CN107140042A - 一种轮履复合式底盘结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮履复合式底盘结构，包括一个履带底盘、四个电动推杆升降机构、四个麦克纳姆轮移动机构和一个全方位移动平台框架，所述全方位移动平台框架固定在履带底盘上，四个电动推杆升降机构的推杆顶端分别固定在全方位移动平台框架上，四个麦克纳姆轮移动机构分别与四个电动推杆升降机构固连，通过电动推杆的伸长和收缩，使得麦克纳姆轮移动机构接触和离开地面。本发明移动灵活，操作方便，运行可靠，对复杂地形适应能力强。

Description

一种轮履复合式底盘结构

技术领域

本发明属于机器人领域，具体涉及一种轮履复合式底盘结构。

背景技术

由于实际应用场合的不同，移动机构的设计多种多样，主要包括：轮式、履带式、腿式、蛇形式等，不同的机构都有各自的优缺点。轮式机构结构简单、控制方便、移动灵活，并且技术成熟，是最常使用的移动机构，但它对复杂地形的适应能力一般；履带式机构因为和地面有更大的作用面，可以在野外和一些恶劣环境下进行作业，具有较高的地面适应能力，但它的灵活性相对于轮式机构较差，并且驱动效率有所降低。由此可见，采用单一移动机构设计的底盘，对复杂多变的环境适应能力一般。

为了提高底盘在不可预测的非结构工作环境中的效率和适应能力，复合式底盘是研究的主要方向。学位论文《一种轮履复合救援机器人底盘的动力学分析与优化》（天津理工大学，李浩，出版日2015年1月1日）公开了一种由轮履复合式变体轮构成的轮履复合式底盘，主要包括驱动主轮、可重构履带、伸展机构及传动机构等组成。为了实现轮履结构转换，变体轮外侧还包覆有可重构橡胶履带。变体轮通常情况下以轮式状态运行，当工作环境改变时，通过内部电机驱动伸展机构从而将外侧可重构履带撑开，使得变体轮变为类三角履带式结构。但是由于轮履复合式变体轮的结构复杂，材料强度要求高，因而加工成本昂贵。此外，轮履切换的速度较慢，不能适应比赛的实时要求，其轮式结构普通，也不能实现全方位移动，灵活性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轮履复合式底盘结构，克服了现有轮履复合式底盘结构复杂、切换速度较慢、不能实现全方位移动、灵活性较差等问题。

本发明的技术解决方案是：一种轮履复合式底盘结构，包括一个履带底盘、四个电动推杆升降机构、四个麦克纳姆轮移动机构和一个全方位移动平台框架，所述全方位移动平台框架固定在履带底盘上，四个电动推杆升降机构的推杆顶端分别固定在全方位移动平台框架上，四个麦克纳姆轮移动机构分别与四个电动推杆升降机构固连，通过电动推杆的伸长和收缩，使得麦克纳姆轮移动机构接触和离开地面。

所述履带底盘包括两条橡胶履带、P个承重轮、两个驱动轮、一个履带底盘框架、两个直流无刷电机、两个驱动轮车轴和两个从动轮，其中P≥4，履带底盘框架两侧分别设有一个直流无刷电机，每个直流无刷电机通过一个驱动轮车轴连接一个驱动轮，所述驱动轮位于履带底盘框架的一端，履带底盘框架的另一端通过转轴与从动轮转动连接，同一侧的驱动轮和从动轮之间的履带底盘框架上通过转轴分布P/2个承重轮，橡胶履带套在同一侧的驱动轮和从动轮的外部，并齿合联动；所述履带底盘框架上固连全方位移动平台框架。

所述全方位移动平台框架包括底部框架和四个矩形框架，四个矩形框架固定在底部框架的四个角顶面，底部框架固定在履带底盘框架上，四个电动推杆升降机构分别与四个矩形框架固连。

所述电动推杆升降机构包括一个底盘固定钣金件、一个电推上基座、四根麦轮定位柱、四个直线法兰轴承、四个麦轮定位基座、一个麦轮固定板、一个电推下基座和一个电动推杆，自上向下依次平行间隔设置底盘固定钣金件、麦轮固定板和电推下基座，底盘固定钣金件中心设有第一通孔，电推上基座穿过所述第一通孔与电动推杆固连，麦轮固定板中心设有第二通孔，电动推杆穿过第二通孔与电推下基座固连，四根麦轮定位柱环绕电动推杆分布，麦轮定位柱底部通过麦轮定位基座与麦克纳姆轮移动机构固连，麦轮定位柱顶部穿过麦轮固定板靠近底盘固定钣金件，直线法兰轴承滑动套设于所述麦轮定位柱上，并与麦轮固定板固连；底盘固定钣金件与全方位移动平台框架的矩形框架顶面固连，麦轮固定板与矩形框架底面固连，麦克纳姆轮移动机构固定在电推下基座的底面。

所述底盘固定钣金件为礼帽形；电推上基座包括底板和凸台，凸台位于底板中心，底板与底盘固定钣金件底面固连，凸台穿过底盘固定钣金件的第一通孔，电动推杆顶面接触底板，螺栓依次穿过凸台和底板后与电动推杆固连。

所述麦克纳姆轮移动机构包括底盘电机、电机盒、电机盒上盖、麦轮上壳、麦克纳姆轮、麦轮电机基座、麦轮车轴、两个法兰轴承和两个麦轮侧支撑架，底盘电机设置在电机盒内，底盘电机输出轴伸出电机盒，电机盒和电机盒上盖用于保护底盘电机，麦轮上壳为倒U形，麦克纳姆轮设置在麦轮上壳下方，麦轮上壳两侧分别固连麦轮侧支撑架，位于内侧的麦轮侧支撑架外壁固连麦轮电机基座，麦克纳姆轮通过麦轮车轴与底盘电机转动连接，法兰轴承套在麦轮车轴上，用于支撑麦轮车轴旋转，并限制其轴向和径向的移动；麦轮上壳顶面固连电推下基座。

所述电机盒固连在麦轮电机基座外壁，底盘电机的输出轴穿过麦轮电机基座与麦轮车轴固连。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1）轮履切换的结构简单，更换部件容易，制造成本低；（2）由于电动推杆运动简单，轮履切换的速度快，实时性好；（3）轮式机构采用麦克纳姆轮，可实现全方位移动，灵活性好。

附图说明

图1是本发明轮履复合式底盘的整体结构示意图。

图2是本发明轮履复合式底盘的仰视图。

图3是本发明轮履复合式底盘的履带底盘的结构示意图。

图4是本发明轮履复合式底盘的全方位移动平台框架的结构示意图。

图5是本发明轮履复合式底盘的升降机构和移动机构的结构示意图。

图6是本发明轮履复合式底盘的移动机构的局部放大图。

图中，履带底盘1，电动推杆升降机构2，麦克纳姆轮移动机构3，全方位移动平台框架4，底盘固定钣金件5，电推上基座6，麦轮定位柱7，橡胶履带8，麦轮侧支撑架9，直线法兰轴承10，电机盒11，电机盒上盖12，电动推杆13，承重轮14，驱动轮15，麦轮定位基座16，履带底盘框架17，麦轮上壳18，直流无刷电机19，麦克纳姆轮20，履带驱动轮车轴21，麦轮固定板22，从动轮23，电推下基座24，麦轮电机基座25，法兰轴承26，麦轮车轴27。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1～2，本发明提出一种轮履复合式底盘结构，可以进行底盘移动机构的切换，包括一个履带底盘1、四个电动推杆升降机构2、四个麦克纳姆轮移动机构3和一个全方位移动平台框架4，所述全方位移动平台框架4通过螺钉固定在履带底盘1上，四个电动推杆升降机构2的推杆顶端分别通过螺栓固定在全方位移动平台框架4上，四个麦克纳姆轮移动机构3分别与四个电动推杆升降机构2通过螺栓固连，通过电动推杆的伸长和收缩，使得麦克纳姆轮移动机构3接触和离开地面。

结合图2～3，所述履带底盘1包括两条橡胶履带8、八个承重轮14、两个驱动轮15、一个履带底盘框架17、两个直流无刷电机19、两个驱动轮车轴21和两个从动轮23，履带底盘框架17两侧分别设有一个直流无刷电机19，每个直流无刷电机19通过一个驱动轮车轴21连接一个驱动轮15，所述驱动轮15位于履带底盘框架17的一端，履带底盘框架17的另一端通过转轴与从动轮23转动连接，同一侧的驱动轮15和从动轮23之间的履带底盘框架17上通过转轴分布四个承重轮14，橡胶履带8套在同一侧的驱动轮15和从动轮11的外部，并齿合联动；所述履带底盘框架17上通过螺钉固连全方位移动平台框架4。

结合图4～5，全方位移动平台框架4为铝合金材质结构件，包括底部框架和四个矩形框架，四个矩形框架焊接固定在底部框架的四个角顶面，并预留螺纹孔用于安装底盘固定钣金件5和麦轮固定板22，底部框架通过螺钉固定在履带底盘框架17上，四个电动推杆升降机构2分别通过螺栓与四个矩形框架固连。

结合图5～6，所述电动推杆升降机构2包括一个底盘固定钣金件5、一个电推上基座6、四根麦轮定位柱7、四个直线法兰轴承10、四个麦轮定位基座16、一个麦轮固定板22、一个电推下基座24和一个电动推杆13，自上向下依次平行间隔设置底盘固定钣金件5、麦轮固定板22和电推下基座24，底盘固定钣金件5中心设有第一通孔，电推上基座6穿过所述第一通孔与电动推杆13通过螺钉固连，麦轮固定板22中心设有第二通孔，电动推杆13穿过第二通孔与电推下基座24通过螺栓固连，四根麦轮定位柱7环绕电动推杆13分布，麦轮定位柱7底部通过麦轮定位基座16与麦克纳姆轮移动机构3固连，所述麦轮定位基座16通过螺钉将麦轮定位柱7固定，并防止旋转。麦轮定位柱7顶部穿过麦轮固定板22靠近底盘固定钣金件5，直线法兰轴承10滑动套设于所述麦轮定位柱7上，并与麦轮固定板22通过螺栓固连。底盘固定钣金件5与全方位移动平台框架4的矩形框架顶面通过螺栓固连，麦轮固定板22与矩形框架底面通过螺栓固连，麦克纳姆轮移动机构3通过螺栓固定在电推下基座24的底面。

所述底盘固定钣金件5为礼帽形。电推上基座6包括底板和凸台，凸台位于底板中心，两者一体加工，底板与底盘固定钣金件5底面固连，凸台穿过底盘固定钣金件5的第一通孔，电动推杆13顶面接触底板，螺栓依次穿过凸台和底板后与电动推杆13固连。

所述麦克纳姆轮移动机构3包括底盘电机、电机盒11、电机盒上盖12、麦轮上壳18、麦克纳姆轮20、麦轮电机基座25、麦轮车轴27、两个法兰轴承26和两个麦轮侧支撑架9，底盘电机设置在电机盒11内，底盘电机输出轴伸出电机盒11，电机盒11和电机盒上盖12用于保护底盘电机，防止外物碰撞以及粉尘进入，提高电机使用寿命。麦轮上壳18为倒U形，麦克纳姆轮20设置在麦轮上壳18下方，麦轮上壳18两侧分别固连麦轮侧支撑架9，位于内侧的麦轮侧支撑架9外壁固连麦轮电机基座25，麦克纳姆轮20通过麦轮车轴27与底盘电机转动连接，法兰轴承26套在麦轮车轴27上，用于支撑麦轮车轴27旋转，并限制其轴向和径向的移动；麦轮上壳18顶面固连电推下基座24；所述电机盒11固连在麦轮电机基座25外壁，底盘电机的输出轴穿过麦轮电机基座25与麦轮车轴27固连。

工作过程：

在轮履复合式底盘结构实际移动过程中，操作手根据路面情况，灵活切换移动机构。当路面平整，或仅有较小的坡度时，电动推杆13伸出，此时由于推杆和底盘固定钣金件5连接在一起，保持不动，电动推杆13的主体带动麦克纳姆轮20向下运动，并将履带底盘1撑离地面。此时轮履复合式底盘结构通过四个麦克纳姆轮20实现全方位移动，具有极高的灵活性。当路面凸凹不平，或者有沟壑时，电动推杆13收起，橡胶履带8接触地面。此时轮履复合式底盘结构通过橡胶履带8进行移动，并与地面有较大的接触面积和较强的摩擦力，适合爬坡以及一些不规则的路面。通过这种履带和麦克纳姆轮移动机构的切换，既可以保证轮履复合式底盘结构在比赛时的灵活性，也能保证轮履复合式底盘结构在遇到复杂路面时顺利通过，完成既定任务。

本发明的优点在于：轮履切换的结构简单，更换部件容易，制造成本低。由于电动推杆运动简单，轮履切换的速度快，实时性好。轮式机构采用麦克纳姆轮，可实现全方位移动，灵活性好。

Claims (7)

1.一种轮履复合式底盘结构，其特征在于：包括一个履带底盘（1）、四个电动推杆升降机构（2）、四个麦克纳姆轮移动机构（3）和一个全方位移动平台框架（4），所述全方位移动平台框架（4）固定在履带底盘（1）上，四个电动推杆升降机构（2）的推杆顶端分别固定在全方位移动平台框架（4）上，四个麦克纳姆轮移动机构（3）分别与四个电动推杆升降机构（2）固连，通过电动推杆的伸长和收缩，使得麦克纳姆轮移动机构（3）接触和离开地面。

2.根据权利要求1所述的轮履复合式底盘结构，其特征在于：所述履带底盘（1）包括两条橡胶履带（8）、P个承重轮（14）、两个驱动轮（15）、一个履带底盘框架（17）、两个直流无刷电机（19）、两个驱动轮车轴（21）和两个从动轮（23），其中P≥4，履带底盘框架（17）两侧分别设有一个直流无刷电机（19），每个直流无刷电机（19）通过一个驱动轮车轴（21）连接一个驱动轮（15），所述驱动轮（15）位于履带底盘框架（17）的一端，履带底盘框架（17）的另一端通过转轴与从动轮（23）转动连接，同一侧的驱动轮（15）和从动轮（23）之间的履带底盘框架（17）上通过转轴分布P/2个承重轮（14），橡胶履带（8）套在同一侧的驱动轮（15）和从动轮（11）的外部，并齿合联动；所述履带底盘框架（17）上固连全方位移动平台框架（4）。

3.根据权利要求2所述的轮履复合式底盘结构，其特征在于：所述全方位移动平台框架（4）包括底部框架和四个矩形框架，四个矩形框架固定在底部框架的四个角顶面，底部框架固定在履带底盘框架（17）上，四个电动推杆升降机构（2）分别与四个矩形框架固连。

4.根据权利要求3所述的轮履复合式底盘结构，其特征在于：所述电动推杆升降机构（2）包括一个底盘固定钣金件（5）、一个电推上基座（6）、四根麦轮定位柱（7）、四个直线法兰轴承（10）、四个麦轮定位基座（16）、一个麦轮固定板（22）、一个电推下基座（24）和一个电动推杆（13），自上向下依次平行间隔设置底盘固定钣金件（5）、麦轮固定板（22）和电推下基座（24），底盘固定钣金件（5）中心设有第一通孔，电推上基座（6）穿过所述第一通孔与电动推杆（13）固连，麦轮固定板（22）中心设有第二通孔，电动推杆（13）穿过第二通孔与电推下基座（24）固连，四根麦轮定位柱（7）环绕电动推杆（13）分布，麦轮定位柱（7）底部通过麦轮定位基座（16）与麦克纳姆轮移动机构（3）固连，麦轮定位柱（7）顶部穿过麦轮固定板（22）靠近底盘固定钣金件（5），直线法兰轴承（10）滑动套设于所述麦轮定位柱（7）上，并与麦轮固定板（22）固连；底盘固定钣金件（5）与全方位移动平台框架（4）的矩形框架顶面固连，麦轮固定板（22）与矩形框架底面固连，麦克纳姆轮移动机构（3）固定在电推下基座（24）的底面。

5.根据权利要求4所述的轮履复合式底盘结构，其特征在于：所述底盘固定钣金件（5）为礼帽形；电推上基座（6）包括底板和凸台，凸台位于底板中心，底板与底盘固定钣金件（5）底面固连，凸台穿过底盘固定钣金件（5）的第一通孔，电动推杆（13）顶面接触底板，螺栓依次穿过凸台和底板后与电动推杆（13）固连。

6.根据权利要求4所述的轮履复合式底盘结构，其特征在于：所述麦克纳姆轮移动机构（3）包括底盘电机、电机盒（11）、电机盒上盖（12）、麦轮上壳（18）、麦克纳姆轮（20）、麦轮电机基座（25）、麦轮车轴（27）、两个法兰轴承（26）和两个麦轮侧支撑架（9），底盘电机设置在电机盒（11）内，底盘电机输出轴伸出电机盒（11），电机盒（11）和电机盒上盖（12）用于保护底盘电机，麦轮上壳（18）为倒U形，麦克纳姆轮（20）设置在麦轮上壳（18）下方，麦轮上壳（18）两侧分别固连麦轮侧支撑架（9），位于内侧的麦轮侧支撑架（9）外壁固连麦轮电机基座（25），麦克纳姆轮（20）通过麦轮车轴（27）与底盘电机转动连接，法兰轴承（26）套在麦轮车轴（27）上，用于支撑麦轮车轴（27）旋转，并限制其轴向和径向的移动；麦轮上壳（18）顶面固连电推下基座（24）。

7.根据权利要求6所述的轮履复合式底盘结构，其特征在于：所述电机盒（11）固连在麦轮电机基座（25）外壁，底盘电机的输出轴穿过麦轮电机基座（25）与麦轮车轴（27）固连。