CN104773221A - 一种二维联动越障行走机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二维联动越障行走机构，包括越障平面板以及圆轮，所述圆轮靠近圆周位置设有定位孔和定位销轴，通过定位销轴和定位孔配合将所述圆轮连接在所述越障平面板上，至少两个所述圆轮连接在越障平面板底部，至少一个所述圆轮连接在所述越障平面板中部或上部，所述圆轮的中心设有动力轴，所述圆轮受所述动力轴驱动围绕所述定位销轴以相同相位转动，所述越障平面板底部的前后端超出所述圆轮的转动范围。本发明控制简单、行走机构结构简洁而且有效解决了直杆式机构“奇异点”的问题，在平坦地面可以以轮式方式高效率运动，而在非规整地形中可以借助平面联动有效通过障碍。

Description

一种二维联动越障行走机构

技术领域

本发明涉及机械设备领域，特别涉及一种二维联动越障行走机构。

背景技术

行走机构是移动机器人领域的重要组成部分，直接决定了机器人的越障能力。随着自然灾害、森林火灾、核事故、地震救援等事件的频发以及人类对未知领域的探索的增长，人类迫切希望感知这些环境，以达到收集信息、缓解灾难、抢救伤员等目的。因此需要一种越障能力强的越障行走机构。

目前，所使用的越障行走机构主要有轮式、履带式、腿式、混合式、连杆式等结构，在这些结构中都存在一定的不足之处：其中履带具有对地压力小，在松软的地面附着能力和通过性能好，爬楼梯、越障平稳性高，但是不能避免笨重的履带、功耗高和对地形的破坏等代价；腿式越障机构能够在非规整的地形下很好的行走，但它自由度过多，付出了运动效率过低、控制较复杂等代价；混合式机构综合使用了各种机构的优点，尽量使其适应各种地形，但是机械结构复杂，控制难度较大，效率较差。轮式具有承重大、机构简单、驱动和控制相对方便、行走速度快、工作效率高等特点，但他的越障效果不如前面的所述的几种。偏心式在非规整地形下的越障效果较好，但是在规整地形下的运动效率较低，连杆式相对前面两种的越障效果较好，但由于其机构自身存在“奇异点”问题，当连杆运动到水平位置时，极容易发生“卡死”现象，造成机构无法正常行进。

现有直线连杆越障轮普遍都存在“奇异点”问题，即当直线连杆运动到与圆轮的轴心孔同一水平线上时，前、后轮所连接的连杆驱动点两点之间的合力为0，彼此无作用力，既不能驱动连杆两端同时向前运动，也不能驱动其向后运动，即连杆无法向同一方位行进，极易发生连杆一端向下，另一端向上，连杆卡在两轮之间的“卡死”现象，造成圆轮无法正常行进。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的问题之一。

本发明要解决的技术问题之一在于为了克服现有越障机构不能兼顾在规整地形行走机构的稳定性、平衡性以及非规整地形下的越障能力的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种二维联动越障行走机构，包括越障平面板以及圆轮，所述圆轮靠近圆周位置设有定位孔和定位销轴，通过定位销轴和定位孔配合将所述圆轮连接在所述越障平面板上，至少两个所述圆轮连接在越障平面板底部，至少一个所述圆轮连接在所述越障平面板中部或上部，所述圆轮的中心设有动力轴，所述圆轮受所述动力轴驱动围绕所述定位销轴以相同相位转动，所述越障平面板底部的前后端超出所述圆轮的转动范围。

在规整地形下是轮式前进，运动效率较高，当在不规整地形下行走时，会主动切换为偏心式前进，三角越障平面板搭到障碍物上，这时随着圆轮的向前运动，靠近障碍物的圆轮便会以圆轮上的定位孔为支点，绕着定位销轴转动，做变相的偏心切换，越过障碍物。当前轮已经越过障碍，后轮还未越过时，那么随着圆轮的向前转动，总会有越障平面板搭在障碍物上，此时后面的圆轮便以圆轮上的定位孔为支点，绕着定位销轴转动，再次做变相的偏心切换，从而旋转越过障碍物。

进一步的，所述越障平面板底板设有防滑材料层。

进一步的，所述越障平面板的材料包括金属、木质或有机高分子聚合物中的一种或几种。

本发明的有益效果在于提供了一种二维联动越障行走机构，本发明解决了直杆式机构“奇异点”的问题，遇到障碍物行走方式自动切换，无需控制系统的检测与控制，具有很高的可靠性和简洁性；这种结构综合了轮式和偏心式的优点，兼顾了轮式和偏心式结构在规整和非规整地形下的越障能力和运动效率的问题，并且机械结构比较简单，运动速度快，控制比较简单，比较容易实现，在规整地形下运动效率较高并且在非规整地形下越障效果较好。该发明效率高、能耗低、应用范围广，广泛适用于工作在特殊环境中的设备，如越障移动机器人，救灾机器人，救援装置等。

附图说明

图1所示为本发明实施例一种二维联动越障行走机构的结构示意图；

图2所示为本发明实施例在平坦地形下行进时某一瞬间示意图；

图3所示为本发明实施例在非规整地形下行进的过程示意图，图3a所示为本发明实施例接触到障碍物的某一瞬间示意图，图3b所示为本发明实施例越障平面板前端搭在障碍物上的某一瞬间示意图，图3c所示为本发明实施例越障平面板支撑在障碍物上的某一瞬间示意图，图3d所示为本发明实施例翻越障碍物的某一瞬间示意图。

具体实施方式

下文将结合具体实施例详细描述本发明。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。

实施例

图1所示为本发明实施例一种二维联动越障行走机构的结构示意图。

本实施例提供一种二维联动越障行走机构，如图1所示，包括越障平面板1以及圆轮2、4、5，所述圆轮2、4、5靠近圆周位置设有定位孔3、8、9和定位销轴，通过定位销轴和定位孔3、8、9配合将所述圆轮2、4、5连接在所述越障平面板1上，圆轮4、5连接在越障平面板1底部，圆轮2连接在所述越障平面板1中部或上部，所述圆轮2、4、5的中心设有动力轴7，所述圆轮2、4、5受所述动力轴7驱动围绕动力轴7以相同相位转动，所述圆轮2、4、5分别受所述动力轴7驱动围绕所述定位销轴以相同相位转动，所述越障平面板1底部的前后端超出所述圆轮4、5的转动范围。

在本实施例中，所述越障平面板1底板设有防滑材料层；所述越障平面板1的材料包括金属、木质或有机高分子聚合物中的一种或几种。

本发明属于并联机构，驱动方式为轮式驱动，电机对动力轴进行驱动，所述越障平面板因与圆轮的物理连接被动地随驱动轮进行运动。

本实施例的工作过程如下：

为了说明该越障机构的工作过程，可定义两种行进方式，第一种行进方式为在平坦地形采用轮式驱动行进，第二种行进方式为在非规整地形下采用二维平面联动行进。

图2所示为本发明实施例在平坦地形下行进时某一瞬间示意图。

第一种行进方式，圆轮4、5的行走方式是轮形，行走效率和行走机构相同，如图2所示，由于动力轴7驱动圆轮4、5向前转动，越障平面板1只是物理连接被动地随作为驱动轮的圆轮4、5进行运动，因此越障平面板1在没有阻碍的情况下，本实施例在平坦地形下相当于圆轮在地面上运动，由于其重心始终保持不变，因此在整个行走过程中总能保持静态稳定性。

图3所示为本发明实施例在非规整地形下行进的过程示意图。

第二种行进方式，本实施例主要是依靠主动越障模式切换来完成。当越障平面板接触到障碍物时，如图3a所示，有以下两种可能情况：

情况一：越障平面板1恰好搭在障碍物上时，随着动力轴7的继续驱动，靠近障碍物的圆轮4便会过渡到偏心模式，为下一步的越障做准备；而其它圆轮2、5则会随着动力轴7的继续驱动将连着的越障平面板1向下放，同样也为下一步的越障做准备，如图3b所示；之后，靠近障碍物的圆轮4绕着定位孔8中的定位销轴旋转，即圆轮变相的做偏心切换，这时的支撑物为越障平面板1，其它的圆轮2、5则随着动力轴7的驱动继续前进，将越障平面板1抬起，如图3c所示；最后，碰到障碍物的圆轮4便旋转越过障碍物，如图3d所示。

情况二：越障平面板1抵住障碍物时，只要障碍物的高度不超过前轮定位孔的最高点(接近圆轮2、4、5直径)，随着动力轴7的继续驱动，越障平面板1总会运动到搭在障碍物上时的某个位置，之后的运动越障过程同情况一所述。

本发明提供了一种二维联动越障行走机构，解决了直杆式机构“奇异点”的问题，遇到障碍物行走方式自动切换，无需控制系统的检测与控制，具有很高的可靠性和简洁性；这种结构综合了轮式和偏心式的优点，兼顾了轮式和偏心式结构在规整和非规整地形下的越障能力和运动效率的问题，并且机械结构比较简单，运动速度快，控制比较简单，比较容易实现，在规整地形下运动效率较高并且在非规整地形下越障效果较好。该发明效率高、能耗低、应用范围广，广泛适用于工作在特殊环境中的设备，如越障移动机器人，救灾机器人，救援装置等。同时，可根据具体地形及需求情况，圆轮的数量和越障平面板的几何形状还可以组合成多种行走机构。

本文虽然已经给出了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (3)

1.一种二维联动越障行走机构，其特征在于，包括越障平面板以及圆轮，所述圆轮靠近圆周位置设有定位孔和定位销轴，通过定位销轴和定位孔配合将所述圆轮连接在所述越障平面板上，至少两个所述圆轮连接在越障平面板底部，至少一个所述圆轮连接在所述越障平面板中部或上部，所述圆轮的中心设有动力轴，所述圆轮受所述动力轴驱动围绕所述定位销轴以相同相位转动，所述越障平面板底部的前后端超出所述圆轮的转动范围。

2.如权利要求1所述的二维联动越障行走机构，其特征在于，所述越障平面板底板设有防滑材料层。

3.如权利要求2所述的二维联动越障行走机构，其特征在于，所述越障平面板的材料包括金属、木质或有机高分子聚合物中的一种或几种。