CN105946995B - 一种轮履变结构移动机器人的行走机构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于移动机器人技术领域，特别涉及一种移动机器人的行走机构。一种轮履变结构移动机器人的行走机构，它包括：可伸缩履带、轮履变换装置以及外轮变换装置；在平坦路面上行走时，移动机器人通过外轮变换装置，将外轮撑开，此时可伸缩履带脱离地面，外轮与地面接触；在崎岖路面行走时，移动机器人通过外轮变换装置，将外轮收缩，与地面脱离接触，可伸缩履带与地面接触；爬楼时，移动机器人通过外轮变换装置，将外轮收缩，与地面脱离接触，可伸缩履带与地面接触，并通过轮履变换装置将可伸缩履带自然撑开。本发明适应不同的路况，减少电机的功耗，也缩短了履带在普通平坦路面的使用周期，减少对履带的磨损。

Description

一种轮履变结构移动机器人的行走机构
技术领域
本发明属于移动机器人技术领域，特别涉及一种移动机器人的行走机构。
背景技术
轮式移动机器人具有移动的快速性，而履带式移动机器人的跨越障碍能力很强，即履带式移动机器人对复杂地形具有很高的通过性能。在平坦或崎岖的道路上，机器人采用履带轮式进行移动，但这种长时间采用履带运动的方式，电机的功率消耗较大，且对履带有一定的磨损，从而导致生产使用成本较大。如何将轮式、履带式移动机器人的优点结合在一起将是机器人机构技术的创新。
发明内容
本发明的目的是：为增进移动机器人适应环境的能力和运动的快速性，提供一种轮/履变结构移动机器人的行走机构，使移动机器人在多地形行走时运行更平稳、更可靠,同时移动机器人在履带磨损和电机功率方面的损耗，达到节能的目的。
本发明的技术方案是：一种轮履变结构移动机器人的行走机构，它包括：可伸缩履带、轮履变换装置以及外轮变换装置；
外轮变换装置包括：安装盘、外轮外片、外轮内片以及步进丝杆电机；外轮外片与外轮内片为两端具有卡接凹槽的弧形结构，且外轮外片与外轮内片依次间隔设置；小轮通过小轮轴、轴承安装在外轮内片两端的卡接凹槽中；步进丝杆电机安装在安装盘的中心位置，其输出端安装有小连杆安装架，小连杆安装架上连接有小连杆，小连杆与外轮内片一一对应；滑杆安装座固定安装在安装盘上，分别与外轮外片、外轮内片一一对应；外轮外片通过穿过滑杆安装座的外片连杆与一端固定在安装盘上的拉簧连接；外轮内片通过穿过滑杆安装座的内片连杆与小连杆连接；
轮履变换装置安装在可伸缩履带内，同时轮履变换装置与外轮变换装置的安装盘连接；
利用外轮移动时，通过外轮变换装置将外轮内片向外撑开，带动外轮外片同样向外撑开，与外轮内片组成完整外轮，此时可伸缩履带脱离地面，外轮与地面接触；
利用履带式移动时，通过外轮变换装置将外轮内片向内收缩，外轮外片在拉簧的作用下复位，外轮与地面脱离接触，可伸缩履带与地面接触；
利用履带轮式移动方式，通过外轮变换装置将外轮内片向内收缩，外轮外片在拉簧的作用下复位，外轮与地面脱离接触，可伸缩履带与地面接触，并通过轮履变换装置将可伸缩履带撑开。
有益效果:机器人可以通过可伸缩履带、轮履变换装置、外轮变换装置的变化适应不同的路况，减少电机的功耗，也缩短了履带在普通平坦路面的使用周期，减少对履带的磨损，从而降低了成本，达到节能的目的。
附图说明
图1是本发明的结构图。
图2是本发明可伸缩履带的结构图。
图3是本发明履带轮式移动方式下时的结构图。
图4是本发明利用履带式移动方式时的结构图。
图5是本发明利用外轮移动时的结构图。
图6是本发明外轮变换装置的结构图。
图7是本发明中轮履变换装置的结构图。
具体实施方式
参见附图，一种轮履变结构移动机器人的行走机构，它包括：可伸缩履带1、轮履变换装置2以及外轮变换装置3；
其中，可伸缩履带1、轮履变换装置2为现有技术，具体结构可参见申请号为201310042484.1的中国专利申请中的弹性履带和轮履变换装置。
如图6所示，外轮变换装置3包括：安装盘11、外轮外片14、外轮内片15以及步进丝杆电机12；外轮外片14与外轮内片15为两端具有卡接凹槽的弧线段结构，外轮外片14与外轮内片15依次间隔设置。为防止外轮外片14、外轮内片15直接接触造成机构卡死，特在外轮内片15两端与外轮外片14的连接处设计了小轮21，小轮21通过小轮轴20、轴承22安装在外轮内片15两端的卡接凹槽中，小轮21与外轮外片14通过圆弧过渡。步进丝杆电机12安装在安装盘11的中心位置，其输出端安装有小连杆安装架13，小连杆安装架13上连接有小连杆16，小连杆16与外轮内片15的位置与数量相匹配。滑杆安装座固定安装在安装盘11上，数量与外轮外片14和外轮内片15的数量之和相匹配；外轮外片14内弧面中间位置的通过穿过滑杆安装座的外片连杆19与安装在安装盘11上的拉簧17连接；外轮内片15内弧面中间位置的通过穿过滑杆安装座的内片连杆18与小连杆16连接。当步进丝杆电机12运动时，其输出端安装的小连杆安装架13产生相对直线运动，驱动小连杆16带动内片连杆18运动，外轮内片15随之撑开或收缩；当外轮内片15向外撑开时，其两端与外轮外片14卡接，外轮外片14同样向外撑开，与外轮内片15组成完整外轮；当外轮内片15向内收缩时，外轮外片14在拉簧17的作用下复位；
在本实施例中，针对现有技术中的可伸缩履带1以及轮履变换装置2的结构做出进一步的改进；
如图2所示，所述可伸缩履带1包括：环形弹簧6、履带内齿7、履带外齿8、可伸缩层9以及骨架10；其中，履带内齿7和履带外齿8一一对应，可伸缩层9布置在履带内齿7与履带外齿8之间，履带内齿7通过骨架10固定安装在环形弹簧6上，且沿弹簧6的圆周均匀间隔设置。可伸缩履带1通过环形弹簧6、可伸缩层9进行展开和收缩；
如图7所示，所述轮履变换装置2包括：通过定位齿轮保持相对距离和位置的内片行走轮4、外片行走轮5，所述内片行走轮4和外片行走轮5结构相同且同轴设置；布置在内片行走轮4、外片行走轮5之间的行走驱动电机23、丝杆电机29，以及两个小脚轮30；行走驱动电机23的输出轴上套接有驱动轴齿轮25，驱动轴齿轮25通过行走驱动轮24与内片行走轮4、外片行走轮5的内齿啮合；丝杆电机29带动主动杆26上下运动，主动杆26的左右两端连接从动杆27，连接有小脚轮30的连杆28通过连杆支架33安装在内片行走轮4、外片行走轮5之间，连杆支架33的与安装盘11固定连接；从动杆27与连杆28活动连接；丝杆电机29、主动杆26、从动杆27以及连杆28构成T型丝杆机构；T型丝杆机构采用两侧对称布置的形式，保证两侧从动杆27运动的同步性。当主动杆26沿丝杠31向下运动时，机构带动小脚轮30收起；当主动杆26沿丝杠31向上运动时，机构带动小脚轮30张开。
轮履变换装置2安装在可伸缩履带1内，同时轮履变换装置2与外轮变换装置3的安装盘11连接，具体为：内片行走轮4与履带内齿7啮合，外片行走轮5与安装盘11固定连接。
本发明具有三种运动模式：在平坦路面上行走时，移动机器人通过外轮变换装置3，将外轮内片15向外撑开，外轮外片14与外轮内片15组成完整外轮；此时可伸缩履带1脱离地面，移动机器人利用外轮与地面接触；
在崎岖路面行走时，移动机器人通过外轮变换装置3，将外轮收缩，脱离地面，移动机器人利用可伸缩履带1与地面接触；
爬楼时，移动机器人通过外轮变换装置3，将外轮收缩与地面脱离接触，可伸缩履带1与地面接触，并通过轮履变换装置2中的小脚轮30将可伸缩履带1自然撑开，如图4所示。

Claims (3)

1.一种轮履变结构移动机器人的行走机构，它包括：可伸缩履带(1)、轮履变换装置(2)，其特征在于，它还包括：外轮变换装置(3)；
所述外轮变换装置(3)包括：安装盘(11)、外轮外片(14)、外轮内片(15)以及步进丝杆电机(12)；所述外轮外片(14)与所述外轮内片(15)为两端具有卡接凹槽的弧形结构，且所述外轮外片(14)与所述外轮内片(15)依次间隔设置；小轮(21)通过小轮轴(20)、轴承(22)安装在所述外轮内片(15)两端的卡接凹槽中；所述步进丝杆电机(12)安装在所述安装盘(11)的中心位置，其输出端安装有小连杆安装架(13)，所述小连杆安装架(13)上连接有小连杆(16)，所述小连杆(16)与外轮内片(15)一一对应；滑杆安装座固定安装在所述安装盘(11)上，分别与所述外轮外片(14)、所述外轮内片(15)一一对应；所述外轮外片(14)通过穿过所述滑杆安装座的外片连杆(19)与一端固定在所述安装盘(11)上的拉簧(17)连接；所述外轮内片(15)通过穿过所述滑杆安装座的内片连杆(18)与所述小连杆(16)连接；
所述轮履变换装置(2)安装在所述可伸缩履带(1)内，同时所述轮履变换装置(2)与所述外轮变换装置(3)的所述安装盘(11)连接；
利用外轮移动时，通过所述外轮变换装置(3)将外轮内片(15)向外撑开，带动外轮外片(14)同样向外撑开，与外轮内片(15)组成完整外轮，此时所述可伸缩履带(1)脱离地面，所述外轮与地面接触；
利用履带式移动时，通过所述外轮变换装置(3)将外轮内片(15)向内收缩，所述外轮外片(14)在拉簧(17)的作用下复位，外轮与地面脱离接触，所述可伸缩履带(1)与地面接触；
利用履带轮式移动方式，通过所述外轮变换装置(3)将外轮内片(15)向内收缩，所述外轮外片(14)在拉簧(17)的作用下复位，外轮与地面脱离接触，所述可伸缩履带(1)与地面接触，并通过所述轮履变换装置(2)将所述可伸缩履带(1)撑开。
2.如权利要求1所述的一种轮履变结构移动机器人的行走机构，其特征在于：所述可伸缩履带(1)包括：环形弹簧(6)、履带内齿(7)、履带外齿(8)、可伸缩层(9)以及骨架(10)；其中，所述履带内齿(7)和所述履带外齿(8)一一对应，所述可伸缩层(9)布置在所述履带内齿(7)与所述履带外齿(8)之间，所述履带内齿(7)通过所述骨架(10)固定安装在环形弹簧(6)上，且沿所述弹簧(6)的圆周均匀间隔设置。
3.如权利要求1或2所述的一种轮履变结构移动机器人的行走机构，其特征在于：所述轮履变换装置(2)包括：通过定位齿轮保持轴向相对距离和位置的内片行走轮(4)、外片行走轮(5)，布置在所述内片行走轮(4)、所述外片行走轮(5)之间的行走驱动电机(23)、丝杆电机(29)，以及两个小脚轮(30)；所述行走驱动电机(23)的输出轴上套接有驱动轴齿轮(25)，所述驱动轴齿轮(25)通过行走驱动轮(24)与所述内片行走轮(4)、所述外片行走轮(5)的内齿啮合；所述丝杆电机(29)带动主动杆(26)上下运动，所述主动杆(26)的左右两端连接从动杆(27)，连接有所述小脚轮(30)的连杆(28)通过连杆支架(33)安装在所述内片行走轮(4)、所述外片行走轮(5)之间，所述连杆支架(33)与所述安装盘(11)固定连接；所述从动杆(27)与所述连杆(28)活动连接；
所述内片行走轮(4)与所述履带内齿(7)啮合，所述外片行走轮(5)与所述安装盘(11)固定连接。
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