CN107128375B - 一种轮履切换的移动底盘 - Google Patents

Abstract

本发明涉及移动机器人领域，尤其是一种轮履切换的移动底盘，其不同之处在于：其包括连接座；设于连接座上端的安装平台；对称设于连接座两侧的两组轮式移动件，每组轮式移动件包括靠近连接座前端设置的前轮组件、及靠近连接座后端设置的后轮组件，前轮组件和连接座之间还连接有减震部，后轮组件能相对于连接座收起或放下；及设于连接座下方的履带移动件，履带移动件包括支撑体及设于支撑体两侧的两个履带组件，支撑体的前端通过第一收放驱动部与连接座的前端连接，支撑体的后端与连接座的后端铰接，在第一收放驱动部的驱动下，支撑体能相对于连接座转动。本发明既适用于平坦的地面环境，又适用于攀爬台阶，且运动速度快。

Description

一种轮履切换的移动底盘

技术领域

本发明涉及移动机器人领域，尤其是一种轮履切换的移动底盘。

背景技术

地面移动机器人是可以替代或辅助人类完成某些重复性或危险性工作的自动化操作设备，其基本载体是移动底盘，它是实现机器人整机运动的关键单机。特别是在某些特殊场合，受到运动空间和地面环境等因素的限制，希望移动机器人尺寸足够小，适应性强，因此要求移动底盘在满足负载能力的条件下，具有较小的尺寸和较强的适应性。

现有的机器人移动底盘多采用单一履带式或轮式的行走结构；履带式底盘结构复杂、速度低缓、转弯时因两侧履带差速会对地面造成划痕；而轮式底盘的地面适应性较差，仅适宜平坦的地面环境，面对台阶和高于轮径一半的障碍物就有明显劣势。也有使用多组轮腿结合的底盘以提高其地面适应性，但腿的存在大大削弱了移动底盘的执行速度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种轮履切换的移动底盘，具有履带式和轮式两套行走执行机构，两套行走执行机构便于切换，既适用于平坦的地面环境，又适用于攀爬台阶，且运动速度快。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：一种轮履切换的移动底盘，其不同之处在于：

其包括连接座；

设于所述连接座上端的安装平台；

对称设于所述连接座两侧的两组轮式移动件，每组所述轮式移动件包括靠近所述连接座前端设置的前轮组件、及靠近所述连接座后端设置的后轮组件，所述前轮组件和所述连接座之间还连接有减震部，所述后轮组件能相对于所述连接座收起或放下；

及

设于所述连接座下方的履带移动件，所述履带移动件包括支撑体及设于所述支撑体两侧的两个履带组件，所述支撑体的前端通过第一收放驱动部与所述连接座的前端连接，所述支撑体的后端与所述连接座的后端铰接，在所述第一收放驱动部的驱动下，所述支撑体能相对于所述连接座转动。

按以上技术方案，所述安装平台能相对于所述连接座上下移动、前后移动、及在竖直平面内转动。

按以上技术方案，所述安装平台和所述连接座通过连杆机构连接；或，所述安装平台和所述连接座通过旋转关节连接；或，所述安装平台和所述连接座通过旋转关节和直线导轨连接。

按以上技术方案，所述连杆机构包括一个主推杆、对称设置的两个前推杆、及对称设置的两个后推杆，所述主推杆的上端与所述安装平台后端中部铰接，所述主推杆的下端与连接座的前端中部铰接，所述前推杆的上端与所述安装平台的前端侧部铰接，所述前推杆的下端与所述连接座的中部侧部铰接，所述后推杆的上端与所述安装平台的后端侧部铰接，所述后推杆的下端与所述连接座的后端侧部铰接。

按以上技术方案，所述前轮组件包括前轮支撑、前轮体和驱动前轮体转动的第一转动驱动部，所述前轮支撑的上端与所述连接座铰接，所述前轮支撑的下端设置有所述前轮体，所述减震部的上端与所述连接座连接，所述减震部的下端与所述前轮支撑的下端连接。

按以上技术方案，所述后轮组件包括后轮支撑、后轮体、驱动后轮体转动的第二转动驱动部、及驱动所述后轮支撑收起或放下的第二收放驱动部，所述后轮支撑的上端与所述连接座铰接，所述后轮支撑的下端设置有所述后轮体。

按以上技术方案，所述履带组件包括两个履带轮，两个所述履带轮分别为主动轮、导向轮，其中一个所述履带轮设于所述支撑体的前端侧部，另一个所述履带轮设于所述支撑体的后端侧部，所述履带组件还包括套设在两个履带轮上的履带本体、及驱动所述主动轮转动的第三转动驱动部。

按以上技术方案，所述履带组件还包括设于所述支撑体侧部的若干个承重轮，所述若干个承重轮均匀分布在两个履带轮之间。

按以上技术方案，所述履带组件还包括履带张紧装置。

按以上技术方案，所述履带组件还包括反馈所述导向轮角速度的测速装置。

对比现有技术，本发明的有益特点为：该轮履切换的移动底盘，具有履带式和轮式两套行走执行机构，在平坦或有缓坡的地面使用轮式行走执行机构移动，遇到楼梯或台阶时可从轮式切换到履带来攀爬台阶，结合两种运动的优势，提高了底盘在复杂地面环境下的通过能力；将轮式行走切换成履带式行走时，收起后轮组件，并将履带移动件放下即可，便于切换；且前轮组件和所述连接座之间还连接有减震部，保证了底盘在平整地面下的运动速度和运动舒适性。

附图说明

图1为本发明实施例结构示意图；

图2为本发明实施例中安装平台与连杆机构装配示意图；

图3为本发明实施例中连接座结构示意图；

图4为本发明实施例中设于连接座左侧的前轮组件结构示意图；

图5为本发明实施例中设于连接座右侧的前轮组件结构示意图；

图6为本发明实施例中设于连接座左侧的后轮组件结构示意图；

图7为本发明实施例中设于连接座右侧的后轮组件结构示意图；

图8为本发明实施例中履带移动件结构示意图；

图9为本发明实施例中支撑体结构示意图；

图10为本发明实施例中使用轮式走行时的结构示意图；

图11为图10的左视图；

图12为本发明实施例中使用轮式走行时的结构示意图；

图13为本发明实施例中使用轮式走行时的结构示意图；

图14为本发明实施例中使用轮式走行时的结构示意图；

图15为本发明实施例中使用履带式走行时的结构示意图；

图16为本发明实施例中使用履带式走行时的结构示意图；

图17为本发明实施例中使用履带式走行时的结构示意图；

其中：1-连接座（1a-连接座前端、1b-连接座后端、1c-连接座左侧、1d-连接座右侧、101-前端横梁（1011-铰接座）、102-中部横梁（1021-铰接座、1022-铰接座）、103-后端横梁（1031-铰接座、1032-铰接座）、104-左侧梁（1041-铰接座、1042-铰接轴、1043-铰接座、1044-铰接套件、1045-铰接轴）、105-右侧梁（1051-铰接座、1052-铰接轴、1053-铰接座、1054-铰接轴））、2-安装平台（201-安装面）、3-前轮组件（301-减震部、302-前轮支撑、303-前轮体、304-第一转动驱动部、305-轮子紧固套件、306-销轴套件、307-轴承、308-销轴套件）、4-后轮组件（401-后轮支撑、402-后轮体、403-第二转动驱动部、404-第二收放驱动部、405-轮子紧固套件、406-推杆销轴套件、407-轴承）、5-支撑体（5a-支撑体的前端、5b-支撑体的后端、501-前部骨架、502-后部骨架（5021-铰接孔、5022-导向轮转轴、5023-导向轮轴承、5024-铰接销轴套件）、503-承重板、504-铰接座）、6-履带组件（601-主动轮、602-导向轮、603-履带本体、604-第三转动驱动部、605-承重轮（6051-承重轮销轴套件）、606-履带张紧装置、607-测速装置）、7-第一收放驱动部、8-主推杆、9-前推杆、10-后推杆。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

请参考图1至图17，本发明实施例轮履切换的移动底盘，其包括连接座1；设于所述连接座1上端的安装平台2；对称设于所述连接座1两侧的两组轮式移动件，每组所述轮式移动件包括靠近所述连接座前端1a设置的前轮组件3、及靠近所述连接座后端1b设置的后轮组件4，为削弱安装平台2的振动幅度，所述前轮组件3和所述连接座1之间还连接有减震部301，所述后轮组件4能相对于所述连接座1收起或放下；及设于所述连接座1下方的履带移动件，所述履带移动件包括支撑体5及设于所述支撑体5两侧的两个履带组件6，所述支撑体的前端5a通过第一收放驱动部7与所述连接座的前端1a连接，所述支撑体的后端5b与所述连接座的后端1b铰接，在所述第一收放驱动部7的驱动下，所述支撑体5能相对于所述连接座1转动。

具体地，请参考图3，连接座1包括平行且间隔设置的前端横梁101、中部横梁102、及后端横梁103，连接座1还包括连接前端横梁101、中部横梁102、及后端横梁103的左侧梁104和右侧梁105。

具体地，安装平台2为矩形、方形、圆形、椭圆或其他异型结构，安装平台2的安装面201是托盘、平台或其他吻合实际需要的特殊结构。

优选地，为了调节安装平台2的位置，及使安装平台能够维持某一状态，如水平状态，有效地拓展底盘的应用范围，所述安装平台2能相对于所述连接座1上下移动、前后移动、及在竖直平面内转动。

更优选地，所述安装平台2和所述连接座1通过连杆机构连接。或，所述安装平台2和所述连接座1通过旋转关节连接。或，所述安装平台2和所述连接座1通过旋转关节和直线导轨连接。

更具体地，请参考图2和图3，在一些实施方式中，安装平台2和所述连接座1通过连杆机构连接，所述连杆机构包括一个主推杆8、对称设置的两个前推杆9、及对称设置的两个后推杆10。其中两个前推杆9和两个后推杆10的型号和行程相同，但是前推杆9和后推杆10分别由不同的驱动器来控制伸缩量。所述主推杆8的上端与所述安装平台2后端中部铰接，所述主推杆8的下端与前端横梁101中部设置的铰接座1011铰接。所述前推杆9的上端与所述安装平台2的前端侧部铰接，所述前推杆9的下端与中部横梁102两侧的铰接座1021铰接。所述后推杆10的上端与所述安装平台2的后端侧部铰接，所述后推杆10的下端与所述后端横梁103两侧的铰接座1031铰接，其中，各推杆与安装平台及连接座之间的铰接是通过推杆销轴套件来实现的。因此，安装平台2、主推杆8、前推杆9、后推杆10和连接座1就形成了可变构的五连杆结构，主推杆8作为“平行四连杆”的第五杆能够稳定结构，且能够提供更多变换方案，具体如下：当前推杆9和后推杆10的伸缩量相同，主推杆8按需求伸缩时，可以实现安装平台2上下前后的调整，如图10至图12所示；当前推杆9的伸缩量大于后推杆10的伸缩量，主推杆8按需求伸缩时，可以使安装平台2的前端翘起，如图14和17；当前推杆9的伸缩量小于后推杆10的伸缩量，主推杆8按需求伸缩时，可以使安装平台2的后端翘起，如图13和16；再配合下端的履带移动件的顶起及放下、后轮组件4的收放，能够满足安装平台2在较大范围内的重心调整和角度调整。由于安装平台2和连接座1主要通过推杆连接，所以允许使用较宽的双连杆或多连杆对其进行稳固，也可以利用能够伸缩的较宽的单连杆或其他可以变长度的机构进行相连。

优选地，所述前轮组件3包括前轮支撑302、前轮体303和驱动前轮体303转动的第一转动驱动部304，所述前轮支撑302的上端与所述连接座1铰接，所述前轮支撑302的下端设置有所述前轮体303，所述减震部301的上端与所述连接座1连接，所述减震部301的下端与所述前轮支撑302的下端连接，第一转动驱动部304可以采用盘式电机轮或模拟盘式电机的内齿啮合传动、链式或同步带传动、折角减速电机或模拟折角减速电机的锥齿伞齿啮合传动等一种或几种的组合。所述后轮组件4包括后轮支撑401、后轮体402、驱动后轮体402转动的第二转动驱动部403、及驱动所述后轮支撑401收起或放下的第二收放驱动部404，所述后轮支撑401的上端与所述连接座1铰接，所述后轮支撑401的下端设置有所述后轮体402，第二转动驱动部403可以采用盘式电机轮或模拟盘式电机的内齿啮合传动、链式或同步带传动、折角减速电机或模拟折角减速电机的锥齿伞齿啮合传动等一种或几种的组合，第二收放驱动部404为推杆或旋转关节，其中所述推杆可以为电动推杆，或气动推杆，或液压推杆。

更优选地，请参考图3、图4和图5，为了最大限度地缩小底盘的宽度尺寸，使之在狭小空间内获得更大的通过性，第一转动驱动部304为折角减速电机，前轮组件3中的折角减速电机304通过轮子紧固套件305与前轮体303相连，并由紧固件固定到前轮支撑302上，前轮支撑302的前端利用减震部301的销轴套件306与减震部301铰接，前轮支撑302的上端轴孔内两端面各嵌有一轴承307。设于左侧梁104前端的铰接座1041通过减震部301的销轴套件308与设于连接座左侧1c的前轮组件3的减震部301铰接，设于左侧梁104前端的铰接轴1042与内嵌有轴承307的前轮支撑302连接；设于右侧梁105前端的铰接座1051通过减震部301的销轴套件308与设于连接座右侧1d的前轮组件3的减震部301铰接，设于右侧梁105前端的铰接轴1052与内嵌有轴承307的前轮支撑302连接，如此一来，前轮组件3在遇到坑洼地面或小微障碍物可以减震和越障，并解决了底盘四轮着地悬挂方式的问题。请参考图3、图6和图7，第二转动驱动部403为折角减速电机，第二收放驱动部404为推杆，所述的后轮组件4的折角减速电机403通过轮子紧固套件405与后轮体402相连，并由紧固件固定到后轮支撑401上，后轮支撑401的中部利用推杆销轴套件406与推杆404铰接，后轮支撑401的上端轴孔内两端面各嵌一轴承407。设于左侧梁104中部的铰接座1043通过铰接套件1044与设于连接座左侧1c的后轮组件4中的推杆404铰接，设于左侧梁104后端的铰接轴1045与内嵌有轴承407的后轮支撑401连接；设于右侧梁105中部的铰接座1053通过铰接套件与设于连接座右侧1d的后轮组件4中的推杆404铰接，设于右侧梁105后端的铰接轴1054与内嵌有轴承407的后轮支撑401连接；原则上两个后轮组件4的推杆404是同步动作的，后轮支撑401随着推杆404的伸缩能够绕着铰接轴1045、1054转动，因此后轮组件4的推杆404可全部收缩提起后轮体402，使之下缘高于履带组件底面，或全部推出压下后轮体402，使之替代履带组件触地。

优选地，前轮体303和后轮体402可以采用充气或实心轮胎、万向轮、全向轮、牛眼轮、麦克纳姆轮或其他变种车轮等的一种或几种组合。

更优选地，前轮体303和后轮体402采用不用转向就能直接横行、斜行的麦克纳姆轮。

优选地，每个所述履带组件6还包括两个履带轮，两个所述履带轮分别为主动轮601、导向轮602，其中一个所述履带轮设于所述支撑体的前端5a侧部，另一个所述履带轮设于所述支撑体的后端5b侧部，每个所述履带组件6还包括套设在两个履带轮上的履带本体603、及驱动所述主动轮601转动的第三转动驱动部604，第三转动驱动部604可以采用链式或同步带传动、折角减速电机或模拟折角减速电机的锥齿伞齿啮合传动等一种或几种的组合，第一收放驱动部7为推杆或旋转关节，其中所述推杆7可以为电动推杆，或气动推杆，或液压推杆。

优选地，每个所述履带组件6还包括设于所述支撑体5侧部的若干个承重轮605，所述若干个承重轮605均匀分布在两个履带轮之间。

优选地，每个所述履带组件6还包括履带张紧装置606，或者通过调整导向轮602和主动轮601间距、或其他方法来实现张紧。

优选地，所述履带组件6还包括反馈所述导向轮602角速度的测速装置607。

更具体地，请参考图3、图8和图9，在一些实施方式中，为了便于爬台阶，履带组件6的主动轮601设于支撑体的前端5a侧部、导向轮602设于支撑体的后端5b侧部，为了最大限度地缩小履带移动件6的宽度尺寸，使之在狭小空间内获得更大的通过性，第三转动驱动部604采用折角减速电机。履带移动件6的支撑体5大致呈日字形，支撑体的前端5a设置有用于安装折角减速电机604的前部骨架501、支撑体的后端5b对称设置有两个后部骨架502，折角减速电机604的输出轴各通过紧固套件连接一只主动轮601，后部骨架502的上端设置有铰接孔5021，后部骨架502上还设置有导向轮转轴5022，导向轮转轴5022上套一对导向轮轴承5023用以连接导向轮602，后部骨架502在导向轮转轴5022的上方固定有反馈导向轮602角速度的测速装置607，支撑体5的左右两侧设置有用于支撑承重轮605的承重板503，承重板503和承重轮605通过承重轮销轴套件6051连接，支撑体5的两侧上端分别设置有履带张紧装置606，履带本体603套在主动轮601、导向轮602、承重轮605、及履带张紧装置606的外缘。第一收放驱动部7为推杆，支撑体的前端5a设置有与第一收放驱动部7下端铰接的铰接座504，连接座1的中部横梁102中间设置有与第一收放驱动部7的上端铰接的铰接座1022，连接座1的后端横梁103的两侧对称设置有通过铰接销轴套件5024与支撑体后部骨架铰接孔5021配合的铰接座1032。如此一来，连接座1和履带移动件形成稳固的铰接机构，通过第一收放驱动部7的伸缩实现履带移动件的收起及放下。请参考图1、及图10至图14，当第一收放驱动部7完全收起且第二收放驱动部404全部推出时，履带本体603底面悬空、前轮体303和后轮体402全部着地，形成轮式运动模式；请参考图15至图17，当第一收放驱动部7完全推出且第二收放驱动部404全部收起时，前轮体303及后轮体402的底面均高于履带本体603的底面，履带本体603触地，是为履带运动模式。

具体地，前轮体303、后轮体402、主动轮601与动力输出轴的固定方式可以采用轴端紧固件锁紧、径向紧定螺钉锁紧、楔键紧固或胀紧套胀紧等一种或几种的组合。

优选地，前轮体303、后轮体402、主动轮601与动力输出轴采用的是轴端锁紧螺母紧固的方式。

具体地，各推杆与各铰接座之间的连接可以采用销轴和开口销组合、轴和轴用挡圈组合、螺钉和螺母组合、或异型螺纹销轴组合等的一种或几种。

优选地，各推杆与各铰接座之间的连接采用异型螺纹销轴组合，或销轴和开口销组合。

本发明实施例具有履带式和轮式两套行走执行机构，可实现轮式运动模式和履带运动模式之间便捷转换，而且不需要借助外力、无视周遭环境的影响，可实现图10至图17等多种关键姿势，能够满足轮组快速运动、平地全向、履带爬坡越障、零转弯半径转动、模拟人体的前俯后仰等若干种动作。在平坦或有缓坡的地面使用四个麦克纳姆轮组驱动底盘全方位移动；遇到楼梯或台阶时可从轮式切换到履带来攀爬台阶，配合可以调整重心和角度的安装平台，能够保持底盘的安装平台始终处于水平状态。由于转动驱动部均采用折角减速电机，整个底盘的宽度小于住宅门宽，加之四个麦克纳姆轮组，移动底盘可以零转弯半径的选择和横向移动，尤其适合室内环境，同时在其他环境下也拥有广泛的应用前景。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属的技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种轮履切换的移动底盘，其特征在于：

其包括连接座；

设于所述连接座上端的安装平台；

对称设于所述连接座两侧的两组轮式移动件，每组所述轮式移动件包括靠近所述连接座前端设置的前轮组件、及靠近所述连接座后端设置的后轮组件，所述前轮组件和所述连接座之间还连接有减震部，所述后轮组件能相对于所述连接座收起或放下；

及

设于所述连接座下方的履带移动件，所述履带移动件包括支撑体及设于所述支撑体两侧的两个履带组件，所述支撑体的前端通过第一收放驱动部与所述连接座的前端连接，所述支撑体的后端与所述连接座的后端铰接，在所述第一收放驱动部的驱动下，所述支撑体能相对于所述连接座转动。

2.如权利要求1所述的轮履切换的移动底盘，其特征在于：所述安装平台能相对于所述连接座上下移动、前后移动、及在竖直平面内转动。

3.如权利要求2所述的轮履切换的移动底盘，其特征在于：所述安装平台和所述连接座通过连杆机构连接；或，所述安装平台和所述连接座通过旋转关节连接；或，所述安装平台和所述连接座通过旋转关节和直线导轨连接。

4.如权利要求3所述的轮履切换的移动底盘，其特征在于：所述连杆机构包括一个主推杆、对称设置的两个前推杆、及对称设置的两个后推杆，所述主推杆的上端与所述安装平台后端中部铰接，所述主推杆的下端与连接座的前端中部铰接，所述前推杆的上端与所述安装平台的前端侧部铰接，所述前推杆的下端与所述连接座的中部侧部铰接，所述后推杆的上端与所述安装平台的后端侧部铰接，所述后推杆的下端与所述连接座的后端侧部铰接。

5.如权利要求1所述的轮履切换的移动底盘，其特征在于：所述前轮组件包括前轮支撑、前轮体和驱动前轮体转动的第一转动驱动部，所述前轮支撑的上端与所述连接座铰接，所述前轮支撑的下端设置有所述前轮体，所述减震部的上端与所述连接座连接，所述减震部的下端与所述前轮支撑的下端连接。

6.如权利要求1所述的轮履切换的移动底盘，其特征在于：所述后轮组件包括后轮支撑、后轮体、驱动后轮体转动的第二转动驱动部、及驱动所述后轮支撑收起或放下的第二收放驱动部，所述后轮支撑的上端与所述连接座铰接，所述后轮支撑的下端设置有所述后轮体。

7.如权利要求1所述的轮履切换的移动底盘，其特征在于：所述履带组件包括两个履带轮，两个所述履带轮分别为主动轮、导向轮，其中一个所述履带轮设于所述支撑体的前端侧部，另一个所述履带轮设于所述支撑体的后端侧部，所述履带组件还包括套设在两个履带轮上的履带本体、及驱动所述主动轮转动的第三转动驱动部。

8.如权利要求7所述的轮履切换的移动底盘，其特征在于：所述履带组件还包括设于所述支撑体侧部的若干个承重轮，所述若干个承重轮均匀分布在两个履带轮之间。

9.如权利要求7所述的轮履切换的移动底盘，其特征在于：所述履带组件还包括履带张紧装置。

10.如权利要求7至9任一项所述的轮履切换的移动底盘，其特征在于：所述履带组件还包括反馈所述导向轮角速度的测速装置。

Images