CN108791548B - 一种两轮-腿-履带复合型移动机构 - Google Patents

一种两轮-腿-履带复合型移动机构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及特种机器人技术领域，具体地说是一种两轮‑腿‑履带复合型移动机构，包括移动座本体、行走轮、摆腿驱动机构和摆腿组件，两个行走轮安装在移动座本体左右两端，行走轮中内置行走轮驱动电机，在移动座本体前后两侧设有摆腿组件，两个摆腿驱动机构设置于移动座本体上，且移动座本体两侧的摆腿组件通过不同的摆腿驱动机构驱动摆动，位于移动座本体同一侧的摆腿组件通过一个摆腿驱动轴相连，所述摆腿驱动轴通过摆腿驱动机构驱动旋转并带动摆腿组件摆动，摆腿组件上设有履带，且行走轮接触地面转动时，所述履带离开地面，履带接触地面转动时，行走轮离开地面。本发明解决了现有机器人移动机构对于复杂地形的机动灵活性不足和移动效率低等问题。

Description

一种两轮-腿-履带复合型移动机构
技术领域
本发明涉及特种机器人技术领域，具体地说是一种两轮-腿-履带复合型移动机构。
背景技术
现有技术中，对于城市内一些复杂的地形环境来说，比如楼梯、障碍物、深沟和坡道等，大多数机器人的移动机构还是采用轮子、履带或腿等单一移动机构，也有少数采用轮-履带、腿-履带或轮-腿-履带等复合型移动机构，其中单一移动机构的通过性远不如复合型移动机构，而在复合型移动机构中，轮-腿-履带复合型移动机构的综合通过能力最优。
现有技术中，使用最为广泛的是四轮驱动的轮-腿-履带复合型移动机构，但该种复合型移动机构也存在缺陷，比如机动灵活性不足、移动效率低等，这主要是因为该移动机构采用了四轮驱动，在采用行走轮模式运动时，会出现左右滑动，特别是在转弯或原地转弯时，左右两侧轮子是采用差速或反向驱动原理实现转弯，行走轮处于局部或完全滑动状态，运动的灵活性较差，功率消耗大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种两轮-腿-履带复合型移动机构，可应用于城市各种复杂环境下的移动机器人平台进行探测、侦察、采样和搬运等作业，有效解决了现有机器人移动机构对于复杂地形的机动灵活性不足和移动效率低等问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种两轮-腿-履带复合型移动机构，包括移动座本体、行走轮、摆腿驱动机构和摆腿组件，两个行走轮分别设置于所述移动座本体左右两端，行走轮中内置行走轮驱动电机，在所述移动座本体前后两侧均设有摆腿组件，两个摆腿驱动机构设置于所述移动座本体上，且移动座本体两侧的摆腿组件分别通过不同的摆腿驱动机构驱动摆动，位于移动座本体同一侧的摆腿组件通过一个摆腿驱动轴相连，且所述摆腿驱动轴通过摆腿驱动机构驱动旋转，所述摆腿组件通过所述摆腿驱动轴旋转带动摆动，所述摆腿组件上设有履带，且两个行走轮接触地面转动时，所述履带离开地面，当所述履带接触地面转动时，所述两个行走轮离开地面。
所述摆腿组件包括摆腿、履带、履带驱动轮和导向轮，所述摆腿通过所述摆腿驱动轴带动摆动，所述履带驱动轮和导向轮均安装在所述摆腿上并通过履带相连，所述履带驱动轮中内置履带驱动电机。
履带驱动电机轴与摆腿相连，履带驱动电机本体部分相对旋转带动履带驱动轮旋转。
所述履带驱动轮安装在所述摆腿靠近移动座本体一端，所述导向轮安装在所述摆腿远离移动座本体一端。
所述摆腿靠近所述移动座本体的一端与摆腿驱动轴端部连接。
在所述摆腿上设有撑紧履带的支撑轮。
行走轮驱动电机轴与移动座本体相连，行走轮驱动电机本体部分相对旋转带动行走轮滚动。
在所述移动座本体前后两侧均设有支撑板，所述摆腿驱动轴两端分别可转动地安装在不同的支撑板上。
在所述摆腿驱动轴中部设有一个连接支座，所述摆腿驱动机构的动力输出轴端部与所述连接支座铰接。
在所述移动座本体上设有安装支座，摆腿驱动机构的本体后端铰接于所述安装支座上。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明的两轮-腿-履带复合型移动机构，在采用两轮移动时，移动机构处于动态自平衡状态，可实现高速移动，机动灵活，移动效率高；采用腿-履带移动时，可实现越障、越沟、爬坡、上下楼梯等功能，独特的两轮-腿-履带复合型移动机构可以适用于城市中各种复杂环境的地形。
2.本发明的移动座本体部分采用同轴两轮驱动结构，且驱动电机与行走轮融合为一体，去掉了齿轮传动结构，实现了电机直接驱动，彻底消除了转弯运动过程中的滑动问题，大大提高了机动灵活性和移动效率，同时也降低了电能的消耗。
3.本发明的四个摆腿与履带总成中的履带驱动轮，由于履带驱动电机与履带驱动轮采用了一体化设计结构，使得驱动电机能够直接驱动履带轮，去掉了齿轮传动结构，大大简化了现有的结构形式，提高了腿-履带总成的整体刚度，提高了电机的使用效率，降低了电能的消耗。
4.本发明的移动座本体采用两轮移动方式，不仅提高了灵活性，同时缩小了车体的尺寸，减轻了车体的重量，降低了能耗；履带选用橡胶材质，具有重量轻、柔韧性好、缓冲减震、传动噪声低的优点，适合城市多种地面。
附图说明
图1为本发明的结构示意图，
图2为图1中本发明的主视图，
图3为图2中本发明的俯视图，
图4为图2中本发明的仰视图。
其中，1为行走轮，2为履带驱动轮，3为支撑轮，4为导向轮，5为履带，6为摆腿，7为移动座本体，8为第一摆腿驱动机构，9为安装支座，10为连接支座，11为摆腿驱动轴，12为支撑板，13为行走轮驱动电机轴，14为履带驱动电机轴，15为第二摆腿驱动机构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1～4所示，本发明包括移动座本体7、行走轮1、摆腿驱动机构和摆腿组件，两个行走轮1分别安装在所述移动座本体7左右两端，每个行走轮1中内置行走轮驱动电机，如图4所示，行走轮驱动电机轴13伸出行走轮1轮体外与移动座本体7相连，所述行走轮驱动电机本体部分相对旋转带动行走轮1滚动。在所述移动座本体7前后两侧各设有两个摆腿组件，两个摆腿驱动机构设置于所述移动座本体7上，其中移动座本体7任一侧的两个摆腿组件通过第一摆腿驱动机构8驱动摆动，移动座本体7另一侧的两个摆腿组件通过第二摆腿驱动机构15驱动摆动。
如图1～4所示，位于移动座本体7同一侧的两个摆腿组件靠近所述移动座本体7的一端通过一个摆腿驱动轴11连接，在所述移动座本体7前后两侧均设有支撑板12，所述摆腿驱动轴11两端分别可转动地安装在不同的支撑板12上，在所述支撑板12内设有支撑所述摆腿驱动轴11的轴承，摆腿驱动机构的动力输出轴与所述摆腿驱动轴11铰接，所述动力输出轴伸缩并通过所述摆腿驱动轴11驱动移动座本体7同一侧的摆腿组件同步摆动，如图1所示，在所述摆腿驱动轴11中部设有一个连接支座10，所述摆腿驱动机构的动力输出轴端部与所述连接支座10铰接，在所述移动座本体7上设有安装支座9，摆腿驱动机构的本体后端铰接于所述安装支座9上。本实施例中，所述摆腿驱动机构为电动缸，所述电动缸的缸杆端部与所述连接支座10铰接，所述电动缸的缸体尾端与所述安装支座9铰接。
如图1～4所示，所述摆腿组件包括摆腿6、履带5、履带驱动轮2、支撑轮3和导向轮4，所述履带驱动轮2、支撑轮3和导向轮4均安装在所述摆腿6上，所述摆腿6靠近移动座本体7的一端与所述摆腿驱动轴11的端部固连，摆腿驱动机构的动力输出轴伸缩带动所述摆腿驱动轴11转动，所述摆腿驱动轴11即带动摆腿6摆动。所述履带驱动轮2安装在所述摆腿6靠近移动座本体7一端，所述导向轮4安装在所述摆腿6远离移动座本体7一端，所述履带驱动轮2和导向轮4通过履带5相连，在所述履带驱动轮2和导向轮4之间设有支撑轮3起到撑紧履带5的作用，每个履带驱动轮2中内置驱动旋转的履带驱动电机，如图4所示，履带驱动电机轴14伸出至履带驱动轮2轮体外与摆腿6相连，履带驱动电机本体部分相对旋转带动履带驱动轮2旋转，所述履带驱动轮2旋转即驱动履带5转动。
本发明的工作原理为：
本发明移动时，当前后四条履带5向上摆动到一定角度时，履带5离开地面，同时移动座本体7左右两端两个行走轮1接触地面并开始转动，此时移动座本体7处于两轮运动状态，以动态稳定模式实现前进、后退和转弯。当前后四条履带5向下摆动到一定角度时，履带5接触地面，同时移动座本体7上两个行走轮1离开地面并停止转动，移动座本体1进入履带5驱动模式，在履带5驱动下，实现前进、后退、转弯、上下楼梯和跨越障碍等。

Claims (8)

1.一种两轮-腿-履带复合型移动机构，其特征在于：包括移动座本体(7)、行走轮(1)、摆腿驱动机构和摆腿组件，两个行走轮(1)分别设置于所述移动座本体(7)左右两端，行走轮(1)中内置行走轮驱动电机，在所述移动座本体(7)前后两侧均设有摆腿组件，两个摆腿驱动机构设置于所述移动座本体(7)上，且移动座本体(7)两侧的摆腿组件分别通过不同的摆腿驱动机构驱动摆动，位于移动座本体(7)同一侧的摆腿组件通过一个摆腿驱动轴(11)相连，且所述摆腿驱动轴(11)通过对应的摆腿驱动机构驱动旋转，所述摆腿组件通过对应的摆腿驱动轴(11)旋转带动摆动，所述摆腿组件上设有履带(5)，且两个行走轮(1)接触地面转动时，所述履带(5)离开地面，当所述履带(5)接触地面转动时，所述两个行走轮(1)离开地面；
在所述摆腿驱动轴(11)中部设有一个连接支座(10)，所述摆腿驱动机构的动力输出轴端部与对应侧的连接支座(10)铰接；
在所述移动座本体(7)上设有安装支座(9)，摆腿驱动机构的本体后端铰接于对应的安装支座(9)上。
2.根据权利要求1所述的两轮-腿-履带复合型移动机构，其特征在于：所述摆腿组件包括摆腿(6)、履带(5)、履带驱动轮(2)和导向轮(4)，所述摆腿(6)通过所述摆腿驱动轴(11)带动摆动，所述履带驱动轮(2)和导向轮(4)均安装在所述摆腿(6)上并通过履带(5)相连，所述履带驱动轮(2)中内置履带驱动电机。
3.根据权利要求2所述的两轮-腿-履带复合型移动机构，其特征在于：履带驱动电机轴(14)与摆腿(6)相连，履带驱动电机本体部分相对旋转带动履带驱动轮(2)旋转。
4.根据权利要求2所述的两轮-腿-履带复合型移动机构，其特征在于：所述履带驱动轮(2)安装在所述摆腿(6)靠近移动座本体(7)一端，所述导向轮(4)安装在所述摆腿(6)远离移动座本体(7)一端。
5.根据权利要求2所述的两轮-腿-履带复合型移动机构，其特征在于：所述摆腿(6)靠近所述移动座本体(7)的一端与摆腿驱动轴(11)端部连接。
6.根据权利要求2所述的两轮-腿-履带复合型移动机构，其特征在于：在所述摆腿(6)上设有撑紧履带(5)的支撑轮(3)。
7.根据权利要求1所述的两轮-腿-履带复合型移动机构，其特征在于：行走轮驱动电机轴(13)与移动座本体(7)相连，行走轮驱动电机本体部分相对旋转带动行走轮(1)滚动。
8.根据权利要求1所述的两轮-腿-履带复合型移动机构，其特征在于：在所述移动座本体(7)前后两侧均设有支撑板(12)，所述摆腿驱动轴(11)两端分别可转动地安装在不同的支撑板(12)上。
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