CN105539679B - 拖挂式多节模块化自行车机器人机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种拖挂式多节模块化自行车机器人机构，包括牵引车和至少一节挂接车，牵引车包括牵引前轮和牵引后轮，牵引前轮和牵引后轮通过牵引前车叉和牵引后车叉分别安装在牵引车架的前端和后端，牵引前车叉上设有牵引前轮驱动组件和牵引前轮行走编码器组件，牵引后车叉上设有牵引后轮制动组件和牵引后轮制动编码器组件，牵引车架上设有牵引前轮转向组件和转向编码器组件；挂接车包括挂接车轮，挂接车轮通过挂接车叉安装于挂接车架后端，挂接车叉上设有挂接车轮制动组件和挂接轮制动编码器组件，挂接车架通过虎克铰总成连接牵引车架。本发明的挂接车既可以随着地面的起伏变化而做上下摆动，又可以跟随牵引车的运动轨迹灵活转向。
Description
技术领域
本发明涉及移动机器人技术的应用，具体为一种拖挂式多节模块化自行车机器人机构。
背景技术
自行车由车架、车轮、车叉、脚踏、链条等结构部件组成，其车轮前、后排布，具有结构简单、体型小巧、快速灵活等特点，是一种人们广为使用的代步运输工具。自行车机器人(又称无人驾驶自行车或自动驾驶自行车)是机器人自动控制技术与自行车机构相结合的产物，相比于无人驾驶汽车，体型狭小的自行车机器人可以更自由地穿梭于街头巷尾和乡间小道，这种优点使其在快递传送、外卖派送以及安保巡逻等方面具有潜在的应用。
目前，具有代表性的自行车机器人有可以骑自行车的机器人“村田顽童”、自动驾驶自行车“C-1”以及无人驾驶自行车“DuBike”等。
其中，骑自行车机器人“村田顽童”是日本村田公司于2005年推出的一款智能玩具，它的身上安装有一个可以旋转的惯性轮，在车体行驶时“村田顽童”可以通过改变惯性轮的旋转方向和旋转速度来避免摔倒；自动驾驶自行车“C-1”是Lit Motors公司在2014年推出的商业化载人交通工具，它的车体底部装有两个高速旋转的飞轮，根据陀螺仪原理，只有按一定的规律驱动飞轮进动就可以产生陀螺力矩来保持车体的平衡；无人驾驶自行车“DuBike”是百度公司在2015年公布的一款在研智能自行车，迄今为止它可以依靠遥控车把转向保持车体的侧向平衡。
所述的自行车机器人体现了一定的自动平衡和承载能力。然而，就机构而言，现有的自行车机器人均采用双轮前后排布的结构，其两个车轮的轴距决定了车架的跨度，这样的设计会限制车体载人或载货数量和重量；如果加大车轮的轴距来增加承载能力，其结果可能会引起车架变形、车体失稳、灵活性降低等问题，尤其对于蜿蜒崎岖的复杂地形，非常容易造成车体失去平衡。
发明内容：
针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出了一种由多节单轮模块挂接而成的拖挂式多节模块化自行车机器人机构，以此解决大跨度自行车机器人容易失稳、车体路面适应能力差以及运动灵活性不足的问题。
能够解决上述技术问题的拖挂式多节模块化自行车机器人机构，其技术方案包括牵引车和至少一节挂接车，所不同的是所述牵引车包括牵引前轮和牵引后轮，所述牵引前轮和牵引后轮通过牵引前车叉和牵引后车叉分别安装在牵引车架的前端和后端，所述牵引前车叉上设有牵引前轮驱动组件和检测牵引前轮转速的牵引前轮行走编码器组件，所述牵引后车叉上设有牵引后轮制动组件和检测牵引后轮转速的牵引后轮制动编码器组件，所述牵引车架上设有牵引前轮转向组件和检测牵引前轮转向幅度的转向编码器组件；所述挂接车包括挂接车轮，所述挂接车轮通过挂接车叉安装于挂接车架后端，所述挂接车叉上设有挂接车轮制动组件和检测挂接车轮转速的挂接轮制动编码器组件，所述挂接车架的前端通过虎克铰总成连接牵引车架的后端。
上述结构中，所述牵引车可以为挂接在其车架尾部的挂接车提供前进和转向动力；所述挂接车的制动组件可以为整车提供制动力，以此降低挂接车车体折叠倾翻的危险。
所述虎克铰总成的一种结构包括十字轴以及前架和后架，所述十字轴的上、下轴通过轴承安装于前架上，十字轴的左、右轴通过轴承安装于后架上，所述前架上分别设有检测上、下轴转动幅度的转角编码器，所述后架上分别设有检测左、右轴转动幅度的转角编码器；所述前架安装在牵引车架的后端，所述后架安装在挂接车架的前端。
上述虎克铰总成的结构使挂接车相对牵引车同时具有水平方向和竖直方向两个相互正交的转动自由度，既可以使挂接车随着地面的起伏变化而做上下摆动，又可以使其跟随牵引车的运动轨迹进行灵活转向。
为减少颠簸即对挂接车的上下摆动进行缓冲，提高整车的平顺性和稳定性，左、右轴上均安装有辅助转轴回位的扭转弹簧。
所述牵引前轮驱动组件的一种结构包括前轮驱动薄饼电机，所述前轮驱动薄饼电机输出轴上的前轮驱动主动齿轮与牵引前轮的钢圈内齿轮啮合；所述行走编码器组件的一种结构包括行走编码器，所述牵引前轮行走编码器转轴上的牵引前轮行走编码器从动齿轮啮合牵引前轮的钢圈内齿轮。
所述牵引后轮制动组件的一种结构包括后轮制动薄饼电机，所述后轮制动薄饼电机输出轴上的后轮制动主动齿轮与牵引后轮的钢圈内齿轮啮合；所述牵引后轮制动编码器组件的一种结构包括牵引后轮制动编码器，所述牵引后轮制动编码器转轴上的牵引后轮制动编码器从动齿轮啮合牵引后轮的钢圈内齿轮。
所述挂接车轮制动组件的一种结构包括挂接轮制动薄饼电机，所述挂接轮制动薄饼电机输出轴上的挂接轮制动主动齿轮与挂接车轮的钢圈内齿轮啮合；所述挂接轮制动编码器组件的一种结构包括挂接轮制动编码器，所述挂接轮制动编码器转轴上的挂接轮制动编码器从动齿轮啮合挂接车轮的钢圈内齿轮。
所述牵引前轮转向组件的一种结构包括转向电机和转向从动齿轮，所述转向从动齿轮安装于牵引前车叉上，所述转向电机驱动的转向主动齿轮啮合转向从动齿轮；所述转向编码器组件的一种结构包括转向编码器，所述转向编码器转轴上的转向编码器从动齿轮啮合转向从动齿轮。
对于两节以上挂接车，其连接方式为：后节挂接车的挂接车架前端通过虎克铰总成连接前节挂接车的挂接车架后端。
本发明的有益效果：
1、本发明拖挂式多节模块化自行车机器人机构可以由一节、两节或多节挂接车挂接而成，其负载为各挂接车负载的总和，增大了整车的承载能力。
2、本发明结构中，每节挂接车均采用挂接车轮作为接地支撑，使得整车既可以保持车体狭小特点，又可以形成多点接地的多边形支撑结构，提高了整车的侧向稳定性。
3、本发明结构中，牵引车和挂接车通过带扭簧的虎克铰总成连接，相互间具有两个转动自由度，增加了整车的转向灵活性以及对崎岖不平路面的适应能力。
附图说明
图1是本发明一种实施方式的立体图。
图2为图1实施方式中牵引车的结构图。
图3为图1实施方式中挂接车的结构图。
图4为图1实施方式中虎克铰总成的局部结构图。
图号标识：1、牵引车；2、虎克铰总成；3、挂接车；4、牵引前轮；5、牵引后轮；6、牵引前车叉；7、牵引后车叉；8、牵引车架；9、挂接车轮；10、挂接车叉；11、挂接车架；12、十字轴；13、前架；14、后架；15、扭转弹簧；16、前轮驱动薄饼电机；17、转向编码器从动齿轮；18、牵引前轮行走编码器从动齿轮；19、后轮制动薄饼电机；20、牵引后轮制动编码器；21、挂接轮制动薄饼电机；22、挂接轮制动编码器；23、转向电机；24、转向从动齿轮；25、转向主动齿轮；26、转向编码器；27、轴承；28、转角编码器。
具体实施方式
下面结合附图所示实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。
本发明拖挂式多节模块化自行车机器人机构，其技术方案包括牵引车1和一节挂接车3，所述牵引车1和一节挂接车3之间通过虎克铰总成2连接，如图1所示。
所述牵引车1包括车轮(牵引前轮4和牵引后轮5)、车叉(牵引前车叉6和牵引后车叉7)、牵引车架8以及牵引前轮驱动组件和牵引前轮行走编码器组件、牵引后轮制动组件和牵引后轮制动编码器组件、牵引前轮转向组件和转向编码器组件。
所述牵引前轮4通过牵引前车叉6可转向地安装在牵引车架8的前端，牵引前轮4的钢圈内侧设置有内齿轮，所述牵引前轮驱动组件和牵引前轮行走编码器组件于牵引前车叉6的侧部上、下位设置，所述牵引后轮5通过牵引后车叉7固定安装在牵引车架8的后端，牵引后轮5的钢圈内侧设置有内齿轮，所述牵引后轮制动组件和牵引后轮制动编码器组件于牵引后车叉7侧部上、下位设置，所述牵引前轮转向组件和转向编码器组件设于牵引前车叉6顶部的牵引车架8上，如图2所示。
所述牵引前轮驱动组件包括前轮驱动薄饼电机16，所述前轮驱动薄饼电机16输出轴上的前轮驱动主动齿轮与牵引前轮4的钢圈内齿轮啮合；所述牵引前轮行走编码器组件包括行走编码器，所述行走编码器转轴上的牵引前轮行走编码器从动齿轮18啮合牵引前轮4的钢圈内齿轮；所述牵引后轮制动组件包括后轮制动薄饼电机19，所述后轮制动薄饼电机19输出轴上的后轮制动主动齿轮与牵引后轮5的钢圈内齿轮啮合；所述牵引后轮制动编码器组件包括牵引后轮制动编码器20，所述牵引后轮制动编码器20转轴上的牵引后轮制动编码器从动齿轮啮合牵引后轮5的钢圈内齿轮；所述牵引前轮转向组件包括转向电机23、转向主动齿轮25和转向从动齿轮24，所述转向从动齿轮24安装于牵引前车叉6上端，所述转向电机23通过减速传动副驱动转向主动齿轮25，所述转向主动齿轮25啮合转向从动齿轮24；所述转向编码器组件包括转向编码器26和转向编码器从动齿轮17，所述转向编码器从动齿轮17安装于转向编码器26的转轴上并啮合转向从动齿轮24，如图2所示。
所述挂接车3包括挂接车轮9、挂接车叉10和挂接车架11，所述挂接车轮9通过挂接车叉10固定安装于挂接车架11后端，挂接车轮9的钢圈内侧设置有内齿轮，所述挂接车叉10的一侧设有上、下位的挂接车轮制动组件和挂接轮制动编码器组件，所述挂接车轮制动组件包括挂接轮制动薄饼电机21，所述挂接轮制动薄饼电机21输出轴上的挂接轮制动主动齿轮与挂接车轮9的钢圈内齿轮啮合；所述挂接轮制动编码器组件包括挂接轮制动编码器22，所述挂接轮制动编码器22转轴上的挂接轮制动编码器从动齿轮啮合挂接车轮9的钢圈内齿轮，如图3所示。
所述虎克铰总成2包括十字轴12、前架13和后架14，所述十字轴12的上、下轴通过轴承27安装于前架13的上顶板和下底板上，上顶板和下底板上均设有(通过支架安装)检测上、下轴转动量的转角编码器28，所述前架13安装在牵引车架8的后端，具体为上顶板安装在牵引后车叉7顶部，下底板安装在牵引车架8的底部；十字轴12的左、右轴通过轴承27安装于后架14的左、右侧板上，左、右轴上均安装有辅助转轴回位的扭转弹簧15，左、右侧板上均设有(通过支架安装)检测左、右轴转动量的转角编码器28，左、右侧板通过后侧板连接，挂接车架11前端固定连接在后侧板，如图1、图2、图3、图4所示。
对于两节以上挂接车3，节与节之间的连接方式为：后节挂接车3的挂接车架11前端通过虎克铰总成2连接前节挂接车3的挂接车架11后端，如图1所示，第一节挂接车3的挂接车架11后端已预备安装有虎克铰总成2。
本发明与传统两轮自行车机器人相比，增大了负载能力，提高了车体的侧向稳定性、行驶转向的灵活性以及对复杂路面的适应性。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围；凡依本发明内容所作出的等同变化与改进，均属于本发明专利的保护范围。
Claims (8)
1.拖挂式多节模块化自行车机器人机构，包括牵引车(1)和至少一节挂接车(3)，其特征在于：所述牵引车(1)包括牵引前轮(4)和牵引后轮(5)，所述牵引前轮(4)和牵引后轮(5)通过牵引前车叉(6)和牵引后车叉(7)分别安装在牵引车架(8)的前端和后端，所述牵引前车叉(6)上设有牵引前轮驱动组件和检测牵引前轮(4)转速的牵引前轮行走编码器组件，所述牵引后车叉(7)上设有牵引后轮制动组件和检测牵引后轮(5)转速的牵引后轮制动编码器组件，所述牵引车架(8)上设有牵引前轮转向组件和检测牵引前轮(4)转向幅度的转向编码器组件；所述挂接车包括挂接车轮(9)，所述挂接车轮(9)通过挂接车叉(10)安装于挂接车架(11)后端，所述挂接车叉(10)上设有挂接车轮制动组件和检测挂接车轮(9)转速的挂接轮制动编码器组件，所述挂接车架(11)的前端通过虎克铰总成(2)连接牵引车架(8)的后端。
2.根据权利要求1所述的拖挂式多节模块化自行车机器人机构，其特征在于：所述虎克铰总成(2)包括十字轴(12)以及前架(13)和后架(14)，所述十字轴(12)的上、下轴通过轴承(27)安装于前架(13)上，十字轴(12)的左、右轴通过轴承(27)安装于后架(14)上，所述前架(13)上分别设有检测上、下轴转动幅度的转角编码器(28)，所述后架(14)上分别设有检测左、右轴转动幅度的转角编码器(28)；所述前架(13)安装在牵引车架(8)的后端，所述后架(14)安装在挂接车架(11)的前端。
3.根据权利要求2所述的拖挂式多节模块化自行车机器人机构，其特征在于：左、右轴上均安装有辅助转轴回位的扭转弹簧(15)。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的拖挂式多节模块化自行车机器人机构，其特征在于：所述牵引前轮驱动组件包括前轮驱动薄饼电机(16)，所述前轮驱动薄饼电机(16)输出轴上的前轮驱动主动齿轮与牵引前轮(4)的钢圈内齿轮啮合；所述牵引前轮行走编码器组件包括行走编码器，所述行走编码器转轴上的牵引前轮行走编码器从动齿轮(18)啮合牵引前轮(4)的钢圈内齿轮。
5.根据权利要求1～3中任意一项所述的拖挂式多节模块化自行车机器人机构，其特征在于：所述牵引后轮制动组件包括后轮制动薄饼电机(19)，所述后轮制动薄饼电机(19)输出轴上的后轮制动主动齿轮与牵引后轮(5)的钢圈内齿轮啮合；所述牵引后轮制动编码器组件包括牵引后轮制动编码器(20)，所述牵引后轮制动编码器(20)转轴上的牵引后轮制动编码器从动齿轮啮合牵引后轮(5)的钢圈内齿轮。
6.根据权利要求1～3中任意一项所述的拖挂式多节模块化自行车机器人机构，其特征在于：所述挂接车轮制动组件包括挂接轮制动薄饼电机(21)，所述挂接轮制动薄饼电机(21)输出轴上的挂接轮制动主动齿轮与挂接车轮(9)的钢圈内齿轮啮合；所述挂接轮制动编码器组件包括挂接轮制动编码器(22)，所述挂接轮制动编码器(22)转轴上的挂接轮制动编码器从动齿轮啮合挂接车轮(9)的钢圈内齿轮。
7.根据权利要求1～3中任意一项所述的拖挂式多节模块化自行车机器人机构，其特征在于：所述牵引前轮转向组件包括转向电机(23)和转向从动齿轮(24)，所述转向从动齿轮(24)安装于牵引前车叉(6)上，所述转向电机(23)驱动的转向主动齿轮(25)啮合转向从动齿轮(24)；所述转向编码器组件包括转向编码器(26)，所述转向编码器(26)转轴上的转向编码器从动齿轮(17)啮合转向从动齿轮(24)。
8.根据权利要求1～3中任意一项所述的拖挂式多节模块化自行车机器人机构，其特征在于：对于两节以上挂接车(3)，后节挂接车(3)的挂接车架(11)前端通过虎克铰总成(2)连接前节挂接车(3)的挂接车架(11)后端。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20160504 Assignee: Guangxi Cuizhi Rongchuang Technology Co.,Ltd. Assignor: GUILIN University OF ELECTRONIC TECHNOLOGY Contract record no.: X2023980046599 Denomination of invention: Dragging type multi section modular bicycle robot mechanism Granted publication date: 20171215 License type: Common License Record date: 20231108 |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |