CN107054463B - 一种基于离心力离合的带转向的驱动平台 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机器人行走技术领域，尤其涉及一种基于离心力离合的带转向的驱动平台，它包括承载平台、驱动机构，其中两个对称的驱动机构分别位于承载平台下侧的两端；机器人进行工作时，驱动电机通电进行转动，电机转轴转动；电机转轴带动第一驱动块转动；第一驱动块转动带动驱动环齿转动；驱动环齿带动传动齿转动；传动齿带动驱动轴转动；驱动轴带动行走轮转动；进而整个机器人向前直线运动；本发明承载平台所安装的两个驱动机构仅能够单向行驶和单向转向，所以平台只具有前进的功能不具有后退功能，向一个方向转向时通过调节前驱动机构转向，使得整个承载平台转向；向另一个方向转向时通过调节后驱动机构转向，使得整个承载平台转向。
Description
技术领域
本发明属于机器人行走技术领域，尤其涉及一种基于离心力离合的带转向的驱动平台。
背景技术
目前机器人行走平台多使用多个电机控制机器人的运动，这样无疑会加大机器人行走平台生产成本，同时多个电机的使用会增加机器人的故障率，如果机器人上其中一个电机损坏的话，会使机器人行走平台无法正常工作，这样会给国家、企业和个人带来不必要的经济损失，所以就需要一种靠一个电机驱动机器人行走平台运动的发明。
本发明设计一种基于离心力离合的带转向的驱动平台解决如上问题。
发明内容
为解决现有技术中的上述缺陷，本发明公开一种基于离心力离合的带转向的驱动平台，它是采用以下技术方案来实现的。
一种基于离心力离合的带转向的驱动平台，其特征在于：它包括承载平台、驱动机构，其中两个对称的驱动机构分别位于承载平台下侧的两端。
上述驱动机构包括固定圆环、行走轮、第一连接板、驱动电机、驱动轴、支撑杆、支撑板、传动齿、第一环形导槽、第二环形导槽、圆环槽、第一连接块、第二连接块、涡卷弹簧、支撑块、第二连接板、第一驱动块、电机转轴、第二传动轴、驱动连接块、第二驱动块、驱动环齿、弧形导板、弧形连接板、导向圆环、弧形导块、弹簧槽，其中驱动电机安装在承载平台的下端面上；电机转轴的下端面开有圆形孔，电机转轴下端的外圆面上开有方形通孔；固定圆环下侧端面上开有圆环槽；圆环槽内环面的上端开有第二环形导槽；固定圆环的下端面上开有环形槽，环形槽径向方向靠里环面和径向方向靠外环面上均开有第一环形导槽；固定圆环的上端面安装有两个对称的支撑杆，固定圆环通过两个支撑杆安装在承载平台的下侧；驱动环齿的上端面上安装有导向圆环，且导向圆环的外圆面位于驱动环齿外圆面的外侧；驱动环齿通过导向圆环与第二环形导槽的配合安装在固定圆环的下侧；弧形导板的上端安装有弧形连接板，弧形导块安装在弧形连接板的上端；弧形导板通过弧形导块与两个第一环形导槽的配合安装在固定圆环的下侧，且弧形导板位于驱动环齿的下端；第一连接块的上端安装在弧形导板的下端面上；第二连接块的一端为圆环状，第二连接块上非圆环状的一端安装在第一连接板的下端，第二连接块上圆环状的一端安装有第二传动轴；且第二传动轴的上端安装在电机转轴下端的圆形孔中；第一驱动块的一端的端面上开有齿牙，第一驱动块的另一端穿过电机转轴上的方形通孔；电机转轴伸出电机壳的一段内部中空；圆形孔与电机转轴中空交接处具有凸台，第二传动轴顶端与凸台配合；第一驱动块上开有齿牙的一端与驱动环齿配合；第一驱动块的两侧对称安装有两个固定块；且两个固定块位于电机转轴的内侧；两个固定块与电机转轴内圆面之间均安装有一个弹簧；第一驱动块上未开齿牙的一端安装有驱动连接块；第二驱动块的一端开有齿牙，另一端安装在驱动连接块下端的侧面上；第二驱动块上开有齿牙的一端与弧形导板配合；第二连接板的一端为圆柱形状；第二连接板上圆柱形状一端的上端面上开有弹簧槽；第二连接板的另一端安装有第一连接板；第二连接板通过第一连接板安装在承载平台的下侧；弹簧槽的内圆面和第二传动轴之间安装有涡卷弹簧，且涡卷弹簧的内端安装在第二传动轴的外圆面上，涡卷弹簧的外端安装在弹簧槽的内圆面上；支撑块的侧面开有圆形通孔；支撑块的上端安装在第二传动轴的下端；驱动轴穿过支撑块上的圆形通孔；驱动轴的两端分别安装有一个行走轮；传动齿安装在驱动轴上，且传动齿位于第二连接块的另一侧，传动齿与驱动环齿啮合。
作为本技术的进一步改进，上述弹簧为压缩弹簧。
作为本技术的进一步改进，上述支撑块与驱动轴之间通过轴承安装。
作为本技术的进一步改进，上述作为两个支撑杆的替换方案为三个支撑杆。
相对于传统的机器人驱动技术，本发明中机器人具有行走和转向的功能。
本发明承载平台所安装的两个驱动机构仅能够单向行驶和单向转向，所有平台只具有前进的功能不具有后退功能，向一个方向转向时通过调节前驱动机构转向，使得整个承载平台转向；向另一个方向转向时通过调节后驱动机构转向，使得整个承载平台转向。
本发明中通过安装在固定圆环上端的两个支撑杆对固定圆环起到了支撑固定的作用；安装在第二连接板上端的第一连接板对第二连接板起到了支撑固定的作用；涡卷弹簧的内端安装在第二传动轴的外圆面上，涡卷弹簧的外端安装在第二连接板上弹簧槽的内圆面上；第二连接板通过第一连接板安装在承载平台的下端；当涡卷弹簧处于压缩状态时能够给第二传动轴提供一个恢复力；第一驱动块未开有齿牙的一端穿过电机转轴上的方形通孔，第一驱动块上开有齿牙的一端与驱动环齿啮合；传动齿与驱动环齿啮合；传动齿固定安装在驱动轴上，驱动轴的两端分别安装有一个行走轮；通过驱动电机可以依次带动第一驱动块、驱动环齿、传动齿、驱动轴和行走轮转动；驱动连接块的上端安装在第一驱动块一端；第二驱动块未开齿牙的一端安装在驱动连接块下端的侧面；第二驱动块的重量大于第一驱动块；当驱动电机转动速度不断提高，第二驱动块的离心力逐渐大于第一驱动快的离心力和弹簧的拉力，第一驱动块和第二驱动块会沿着方形通孔在离心作用下向第二驱动块方向移动；驱动轴穿过支撑块上的圆形通孔；支撑块的上端安装有第二传动轴；第二连接块上圆环状的一端与第二传动轴连接；第一连接块的下端与第二连接块的另一端连接；第一连接块的上端安装在弧形导板的下端；弧形导板的上端安装有弧形连接板；弧形连接板的上端安装有弧形导块；当第二驱动块在离心力作用下横移并与弧形导板接触时，通过弧形导块与第一环形导槽的配合弧形导板可以依次带动弧形连接板、第一连接块、第二连接块、第二传动轴、支撑块和驱动轴绕着第二传动轴轴线转动；当电机转速下降后，安装在固定块与电机转轴之间的弹簧处于拉伸状态时能够给第一驱动块提供一个恢复力。当驱动电机转动速度下降的过程中，第二驱动块的离心力逐渐小于第一驱动快的离心力和弹簧的拉力，此时第一驱动块和第二驱动块会沿着方形通孔在离心作用下向第一驱动块方向移动；此时再次加大驱动电机转动速度，当第二驱动块的离心力逐渐大于第一驱动快的离心力和弹簧的拉力，第一驱动块和第二驱动块会再次沿着方形通孔在离心作用下向第二驱动块方向移动。
机器人进行工作时，第一驱动块与驱动环齿处于啮合；驱动电机通电进行转动，电机转轴转动；电机转轴带动第一驱动块绕电机转轴轴线转动；第一驱动块转动带动驱动环齿转动；驱动环齿带动传动齿转动；传动齿带动驱动轴转动；驱动轴带动行走轮转动；进而整个机器人向前直线运动；当机器人需要转向时，通过加大驱动电机转速；通过离心作用使得第二驱动块径向方向向外移动直到与弧形导板接触啮合；同时安装在第一驱动快与电机转轴上的弹簧被压缩；第二驱动块转动的同时带动弧形导板围绕电机转轴轴线转动；弧形导板带动第一连接块围绕电机转轴轴线转动；第一连接块带动第二连接块围绕电机转轴轴线转动；第二连接块带动第二传动轴转动；第二传动轴带动支撑块围绕电机转轴轴线转动；支撑块带动驱动轴围绕电机转轴轴线转动；驱动轴带动行走轮围绕电机转轴轴线转动；在第二传动轴转动的同时安装在弹簧槽和第二传动轴之间的涡卷弹簧上力；在驱动轴转动小角度后给驱动电机降速，当驱动电机转动速度下降的过程中，第二驱动块的离心力逐渐小于第一驱动快的离心力和弹簧的拉力，此时第一驱动块和第二驱动块会沿着方形通孔在离心作用下向第一驱动块方向移动；当第一驱动块与驱动环齿快要接触时再次加大驱动电机转动速度，当第二驱动块的离心力逐渐大于第一驱动快的离心力和弹簧的拉力，第一驱动块和第二驱动块会再次沿着方形通孔在离心作用下向第二驱动块方向移动；通过间歇传动实现机器人转向的功能；当转向完成后；通过对驱动电机减速，当第一驱动块受到的离心力小于弹簧的恢复力时，第一驱动块逐渐移动到与驱动环齿接触啮合；此时第二驱动块与弧形导板分离；同时第二传动轴在涡卷弹簧恢复力的作用下向相反的方向转动，进而依次带动支撑块、驱动轴和行走轮转动，使得行走轮回正；从而通过电机转轴带动第一驱动块转动使得机器人可以继续直线运动。
附图说明
图1是整体部件外观示意图。
图2是驱动机构结构示意图。
图3是固定圆环结构示意图。
图4是行走轮安装示意图。
图5是驱动环齿安装示意图。
图6是弧形导板安装示意图。
图7是涡卷弹簧安装示意图。
图8是第二驱动块安装示意图。
图9是传动齿安装示意图。
图10是行走平台转向原理示意图。
图11是行走平台运动原理示意图。
图中标号名称：1、固定圆环；2、承载平台；3、行走轮；4、驱动机构；5、第一连接板；6、驱动电机；7、驱动轴；8、支撑杆；9、支撑板；10、传动齿；11、第一环形导槽；12、第二环形导槽；13、圆环槽；14、第一连接块；15、第二连接块；16、涡卷弹簧；17、支撑块；18、第二连接板；19、第一驱动块；20、电机转轴；21、第二传动轴；22、驱动连接块；23、第二驱动块；24、驱动环齿；25、弧形导板；26、弧形连接板；27、导向圆环；28、弧形导块；29、弹簧槽；31、环形槽、32固定块；33、弹簧。
具体实施方式
如图1所示，它包括承载平台2、驱动机构4，其中两个对称的驱动机构4分别位于承载平台2下侧的两端。
如图2、4所示，上述驱动机构4包括固定圆环1、行走轮3、第一连接板5、驱动电机6、驱动轴7、支撑杆8、支撑板9、传动齿10、第一环形导槽11、第二环形导槽12、圆环槽13、第一连接块14、第二连接块15、涡卷弹簧16、支撑块17、第一驱动块19、电机转轴20、第二传动轴21、驱动连接块22、第二驱动块23、驱动环齿24、弧形导板25、弧形连接板26、导向圆环27、弧形导块28、弹簧槽29、第二连接板18，如图1所示，其中驱动电机6安装在承载平台2的下端面上；电机转轴20的下端面开有圆形孔，电机转轴20下端的外圆面上开有方形通孔；如图3所示，固定圆环1下侧端面上开有圆环槽13；圆环槽13内环面的上端开有第二环形导槽12；固定圆环1的下端面上开有环形槽31，环形槽31径向方向靠里环面和径向方向靠外环面上均开有第一环形导槽11；如图2所示，固定圆环1的上端面安装有两个对称的支撑杆8，固定圆环1通过两个支撑杆8安装在承载平台2的下侧；如图5所示，驱动环齿24的上端面上安装有导向圆环27，且导向圆环27的外圆面位于驱动环齿24外圆面的外侧；驱动环齿24通过导向圆环27与第二环形导槽12的配合安装在固定圆环1的下侧；如图6所示，弧形导板25的上端安装有弧形连接板26，如图8所示，弧形导块28安装在弧形连接板26的上端；如图4所示，弧形导板25通过弧形导块28与两个第一环形导槽11的配合安装在固定圆环1的下侧，且弧形导板25位于驱动环齿24的下端；第一连接块14的上端安装在弧形导板25的下端面上；第二连接块15的一端为圆环状，第二连接块15上非圆环状的一端安装在第一连接板5的下端，第二连接块15上圆环状的一端安装有第二传动轴21；如图4所示，且第二传动轴21的上端安装在电机转轴20下端的圆形孔中；第一驱动块19的一端的端面上开有齿牙，第一驱动块19的另一端穿过电机转轴20上的方形通孔；电机转轴20伸出电机壳的一段内部中空；圆形孔与电机转轴20中空交接处具有凸台，第二传动轴21顶端与凸台配合；第一驱动块19上开有齿牙的一端与驱动环齿24配合；第一驱动块19的两侧对称安装有两个固定块；且两个固定块位于电机转轴20的内侧；两个固定块与电机转轴20内圆面之间均安装有一个弹簧；第一驱动块19上未开齿牙的一端安装有驱动连接块22；如图9所示，第二驱动块23的一端开有齿牙，另一端安装在驱动连接块22下端的侧面上；第二驱动块23上开有齿牙的一端与弧形导板25配合；第二连接板18的一端为圆柱形状；如图7所示，第二连接板18上圆柱形状一端的上端面上开有弹簧槽29；第二连接板18的另一端安装有第一连接板5；第二连接板18通过第一连接板5安装在承载平台2的下侧；弹簧槽29的内圆面和第二传动轴21之间安装有涡卷弹簧16，且涡卷弹簧16的内端安装在第二传动轴21的外圆面上，涡卷弹簧16的外端安装在弹簧槽29的内圆面上；如图4所示，支撑块17的侧面开有圆形通孔；支撑块17的上端安装在第二传动轴21的下端；驱动轴7穿过支撑块17上的圆形通孔；驱动轴7的两端分别安装有一个行走轮3；传动齿10安装在驱动轴7上，且传动齿10位于第二连接块15的另一侧，传动齿10与驱动环齿24啮合。
上述弹簧为压缩弹簧。
上述支撑块17与驱动轴7之间通过轴承安装。
上述作为两个支撑杆8的替换方案为三个支撑杆8。
综上所述：
本发明中机器人具有行走和转向的功能。
本发明承载平台2所安装的两个驱动机构4仅能够单向行驶和单向转向，所有平台只具有前进的功能不具有后退功能，如图10所示，向一个方向转向时通过调节前驱动机构4转向，使得整个承载平台2转向；如图11所示，向另一个方向转向时通过调节后驱动机构4转向，使得整个承载平台2转向。
本发明中通过安装在固定圆环1上端的两个支撑杆8对固定圆环1起到了支撑固定的作用；安装在第二连接板18上端的第一连接板5对第二连接板18起到了支撑固定的作用；涡卷弹簧16的内端安装在第二传动轴21的外圆面上，涡卷弹簧16的外端安装在第二连接板18上弹簧槽29的内圆面上；第二连接板18通过第一连接板5安装在承载平台2的下端；当涡卷弹簧16处于压缩状态时能够给第二传动轴21提供一个恢复力；第一驱动块19未开有齿牙的一端穿过电机转轴20上的方形通孔，第一驱动块19上开有齿牙的一端与驱动环齿24啮合；传动齿10与驱动环齿24啮合；传动齿10固定安装在驱动轴7上，驱动轴7的两端分别安装有一个行走轮3；通过驱动电机6可以依次带动第一驱动块19、驱动环齿24、传动齿10、驱动轴7和行走轮3转动；驱动连接块22的上端安装在第一驱动块19一端；第二驱动块23未开齿牙的一端安装在驱动连接块22下端的侧面；第二驱动块23的重量大于第一驱动块19；当驱动电机6转动速度不断提高，第二驱动块23的离心力逐渐大于第一驱动快的离心力和弹簧的拉力，第一驱动块19和第二驱动块23会沿着方形通孔在离心作用下向第二驱动块23方向移动；驱动轴7穿过支撑块17上的圆形通孔；支撑块17的上端安装有第二传动轴21；第二连接块15上圆环状的一端与第二传动轴21连接；第一连接块14的下端与第二连接块15的另一端连接；第一连接块14的上端安装在弧形导板25的下端；弧形导板25的上端安装有弧形连接板26；弧形连接板26的上端安装有弧形导块28；当第二驱动块23在离心力作用下横移并与弧形导板25接触时，通过弧形导块28与第一环形导槽11的配合弧形导板25可以依次带动弧形连接板26、第一连接块14、第二连接块15、第二传动轴21、支撑块17和驱动轴7绕着第二传动轴21轴线转动；当电机转速下降后，安装在固定块与电机转轴20之间的弹簧处于拉伸状态时能够给第一驱动块19提供一个恢复力。当驱动电机6转动速度下降的过程中，第二驱动块23的离心力逐渐小于第一驱动快的离心力和弹簧的拉力，此时第一驱动块19和第二驱动块23会沿着方形通孔在离心作用下向第一驱动块19方向移动；此时再次加大驱动电机6转动速度，当第二驱动块23的离心力逐渐大于第一驱动快的离心力和弹簧的拉力，第一驱动块19和第二驱动块23会再次沿着方形通孔在离心作用下向第二驱动块23方向移动。
机器人进行工作时，第一驱动块19与驱动环齿24处于啮合；驱动电机6通电进行转动，如图10的a、图11的a所示，电机转轴20转动；电机转轴20带动第一驱动块19绕电机转轴20轴线转动；第一驱动块19转动带动驱动环齿24转动；驱动环齿24带动传动齿10转动；传动齿10带动驱动轴7转动；驱动轴7带动行走轮3转动；进而整个机器人向前直线运动；如图10的b、图11的b所示，当机器人需要转向时，通过加大驱动电机6转速；通过离心作用使得第二驱动块23径向方向向外移动直到与弧形导板25接触啮合；同时安装在第一驱动快与电机转轴20上的弹簧被压缩；第二驱动块23转动的同时带动弧形导板25围绕电机转轴20轴线转动；弧形导板25带动第一连接块14围绕电机转轴20轴线转动；第一连接块14带动第二连接块15围绕电机转轴20轴线转动；第二连接块15带动第二传动轴21转动；第二传动轴21带动支撑块17围绕电机转轴20轴线转动；支撑块17带动驱动轴7围绕电机转轴20轴线转动；驱动轴7带动行走轮3围绕电机转轴20轴线转动；在第二传动轴21转动的同时安装在弹簧槽29和第二传动轴21之间的涡卷弹簧16上力；在驱动轴7转动小角度后给驱动电机6降速，当驱动电机6转动速度下降的过程中，第二驱动块23的离心力逐渐小于第一驱动快的离心力和弹簧的拉力，此时第一驱动块19和第二驱动块23会沿着方形通孔在离心作用下向第一驱动块19方向移动；当第一驱动块19与驱动环齿24快要接触时再次加大驱动电机6转动速度，当第二驱动块23的离心力逐渐大于第一驱动快的离心力和弹簧的拉力，第一驱动块19和第二驱动块23会再次沿着方形通孔在离心作用下向第二驱动块23方向移动；通过间歇传动实现机器人转向的功能；如图10的c、图11的c所示，当转向完成后；通过对驱动电机6减速，当第一驱动块19受到的离心力小于弹簧的恢复力时，第一驱动块19逐渐移动到与驱动环齿24接触啮合；此时第二驱动块23与弧形导板25分离；同时第二传动轴21在涡卷弹簧16恢复力的作用下向相反的方向转动，进而依次带动支撑块17、驱动轴7和行走轮3转动，使得行走轮3回正；从而通过电机转轴20带动第一驱动块19转动使得机器人可以继续直线运动。
Claims (4)
1.一种基于离心力离合的带转向的驱动平台，其特征在于：它包括承载平台、驱动机构，其中两个对称的驱动机构分别位于承载平台下侧的两端；
上述驱动机构包括固定圆环、行走轮、第一连接板、驱动电机、驱动轴、支撑杆、支撑板、传动齿、第一环形导槽、第二环形导槽、圆环槽、第一连接块、第二连接块、涡卷弹簧、支撑块、第二连接板、第一驱动块、电机转轴、第二传动轴、驱动连接块、第二驱动块、驱动环齿、弧形导板、弧形连接板、导向圆环、弧形导块、弹簧槽，其中驱动电机安装在承载平台的下端面上；电机转轴的下端面开有圆形孔，电机转轴下端的外圆面上开有方形通孔；固定圆环下侧端面上开有圆环槽；圆环槽内环面的上端开有第二环形导槽；固定圆环的下端面上开有环形槽，环形槽径向方向靠里环面和径向方向靠外环面上均开有第一环形导槽；固定圆环的上端面安装有两个对称的支撑杆，固定圆环通过两个支撑杆安装在承载平台的下侧；驱动环齿的上端面上安装有导向圆环，且导向圆环的外圆面位于驱动环齿外圆面的外侧；驱动环齿通过导向圆环与第二环形导槽的配合安装在固定圆环的下侧；弧形导板的上端安装有弧形连接板，弧形导块安装在弧形连接板的上端；弧形导板通过弧形导块与两个第一环形导槽的配合安装在固定圆环的下侧，且弧形导板位于驱动环齿的下端；第一连接块的上端安装在弧形导板的下端面上；第二连接块的一端为圆环状，第二连接块上非圆环状的一端安装在第一连接板的下端，第二连接块上圆环状的一端安装有第二传动轴；且第二传动轴的上端安装在电机转轴下端的圆形孔中；第一驱动块的一端的端面上开有齿牙，第一驱动块的另一端穿过电机转轴上的方形通孔；电机转轴伸出电机壳的一段内部中空；圆形孔与电机转轴中空交接处具有凸台，第二传动轴顶端与凸台配合；第一驱动块上开有齿牙的一端与驱动环齿配合；第一驱动块的两侧对称安装有两个固定块；且两个固定块位于电机转轴的内侧；两个固定块与电机转轴内圆面之间均安装有一个弹簧；第一驱动块上未开齿牙的一端安装有驱动连接块；第二驱动块的一端开有齿牙，另一端安装在驱动连接块下端的侧面上；第二驱动块上开有齿牙的一端与弧形导板配合；第二连接板的一端为圆柱形状；第二连接板上圆柱形状一端的上端面上开有弹簧槽；第二连接板的另一端安装有第一连接板；第二连接板通过第一连接板安装在承载平台的下侧；弹簧槽的内圆面和第二传动轴之间安装有涡卷弹簧，且涡卷弹簧的内端安装在第二传动轴的外圆面上，涡卷弹簧的外端安装在弹簧槽的内圆面上；支撑块的侧面开有圆形通孔；支撑块的上端安装在第二传动轴的下端；驱动轴穿过支撑块上的圆形通孔；驱动轴的两端分别安装有一个行走轮；传动齿安装在驱动轴上，且传动齿位于第二连接块的另一侧，传动齿与驱动环齿啮合。
2.根据权利要求1所述的一种基于离心力离合的带转向的驱动平台，其特征在于：上述弹簧为压缩弹簧。
3.根据权利要求1所述的一种基于离心力离合的带转向的驱动平台，其特征在于：上述支撑块与驱动轴之间通过轴承安装。
4.根据权利要求1所述的一种基于离心力离合的带转向的驱动平台，其特征在于：作为两个支撑杆的替换方案，支撑杆数为三个。
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