CN107521292A - 行走机构、具有该行走机构的机器人及自行走割草机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种行走机构，包括行走轮组，沿着行走机构的行进方向，所述行走轮组包括设置在前的两个前轮以及相对的两个后轮，位于同一侧的前轮和后轮设置为同步转动，所述行走轮组中的每个行走轮包括能够支撑于地面的轮外胎，所述轮外胎包括行走时接触地面的胎面外侧，所述胎面外侧设置有沿所述轮外胎周向分布的胎面花纹，所述胎面花纹构造为多个花纹条，相邻两个所述花纹条之间形成花纹沟，四个行走轮的胎面花纹呈现从四个行走轮的中心向外辐射状。本发明还提供了一种具有上述行走机构的机器人及自行走割草机。本发明的行走机构及具有该行走机构的机器人，能够有效的适应各种不平地面。

Description

行走机构、具有该行走机构的机器人及自行走割草机

技术领域

本发明涉及一种行走机构、具有该行走机构的机器人及自行走割草机，尤其涉及一种具有四轮的行走机构、具有该行走机构的机器人及自行走割草机。

背景技术

目前我们用到的机器人割草机的自身定位是通过激光发射和接收来确定激光发射源的位置（激光发射和接收位置重合），然后再根据激光发射源与刀片旋转中心的位置关系计算出刀片的中心位置；当机器发生旋转时，计算激光发射源位置改变，这样整个运算系统就相当复杂。若把机身旋转中心、激光发射源中心和转台旋转中心设计在同一垂直轴上，这样大大简化了系统的运算，提供运算效率。因此，软件上希望小车围绕转台中心原地旋转（例如左右轮反向同速运转），但对于绝大多数轮纹形式，原地旋转时侧滑严重。

若轮胎的轮纹摩擦力过大（如钉子形轮纹），则原地旋转会发生抖动，严重时会发生跳动现象。若轮纹的摩擦力过小，则直行的时候可能会侧滑。

另外，机器人割草机行进到各种不平地面，如连续缓变的不平地面，因长期使用磨损而造成；小台阶，地面装饰造成的较小的地面台阶,一般高度差小于车轮辊子半径；局部的凹陷或突起；斜坡边界；入口通道斜面或无障通道与地面的边界处，机器人割草机的行走机构不能很好的适应，造成行走时打滑或者抖动等等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种的行走机构，该行走机构能够有效的适应各种不平地面。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种行走机构，包括行走轮组，沿着行走机构的行进方向，所述行走轮组包括设置在前的两个前轮以及相对的两个后轮，位于同一侧的前轮和后轮设置为同步转动，所述行走轮组中的每个行走轮包括能够支撑于地面的轮外胎，所述轮外胎包括行走时接触地面的胎面外侧，所述胎面外侧设置有沿所述轮外胎周向分布的胎面花纹，所述胎面花纹构造为多个花纹条，相邻两个所述花纹条之间形成花纹沟，四个行走轮的胎面花纹呈现从四个行走轮的中心向外辐射状。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述胎面花纹构造为沿同一方向倾斜的多个花纹条，每两个花纹条之间形成花纹沟，所述多个花纹条中每个花纹条的延伸方向与所述每个行走轮的行进方向具有夹角。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述行走轮组中的每个行走轮的所述轮外胎具有相同的所述胎面花纹，所述行走轮组中的任意一个行走轮轮外胎的安装方向与其相邻行走轮轮外胎的安装方向相反。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述两个前轮之间和两个后轮之间具有相等的第一轮距，位于一侧的前轮和后轮之间和位于另一侧的前轮和后轮具有相等的第二轮距，所述花纹延伸角为所述第二轮距与所述第一轮距的比值的反正切值。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述两个前轮之间和两个后轮之间具有相等的第一轮距，位于一侧的前轮和后轮之间和位于另一侧的前轮和后轮具有相等的第二轮距，所述花纹延伸角为所述第二轮距与所述第一轮距的比值的反正切值。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述花纹延伸角为锐角。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述花纹延伸角为不小于25度的锐角。

作为本发明一实施方式的进一步改进，每个所述花纹条的宽度自其中部向其延伸方向的两端递减。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述轮外胎还包括沿着轮外胎轴向位于所述胎面外侧两端的第一胎肩和第二胎肩，所述轮外胎具有垂直于其轴向且位于中部的赤道面，所述第一胎肩和第二胎肩关于所述赤道面对称。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述轮外胎还包括行走时与所述胎面外侧相对的胎面内侧，所述胎面内侧设置多个加强筋，所述多个加强筋设置在所述第一胎肩和第二胎肩之间并且沿着轮外胎周向均匀分布。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第一胎肩和第二胎肩具有靠近所述赤道面的内侧以及远离所述赤道面的外侧，所述外侧设置凸缘，所述凸缘向所述轮外胎的旋转中心延伸，所述凸缘与所述赤道面平行。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述胎面花纹的外表面上设置有附花纹，所述附花纹构造为沿着所述花纹条的延伸方向排列的多个突出部和凹陷部；每个所述附花纹具有附花纹延伸角，所述附花纹延伸角定义为所述突出部的延伸方向与轮外胎胎面周向之间的夹角。

作为本发明一实施方式的进一步改进，每个所述行走轮的所述轮外胎具有相同的所述胎面花纹；每个所述轮外胎的每个花纹条具有相同的附花纹。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述附花纹延伸角不大于10度。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述附花纹延伸角不大于5度。

作为本发明一实施方式的进一步改进，在同一所述花纹条上的多个所述附花纹具有相同或不同的附花纹延伸角。

本发明还提供了一种机器人，该机器人在行走时能够有效的适应各种不平地面，所述机器人包括机体及安装于机体的如上所述的行走机构。

本发明还提供了一种自行走割草机，该自行走割草机在行走时能够有效地适应各种不平地面，所述自行走割草机包括机体及安装于机体的如上所述的行走机构。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的行走机构能够有效的避免行走到各种地面以及原地旋转时的打滑现象，行走更加平稳可靠，而且具有该行走机构的机器人直线前进/后退、利用左右轮的差速转弯或原地旋转时更加稳定，从而提高行走和工作效率。

附图说明

图1是本发明优选的实施方式中机器人割草机的俯视图；

图2是图1中的机器人割草机的仰视图；

图3是图1中的机器人割草机的行走机构简图；

图4是图1中的机器人割草机的行走轮的轮外胎的立体图；

图5是图4中的轮外胎的主视图；

图6是图5中沿A-A线的剖视图；

图7是图5中沿B-B线的剖视图；

图8是图5中沿C-C线的剖视图；

图9是图5中沿D-D线的剖视图；

图10是本发明优选的实施方式中在行走轮的胎面花纹上设置附花纹的第一种构造的示意图；

图11是在行走轮的胎面花纹上设置附花纹的第二种构造的示意图；

图12是在行走轮的胎面花纹上设置附花纹的第三种构造的示意图；

图13是在行走轮的胎面花纹上设置附花纹的第四种构造的示意图；

图14是在行走轮的胎面花纹上设置附花纹的第五种构造的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

参照图1到图3所示，本发明优选的实施例中，机器人优选为割草机器人100（或称为自行走割草机），割草机器人100包括机体20以及安装于机体的行走机构30，行走机构30包括行走轮组以及驱动行走轮组的行走马达(图未示)，割草机器人100通过使用无绳电源给行走马达供电，如电池包、太阳能电池板等，当然也可使用有线电源连接市电供电。本领域技术人员能够知道，本实施例中的行走马达也可等效地替换为内燃机，如汽油发动机、柴油发动机等。本实施例中，行走轮组包括四个行走轮31a、31b、32a、32b，沿着割草机器人或者行走机构的行进方向，分别为前行走轮31a、31b和后行走轮32a、32b，这里的行进方向可以是前进方向或者后退方向，因此前行走轮和后行走轮也是相对而言。其中，位于同一侧的行走轮设置为同步转动，即左前行走轮31a与左后行走轮32a同步，右前行走轮31b与右后行走轮32b同步。行走马达包括两个，两个行走马达前置或者后置，也可以一个前置一个后置，每个行走马达通过带传动的方式能够驱动同一侧的行走轮实现同步转动，如此可不设转向机构，利用左行走轮与右行走轮的转速差进行转向。当然，也可以使用四个行走马达分别驱动四个行走轮。

参照图4到图9所示，四个行走轮的形状构造相同，每一个行走轮均包括轮毂（图未示）和安装在轮毂上的轮外胎35，轮外胎可以为实心胎，也可以为充气胎。为了使行走轮能够有效的适应各种不平的地面，轮外胎35上设置有特定形状的花纹，当然，行走轮的轮毂和轮外胎可以一体设置，即轮外胎是轮毂的一部分，在轮毂接触地面的面上设置相应的花纹。具体的，轮外胎35括行走时接触地面的胎面外侧以及相对的胎面内侧，胎面外侧设置有沿轮外胎周向分部的胎面花纹，该胎面花纹构造为沿同一方向倾斜的多个花纹条351，每两个花纹条351之间形成花纹沟352，多个花纹条和多个花纹沟间隔交替设置，并且花纹沟352和花纹条351之间大致平行，花纹沟352和花纹条351均是从轮外胎35轴向的一侧延伸到另一侧。

本实施例中优选的，花纹条351大致呈梭形，即花纹条351的两端宽度较小，花纹条351的中部宽度较大，也可以认为是花纹条的宽度沿其中部向其延伸方向的两端递减。胎面外侧具有沿着轮外胎35轴向位于两侧的胎肩以及两侧胎肩之间的胎中面355，胎肩包括关于轮外胎赤道面P对称的第一胎肩353和第二胎肩354，赤道面P即垂直于轮外胎35轴向且位于其中部的平面，在关于胎肩的描述中，称靠近轮外胎赤道面P的一侧为内侧，远离轮外胎赤道面P的一侧为外侧。其中，胎中面355大致为环形面，胎肩相对于胎中面355倾斜设置，即胎肩由胎中面355朝向轮外胎35的旋转中心倾斜。胎肩外侧包括凸缘356，凸缘356向朝向轮外胎的旋转中心延伸，大致与轮外胎赤道面P平行。

胎面内侧设置有多个加强筋357，加强筋357位于第一胎肩353和第二胎肩354之间，并且沿着轮外胎35的周向均匀布置，用于保持第一胎肩353和第二胎肩354之间的距离。

进一步的，多个花纹条中每个花纹条351的延伸方向（图5中轴线X）与赤道面P或者轮外胎35的行进方向的夹角为锐角α，α尤其是大于25度且小于90度，进一步优选的方案是α大于40度且小于50度。本实施例中，α为48度，具体的，该角度可根据左右轮距和前后轮距进行计算。如图3所示，本实施例中优选的，两个前轮之间的轮距与两个后轮之间的轮距相等，即两个前轮之间和两个后轮之间具有相等的第一轮距W，左右轮距可以认为是两个前轮的赤道面P之间或两个后轮的赤道面P之间的距离，左侧的前轮和后轮之间的轮距和右侧的前轮和后轮之间的轮距相等，即位于一侧的前轮和后轮之间和位于另一侧的前轮和后轮具有相等的第二轮距L，前后轮距可以认为是同一侧的前轮与后轮的旋转轴线之间的距离。那么，即tan α = L / W，α便等于第二轮距与第一轮距的比值的反正切值。

从上向下俯视机器人，以四个行走轮的分布中心（即连接四个行走轮与轮轴的交点得到的矩形的几何中心）为圆心，以圆心到轮轴与赤道面P交点的距离为半径做圆，并以轮轴与赤道面P的交点作为切点做圆的切线，该切线即为轴线X，并且，从下向上仰视割草机器人，其四个行走轮的胎面花纹形成的花纹呈现从四轮中心向外辐射状，也就是说，行走轮与地面接触的花纹呈现从四轮中心向外辐射状，从而保证割草机器人直线前进/后退、利用左右轮的差速转弯或原地旋转时更加稳定。

上述实施例中的行走机构也可以用于其它机器人，如实现自动吸尘清扫的机器人，实现自动浇灌的机器人等等。

参照图10到图14所示，本发明优选的实施方式中，可以在在行走轮的胎面花纹上设置附花纹，即在每个花纹条351上设置附花纹，附花纹构造为沿着与花纹条的延伸方向呈角度的方向延伸的多个突出部或凹陷部，参照图10所示，为第一种结构形式的附花纹359，多个突出部或凹陷部的延伸方向与行走轮的行进方向大致平行，也即多个突出部或凹陷部的延伸方向之间大致相互平行，每个突出部或凹陷部构造为梭形，多个突出部或凹陷部沿着花纹条351的延伸方向均匀设置。参照图11所示，为第二种结构形式的附花纹359a，与第一种结构不同的是每个突出部或凹陷部构造为大致矩形。参照图12所示，为第三种结构形式的附花纹359b，多个突出部或凹陷部的延伸方向与行走轮的行进方向的夹角α为0~10度之间，更优选为0~5度之间，而多个突出部或凹陷部的延伸方向之间大致相互平行。参照图13所示，为第四种结构形式的附花纹359c，多个突出部或凹陷部的延伸方向相互之间非规则设置，这里的非规则可以是每个突出部或凹陷部的延伸方向与行走轮的行进方向的夹角不同，即多个突出部或凹陷部的延伸方向之间互不平行设置；也可以是每个突出部或凹陷部构造的形状不同，如多个突出部或凹陷部中有矩形、三角形、梭形等中的两种或多种形状的组合。参照图14所示，为第五种结构形式的附花纹359d，每个突出部或凹陷部构造为大致蛇形纹的形状。附花纹不局限于上述的几种形状，可以是规则或者不规则的结构，只要其延伸方向与胎面花纹的延伸方向相交，能够进一步的保证割草机器人直线前进/后退、利用左右轮的差速转弯或原地旋转时更加稳定。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种行走机构（30），其特征在于：包括行走轮组，沿着行走机构的行进方向，所述行走轮组包括设置在前的两个前轮以及相对的两个后轮，位于同一侧的前轮和后轮设置为同步转动，所述行走轮组中的每个行走轮包括能够支撑于地面的轮外胎（35），所述轮外胎包括行走时接触地面的胎面外侧，所述胎面外侧设置有沿所述轮外胎周向分布的胎面花纹，所述胎面花纹构造为多个花纹条（351），相邻两个所述花纹条之间形成花纹沟，四个行走轮的胎面花纹呈现从四个行走轮的中心向外辐射状。

2.根据权利要求1所述的行走机构，其特征在于，所述胎面花纹构造为沿同一方向倾斜的多个花纹条，每两个花纹条之间形成花纹沟，所述多个花纹条中每个花纹条的延伸方向与所述每个行走轮的行进方向具有夹角。

3.根据权利要求1或2所述的行走机构，其特征在于，所述行走轮组中的每个行走轮的所述轮外胎（35）具有相同的所述胎面花纹，所述行走轮组中的任意一个行走轮轮外胎（35）的安装方向与其相邻行走轮轮外胎（35）的安装方向相反。

4.根据权利要求2所述的行走机构，其特征在于，所述两个前轮之间和两个后轮之间具有相等的第一轮距，位于一侧的前轮和后轮之间和位于另一侧的前轮和后轮具有相等的第二轮距，所述花纹延伸角为所述第二轮距与所述第一轮距的比值的反正切值。

5.根据权利要求2所述的行走机构，其特征在于，所述花纹延伸角为锐角。

6.根据权利要求2所述的行走机构，其特征在于，所述花纹延伸角为不小于25度的锐角。

7.根据权利要求1~6任意一项所述的行走机构，其特征在于，每个所述花纹条（351）的宽度自其中部向其延伸方向的两端递减。

8.根据权利要求1~6任意一项所述的行走机构，其特征在于，所述轮外胎（35）还包括沿着轮外胎轴向位于所述胎面外侧两端的第一胎肩（353）和第二胎肩（354），所述轮外胎（35）具有垂直于其轴向且位于中部的赤道面，所述第一胎肩（353）和第二胎肩（354）关于所述赤道面对称。

9.根据权利要求8所述的行走机构，其特征在于，所述轮外胎还包括行走时与所述胎面外侧相对的胎面内侧，所述胎面内侧设置多个加强筋（357），所述多个加强筋设置在所述第一胎肩（353）和第二胎肩（354）之间并且沿着轮外胎周向均匀分布。

10.根据权利要求8所述的行走机构，其特征在于，所述第一胎肩（353）和第二胎肩（354）具有靠近所述赤道面的内侧以及远离所述赤道面的外侧，所述外侧设置凸缘（356），所述凸缘（356）向所述轮外胎的旋转中心延伸，所述凸缘（356）与所述赤道面平行。

11.根据权利要求1~6任意一项所述的行走机构，其特征在于，所述胎面花纹的外表面上设置有附花纹，所述附花纹构造为沿着所述花纹条的延伸方向排列的多个突出部和凹陷部；每个所述附花纹具有附花纹延伸角，所述附花纹延伸角定义为所述突出部的延伸方向与轮外胎胎面周向之间的夹角。

12.根据权利要求11所述的行走机构，其特征在于，每个所述行走轮的所述轮外胎具有相同的所述胎面花纹；每个所述轮外胎的每个花纹条具有相同的附花纹。

13.根据权利要求11所述的行走机构，其特征在于，所述附花纹延伸角不大于10度。

14.根据权利要求11所述的行走机构，其特征在于，所述附花纹延伸角不大于5度。

15.根据权利要求11所述的行走机构，其特征在于，在同一所述花纹条上的多个所述附花纹具有相同或不同的附花纹延伸角。

16.一种机器人，所述机器人包括机体及安装于机体的如权利要求1至15中任一权利要求所述的行走机构。

17.一种自行走割草机，所述自行走割草机包括机体及安装于机体的如权利要求1至15中任一权利要求所述的行走机构。