CN106809292B - 一种可变形轮履耦合驱动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人驱动机构，具体地说是一种可变形轮履耦合驱动机构，包括支撑装置、驱动装置、摆臂装置及可变形履带，驱动装置包括驱动电机、传动装置及轮环，驱动电机安装在支撑装置上，支撑装置的两侧均转动安装有轮环，轮环通过传动装置与驱动电机相连，在轮环的外圆周面上均设有与可变形履带啮合的轮齿；摆臂装置包括摆臂电机、丝杠、滑块、连杆、摆臂及摆臂轮，摆臂电机安装在支撑装置上，输出端连接有丝杠，滑块螺纹连接于丝杠上，滑块的两侧均设有摆臂，摆臂的一端铰接在支撑装置上，另一端安装有与可变形履带抵接的摆臂轮，摆臂均通过连杆与滑块铰接。本发明具有结构简单、紧凑、模块化，易于安装，体积小，重量轻的特点。

Description

一种可变形轮履耦合驱动机构

技术领域

本发明涉及机器人驱动机构，具体地说是一种可变形轮履耦合驱动机构。

背景技术

地震、海啸等意外事故的发生常常会导致建筑物倒塌产生废墟，搜救被埋在废墟下的幸存者是一项非常紧迫的任务。为了提高搜救效率，大力发展了搜救机器人技术。由于废墟内环境的杂乱无章，要求搜救机器人具有很好的越障能力，履带式搜救机器人是一种越障能力很强的机器人，但履带会增加机器人的体积，同时会影响机器人的行进速度。在狭小废墟环境中，其显得不够灵活。

发明内容

为了解决不同废墟内环境的复杂情况需要机器人更加灵活，行动自如，本发明的目的在于提供一种可变形轮履耦合驱动机构，用于机器人的驱动。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括支撑装置、驱动装置、摆臂装置及可变形履带，其中驱动装置包括驱动电机、传动装置及轮环，所述驱动电机安装在支撑装置上，该支撑装置的两侧均转动安装有所述轮环，两侧的所述轮环通过传动装置与驱动电机相连，通过所述驱动电机带动旋转，在每个所述轮环的外圆周面上均设有轮齿，所述可变形履带与该轮齿啮合，通过所述轮环驱动可变形履带；所述摆臂装置包括摆臂电机、丝杠、滑块、连杆、摆臂及摆臂轮，该摆臂电机安装在所述支撑装置上，输出端连接有丝杠，所述滑块螺纹连接于丝杠上，所述滑块的两侧均设有摆臂，每侧的所述摆臂的一端铰接在支撑装置上，另一端安装有与所述可变形履带抵接的摆臂轮，每侧的所述摆臂均通过连杆与滑块铰接，并随所述滑块的上下移动带动所述可变形履带变形。

其中：所述传动装置包括输入齿轮、传动齿轮A、大齿轮轴、传动齿轮B、传动齿轮C、小齿轮轴及输出齿轮，该输入齿轮连接于所述驱动电机的输出端，大齿轮轴转动安装在所述支撑装置上，两端分别连接有所述传动齿轮B、并在该大齿轮轴上安装有与所述输入齿轮啮合传动的传动齿轮A；所述支撑装置的两侧均设有安装在支撑装置上的小齿轮轴，每侧的所述小齿轮轴上均转动安装有与所述传动齿轮B啮合传动的传动齿轮C，每侧的所述轮环上均安装有与所述传动齿轮C啮合传动的输出齿轮；每侧的所述摆臂上均安装有辅助轮；

所述支撑装置上安装有丝杠底座，所述丝杠转动安装在该丝杠底座上，顶端通过联轴器与所述摆臂电机的输出端相连接；每侧的所述连杆的一端均铰接于滑块上，另一端与每侧的所述摆臂相铰接；

所述可变形履带包括可伸缩橡胶板、内履刺、外履刺、弹簧及弹簧固定件，该内履刺和外履刺分别固定于可伸缩橡胶板的内外两侧，各所述内履刺上均设有弹簧固定件，相邻两弹簧固定件之间通过所述弹簧相连，进而将各所述内履刺连接在一起；所述摆臂轮上设有凹槽，所述可变形履带与摆臂轮之间通过弹簧固定件容置于该凹槽内的配合进行导向；

所述支撑装置包括支撑板A、中间支撑架、支撑板B、支撑轮毂及支撑轴，该中间支撑架的每一侧均设有支撑板A、支撑板B及支撑轮毂，两侧的所述支撑板A的一端与支撑板B的一端通过所述中间支撑架连接在一起，两侧的所述支撑板A的另一端及两侧的所述支撑板B的另一端分别通过支撑轴连接在一起，两侧的所述支撑轮毂分别固定在每侧的支撑板B上。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明在轮式驱动的基础上，通过摆臂装置，带动履带变形，前后形成设定的角度来越障，方便自如。

2.本发明驱动轮机构可直接变为三角形，在废墟松软的地面上，增加机器人载体的稳定性。

3.本发明驱动轮机构轮式驱动机器人载体时，行进速度快，转向灵活。

4.本发明驱动轮机构作为一个独立的运动模块，可以实现多个模块并联工作，解决单模块驱动力小的问题。

5.本发明驱动轮机构结构简单、紧凑、模块化，易于安装，体积小，重量轻。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的内部结构示意图；

图3为本发明的支撑装置和摆臂装置的立体结构示意图；

图4为本发明驱动装置的内部结构示意图；

图5为本发明驱动装置和支撑装置的内部结构示意图；

图6为本发明摆臂装置和支撑装置的内部结构示意图；

图7为本发明摆臂装置和支撑装置的结构示意图；

图8为本发明驱动机构变为三角形的结构示意图；

图9为本发明可变形履带的结构示意图；

其中：1为支撑装置，2为驱动装置，3为摆臂装置，4为可变形履带，5为驱动底座，6为驱动电机，7为输入齿轮，8为传动齿轮A，9为齿轮轴，10为传动齿轮B，11为传动齿轮C，12为小齿轮轴，13为输出齿轮、14为轮环、15为轮齿、16为支撑板A、17为中间支撑架、18为支撑板B、19为支撑轮毂、20为支撑轴、21为摆臂底座、22为摆臂电机、23为联轴器、24为丝杠、25为滑块、26为丝杠底座、27为连杆、28为摆臂、29为摆臂轮、30为辅助轮、31为可伸缩橡胶板、32为内履刺、33为外履刺、34为弹簧、35为弹簧固定件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1所示，本发明包括支撑装置1、驱动装置2、摆臂装置3及可变形履带4，其中驱动装置2和摆臂装置3分别安装在支撑装置1上，可变形履带4安装在驱动装置2的轮齿15上，随着轮齿15转动。

如图2、图3、图5、图6及图7所示，支撑装置1包括支撑板A16、中间支撑架17、支撑板B18、支撑轮毂19及支撑轴20，其中支撑板A16、支撑板B18、支撑轮毂19及支撑轴20均为两个，中间支撑架17的每一侧均设有支撑板A16、支撑板B18及支撑轮毂19，两侧的支撑板A16的一端与支撑板B18的一端通过中间支撑架17连接在一起，两侧的支撑板A16的另一端及两侧的支撑板B18的另一端分别通过支撑轴20连接在一起，两侧的支撑轮毂19分别固定在每侧的支撑板B18上。

如图4、图5所示，驱动装置2包括驱动底座5、驱动电机6、传动装置、轮环14及轮齿15，该传动装置包括输入齿轮7、传动齿轮A8、大齿轮轴9、传动齿轮B10、传动齿轮C11、小齿轮轴12及输出齿轮1)，其中传动齿轮B10、传动齿轮C11、小齿轮轴12、输出齿轮13、轮环14及轮齿15均为两个，分别位于支撑装置1的两侧。驱动底座5固定在支撑装置1的支撑板A16上，驱动电机6安装在该驱动底座5上。驱动电机6的输出端连接有输入齿轮7，大齿轮轴9转动安装在支撑装置1的两个支撑板A16上，在大齿轮轴9上键连接有与输入齿轮7啮合传动的传动齿轮A8，并在大齿轮轴9的两端各键连接一个传动齿轮B10。大齿轮轴9作为支撑装置1中的一个支撑轴，即两侧的支撑板A16另一端是通过该大齿轮轴9连接在一起。每个小齿轮轴12均固定在每侧支撑板A16及支撑板B18上，每个小齿轮轴12上均转动安装有与传动齿轮B10啮合传动的传动齿轮C11。两侧的支撑轮毂19上均转动安装有轮环14，每个轮环14的内侧均固接有与传动齿轮C11啮合传动的输出齿轮13。在每个轮环14的外圆周面上均固定有轮齿15，可变形履带4与该轮齿15啮合，通过轮环14驱动可变形履带4。由于可变形轮体内部安装摆臂装置3，驱动轮采用分体设计，即采用两个轮齿15同时驱动可变形履带4，即两个轮齿15同时产生驱动力，设计了一种单轴齿轮式传递结构形式，由驱动装置2提供驱动力；安装在驱动底座5上的驱动电机6驱动输入齿轮7旋转，带动与之啮合的传动齿轮A8运动，通过大齿轮轴9传递到两侧的传动齿轮B10，各经与之啮合的传动齿轮C11到达两侧的输出齿轮13，输出齿轮13、轮环14、轮齿15为一体，两侧的轮齿15同时驱动可变形履带4旋转，产生驱动力。

如图3、图6～8所示，摆臂装置3包括摆臂底座21、摆臂电机22、联轴器23、丝杠24、滑块25、丝杠底座26、连杆27、摆臂28、摆臂轮29及辅助轮30，其中丝杠底座26、连杆27、摆臂28、摆臂轮29、辅助轮30均为两个。摆臂底座21安装在支撑装置1的中间支撑架17上，摆臂电机22固定在该摆臂底座21上；摆臂电机22的输出端与联轴器23的一端相连接，联轴器23的另一端连接丝杠24，两个丝杠底座26固定在支撑装置1的支撑板B18上，丝杠24转动安装在两个丝杠底座26上，在丝杠24上安装有滑块25。滑块25的每一侧均设有连杆27及摆臂28，两侧连杆27的一端分别与滑块25铰接，两侧连杆27的另一端分别与两个摆臂28铰接，每侧摆臂28的一端铰接在支撑装置1的支撑轴20上，另一端安装有与可变形履带4抵接的摆臂轮29，每侧的摆臂28上均安装有辅助轮30。本发明的形变是由摆臂装置3的运动实现的，两侧的摆臂28为同一摆臂电机22驱动，此结构精简对称，在狭小的驱动轮体内容易实现，节省空间，且双电机驱动容易导致控制复杂和不稳定性，对于模块化的驱动轮机构显得更为重要。安装在摆臂底座21上的摆臂电机22通过联轴器23驱动丝杠24旋转，丝杠24旋转带动其上的滑块25上下直线运动，连杆27在滑块25的作用下推动两侧的摆臂28展开或收回，固定在摆臂28末端的摆臂轮29展开或收回可变形履带4，达到驱动轮体变形的目的，辅助轮30在越障条件下可起到支撑作用。

如图8、图9所示，可变形履带4包括可伸缩橡胶板31、内履刺32、外履刺33、弹簧34及弹簧固定件35，可伸缩橡胶板31上的内外两侧每隔设定间距分别固定有内履刺32和外履刺33、呈同步带结构，各内履刺32上均设有弹簧固定件35，相邻两弹簧固定件35之间通过弹簧34相连，进而将各内履刺32连接在一起。可变形履带4自由状态时，弹簧34和可伸缩橡胶板31处于原状，周长短；当摆臂装置3的摆臂28外伸时，会拉伸可变形履带4，弹簧34和可伸缩橡胶板31被拉长，履带周长变长。弹簧固定件35在可变形履带4各内履刺32的中部，摆臂轮29上设有凹槽，固定弹簧34的同时，与摆臂轮29的凹槽配合(容置在凹槽内)，起到导向的作用。每隔设定间距的内履刺32与两个轮齿15啮合，同时驱动可变形履带4。

本发明的工作原理为：

驱动电机6工作，通过传动装置驱动两侧的轮环14旋转，进而通过轮环14上的轮齿15与可变形履带4上的内履刺32啮合，驱动可变形履带4。

在摆臂装置3的作用下，由摆臂电机22驱动丝杠24旋转，进而带动滑块25上下移动，驱动摆臂28打开或收回，使两侧摆臂28形成设定的角度便于越障、方便自如，实现本发明在轮形和履带三角形之间的转换，以适应不同地形。摆臂装置3驱动摆臂28外伸成三角形时，驱动装置2变为履带式驱动，提高机构的稳定性。

本发明的驱动轮机构(即两个轮环14)作为一个独立的运动模块，可以实现多个模块并联工作，解决单模块驱动力小的问题，模块化，便于组装拆卸。

Claims (6)

1.一种可变形轮履耦合驱动机构，其特征在于：包括支撑装置(1)、驱动装置(2)、摆臂装置(3)及可变形履带(4)，其中驱动装置(2)包括驱动电机(6)、传动装置及轮环(14)，所述驱动电机(6)安装在支撑装置(1)上，该支撑装置(1)的两侧均转动安装有所述轮环(14)，两侧的所述轮环(14)通过传动装置与驱动电机(6)相连，通过所述驱动电机(6)带动旋转，在每个所述轮环(14)的外圆周面上均设有轮齿(15)，所述可变形履带(4)与该轮齿(15)啮合，通过所述轮环(14)驱动可变形履带(4)；所述摆臂装置(3)包括摆臂电机(22)、丝杠(24)、滑块(25)、连杆(27)、摆臂(28)及摆臂轮(29)，该摆臂电机(22)安装在所述支撑装置(1)上，输出端连接有丝杠(24)，所述滑块(25)螺纹连接于丝杠(24)上，所述滑块(25)的两侧均设有摆臂(28)，每侧的所述摆臂(28)的一端铰接在支撑装置(1)上，另一端安装有与所述可变形履带(4)抵接的摆臂轮(29)，每侧的所述摆臂(28)均通过连杆(27)与滑块(25)铰接，并随所述滑块(25)的上下移动带动所述可变形履带(4)变形；

所述传动装置包括输入齿轮(7)、传动齿轮A(8)、大齿轮轴(9)、传动齿轮B(10)、传动齿轮C(11)、小齿轮轴(12)及输出齿轮(13)，该输入齿轮(7)连接于所述驱动电机(6)的输出端，大齿轮轴(9)转动安装在所述支撑装置(1)上，两端分别连接有所述传动齿轮B(10)、并在该大齿轮轴(9)上安装有与所述输入齿轮(7)啮合传动的传动齿轮A(8)；所述支撑装置(1)的两侧均设有安装在支撑装置(1)上的小齿轮轴(12)，每侧的所述小齿轮轴(12)上均转动安装有与所述传动齿轮B(10)啮合传动的传动齿轮C(11)，每侧的所述轮环(14)上均安装有与所述传动齿轮C(11)啮合传动的输出齿轮(13)。

2.按权利要求1所述的可变形轮履耦合驱动机构，其特征在于：每侧的所述摆臂(28)上均安装有辅助轮(30)。

3.按权利要求1或2所述的可变形轮履耦合驱动机构，其特征在于：所述支撑装置(1)上安装有丝杠底座(26)，所述丝杠(24)转动安装在该丝杠底座(26)上，顶端通过联轴器(23)与所述摆臂电机(22)的输出端相连接；每侧的所述连杆(27)的一端均铰接于滑块(25)上，另一端与每侧的所述摆臂(28)相铰接。

4.按权利要求1所述的可变形轮履耦合驱动机构，其特征在于：所述可变形履带(4)包括可伸缩橡胶板(31)、内履刺(32)、外履刺(33)、弹簧(34)及弹簧固定件(35)，该内履刺(32)和外履刺(33)分别固定于可伸缩橡胶板(31)的内外两侧，各所述内履刺(32)上均设有弹簧固定件(35)，相邻两弹簧固定件(35)之间通过所述弹簧(34)相连，进而将各所述内履刺(32)连接在一起。

5.按权利要求4所述的可变形轮履耦合驱动机构，其特征在于：所述摆臂轮(29)上设有凹槽，所述可变形履带(4)与摆臂轮(29)之间通过弹簧固定件(35)容置于该凹槽内的配合进行导向。

6.按权利要求1所述的可变形轮履耦合驱动机构，其特征在于：所述支撑装置(1)包括支撑板A(16)、中间支撑架(17)、支撑板B(18)、支撑轮毂(19)及支撑轴(20)，该中间支撑架(17)的每一侧均设有支撑板A(16)、支撑板B(18)及支撑轮毂(19)，两侧的所述支撑板A(16)的一端与支撑板B(18)的一端通过所述中间支撑架(17)连接在一起，两侧的所述支撑板A(16)的另一端及两侧的所述支撑板B(18)的另一端分别通过支撑轴(20)连接在一起，两侧的所述支撑轮毂(19)分别固定在每侧的支撑板B(18)上。