CN107114884B - 具有地形适应能力的全方位移动拉杆箱 - Google Patents

Abstract

一种具有地形适应能力的全方位移动拉杆箱，包括箱体、支撑转向座、控制器、姿态传感器、助行机构和行走机构，箱体安装在支撑转向座上，支撑转向座内设置有转向驱动机构，行走机构设置在支撑转向座的底部并与所述转向驱动机构连接，助行机构设置在箱体侧面，姿态传感器、助行机构和行走机构均与控制器连接，一组转向驱动机构对应一组行走机构。该拉杆箱可实现智能遥控和人工拖行两种运动模式，能遥控模式平坦路面采用轮式运动，非结构路面采用“四足”运动模式，与履带运动和飞行模式相比，耗电量低、运动能力强。

Description

具有地形适应能力的全方位移动拉杆箱

技术领域

本发明涉及一种能够适应地形能力的移动拉杆箱，属于拉杆箱技术领域。

背景技术

行李箱容量大、使用方便，是人们远行的优选用具。在传统拉杆箱的基础上，拉杆箱的改进、更新不断涌现。

中国专利文献CN106666964公开的《一种智能自走式行李箱》，通过在底部和侧面设置的可伸缩履带架，完成行李箱的跟随行走，通过设置飞行机架完成越障的工作，但是与轮式相比，不论是飞行模式还是履带式跟随其耗电量都比较大，该行李箱没有考虑电池电量不足情况下，行李箱的运动。

中国专利CN106490798A公开的《一种行李箱》，在箱体的侧面添加了可以帮助行李箱实现攀爬楼梯等有垂直或者水平运动距离的功能，能够节省人力，但是不能自主运动。

中国专利文献CN104824944A公开的《一种智能行李箱》，具有智能报警系统、智能跟随系统，采用电机为轮子提供动能，可以跟随行李主人的步伐进行运行，但是与传统行李箱类似，该行李箱不具有地形适应能力。

中国专利CN205285352U公开的《智能行李箱》，无需推拉，且既可载人又可控制自动行走，但是同样该行李箱不具有地形适应能力。

目前电动拉杆箱主要存在地形适应能力较差、耗电量较大、电池电量不足时的应对策略欠缺等问题。开发一种结构简单、地形适应能力强的全方位移动拉杆箱具有理论和实际意义。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有智能拉杆箱技术的不足，提供一种具有地形适应能力的全方位移动拉杆箱，该拉杆箱结构紧凑、具有较强的地形适应能力，可以实现智能遥控和人工拖行两种运动模式。

本发明具有地形适应能力的全方位移动拉杆箱，采用下述技术方案：

该拉杆箱，包括箱体、支撑转向座、控制器、姿态传感器、助行机构和行走机构，箱体安装在支撑转向座上，支撑转向座内设置有转向驱动机构，行走机构设置在支撑转向座的底部并与所述转向驱动机构连接，助行机构设置在箱体侧面，姿态传感器、助行机构和行走机构均与控制器连接。一组转向驱动机构对应一组行走机构。

所述转向驱动机构具有第一齿轮副，所述助行机构具有第一转动副和第二转动副，行走机构具有第三转动副、第四转动副和第二齿轮副，第一齿轮副以箱体的竖直方向(箱体Z₀方向，法向)为旋转轴,第一转动副、第二转动副、第三转动副、第四转动副和第二齿轮副均以箱体的水平方向(箱体X₀方向)为旋转轴。

所述转向驱动机构包括转向电机、转向从动轴和第一齿轮副，转向电机和转向从动轴固定在支撑架上上，转向电机的输出轴上安装有转向驱动齿轮，转向从动轴上安装有转向从动齿轮，转向驱动齿轮与转向从动齿轮啮合构成第一齿轮副。所述转向驱动机构上设置有旋转编码器。

所述助行机构，包括第一助行驱动电机、第一助行连杆、第二助行驱动电机、第二助行连杆和助行执行器；第一助行驱动电机连接在箱体一侧，第一助行驱动电机的输出轴与第一助行连杆的一端连接构成第一转动副；第二助行驱动电机固定在第一助行连杆的另一端，第二助行驱动电机的输出轴与第二助行连杆的一端连接构成第二转动副，第二助行连杆的另一端连接有助行执行器。所述第二助行连杆与末端执行器之间设置有缓冲器。所述助行执行器上装有缓冲橡胶垫。

所述行走机构，包括第一行走连杆、第一行走驱动电机、第二行走连杆、第二行走驱动电机、第三行走连杆、行走缓冲器、第四行走连杆和轮足机构；第一行走连杆的一端与支撑转向座中的转向驱动机构连接，第一行走连杆的另一端安装第一行走驱动电机，第一行走驱动电机的输出轴与第二行走连杆的一端连接构成第三转动副；第二行走连杆的另一端与安装第二行走驱动电机，第二行走驱动电机的输出轴与第三行走连杆的一端连接构成第四转动副，第三行走连杆的另一端与第四行走连杆连接，第四行走连杆连接在轮足机构上。所述第三行走连杆与第四行走连杆之间设置有行走缓冲器。

所述轮足机构，包括连接座、一体化轮、滚轮电机和第二齿轮副；一体化轮上的主轴安装在连接座中，一体化轮的主轴上安装有从动齿轮，滚轮电机安装在连接座上，滚轮电机的输出轴上安装有驱动齿轮，驱动齿轮与从动齿轮啮合构成第二齿轮副。

所述滚轮电机通过挡板安装在连接座上，连接座上设置有插入挡板的上止孔和下止孔，以实现驱动齿轮与从动齿轮分离与啮合。

所述一体化轮，包括滚轮和主轴，滚轮安装在主轴上。

智能遥控运动模式状态下，当上述拉杆箱在较为平坦路面运动时，行走机构下蹲至最低允许位置，滚轮电机驱动一体化轮滚动；转向电机和两个行走驱动电机根据姿态传感器的反馈信息，按照控制器的指令动作，从而调节行走机构各关节位置，适应地形变化，消除箱内物品晃动产生的扰动；助行机构中的两个驱动电机根据姿态传感器的反馈信息，按照控制器的指令动作以维持拉杆箱平衡。

当拉杆箱在台阶、起伏较大的路面运动时，滚轮电机抱死，一体化轮固定，助行机构与行走机构按照控制器的指令协同动作，构成“四足机器人”，通过控制转向电机的动作和“四足机器人”双侧差速运动实现拉杆箱运动方向的调整，从而实现其在台阶或者起伏较大的路面运动。

在拉杆箱电量不足或者机械故障时，各驱动电机自动抱死，进入人工拖行运动模式。此时，一体化轮自由滚动，做为普通无助力拉杆箱使用。

本发明与现有技术相比具有以下特点：

(1)可以实现智能遥控和人工拖行两种运动模式；

(2)智能遥控模式平坦路面采用轮式运动，非结构路面采用“四足”运动模式，与履带运动和飞行模式相比，耗电量低、运动能力强。

附图说明

图1是本发明具有地形适应能力的全方位移动拉杆箱的整体结构示意图。

图2是本发明中支撑转向组件的结构示意图。

图3是本发明中助行机构单臂的结构示意图。

图4是本发明中箱体的结构示意图。

图5是本发明中行走机构单腿的结构示意图。

图6是本发明中轮足支撑机构的结构示意图。

图7是本发明中动轮驱动电机安装支架的结构示意图。

图8是本发明中一体化轮示意图。

其中：11.支撑转向座，12.助行机构，13.箱体，14.行走机构；

21.转向从动轴，22.转向从动齿轮，23.第一套筒，24.第一圆锥滚子轴承，25.第二圆锥滚子轴承，26.第一止动垫圈，27.第一螺母，28.轴承支架，29.第一轴承端盖，210.旋转编码器支架，211.上架，212.旋转编码器，213.下架，214.运动控制器，215.姿态传感器，216.电池组，217.转向电机，218.转向驱动齿轮，219.第一齿轮副，220.带锁圈的螺钉锁紧挡圈，221.第二螺母，222.第一行走连杆接头，223.转向驱动机构；

31.第一助行驱动电机，32.第一转动副，33.第一助行连杆接头，34.第一助行连杆，35.第二助行电机座，36.第二助行驱动电机，37.第二助行连杆接头，38.第二助行连杆，39.助行连杆转换接头，310.助行缓冲器，311.助行执行器，312.缓冲橡胶垫，313.第二转动副，314.连接座；

41.壳体，42.伸缩拉杆，43.箱盖导向槽，44.箱盖运动导向体，45.箱盖把手，46.箱盖，47.箱盖卡槽；

51.第一行走连杆，52.第一行走驱动电机座，53.第一行走驱动电机，54.第三转动副，55.第二行走连杆接头，56.第二行走连杆，57.第二行走驱动电机座，58.第二行走驱动电机，59.第三行走连杆接头，510.第三行走连杆，511.行走连杆转换接头，512.行走缓冲器，513.轮足机构，514.第四行走连杆，515.第四转动副，516.限位卡环；

61.第三螺母，62.第二止动垫圈，63.第二轴承端盖II，64.第一深沟球轴承，65.第二套筒，66.连接座，67.第二深沟球轴承，68.第三轴承端盖，69.第三套筒，610.从动齿轮，611.一体化轮，612.第二齿轮副，613.驱动齿轮，614.滚轮电机，615.支架；

71.底座，72.下止孔，73.上止孔，74.插头，75.安装孔，76.挡板；

81.第四套筒，82.第四轴承端盖，83.第三深沟球轴承，84.滚轮，85.第五套筒，86.第四深沟球轴承，87.第五轴承端盖，88.第三止动垫圈，89.第四螺母，810.平键，811.键槽，812.主轴。

具体实施方式

如图1所示，本发明的具有地形适应能力的全方位移动拉杆箱，包括箱体13、支撑转向座11、运动控制器214、姿态传感器215、助行机构12和行走机构14。箱体13安装在支撑转向座11上。支撑转向座内11内设置有转向驱动机构223(参见图2)，支撑转向座11的底部设置有两组行走机构14，一组行走机构与一组转向驱动机构223连接。箱体13的两侧各设置一组助行机构12。运动控制器214和姿态传感器215均安装在支撑转向座11中。姿态传感器215以及助行机构12和行走机构14中的电动部件均与运动控制器214连接。

助行机构12具有两个以箱体13的X₀方向为旋转轴的主动自由度，分别是第一转动副32和第二转动副313。行走机构14具有一个以箱体13的Z₀方向(法向)为旋转轴的第一齿轮副219，两个以箱体13的X₀方向为旋转轴的主动自由度，分别是第三转动副54和第四转动副515，以及一个以箱体13的X₀方向为旋转轴的第二齿轮副612。

支撑转向座11的结构如图2所示，包括支撑架以及两组转向驱动机构223，一组转向驱动机构223对应一组行走机构14。支撑架由上架211和下架213通过螺栓固定连接而成，上架211扣合在下架213上。控制器214、姿态传感器215以及两组转向驱动机构223均安装在下架213上。箱体13固定在上架211上。支撑转向座11内还设置有两个电池组216，为电气部件供电。

所述转向驱动机构223，包括转向电机217、转向从动轴21和第一齿轮副219。转向电机217通过螺栓固定在下架213上，转向电机217的输出轴上安装有转向驱动齿轮218，轴端采用带锁圈的螺钉锁紧挡圈220和第二螺母221的方式固定。转向从动轴21通过轴承支架28安装在下架213上，并在轴承支架28内设置面对面安装的第一圆锥滚子轴承24和第二圆锥滚子轴承25，两个轴承通过第一套筒23、第一止动垫圈26、第一螺母27和第一轴承端盖29实现轴向定位。第一轴承端盖29上固定安装有旋转编码器支架210，旋转编码器支架210上固定有旋转编码器212。转向从动轴21上安装有转向从动齿轮22，转向驱动齿轮218与转向从动齿轮22啮合构成第一齿轮副219。转向从动轴21的下端固定有第一行走连杆接头222。

控制器214、姿态传感器215、电池组216、转向电机217和从动机构轴承支架28均安装在下架213上。控制器214固定在沿箱体13Y₀方向靠近坐标原点的一侧。姿态传感器215固定在箱体13的中心位置，两个电池组分别固定在沿箱体13的X₀方向的两个边缘侧。转向驱动机构223的转向电机217和轴承支架28均安装在沿箱体13的Y₀方向远离坐标原点的一侧，两者的相对位置由齿轮传动比决定，并且两个轴承支架28底面中心连线与第一助行驱动电机31轴线在沿箱体13的Y₀方向位置重合。

所述助行机构12，如图3所示，包括连接座314、第一助行驱动电机31、第一助行连杆接头33、第一助行连杆34、第二助行电机座35、第二助行驱动电机36、第二助行连杆接头37、第二助行连杆38、助行连杆转换接头39和助行执行器311。连接座314固定在箱体13的一侧。第一助行驱动电机31固定在连接座314上，其输出轴与第一助行连杆接头33固联构成第一转动副32。第一助行连杆34的一端与第一助行连杆接头33通过螺纹连接，另一端连接在第二助行电机座35上。第二助行驱动电机36固定在第二助行电机座35上，其输出轴与第二助行连杆接头37固联构成第二转动副313。第二助行连杆38一端与第二助行连杆接头37通过螺纹连接，另一端与助行连杆转换接头39通过螺纹连接。助行连杆转换接头39与助行执行器311之间安装有缓冲器310。助行执行器311的末端装有缓冲橡胶垫312。

箱体13的结构，如图4所示，包括壳体41、箱盖46和伸缩拉杆42。壳体41与上架211通过螺栓连接，其双侧边缘内表面设有箱盖导向槽43，下表面内侧设有箱盖卡槽47。箱盖46的双侧设有箱盖运动导向体44，箱盖运动导向体44与箱盖导向槽43配合，拉动箱盖把手45可以实现箱盖46的开启与闭合。伸缩拉杆42安装在壳体41的背面。

所述行走机构14的结构如图5所示，包括第一行走连杆51、第一行走驱动电机连接座52、第一行走驱动电机53、第二行走连杆接头55、第二行走连杆56、第二行走驱动电机座57、第二行走驱动电机58、第三行走连杆接头59、第三行走连杆510、行走连杆转换接头511、行走缓冲器512、第四行走连杆514和轮足机构513。第一行走连杆51的一端与第一行走连杆接头222螺纹连接固定在一起，这样第一行走连杆51就与支撑转向座11中的转向驱动机构223实现了连接。第一行走连杆51的另一端连接在第一行走驱动电机座52上。第一行走驱动电机53固定在第一行走驱动电机座52上，其输出轴与第二行走连杆接头55固连，构成第三转动副54。第二行走连杆56的一端与第二行走连杆接头55螺纹连接固定，其另一端连接在第二行走驱动电机座57上。第二行走连杆56上安装有限位卡环516。第二行走驱动电机58固定在第二行走驱动电机座57上，其输出轴与第三行走连杆接头59固联，构成第四转动副515。第三行走连杆510的一端与第三行走连杆接头59螺纹连接固定在一起，另一端与行走连杆转换接头511固连。行走连杆转换接头511通过行走缓冲器512与第四行走连杆514连接。第四行走连杆514连接在轮足机构513上(参见图6，具体是在连接座66上)。

轮足机构513的结构如图6所示，包括连接座66、一体化轮611、滚轮电机614和第二齿轮副612。一体化轮611的主轴812通过第一深沟球轴承64和第二深沟球轴承67安装在连接座66中，两个轴承的内圈轴向位置通过第二套筒65限定，外圈轴向分别受限于与第二轴承端盖63和第三轴承端盖68。一体化轮611的主轴812的轴端采用第二止动垫圈62与第三螺母61的固定方式。一体化轮611的主轴812上通过第三套筒69安装有从动齿轮610。滚轮电机614通过支架615安装在连接座66上，其输出轴上安装有驱动齿轮613，驱动齿轮613与从动齿轮610啮合，构成第二齿轮副612。

安装滚轮电机614的支架615如图7所示，包括设置于连接座66上的底座71和挡板76；底座71上设置有两个下止孔72和两个上止孔73；挡板76上设置有四个安装孔75，挡板76的一侧设置有插头74。滚轮电机614通过安装孔75固定安装在挡板76上，滚轮电机614的侧面与底座71紧贴。挡板76通过其上插头74插入底座71上的上止孔73时，驱动齿轮613与从动齿轮610啮合。挡板76通过其上插头74插入底座71上的下止孔72时，驱动齿轮613与从动齿轮610分离。

一体化轮611的结构如图8所示，包括滚轮84和主轴812。滚轮84通过第三深沟球轴承83和第四深沟球轴承86安装在主轴812上，轴承内圈通过第五套筒85轴向定位，外圈通过第四轴承端盖82和第五轴承端盖87轴向定位。主轴812通过第三止动垫圈88和第四螺母89实现轴端定位。主轴812上设置有键槽811，通过在键槽811内设置平键810限定从动齿轮610的径向位置。主轴812上设置第四套筒81以限定从动齿轮610的轴向位置。

各驱动电机采用抱闸式伺服驱动电机。

智能遥控运动模式状态下，当本发明的全方位移动拉杆箱在较为平坦路面运动时，行走机构14下蹲至最低允许位置，滚轮电机614通过挡板76上的插头74插入上止孔73，驱动齿轮613与从动齿轮610啮合，滚轮电机614驱动一体化轮611滚动。支撑转向座11中的转向电机217、行走机构14中的第一行走驱动电机53及第二行走驱动电机58根据姿态传感器215的反馈信息，按照控制器214的指令动作，从而调节行走机构14中各关节的位置，适应地形变化，消除箱内物品晃动产生的扰动。助行机构12中第一助行驱动电机31和第二助行驱动电机36根据姿态传感器215的反馈信息，按照控制器214的指令动作以维持整个拉杆箱平衡。

当本发明的全方位移动拉杆箱在台阶、起伏较大的路面运动时，将滚轮电机614通过挡板76上的插头74插入上止孔73，驱动齿轮613与从动齿轮610啮合，滚轮电机614抱死，一体化轮611固定，助行机构12与行走机构14按照控制器214的指令协同动作，构成“四足机器人”，通过控制转向电机217的动作和“四足机器人”双侧差速运动实现拉杆箱运动方向的调整，从而实现其在台阶或者起伏较大的路面运动。

在拉杆箱电量不足或者机械故障时，各驱动电机自动抱死，进入人工拖行运动模式。此时，将滚轮电机614通过挡板76上的插头74插入下止孔72，驱动齿轮613与从动齿轮610分离，一体化轮611自由滚动，本发明拉杆箱可做普通无助力拉杆箱使用。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种具有地形适应能力的全方位移动拉杆箱，包括箱体、支撑转向座、控制器、姿态传感器、助行机构和行走机构，其特征是：箱体安装在支撑转向座上，支撑转向座内设置有转向驱动机构，行走机构设置在支撑转向座的底部并与所述转向驱动机构连接，助行机构设置在箱体侧面，姿态传感器、助行机构和行走机构均与控制器连接；

所述行走机构，包括第一行走连杆、第一行走驱动电机、第二行走连杆、第二行走驱动电机、第三行走连杆、行走缓冲器、第四行走连杆和轮足机构；第一行走连杆的一端与支撑转向座中的转向驱动机构连接，第一行走连杆的另一端安装第一行走驱动电机，第一行走驱动电机的输出轴与第二行走连杆的一端连接构成第三转动副；第二行走连杆的另一端与安装第二行走驱动电机，第二行走驱动电机的输出轴与第三行走连杆的一端连接构成第四转动副，第三行走连杆的另一端与第四行走连杆连接，第四行走连杆连接在轮足机构上；所述第三行走连杆与第四行走连杆之间设置有行走缓冲器；

所述轮足机构，包括连接座、一体化轮、滚轮电机和第二齿轮副；一体化轮上的主轴安装在连接座中，一体化轮的主轴上安装有从动齿轮，滚轮电机安装在连接座上，滚轮电机的输出轴上安装有驱动齿轮，驱动齿轮与从动齿轮啮合构成第二齿轮副；

所述滚轮电机通过挡板安装在连接座上，连接座上设置有插入挡板的上止孔和下止孔，以实现驱动齿轮与从动齿轮分离与啮合。

2.根据权利要求1所述的具有地形适应能力的全方位移动拉杆箱，其特征是：所述转向驱动机构包括转向电机、转向从动轴和第一齿轮副，转向电机和转向从动轴固定在支撑架上，转向电机的输出轴上安装有转向驱动齿轮，转向从动轴上安装有转向从动齿轮，转向驱动齿轮与转向从动齿轮啮合构成第一齿轮副；所述转向驱动机构上设置有旋转编码器。

3.根据权利要求1所述的具有地形适应能力的全方位移动拉杆箱，其特征是：所述助行机构，包括第一助行驱动电机、第一助行连杆、第二助行驱动电机、第二助行连杆和助行执行器；第一助行驱动电机连接在箱体一侧，第一助行驱动电机的输出轴与第一助行连杆的一端连接构成第一转动副；第二助行驱动电机固定在第一助行连杆的另一端，第二助行驱动电机的输出轴与第二助行连杆的一端连接构成第二转动副，第二助行连杆的另一端连接有助行执行器；所述第二助行连杆与末端执行器之间设置有缓冲器。

4.根据权利要求3所述的具有地形适应能力的全方位移动拉杆箱，其特征是：所述助行执行器上装有缓冲橡胶垫。

5.根据权利要求1所述的具有地形适应能力的全方位移动拉杆箱，其特征是：所述一体化轮，包括滚轮和主轴，滚轮安装在主轴上。

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