CN105150763A - 一种用于地面机器人的多角轮 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种用于地面机器人的多角轮装置。包括多角轮毂，从动锥齿轮，螺杆，连杆，螺母，脚杆和主动锥齿轮。多角轮毂支撑整个轮子，从动锥齿轮固定在螺杆的一头，螺杆通过轴承支架固定在多角轮毂的一个角上。螺杆与螺母是螺纹连接，连杆的一端与螺母通过铰链连接，另一端与脚杆的中部通过铰链连接。脚杆通过铰链连接于多角轮毂尖端的半圆形的一端。螺母、连杆与脚杆构成曲柄滑块机构。在平地上行走时，多角轮像普通圆形轮一样工作。需要爬上台阶时，驱动主动锥齿轮转动，从而使从动锥齿轮带动螺杆转动，从而使螺母向圆心靠近，带动连杆和脚杆向多角轮毂的角收拢。此时，只有多角轮毂尖端与地面和障碍物接触，其半圆形结构有利于爬上障碍物。

Description

一种用于地面机器人的多角轮

技术领域

本发明涉及一种步行机构，特别涉及一种用于地面机器人的多角轮。

背景技术

翻爬台阶能力是衡量地面机器人越障能力的重要标准。比如在建筑物内，能上下楼梯就意味着能到达楼房内任意一个地点。履带式机器人越障能力强，甚至可以上下楼梯，但在复杂地面比如碎石、泥土、冰雪、草地上行进时，履带极易被堵塞、缠绕，造成失效。并且履带驱动增大了行走机构复杂性，增大了机器人重量。相对而言，轮式机器人不易粘附石块、煤渣，因此不易被堵塞，但其缺点是只能爬上高度远远小于车轮直径的台阶。作为对轮式机器人的改进，有人提出过一种五星轮结构，能有效提高越障能力，但在平地上行进时，由于四个轮子很难做到步调一致，所以车辆会十分颠簸；即便设法使四个车轮做到步调一致，在低速行进时，车体重心也会不断上下移动，影响稳定性。还有人提出过一种可变直径的半步行轮结构，在松软土壤上采用步行轮方式，以获得较小的滚动阻力和较大的驱动力；在硬路面上采用圆形轮子方式以获得良好的平顺性。但这种方式并没有有效提高轮子的越障能力。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的缺陷，将圆形轮与多角轮的方式相结合，提供了一种用于地面机器人的多角轮装置。其结构包括多角轮毂，从动锥齿轮，螺杆，连杆，螺母，脚杆和主动锥齿轮。

所述多角轮毂为N角星形骨架，起支撑整个轮子作用，行走电机减速器可连接多角轮毂中心。N角星每个角尖端为半圆形。N的值可根据机器人自身情况和作业环境而定，优选地，5≤N≤10。

所述从动锥齿轮固定在螺杆的一头，每根螺杆通过轴承支架固定在多角轮毂的一个角上，但可自由转动。因此，对于一个多角轮来说，螺杆和从动锥齿轮各有N个。

螺杆与螺母是螺纹连接，连杆的一端与螺母的一端通过铰链连接，连杆的另一端与脚杆的中部通过铰链连接。脚杆通过铰链连接于尖端的半圆形的一端。螺母、连杆与脚杆构成曲柄滑块机构。螺母充当滑块，为主动件，脚杆充当曲柄。而连杆和脚杆对称布置于多角轮毂的一个角两侧，因此，对于一个多角轮来说，螺母共有N个，连杆和脚杆都各有2×N个。

脚杆为圆弧形，2×N个脚杆可构成整个圆周。

主动锥齿轮与N个从动锥齿轮是同时啮合的，可由切换电机驱动主动锥齿轮以一定方向转动，从而使所有从动锥齿轮带动螺杆以一定方向转动，从而使螺母向圆心靠近或远离，从而带动连杆和脚杆向多角轮毂的角收拢或张开。其收拢幅度根据地面工况而定，优选地，在平顺路面上行走时，脚杆处于完全张开状态，路面越崎岖，或需要翻越的台阶越高，脚杆收拢程度越大。如果多角轮被特殊地形卡住，可通过控制脚杆的张开与收拢，使轮子挣脱障碍物，越过卡死点。

故本发明的用于地面机器人的多角轮装置同时兼顾了地面机器人在平坦路面行进时的平顺性、稳定性，有利于机器人上配备的传感器高效工作，以及在崎岖路面的翻越障碍能力，使之能爬上接近轮子直径一半高度的台阶。机构具有结构简单，切换方便，实用可靠的优点，具有推广前途。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种用于地面机器人的多角轮处于圆形轮工作状态的立体图

图2是本发明实施例提供的一种用于地面机器人的多角轮处于多角轮工作状态的立体图

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步的详细描述，但不作为对本发明的限定。

如图1和图2所示，一种用于地面机器人的多角轮包括多角轮毂1，从动锥齿轮2，螺杆3，连杆4，螺母5，脚杆6和主动锥齿轮7。

所述多角轮毂1为N角星形骨架，起支撑整个轮子作用，行走电机减速器可连接多角轮毂中心从而驱动轮子转动(驱动方式不为发明点，因此图中未示出)。N角星每个角尖端101为半圆形。

所述从动锥齿轮2固定在螺杆3的一头，每根螺杆3通过轴承支架固定在多角轮毂1的一个角上，但可自由转动。因此，对于一个多角轮来说，螺杆3和从动锥齿轮2各有N个。

螺杆3与螺母5是螺纹连接，连杆4的一端与螺母5的一端通过铰链连接，连杆4的另一端与脚杆6的中部通过铰链连接。脚杆6通过铰链连接于尖端101的半圆形的一端。螺母5、连杆4与脚杆6构成曲柄滑块机构。螺母5充当滑块，为主动件，脚杆6充当曲柄。而连杆4和脚杆6对称布置于多角轮毂1的一个角两侧，因此，对于一个多角轮来说，螺母5共有N个，连杆4和脚杆6都各有2×N个。

脚杆6为圆弧形，2*N个脚杆6可构成整个圆周。

主动锥齿轮7与N个从动锥齿轮2是同时啮合的，可由切换电机驱动主动锥齿轮7(驱动方式不为发明点，因此图中未示出)。

以下说明该多角轮的运行原理。在平地上行走时，如图1所示，螺母5处于距轮子圆心较远处，2×N个脚杆6处于张开状态，共同构成整个圆周，多角轮像普通圆形轮一样工作。在崎岖路面上行走，或需要爬上台阶时，控制切换电机驱动主动锥齿轮7以一定方向转动，从而使所有从动锥齿轮2带动螺杆3以一定方向转动，从而使螺母5向圆心方向靠近，从而带动连杆4和脚杆6向多角轮毂1的角收拢。其收拢幅度根据地面工况而定。此时多角轮的状态如图2所示，只有尖端101与地面和障碍物接触，其半圆形结构有利于翻越障碍物，尤其是爬上台阶。恢复平地工况后，只要让切换电机反向转动，反向进行上述过程以恢复图1所示状态即可。

如果多角轮被特殊地形卡住，可通过控制脚杆6的张开与收拢，使轮子挣脱障碍物，越过卡死点。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于地面机器人的多角轮，其特征在于包括多角轮毂，从动锥齿轮，螺杆，连杆，螺母，脚杆和主动锥齿轮；多角轮毂支撑整个轮子，从动锥齿轮固定在螺杆的一头，每根螺杆通过轴承支架固定在多角轮毂的一个角上；螺杆与螺母是螺纹连接，连杆的一端与螺母通过铰链连接，另一端与脚杆的中部通过铰链连接；脚杆通过铰链连接于多角轮毂尖端的一端；螺母、连杆与脚杆构成曲柄滑块机构，螺母充当滑块，为主动件，脚杆充当曲柄。

2.根据权利要求1所述的用于地面机器人的多角轮装置，其特征在于主动锥齿轮与所有从动锥齿轮是同时啮合的。

3.根据权利要求1所述的用于地面机器人的多角轮装置，其特征在于脚杆为圆弧形，所有脚杆可构成整个圆周。

4.根据权利要求1所述的用于地面机器人的多角轮装置，其特征在于多角轮毂的尖端都为半圆形结构，圆弧朝外。

5.根据权利要求1所述的用于地面机器人的多角轮装置，其特征在于在平地上行走时，螺母处于距轮子圆心较远处，所有脚杆构成整个圆，多角轮像普通圆形轮一样工作；在崎岖路面上行走，或需要爬上台阶时，控制切换电机驱动主动锥齿轮以一定方向转动，从而使所有从动锥齿轮带动螺杆以一定方向转动，从而使螺母向圆心方向靠近，从而带动连杆和脚杆向多角轮毂的角收拢；此时，只有多角轮毂的尖端与地面和障碍物接触，其半圆形结构有利于爬上障碍物；恢复平地工况后，只要让切换电机反向转动，反向进行上述过程即可。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于脚杆的收拢幅度根据地面工况而定。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于如果多角轮被特殊地形卡住，可通过控制脚杆的张开与收拢，使轮子挣脱障碍物，越过卡死点。