中，后链轮主动轮通过后轮链条带动后链轮从动轮绕后轮轴旋转；后轮轴上设置有后轮辋，后轮辋外套有后轮胎，后链轮从动轮旋转带动后轮胎旋转。

5.如权利要求1所述的取样机器人行走机构，其特征在于：所述转动副包括后行走连杆、后关节连杆、前行走连杆、前关节连杆、关节定板、关节压板、前关节齿轮、后关节齿轮、关节蜗杆、关节电机、关节蜗轮及前关节轴、后关节轴，所述后行走连杆的一端与后轮支撑杆铰接，后行走连杆的另一端与后关节连杆固定，所述前行走连杆的一端与机架铰接，前行走连杆的另一端与前关节连杆固定，前关节连杆与前关节齿轮焊接固定、后关节连杆与后关节齿轮焊接固定，且前关节齿轮与后关节齿轮啮合，前关节齿轮通过键连接固定在前关节轴上，后关节齿轮通过键连接固定在后关节轴上，前关节轴、后关节轴分别通过一个滑动轴承与关节定板、关节压板连接，关节电机固定在关节定板上，关节电机的输出端通过关节联轴器与关节蜗杆固连在一起，关节蜗杆通过关节止推轴承和滚针轴承安装在关节定板上；关节蜗轮通过键连接固定在后关节轴上，且关节蜗轮与关节蜗杆啮合，关节电机通过驱动关节蜗杆带动关节蜗轮转动，关节蜗轮带动后关节轴、后关节齿轮转动，后关节齿轮的齿轮转动带动前关节齿轮、前关节轴转动，前关节齿轮、后关节齿轮的转动分别带动焊接固定在前关节齿轮上的前关节连杆和焊接固定在后关节齿轮上的后关节连杆转动，从而控制前行走连杆、后行走连杆之间的夹角，进而控制第二连杆、第三连杆下端支点的水平间距保持一致。

6.如权利要求2所述的取样机器人行走机构，其特征在于：所述前轮的履带为正方形状，前轮电机为直流电机。

7.如权利要求2所述的取样机器人行走机构，其特征在于：所述前轮上还设有用于控制两个前轮转向的转向机构，所述转向机构包括转向电机、转向电机联轴器、转向主动齿轮轴、转向从动齿轮轴、转向主动齿轮、转向从动齿轮、第一同步轮、第二同步轮、第一齿形带、第二齿形带、以及左右两侧的同步带轮；转向电机固定在机架上，转向电机的输出端通过转向电机联轴器与转向主动齿轮轴固连，转向主动齿轮轴与转向主动齿轮固连，转向从动齿轮轴分别与转向从动齿轮、第一同步轮、第二同步轮同轴连接，转向主动齿轮与转向从动齿轮相啮合，第一同步轮通过第一齿形带与左侧的同步带轮连接，第二同步轮通过第二齿形带与右侧的同步带轮连接，左右两侧的同步带轮分别设于前轮支撑杆上；转向电机通过驱动转向主动齿轮带动转向从动齿轮转动，从而带动第一同步轮、第二同步轮转动，进而驱动左右两侧的同步带轮转动。

8.如权利要求2所述的取样机器人行走机构，其特征在于：所述前轮电机通过四个双头螺柱固定在齿轮内压板和齿轮外压板之间，齿轮外压板通过螺栓固定在行星齿轮机构的四个齿轮轴上，齿轮内压板通过四个双头螺柱固定在齿轮外压板上。

9.如权利要求3所述的取样机器人行走机构，其特征在于：所述中轮链条的高度满足，中轮差速器的最低点与前轮、中轮固连的机架一样高。

10.如权利要求4所述的取样机器人行走机构，其特征在于：所述后轮链条的高度满足，后轮差速器的最低点与前轮、中轮固连的机架一样高。

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