CN106184437A - 双蜗轮机构变形行走部及具有其的消防移动平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双蜗轮机构变形行走部，包括基架、双蜗轮机构、变形驱动组件和行走组件；所述双蜗轮机构包括：蜗杆，所述蜗杆与所述基架可枢转地相连；蜗轮，两个所述蜗轮对称地设在所述蜗杆两侧且均与其啮合，两个所述蜗轮均与所述基架可枢转地相连；所述变形驱动组件驱动所述蜗杆转动；两个所述行走组件分别与两个所述蜗轮相连。所述蜗杆转动时，可驱动两个与所述蜗杆相啮合的所述蜗轮反向地转动，带动两个所述行走组件可反向地摆动，从而改变了两个行走组件的夹角，实现了行走部的变形。本发明还提出了一种具有双蜗轮机构变形行走部的消防移动平台，因为采用了双蜗轮机构变形行走部，提高了其地形通过性、适应性与运动稳定性。

Description

双蜗轮机构变形行走部及具有其的消防移动平台

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种双蜗轮机构变形行走部及具有其的消防移动平台。

背景技术

应用于消防救援、探测侦察等领域的移动机器人，需要面临复杂的地形环境，因此要求机器人应具有良好的地形适应性、通过性以及运动稳定性。有些地形要求机器人具有较高的净空高度，以防止障碍卡阻机器人底盘；有些地形要求机器人具有较低的重心位置，增加机器人的接地以提供良好的稳定性，如攀爬斜坡时。而目前的机器人行走部不能根据地形的变化而调整姿态，因此越障能力与地形通过性受到影响。如专利(专利号：200810023553.3)提出的一种摇杆式四轮机器人，其具有被动适应地形的性能，但是其行走部为固定的行走部，不能根据地形的需要调整其夹角。当所述机器人攀爬大坡度的斜坡时，因重心位置较高，容易发生翻滚；当所述机器人从中间跨过较高障碍物时，若净空高度小于障碍物，则无法通过或发生卡阻。若可根据地形障碍的特征，机器人移动平台的行走部可主动地改变其夹角、形状，以改变机器人移动平台的整体高度、重心高度、接地尺寸、净空高度，则可提高采用这种行走部的移动平台的地形通过性、适应性与运动稳定性。因而，设计一种可变形的机器人行走部及采用该行走部设计的移动平台很有意义。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题。为此，本发明的目的在于提出一种双蜗轮机构变形行走部及具有其的消防移动平台，该行走部可根据地形发生主动变形，这样采用其的移动平台可以调节整体高度、重心位置，调节其接地尺寸，以提高其适应不同地形的能力。

本发明的具体技术方案为：一种利用双蜗轮机构变形的行走部，包括：基架、双蜗轮机构、变形驱动组件和行走组件；所述双蜗轮机构包括：蜗杆，所述蜗杆与所述基架可枢转地相连；蜗轮，所述蜗轮为两个，两个所述蜗轮对称地设在所述蜗杆两侧且均与所述蜗杆啮合，两个所述蜗轮均与所述基架可枢转地相连；所述变形驱动组件与所述蜗杆相连并驱动所述蜗杆转动；所述行走组件为两个，两个所述行走组件分别与两个所述蜗轮相连。

作为优选，本发明的利用双蜗轮机构变形的行走部，还可以包括夹角检测模块，所述夹角检测模块与所述变形驱动组件相连用以检测所述蜗轮转角。

可选的，所述夹角检测模块为编码器。

可选的，本发明的利用双蜗轮机构变形的行走部，所述行走组件为轮式行走组件，所述轮式行走组件包括：轮式行走组件架，所述轮式行走组件架与所述蜗轮相连；车轮组件，所述车轮组件与所述轮式行走组件架相连；车轮驱动件，所述车轮驱动件与所述车轮组件相连，并驱动所述车轮组件转动。

可选的，本发明的利用双蜗轮机构变形的行走部，所述行走组件为履带式行走组件，所述履带式行走组件包括：履带架，所述履带架与所述蜗轮相连；履带轮，所述履带轮与所述履带架相连，所述履带轮包括驱动履带轮和从动履带轮；履带，所述履带包络在所述履带轮外，并与所述驱动履带轮相啮合；履带轮驱动件，所述履带轮驱动件与所述驱动履带轮相连，并驱动所述驱动履带轮转动。

进一步地，本发明的双蜗轮机构变形的行走部，所述蜗轮上设有蜗轮轴，且所述蜗轮轴的两端与所述基架可枢转地相连且伸出所述基架，所述蜗轮轴在所述基架的外侧与所述行走组件相连。

进一步地，本发明的双蜗轮机构变形的行走部，所述蜗杆与所述基架间设有轴承，所述蜗轮轴的两端与所述基架间设有轴承。

可选的，本发明的双蜗轮机构变形的行走部，所述蜗轮为不完整齿蜗轮。

可选的，本发明的双蜗轮机构变形的行走部，所述的变形驱动组件包括驱动件，所述驱动件为电机，或液压马达，或经过减速的电机，或经过减速的液压马达。

通过上述技术方案，所述双蜗轮机构的蜗杆转动时，可驱动两个与所述蜗杆相啮合的所述蜗轮反向地转动；因为两个所述行走组件分别与两个所述蜗轮相连接，所以当所述变形驱动组件带动所述蜗杆转动时，两个所述行走组件可反向地摆动，从而改变了两个所述行走组件的夹角，实现了行走部的变形。若两个所述蜗轮的齿数相同，可实现两个所述行走组件同速反向摆动；若两个所述蜗轮的齿数不相同，可实现两个所述行走组件不同速反向摆动。所述双蜗轮机构具有自锁性，这样可保证两个所述行走组件的夹角在一定载荷的作用下不发生变化。

在本发明的的技术方案中，所述蜗轮为不完整齿蜗轮，因此可以降低蜗轮的生产成本和重量。

本发明还可以包括夹角检测模块，所述夹角检测模块与所述变形驱动组件相连用以检测蜗轮转角，从而可检测两个所述行走组件的夹角，便于行走部的变形控制。根据可选的技术方案，所述夹角检测模块为编码器，所述编码器与所述变形驱动组件相连可间接地检测出所述蜗轮的转角；根据其他可选的技术方案，所述编码器可与所述蜗轮同轴相连以得到所述蜗轮的转角；进而，可得到本发明的所述行走部的两个所述行走组件的夹角。

在本发明的技术方案中，所述行走组件可为轮式行走组件，因为两个所述轮式行走组件架分别与两个所述蜗轮相连接，所以当所述变形驱动组件驱动所述双蜗轮机构时，两个所述轮式行走组件可同速地反向摆动，从而可改变两个所述轮式行走组件的夹角，可实现两个所述轮式行走组件的轮距变化和本发明所述的行走部的高度的变化。

在本发明的技术方案中，所述行走组件可为履带式行走组件，因为两个所述履带架分别与两个所述蜗轮相连接，所以当所述变形驱动组件驱动所述双蜗轮机构时，两个所述履带式行走组件可同时反向地摆动，从而可改变两个所述履带式行走组件的夹角，进而可实现两个所述履带式行走组件的接地长度以及本发明所述的行走部的高度的变化。

此外，本发明还提出了一种消防移动平台，其包括：主车体、所述的利用双蜗轮机构变形的行走部，且所述的利用双蜗轮机构变形的行走部的所述基架分别与所述主车体的两侧相连。

作为优选，本发明实的一种消防移动平台，其还可以包括差动平衡装置，两个所述利用双蜗轮机构变形的行走部的所述基架与所述主车体可枢转地相连，所述差动平衡装置分别与所述主车体和两个所述基架相连。

通过上述技术方案，由于使用所述的利用双蜗轮机构变形的行走部的缘故，移动平台的底盘高度和重心位置会随着所述行走部夹角的变化而上下调节，这样所述移动平台便能根据所通过地形的需要调节底盘、重心高度，以及移动平台的整体长度，以调高移动平台的地形通过性、适应性与运动稳定性。

在本发明的技术方案中，由于所述移动平台还可以包括所述差动平衡装置，所以所述移动平台除了可以调节底盘、重心高度，以及移动平台的整体长度外，还能被动地适应地形，因此具有更好的地形通过性、适应性与运动稳定性。

采用本发明的技术方案将能获得以下有益效果：(1)采用所述双蜗轮机构实现了所述行走部的两个所述行走组件夹角以及所述行走部高度的调节；(2)采用所述行走部的移动平台实现了移动平台的底盘的高度以及车身的长度调节，从而提高了移动平台的地形通过性和适应性；(3)采用所述差动平衡装置的移动平台具有被动适应地形的能力；(4)采用此技术方案可以设计底盘高度和车身长度可调的机器人和其他移动设备。

附图说明

图1是根据本发明实施例的轮式行走组件的主视示意图；

图2是图1所示轮式行走组件的立体示意图；

图3是图2中I处的局部放大图；

图4是图1所示轮式行走组件的基架的立体爆炸图；

图5是图1所示轮式行走组件夹角为180度时的主视示意图；

图6是图1所示轮式行走组件夹角较小时的主视示意图；

图7是根据本发明另一实施例的履带式行走组件的主视示意图；

图8是图7所示履带式行走组件的立体示意图；

图9是图7所示履带式行走组件重心较低的主视示意图；

图10是图7所示履带式行走组件重心较高的主视示意图；

图11是根据本发明实施例的轮式移动平台的立体图；

图12是图11所示轮式移动平台通过障碍抬高底盘时的立体示意图；

图13是图11所示轮式移动平台降低底盘时的立体示意图；

图14是根据本发明另一实施例的装有差动平衡装置的履带式移动平台通过起伏地面的状态图；

附图标记：

1000行走部；2000主车体；3000差动平衡装置；4000侧转轴；

1基架；

11底座；

111蜗杆下座；112蜗轮轴座安装孔；

12顶盖；

121蜗杆上座；

13蜗轮轴座；

131轴承端座；132轴承；133端盖；

2双蜗轮机构；

21蜗杆；

22蜗轮；

221蜗轮轴；222键；

3变形驱动组件；

31驱动件；32驱动连接件；

4行走组件；

41轮式行走组件；

411轮式行走组件架；412车轮组件；413车轮驱动件；414连接法兰盘；

42履带式行走组件；

421履带架；

4211履带主架；4212连接板；

422履带轮；

4221驱动履带轮；4222从动履带轮；

423履带；

424履带轮驱动件；

5编码器；

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合图1至图12详细描述根据本发明实施例的利用双蜗轮机构变形的行走部1000，该行走部1000可用于移动平台，但不限于此。

如图1、图2、图3、图4所示，根据本发明的一些实施例的利用双蜗轮机构变形的行走部，包括：基架1、双蜗轮机构2、变形驱动组件3和行走组件4；双蜗轮机构2包括：蜗杆21，蜗杆21与基架1可枢转地相连；蜗轮22，蜗轮22为两个，两个蜗轮22对称地设在蜗杆21两侧且均与蜗杆21啮合，两个蜗轮22均与基架1可枢转地相连；变形驱动组件3与蜗杆21相连并驱动蜗杆21转动；行走组件4为两个，两个行走组件4分别与两个蜗轮22相连。图1、图2所示的实施例中，两个蜗轮22的齿数与模数相同。

根据图4所示的实施例，具体而言，基架1包括底座11、顶盖12和蜗轮轴座13；底座11的底部设有蜗杆下座111，底座11的侧面设有蜗轮轴座安装孔112；顶盖12上设有蜗杆上座121，顶盖12与底座11通过螺纹连接件连接，形成一个箱体；蜗轮轴座13安装在蜗轮轴座安装孔112，且蜗轮轴座13包括轴承端座131、轴承132和端盖133；轴承端座131与基架1通过螺纹连接件相连；轴承132设于轴承端座131中；端盖133与轴承端座131同轴线地通过螺纹连接件相连，并对轴承132进行轴向限位。根据图3所示的实施例，双蜗轮机构2的蜗杆21限位于蜗杆下座111与蜗杆上座121之间，且蜗杆21与蜗杆下座111及蜗杆21与蜗杆上座121间均设有轴承；双蜗轮机构2的蜗轮22上设有蜗轮轴221，且蜗轮轴221的两端与基架1可枢转地相连且伸出基架1，蜗轮轴221在基架1的外侧与行走组件4相连。在本实施例中，蜗轮轴221的两端分别设于两个蜗轮轴座13内，且蜗轮轴221受到轴承132的支承；具体而言，本实施例中，蜗轮轴221与蜗轮22通过键222连接在一起。通过上述技术方案与结构，双蜗轮机构2的蜗杆21受到基架1的底座11与顶盖12的限位做枢转运动，蜗轮22在安装在基架1两侧的蜗轮轴座13的限位做枢转运动；这样，上述结构构成了一套单蜗杆双蜗轮的传动装置，保证了蜗杆21与蜗轮22的传动。在本实施例中，变形驱动组件3包括驱动件31与驱动连接件32，驱动件31通过驱动连接件32与基架1的顶盖12固定连接，且驱动件31与蜗杆21相连并驱动蜗杆21转动。

根据本发明的一些实施例，驱动件31为电机，或液压马达，或经过减速的电机，或经过减速的液压马达。图1、2所示的实施例的驱动件31采用了经过减速的电机。

根据本发明实施例的利用双蜗轮机构变形的行走部，蜗轮22为不完整齿蜗轮，该不完整齿蜗轮的齿数只需能与蜗杆21啮合并到达两个极限位置，这样既能保证蜗轮22转角的大小满足需求，又可以减小蜗轮22的重量、加工成本。

通过上述方案，变形驱动组件3驱动双蜗轮机构2的蜗杆21转动时，可驱动两个与之相啮合的蜗轮22反向转动；因为两个行走组件4分别与两个蜗轮22相连接，所以当变形驱动组件4带动蜗杆21转动时，两个行走组件4可反向摆动，从而改变了两个行走组件4的夹角，实现了行走部的变形。因为双蜗轮机构2中的蜗轮蜗杆传动具有自锁性，这样可保证两个行走组件4的夹角在一定外载荷的作用下不发生变化。

根据本发明的一些实施例的利用双蜗轮机构变形的行走部，还可以包括夹角检测模块，该夹角检测模块为编码器5，编码器5与变形驱动组件3的驱动件31相连可间接地检测出蜗轮22的转角，根据本发明的另一些实施例，所述夹角检测模块与蜗轮22同轴相连以得到蜗轮22的转角从而得到两个行走组件4的夹角。

根据本发明的一些实施例，行走组件4为轮式行走组件41，如图1、2所示，轮式行走组件41包括轮式行走组件架411，轮式行走组件架411与蜗轮22相连；车轮组件412，车轮组件412与轮式行走组件架411相连；车轮驱动件413，车轮驱动件413与车轮组件412相连，并驱动车轮组件412转动；连接法兰盘414，连接法兰盘414与轮式行走组件架411相连，连接法兰盘414与蜗轮22相连。

根据本发明的一些实施例，如图1、2所示，轮式行走组件41通过连接法兰盘414与蜗轮22相连，具体的，连接法兰盘414套在蜗轮轴221上，并与蜗轮轴221通过键222相连，连接法兰盘414的一个端面顶在蜗轮轴轴肩上，螺母与蜗轮轴221通过螺纹连接并紧固在连接法兰盘414的另一端面上，这样，连接法兰盘414与蜗轮轴221固定连接。进一步的，轮式行走组件架411与连接法兰盘414通过螺栓连接件连接，因此，轮式行走组件41与蜗轮22相连并随着蜗轮轴221的转动而改变夹角。图1与图2所示的实施例中，蜗轮轴221两端均连接有连接法兰盘414，轮式行走组件41的轮式行走组件架411上端呈叉状，与两个连接法兰盘414均相连。通过此方案与结构，蜗轮22与蜗轮轴221同轴地固定连接在一起，蜗轮轴221与连接法兰盘414固定连接在一起，轮式行走组件41的轮式行走组件架411与连接法兰盘414固定连接在一起。当双蜗轮机构2的两个蜗轮的齿数相同时，变形驱动组件3驱动双蜗轮机构2运动时，蜗轮22带动两个轮式行走组件41同速反向转动，从而实现了两个轮式行走组件41的夹角大小的调节，即实现了本发明的轮式行走组件的变形。根据其他的一些实施例，两个蜗轮22的齿数不相同，可实现所述行走组件4不同速反向摆动。

如图5、6所示，图5是行走部夹角呈180度的状态图，此时，所述行走部的长度最大，且重心较低；图6是轮式行走组件夹角达到较小时的状态图，此时，所述行走部的长度最小，其重心较高。在另外的一些实施例中，双蜗轮机构2的蜗轮22为完整齿蜗轮，这样，所述行走部的轮式行走组件的摆角变化范围更大一些，在一些设计中，所述行走部的轮式行走组件可在图5所示的位置向上、向下两个方向摆动。

可选的，根据本发明的实施例，车轮驱动件413为电机、液压马达或者经过减速的电机或液压马达。图1、2所示的实施例的车轮驱动件413采用了经过减速的电机。

根据本发明的另一些实施例，行走组件4还可为履带式行走组件42。如图7、8所示的实施例中，履带式行走组件42包括：履带架421，履带架421与蜗轮22相连；履带轮422，履带轮422与履带架421相连，履带轮422包括驱动履带轮4221和从动履带轮4222；履带423，履带423包络在履带轮422外，并与驱动履带轮4221相啮合；履带轮驱动件424，履带轮驱动件424与驱动履带轮4221相连，并驱动驱动履带轮4221转动。图7、图8所示的实施例中，履带轮驱动件424与驱动履带轮4221间采用了挠性件传动，具体的，所述挠性件传动采用了链条传动，所述挠性件传动也可采用同步带传动。在其他一些实施例中，履带轮驱动件424与驱动履带轮4221间还可以采用同轴相连传动或齿轮传动。

在图7、图8所示的实施例中，与轮式行走组件41和蜗轮22的连接方式类似，将履带式行走组件42与蜗轮22相连。具体的，履带架421包括履带主架4211和连接板4212，连接板4212与履带主架4211固定连接，连接板4212与蜗轮22相连接；连接板4212与蜗轮22的连接方式与图1、图2所示实施例中轮式行走组件41和蜗轮22的连接方式类似。

图9、10是履带式行走组件在两个履带单元处于不同夹角下的状态图，图9中，本发明的履带式行走组件的接地长度较大，便于通过松软地形，便于通过沟道等地形，此时履带式行走组件重心低，也可获得较好的稳定性；图10中，本发明的履带式行走组件的接地长度较小，便于转向，此时重心较高。

本发明还提出了一种移动平台，如图11、12、13所示，根据本发明的一些实施例，本发明的移动平台包括主车体2000；利用双蜗轮机构变形的行走部1000，行走部1000为两个，且分别设在主车体2000两侧并与主车体2000相连。图11至图13展示了一种轮式移动平台。

由于移动平台具有利用双蜗轮机构变形的行走部1000，当行走部1000在驱动件31的驱动下夹角发生反向同速的变化时，移动平台的车身长度相应的变化，同时移动平台的底盘高度也发生变化，这样，移动平台的底盘高度和车身长度是可调的，当移动平台遇到障碍物时可以通过调节底盘高度进行越障；当移动平台在斜坡上移动时，降低底盘高度可提高移动平台的稳定性，以避免平台倾覆。因此，具有利用双蜗轮机构变形的行走部1000的移动平台有更好的地形通过性、稳定性与适应性。

如图12、13所示，图12是具有轮式行走组件1000的移动平台通过较高障碍时提升底盘高度的状态图，图13是具有轮式行走组件的移动平台降低底盘高度以提高移动平台的稳定性的状态图，由图12、图13比较可以看出，具有轮式行走组件1000的移动平台可以通过调节底盘的高度来适应具有高低不平障碍的路面。

根据本发明的一种履带式移动平台的实施例，如图14所示，其包括主车体2000；利用双蜗轮机构变形的行走部1000，行走部1000为两个，且分别设在主车体2000两侧并与主车体2000可枢转的相连；差动平衡装置3000，差动平衡装置3000分别与主车体2000和两个行走部1000相连。具体的，主车体2000通过侧转轴4000与行走部1000相连，侧转轴4000为两个，且两个侧转轴4000可枢转的设在主车体2000的两侧；差动平衡装置3000可分别与主车体2000和两个侧转轴4000相连，由此，可以通过差动平衡装置3000使行走部1000适应起伏较大的地形，进而提高移动平台的地形适应性、通过性和稳定性。图14展示了具有履带式行走组件的行走部1000的移动平台在通过具有高低不平障碍的路面时，在差动平衡装置的作用下通过该路面的状态图。

可选的，差动平衡装置3000为连杆式差动平衡装置或者齿轮式差动平衡装置。

此外，具有利用双蜗轮机构变形的行走部1000的移动平台还可以用于设计底盘高度和车身长度可调的机器人和其他移动设备，如可用于设计消防机器人、救灾机器人、侦查机器人等。

对于机器人和其他移动设备的其他构成，比如连杆式差动平衡装置或者齿轮式差动平衡装置，已为现有技术，且为本领域的普通技术人员熟知，故不再详细描述。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种双蜗轮机构变形行走部，其特征在于，包括：

基架；

双蜗轮机构，所述双蜗轮机构包括：

蜗杆，所述蜗杆与所述基架可枢转地相连；

蜗轮，所述蜗轮为两个，两个所述蜗轮对称地设在所述蜗杆两侧且均与所述蜗杆啮合，两个所述蜗轮均与所述基架可枢转地相连；

变形驱动组件，所述变形驱动组件与所述蜗杆相连并驱动所述蜗杆转动；

行走组件，所述行走组件为两个，两个所述行走组件分别与两个所述蜗轮相连。

2.根据权利要求1所述的双蜗轮机构变形行走部，其特征在于，还包括：

夹角检测模块，所述夹角检测模块与所述变形驱动组件相连用以检测蜗轮转角；所述夹角检测模块为编码器。

3.根据权利要求1所述的双蜗轮机构变形行走部，其特征在于，所述行走组件为轮式行走组件，所述轮式行走部组件包括：

轮式行走部架，所述轮式行走部架与所述蜗轮相连；

车轮组件，所述车轮组件与所述行走部架相连；

车轮驱动件，所述车轮驱动件与所述车轮组件相连，并驱动所述车轮组件转动。

4.根据权利要求1所述的双蜗轮机构变形行走部，其特征在于，所述行走组件为履带式行走组件，所述履带式行走组件包括：

履带架，所述履带架与所述蜗轮相连；

履带轮，所述履带轮与所述履带架相连，所述履带轮包括驱动履带轮和从动履带轮；

履带，所述履带包络在所述履带轮外，并与所述驱动履带轮相啮合；

履带轮驱动件，所述履带轮驱动件与所述驱动履带轮相连，并驱动所述驱动履带轮转动。

5.根据权利要求1所述的双蜗轮机构变形行走部，其特征在于，所述蜗轮上设有蜗轮轴，且所述蜗轮轴的两端与所述基架可枢转地相连且伸出所述基架，所述蜗轮轴在所述基架的外侧与所述行走组件相连。

6.根据权利要求1所述的双蜗轮机构变形行走部，其特征在于，所述蜗杆与所述基架间设有轴承，所述蜗轮轴的两端与所述基架间设有轴承。

7.根据权利要求1所述的双蜗轮机构变形行走部，其特征在于，所述蜗轮与所述蜗轮轴固定连接，所述蜗轮为不完整齿蜗轮。

8.根据权利要求1所述的双蜗轮机构变形行走部，其特征在于，所述的变形驱动组件包括驱动件，所述驱动件为电机，或液压马达，或经过减速的电机，或经过减速的液压马达。

9.一种移动平台，其特征在于，包括：

主车体；

两个权利要求1-8中任一项所述双蜗轮机构变形行走部，且所述双蜗轮机构变形行走部的所述基架分别于所述主车体的两侧相连。

10.根据权利要求9所述的移动平台，其特征在于，还包括差动平衡装置，两个所述双蜗轮机构变形行走部的所述基架与所述主车体可枢转地相连，所述差动平衡装置分别与所述主车体和两个所述基架相连。