CN103569232A - 一种触发式连续爬台机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种触发式连续爬台机构。包括车体底盘支架、不稳定腿机构、碰撞触发机构、曲柄滑块机构和传动机构。所述车体底盘支架包括支撑框架和安装在支撑框架上的驱动电机；所述不稳定腿机构包括主动轮、从动轮、履带、旋转支杆、不稳定腿拉伸弹簧和圆弧形杆；碰撞触发机构包括回转支座、触发杆、自锁块和触发机构拉伸弹簧；曲柄滑块机构包括曲柄、连杆、滑块和滑槽；传动机构包括电机、传动轴、大带轮、小带轮、转动轴和同步带。本发明的机构运行稳定、速度快、效果好，不但可以应用在机器人竞技领域，还可以作为运输工具的载体，进行重物在远距离平地与台阶、台阶与台阶等复杂环境之间的快速平稳运输。

Description

一种触发式连续爬台机构

技术领域

本发明涉及的是一种爬台越障机构，特别是一种适用于机器人应用的改进型不减速爬台越障机构。

背景技术

目前，在机器人比赛和以车体底盘为载体的运输工具等多数环境中，爬台越障机构传统的设计方法大体分为两种。一种是设计子母式爬台机器人，运用两个机器人之间的配合达到爬台越障的目的；另一种是在车体底盘安装大型的履带或者是装备具有辅助爬台越障的履带轮机构来实现目的。用第一种方式设计的机器人有稳定性差、组装麻烦、控制复杂且可调性差等缺点；而以第二种方式设计的机器人虽然稳定性得到提高，但体积过于庞大、重量重、爬台时重心较高、驱动电源要求高等缺点。目前尚未有利用机械式碰撞触发，连续爬台越障的机械结构设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现不减速连续爬台越障的触发式连续爬台机构。

本发明的目的是这样实现的：

包括车体底盘支架、不稳定腿机构、碰撞触发机构、曲柄滑块机构和传动机构；

所述车体底盘支架包括支撑框架和安装在支撑框架上的驱动电机；

所述不稳定腿机构包括主动轮、从动轮、履带、旋转支杆、不稳定腿拉伸弹簧和圆弧形杆，主动轮安装在驱动电机主动轴上，旋转支杆通过轴承座安装在驱动电机主动轴上，从动轮通过螺栓安装在旋转支杆下端，拉不稳定腿伸弹簧的一端固定在旋转支杆上另一端固定在支撑框架上，圆弧形杆一端铰接在旋转支杆上另一端位于滑槽中；

碰撞触发机构包括回转支座、触发杆、自锁块和触发机构拉伸弹簧，回转支座固定在支撑框架上，触发杆通过销轴安装在回转支座上，自锁块与触发杆固定，触发机构拉伸弹簧连接于支撑框架与触发杆之间；

曲柄滑块机构包括曲柄、连杆、滑块和滑槽，曲柄一端安装在转动轴上另一端与连杆一端铰接，连杆另一端和滑块铰接，滑块置于滑槽中并可在滑槽中滑动，滑槽固定在支撑框架上；

传动机构包括电机、传动轴、大带轮、小带轮、转动轴和同步带，电机安装在支撑框架上，电机输出端安装传动轴，大带轮安装在传动轴上，转动轴通过两轴承座安装在支撑框架上，小带轮安装在转动轴上，同步带安装在大小带轮之间。

小带轮与转动轴之间设置过载保护机构，所述过载保护机构包括压缩弹簧和摩擦片，压缩弹簧一端靠在穿过转动轴的螺栓上另一端顶在摩擦片一端上，摩擦片另一端与小带轮一端端面接触。

本发明提供了一种利用机械式碰撞触发设计的不减速、连续爬台越障机构。主要包括车体底盘支架、不稳定腿机构、碰撞触发机构、曲柄滑块机构、过载保护机构和传动机构六部分。首先在台阶下为立式姿态，当靠近台阶边缘后，触发杆与台阶碰撞，产生的碰撞力可以解除碰撞触发机构和不稳定腿机构之间的自锁，通过拉伸弹簧提供的拉力使不稳定腿绕主动轴逆时针转动，主动轮进入台阶上，这样就完成了上台阶目的；然后，在台阶上为卧式姿态，可进行直走、转弯和倒行；接着在台阶上，传动机构通过过载保护机构给曲柄提供动力，滑块推动圆弧形杆运动，圆弧形杆支起不稳定腿，在支起的过程中，碰撞触发机构回位，不稳定腿绕主动轴顺时针转动越过自锁块，通过拉伸弹簧的拉力完成两机构间的自锁，撑起过程曲柄滑块机构工作为半个周期，另半个周期滑块移动到行程最高位置，使下次触发时圆弧形杆无阻碍运动，这样就完成了从卧式姿态到立式姿态的转变。

车体驱动底盘采用此触发式连续爬台越障机构设计的机器人可直线行走、转弯、快速连续爬台越障，爬台越障过程中能量损失极少。整个爬台越障机构具有体积小、设计简单、越障不需要减速、能量损失少等优点。

经实践证明本发明触发式连续爬台机构运行稳定、速度快、效果好，不但可以应用在机器人竞技领域，还可以作为运输工具的载体，进行重物在远距离平地与台阶、台阶与台阶等复杂环境之间的快速平稳运输，其跨台阶的高度可通过履带长短或张紧度来调节。

附图说明

图1是本发明的触发式连续爬台机构处于立式姿态时的结构示意图。

图2是本发明的触发式连续爬台机构处于卧式姿态时的结构示意图。

图3是本发明的触发式连续爬台机构轴测图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细的描述。

结合图1-图3，触发式连续爬台机构包括支撑框架、驱动电机1、驱动电机主动轴8、驱动电机轴承座7、主动轮19、从动轮10、履带11、旋转支杆9、安装旋转支杆轴承座18、不稳定腿拉伸弹簧13、圆弧形杆12、回转支座14、触发杆15、自锁块16、触发机构拉伸弹簧17、曲柄20、连杆21、滑块22、滑槽23、转动轴24、压缩弹簧25、摩擦片26、小带轮27、转动轴轴承座28、电机3、电机座2、传动轴4、大带轮5和同步带6。

车体底盘支架包括支撑框架和安装在上的驱动电机1，驱动电机主动轴8通过驱动电机轴承座7安装在支撑框架上；不稳定腿机构包括主动轮19、从动轮10、履带11、旋转支杆9、安装旋转支杆轴承座18、拉伸弹簧13、圆弧形杆12，主动轮19安装在驱动电机主动轴8上，可以绕轴转动，安装旋转支杆轴承座18安装在驱动电机主动轴8上，旋转支杆9固定在安装旋转支杆轴承座18上并可以绕轴转动，下端从动轮10通过螺栓安装在旋转支杆9上，螺栓可以调整安装位置来调整履带的松紧程度，拉伸弹簧13一端固定在旋转支杆9上，另一端固定在支撑框架上，立式姿态下为自锁提供压力，触发瞬间后提供拉力使不稳定腿快速收起，圆弧形杆12一端铰接在旋转支杆9上另一端通过圆弧形孔可在滑槽23中滑动，立式姿态下展开，卧式姿态下收起，由卧式姿态转变到立式姿态过程中，圆弧形杆12顶端受到滑块22的推力使不稳定腿支撑起来；碰撞触发机构包括回转支座14、触发杆15、自锁块16、拉伸弹簧17，回转支座14固定在支撑框架上，触发杆15安装在回转支座14上并可绕安装在其中的销轴转动，自锁块16与触发杆固定在一起可以绕销轴转动，接触端与旋转支杆9顶端相切，在一个合适的角度下具有自锁功能，自锁力由车体重量和拉伸弹簧13提供，拉伸弹簧17提供小的回复力是触发杆15回位；曲柄滑块机构包括曲柄20、连杆21、滑块22、滑槽23，曲柄20一端安装在转动轴24上并获得动力，另一端与连杆21一端铰接，连杆21另一端和滑块22铰接，滑块22可在滑槽23中滑动，滑槽23固定在支撑框架上，曲柄滑块机构在快行程段为工作段，此时滑块22推动圆弧形杆12运动，直到曲柄20和连杆21拉直共线，慢行程段为非工作段，当运动到曲柄20和连杆21重叠共线时，停止驱动曲柄20，直到下一次进行不稳定腿支撑起来时再驱动；过载保护机构包括转动轴24、压缩弹簧25、摩擦片26、小带轮27、轴承座28，转动轴24通过两轴承座28安装在支撑框架上，压缩弹簧25一端靠在穿过转动轴24的螺栓上，另一端顶在摩擦片26一端上，摩擦片26另一端与小带轮27一端端面接触，小带轮27另一端端面和法兰面接触，正常情况下，压缩弹簧25停供压力使摩擦片26压紧小带轮27，利用其间产生的摩擦力带动转动轴24转动，若遇到机构卡死状态，小带轮27获得的转动力大于摩擦力出现空转，转动轴24将不转动，实现电机3和机构的保护作用，摩擦力的大小可以通过调节压缩弹簧25改变；传动机构包括电机3、电机座2、传动轴4、大带轮5、同步带6，电机3通过电机座2安装在支撑框架上，电机3输出端安装在传动轴4上，大带轮5安装在传动轴4上并可绕轴转动，为曲柄滑块机构停供动力。

下面结合附图1、2、3具体描述本发明连续爬台越障机构的工作原理。

工作原理：触发式连续爬台机构一个越障过程分为立式姿态行走、碰撞触发爬台、卧式姿态行走、支起不稳定腿四个步骤，具体为：

（1）立式姿态行走主动轮19与从动轮10通过履带11传动，从动轮10、主动轮19和旋转支杆9安装成不稳定腿可绕驱动电机主动轴8转动，从动轮10接触地面驱动车体底盘前行，拉伸弹簧13两端分别与旋转支杆9和支撑框架固连，弹簧始终给不稳定腿一个向上的拉力，结合车体本身的重量，给不稳定腿机构和碰撞触发机构之间产生自锁，实现不稳定腿支撑起整个车体。

（2）碰撞触发爬台当触发杆15下方遇到台阶受到向右的作用力，触发杆15绕回转支座14中的销轴逆时针转动，触发杆15逆时针转动将使自锁块16和旋转支杆9在接触面脱离，旋转支杆9没有了约束力，不稳定腿机构在拉伸弹簧13拉力的作用下将绕轴心逆时针旋转抬起，在抬起运动的同时，在向前运动下，主动轮19已于台阶地面接触，车体的重量随即作用于主动轮19与台阶地面的接触点，从而完成车体通过收缩不稳定腿爬上台阶的过程，因为是履带传动，主动轮19和从动轮9上的履带转速是一样的，所以爬上台阶的过程车体速度不变。

（3）卧式姿态行走上台之后主动轮19接触台面带动整个车体继续前行。

（4）支起不稳定腿卧式姿态行走，在支撑不稳定腿时，电机3开始工作，带轮27与带轮5通过皮带6传动，经过过载保护机构将动力传送到转动轴24，正常情况下转动轴24获得动力，在轴端传送到曲柄20上，曲柄滑块机构运动，滑块22在滑槽23中运动推动圆弧形杆12沿着滑槽运动，同时不稳定腿获得来自圆弧形杆12的推力，慢慢的以从动轮9与地面的接触点为支点，绕驱动电机主动轴8轴心顺时针转动，克服拉伸弹簧13慢慢增加的拉力使车体抬起，在抬起的同时触发杆15与地面脱离接触，在拉伸弹簧17小拉力作用下摆正回位，曲柄滑块机构运动半个周期即曲柄20和连杆21拉直共线的极限位置，滑块运动到最大行程处，推动不稳定腿越过自锁块16上方，在经过不稳定腿小弧度逆时针转动使旋转支杆9上端侧面与自锁块16圆弧面相接触，在拉伸弹簧13和车体自重提供的自锁力下完成机构自锁，这样完成了不稳定腿支起过程，曲柄滑块机构运动到另一个极限位置后，电机3即停止工作，直到下次支起任务；若出现曲柄滑块机构卡死情况，过载保护机构起作用，由电机3输出的传动力将大于摩擦片26和带轮27之间的摩擦力，带轮27和摩擦片26之间出现打滑，传动轴将不会获得转动，这样保护了电机3不会憋死也保护了机构不被破坏。

触发式连续爬台机构应用于机器人竞技领域时，对于此设计的实施例中台阶的高度为200mm，爬台机构的设计参数为：规格（长×宽×高）：410×220×500mm；重量：5kg；驱动电机1：Maxson；驱动电机主动轴8直径：φ15mm，长76mm；驱动电机轴承座7：58×6×28mm；主动轮19：直径φ96mm，宽20mm；从动轮10：直径φ40mm，宽20mm；履带11：长度630mm，宽18；旋转支杆9：方铝272×20×20mm，厚1mm；安装旋转支杆轴承座18：48×6×25mm；圆弧形杆12：直径φ6mm，弧长187mm；回转支座14：40×6×40mm；触发杆15：90×6×42mm；自锁块16：38×6×30mm；曲柄20：60×6×8mm；连杆21：190×6×8mm；滑块22：16×16×10mm；滑槽23：外宽20mm，内宽16mm；转动轴24：长98mm；摩擦片26：直径φ35mm，厚5mm；小带轮27：直径φ30mm，宽20mm；大带轮5：直径φ50mm，宽20mm；电机3：Maxson；转动轴轴承座28：30×6×35mm；电机座2：45×6×45mm。

Claims (2)

1.一种触发式连续爬台机构，包括车体底盘支架、不稳定腿机构、碰撞触发机构、曲柄滑块机构和传动机构，其特征是：

所述车体底盘支架包括支撑框架和安装在支撑框架上的驱动电机；

所述不稳定腿机构包括主动轮、从动轮、履带、旋转支杆、不稳定腿拉伸弹簧和圆弧形杆，主动轮安装在驱动电机主动轴上，旋转支杆通过轴承座安装在驱动电机主动轴上，从动轮通过螺栓安装在旋转支杆下端，拉不稳定腿伸弹簧的一端固定在旋转支杆上另一端固定在支撑框架上，圆弧形杆一端铰接在旋转支杆上另一端位于滑槽中；

碰撞触发机构包括回转支座、触发杆、自锁块和触发机构拉伸弹簧，回转支座固定在支撑框架上，触发杆通过销轴安装在回转支座上，自锁块与触发杆固定，触发机构拉伸弹簧连接于支撑框架与触发杆之间；

曲柄滑块机构包括曲柄、连杆、滑块和滑槽，曲柄一端安装在转动轴上另一端与连杆一端铰接，连杆另一端和滑块铰接，滑块置于滑槽中并可在滑槽中滑动，滑槽固定在支撑框架上；

传动机构包括电机、传动轴、大带轮、小带轮、转动轴和同步带，电机安装在支撑框架上，电机输出端安装传动轴，大带轮安装在传动轴上，转动轴通过两轴承座安装在支撑框架上，小带轮安装在转动轴上，同步带安装在大小带轮之间。

2.根据权利要求1所述的一种触发式连续爬台机构，其特征是：小带轮与转动轴之间设置过载保护机构，所述过载保护机构包括压缩弹簧和摩擦片，压缩弹簧一端靠在穿过转动轴的螺栓上另一端顶在摩擦片一端上，摩擦片另一端与小带轮一端端面接触。

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