CN108995474B - 越障轮及移动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种越障轮，包括支撑轮、多个伸缩部件及凸轮。所述支撑轮用于与一主体转动连接。多个伸缩部件能够伸缩地穿设于所述支撑轮，多个所述伸缩部件沿所述支撑轮的半径方向呈辐射状设置。凸轮，用于与所述主体固定连接，所述伸缩部件遇到障碍物时能够缩回并推抵所述凸轮，使得所述凸轮带动主体跨越所述障碍物的同时，亦使所述越障轮及主体在跨越所述障碍物的行走过程更为平稳、平顺，进而提高所述越障轮及主体的工作效率及工作精度。本发明还提供一种具该越障轮的移动机器人。

Description

越障轮及移动机器人

技术领域

本发明涉及一种越障轮及具该越障轮的移动机器人。

背景技术

传动的移动机器人包括轮式机器人和履带式机器人。轮式机器人具有在平面上高速移动性及高操作效率等优点。然而，轮式机器人难以平稳越过障碍物，如阶梯、门槛等障碍物，影响工作效率。

发明内容

为了解决前述问题，本发明提供一种越障轮及具该越障轮的移动机器人。

一种越障轮，包括：

支撑轮，用于与一主体转动连接；

多个伸缩部件能够伸缩地穿设于所述支撑轮，多个所述伸缩部件沿所述支撑轮的半径方向呈辐射状设置；及

凸轮，用于与所述主体固定连接，所述伸缩部件遇到障碍物时能够缩回并推抵所述凸轮。

进一步地，所述凸轮包括抵持部，所述伸缩部件遇到障碍物时能够缩回并推抵所述凸轮的抵持部。

进一步地，所述抵持部包括第一抵持部、第二抵持部及第三抵持部，所述第三抵持部连接于所述第一抵持部及所述第二抵持部之间，所述第一抵持部凸设于所述凸轮一端，所述第二抵持部凸设于所述凸轮的另一端。

进一步地，所述第一抵持部及所述第二抵持部为沿所述凸轮外轮廓设置并朝向所述凸轮的外侧凸设的曲面，所述第三抵持部为沿所述凸轮外轮廓设置的平面或弧面。

进一步地，所述第一抵持部及所述第二抵持部为朝向所述凸轮的外侧凸设的曲面，所述第三抵持部为朝向所述凸轮的内部凹设的曲面。

进一步地，每个伸缩部件包括连接杆及弹性件，所述连接杆活动穿设于所述支撑轮，所述弹性件套设于所述连接杆露出所述支撑轮的外圆周的一端。

进一步地，每个伸缩部件还包括滚轮，所述滚轮能够转动地连接于所述连接杆邻近所述凸轮的一端，所述伸缩部件遇到障碍物时，所述伸缩部件的滚轮能够于所述凸轮上滚动并推抵所述凸轮。

进一步地，每个伸缩部件还包括套筒，所述套筒穿设于所述支撑轮，所述连接杆穿设于所述套筒。

进一步地，所述支撑轮包括转动轴、多个支撑杆及轮体，每个支撑杆的一端固定连接于所述转动轴，所述轮体固定连接于每个支撑杆的另一端，多个所述伸缩部件能够伸缩地穿设于所述轮体。

一种移动机器人，其包括主体，所述移动机器人还包括如上所述的越障轮，所述支撑轮与所述主体转动连接。

本发明提供的越障轮及移动机器人，多个所述伸缩部件能够伸缩地穿设于所述支撑轮，所述伸缩部件遇到障碍物时能够缩回，进而改变了所述越障轮的形状，使所述越障轮容易越过所述障碍物，提高了所述越障轮及移动机器人的工作效率。另外，所述伸缩部件遇到障碍物时能够缩回推抵凸轮，使得所述凸轮带动移动机器人的主体跨越所述障碍物的同时，所述越障轮及所述移动机器人在跨越障碍物的行走过程更为平稳、平顺，减小了所述移动机器人的颠簸，进一步提高所述越障轮及所述移动机器人的工作效率及工作精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明第一实施例提供的一种移动机器人的立体示意图。

图2为本发明第一实施例提供的越障轮的立体示意图。

图3为本发明第一实施例提供的越障轮的部分立体分解示意图。

图4为第一实施例提供的伸缩部件的立体示意图。

图5为本发明第一实施例提供的移动机器人的越障轮于阶梯上移动的示意图。

图6为本发明第二实施例提供的一种越障轮的立体示意图。

图7为本发明第二实施例提供的凸轮的立体示意图。

图8为本发明第二实施例提供的移动机器人的越障轮于阶梯上移动的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，为本发明第一实施例提供的一种移动机器人100的立体示意图。本实施例中，移动机器人100为球形机器人。移动机器人100包括主体101及设于主体101上的越障轮10。

请参阅图2，图2为本发明第一实施例提供的越障轮10的立体示意图。越障轮10包括支撑轮30、多个伸缩部件40及凸轮50。支撑轮30，用于与主体101转动连接；多个伸缩部件40能够伸缩地穿设于支撑轮30，多个伸缩部件40沿支撑轮30的半径方向呈辐射状设置。凸轮50，用于与主体101固定连接。伸缩部件40遇到障碍物时受力缩回，且能够推抵所述凸轮50，以使所述主体101在跨越所述障碍物过程中的运动轨迹更为平稳及平顺。

请参阅图3，图3为本发明第一实施例提供的越障轮10的部分立体分解示意图。支撑轮30包括转动轴31、多个支撑杆33及轮体35。转动轴31与主体101转动连接，其能够在主体101的驱动下转动。每个支撑杆33的一端固定连接于转动轴31。轮体35固定连接于每个支撑杆33的另一端。本实施例中，每个支撑杆33大致沿平行轮体35的半径方向设置。

多个伸缩部件40沿轮体35的半径方向呈辐射状设置于轮体35，进而于轮体35的外侧形成外轮。请结合参阅图4，图4为本发明第一实施例提供的伸缩部件40的立体示意图。每个伸缩部件40包括套筒41、连接杆43、行走块45、固定块46、弹性件47及滚轮48。套筒41穿设于轮体35并固定于轮体35上。连接杆43活动地穿设于套筒41。连接杆43的两端伸出套筒41。套筒41用于减小连接杆43相对轮体35的运动时的摩擦，延长连接杆43与轮体35的使用寿命，以及保证连接杆43相对轮体35运动顺畅。在一实施例中，套筒41为直线轴承。

行走块45固定连接于连接杆43远离转动轴31的一端。本实施方式中，行走块45大致为弧形结构，多个伸缩部件40的行走块45能够拼接成所述外轮，以能够在平面/平地高效率移动。由于橡胶具有耐磨、减震、可变形等特性，行走块45的材质优选橡胶。可以理解，行走块45可以由其他材料制成，如金属、塑胶等。

固定块46固定于轮体35朝向转动轴31的一侧。固定块46与套筒41的一端相邻设置。连接杆43活动地穿设于固定块46。

弹性件47套设于连接杆43。弹性件47位于套筒41与行走块45之间，用于使连接杆43复位及减震。

滚轮48能够转动地连接于连接杆43远离行走块45的一端，用于与凸轮50相抵。滚轮48与凸轮50相抵时亦能于凸轮50上滚动，以减小伸缩部件40与凸轮50之间的摩擦，进而不影响移动机器人100的运动。本实施例中，由于橡胶具有耐磨、减震、可变形等特性，滚轮48的材质优选橡胶。可以理解，行走块45可以由其他材料制成，如金属、塑胶等。

凸轮50固定于主体101，用于与伸缩部件40相抵。凸轮50位于支撑轮30与主体101之间。请再次参阅图3，本实施例中，凸轮50大致呈椭圆形，凸轮50包括抵持部51，抵持部51沿凸轮50的外轮廓设置。抵持部51包括第一抵持部52、第二抵持部54及第三抵持部56。第一抵持部52及第二抵持部54凸设于凸轮50的两个端部，第三抵持部56连接于第一抵持部52及第二抵持部54之间。第一抵持部52及第二抵持部54均为凸轮50向外凸设的弧面。第三抵持部56的曲率小于第一抵持部52的曲率及第二抵持部54的曲率。进一步地，凸轮50上设套设孔57。凸轮50通过套设孔57固定于主体101上，及凸轮50通过套设孔57套设于转动轴31上。在一实施例中，凸轮50可以设置成其它形状，例如圆角矩形；第一抵持部52不限定为弧面，第一抵持部52可以为平面或其它结构的曲面；第二抵持部54不限定为弧面，第二抵持部54可以为平面或其它结构的曲面；第三抵持部56可以为平面。

进一步地，轮体35包括依次连接设置的第一侧面351、第二侧面353、第三侧面355及第四侧面357。第一侧面351设于轮体35朝向转动轴31的一侧，第一侧面351与第三侧面353相对设置，第三侧面355设于轮体35远离转动轴31的一侧，第二侧面353与第四侧面357相对设置。固定块46固定于第一侧面351。支撑杆33远离转动轴31的一端与第二侧面353连接。多个伸缩部件40穿设于第一侧面351与第三侧面353，伸缩部件40的滚轮48在对应的弹性件47受力压缩时能够于凸轮50的抵持部51上滚动。本实施方式中，在一越障轮10的剖面上，多个伸缩部件40形成的所述外轮的圆心，套设孔57的圆心，轮体35的圆心重合，以提高伸缩部件40推抵凸轮50时，移动机器人100的移动稳定性。

组装时，将每个支撑杆33固定于轮体35的第二侧面353与转动轴31之间。将每个伸缩部件40的套筒41穿设于轮体35的第一侧面351与第三侧面353并固定装设于轮体35上。每个固定块46对应一个套筒41固定于轮体35的第一侧面351上。每个连接杆43穿设于对应套筒41及对应固定块46。每个连接杆43远离转动轴31的一端固定一个行走块45。每个连接杆43的另一端转动连接滚轮48。将凸轮50固定于主体101上，将转动轴31转动连接于主体101上，即完成移动机器人100的组装。

请参阅图5，为本发明第一实施例提供的移动机器人100的越障轮10于阶梯300上移动的示意图。阶梯300即为移动机器人100移动路径上的障碍物。阶梯300包括第一台阶301及第二台阶302。设支撑轮30逆时针转动。其中，一个伸缩部件40受到第一台阶301的力，该伸缩部件40被第一台阶301推抵朝向凸轮50运动，进而缩回使越障轮10的形状发生变化。该伸缩部件40的弹性件47被压缩进而弹性抵持于行动块45与轮体35之间，滚轮48推抵凸轮50并沿凸轮50的第三抵持部56运动，使凸轮50及与凸轮50固定连接的主体101向大致垂直第一台阶301的方向提升，且使移动机器人100在阶梯300上的行走过程中的运动轨迹平顺。换句话，伸缩部件40对所述凸轮50及主体101产生了辅助越障的推力，进而提高了越障轮10及移动机器人100跨越障碍物的效率，此外，由于伸缩部件40与凸轮50作用，易提高了移动机器人100跨越障碍物的运动平稳度，减小了颠簸。

当伸缩部件40离开所述第一台阶301时，该伸缩部件40的弹性件47欲回复原形，进而带动该伸缩部件40朝向远离凸轮50的方向运动。另一伸缩部件40接触第二台阶302，当该另一伸缩部件40受到第二台阶302的力时，该连接杆43被第二台阶302推抵朝向凸轮50运动进而缩回使越障轮10的形状发生变化。由于支撑轮30持续转动，移动机器人100在阶梯300的行走过程中，与阶梯300接触的伸缩部件40被推抵朝向凸轮50运动，滚轮48沿凸轮50的抵持部51运动并推抵凸轮50，使移动机器人100在阶梯300上连续的行走过程中的运动轨迹保持平稳及平顺，减小了所述移动机器人100的颠簸，进而使移动机器人100轻松及平稳越过阶梯300上的台阶，提高了移动机器人100的工作效率。

类似地，当移动机器人100在平地/平面上行走时，遇到障碍物时，与所述障碍物接触的伸缩部件40被推抵朝向凸轮50运动，滚轮48沿凸轮50的抵持部51运动并推抵凸轮50，即伸缩部件40产生对所抵持部51产生辅助越障的推力，使越障轮10及移动机器人100平稳越过所述障碍物向前推进，从而使得越障轮10及移动机器人100在平地上的行走亦更加平稳、平顺。

可以理解，越障轮10不仅限用于移动机器人100，越障轮10可以应用到轮椅、推车，等其他通过轮子实现移动的机器与设备中。

可以理解，伸缩部件40可以省略套筒41、滚轮48、行走块45及固定块46，连接杆43不脱离支撑轮30即可，连接杆43的一端能够推抵凸轮50，弹性件47直接套设于连接杆43露出支撑轮30的外圆周的一端，弹性件47部分固定于连接杆43，或者弹性件47部分固定于支撑轮30上。即，每个伸缩部件40包括连接杆43及弹性件47，所述连接杆43活动穿设于所述支撑轮30，所述弹性件47套设于所述连接杆43露出所述支撑轮30的外圆周的一端。

可以理解，抵持部51不限定沿所述凸轮50的外轮廓设置，其可以设置于所述凸轮50的其它结构上，例如抵持部51为设置于凸轮50上的内轨道等等。

请参阅图6，图6为本发明第二实施例提供一种越障轮60，应用于移动机器人(图未示)。越障轮60包括支撑轮70、多个伸缩部件80及凸轮90。支撑轮60，用于与所述移动机器人的主体转动连接；多个伸缩部件80能够伸缩地穿设于支撑轮70，多个伸缩部件90沿支撑轮70的半径方向呈辐射状设置。凸轮90，用于与所述移动机器人的主体固定连接。伸缩部件80遇到障碍物被压缩时能够推抵所述凸轮90，以帮助所述主体提升进而轻易越过所述障碍物，以及使所述主体在跨越所述障碍物过程中的运动轨迹更为平稳及平顺。

支撑轮70包括转动轴71、多个支撑杆73及轮体75。转动轴71用于与所述主体转动连接，其能够在所述主体的驱动下转动。每个支撑杆73的一端固定连接于转动轴71，每个支撑杆73的另一端与轮体75固定连接。

进一步地，轮体75包括两个固定连接且呈层叠设置的子轮体751，以方便越障轮60的组装与拆卸。每个子轮体751包括子支撑内轮753、子支撑外轮755以及多个固定杆757。多个固定杆757固定连接于子支撑内轮753与子支撑外轮755之间，以加强支撑轮70的支撑强度。本实施例中，每个固定杆757沿子支撑外轮755的半径方向设置。子支撑内轮753设于子轮体751邻近转动轴71的一侧。两个子轮体751的子支撑内轮753拼接形成支撑内轮758，两个子轮体753的子支撑外轮755拼接形成支撑外轮759。由于两个子支撑内轮753拼接形成支撑内轮758，两个子支撑外轮755拼接形成支撑外轮759，进而加强了支撑轮70的强度，使得支撑轮70在使用时不易变形，从而提高了越障轮70运动的稳定性。

多个伸缩部件80能够伸缩地穿设于轮体75的支撑内轮758及轮体75的支撑外轮759。多个伸缩部件80沿轮体75的半径方向呈辐射状设置。每个伸缩部件80包括套筒81、连接杆83、行走块85、弹性件87、座体88及滚轮89。

每个伸缩部件80的套筒81的数量为两个。一个套筒81固定穿设于轮体75的支撑内轮758，另一个套筒81固定穿设轮体的75的支撑外轮759。连接杆83活动地穿设于对应的两个套筒81。行走块85固定连接于对应的连接杆83邻近支撑外轮759的一端。本实施方式中，行走块85大致为弧形结构，多个伸缩部件80的行走块85能够大致拼接成一个外轮，以能够在平面/平地高效率移动；由于橡胶具有耐磨、减震、可变形等特性，行走块85的材质优选橡胶。弹性件87套设于连接杆83。弹性件87位于支撑外轮759与行走块85之间，用于使连接杆83复位及减震。座体88固定连接于连接杆83邻近支撑内轮759的一端。滚轮89能够转动地连接于座体88，并收容于座体88内。座体88能够保护滚轮89不受到外部损坏，及避免滚轮89运动时受到外部物体的干扰，进而延长滚轮89的使用寿命，以及有利于提高越障轮60运动的稳定性。本实施例中，由于橡胶具有耐磨、减震、可变形等特性，滚轮89的材质优选橡胶。

凸轮90用于与所述主体固定连接，其能够与伸缩部件80的滚轮89相抵。请参阅图7，图7为本发明第二实施例提供的凸轮90的立体示意图。凸轮90包括抵持部91。本实施方式中，抵持部91沿凸轮90的外轮廓设置。抵持部91包括第一抵持部92、第二抵持部94及第三抵持部96。第三抵持部96连接于第一抵持部92及第二抵持部94之间，第一抵持部92及第二抵持部94为朝向凸轮90的外侧凸设的曲面结构，第三抵持部96为朝向凸轮90的内部凹设的曲面结构。第一抵持部92、第三抵持部96及第二抵持部94依次连接呈大致W形。进一步地，凸轮90上设套设孔97。凸轮90通过套设孔97固定于所述主体上。可以理解，第一抵持部92可以为平面结构，第二抵持部94可以为平面结构。

请参阅图8，为本发明第二实施例提供的越障轮60于阶梯300上移动的示意图。阶梯300包括第一台阶301及第二台阶302。阶梯300的第一台阶301及第二台阶302即为障碍物。越障轮60运动时，设支撑轮70逆时针转动。其中，一个伸缩部件80受到第一台阶301的力，该伸缩部件80被第一台阶301推抵朝向凸轮90运动进而缩回使越障轮60的形状发生变化，该伸缩部件80的弹性件87被压缩进而弹性抵持于行动块85与支撑外轮759之间，滚轮89推抵凸轮90并沿凸轮90的第三抵持部96运动，使凸轮90及与凸轮90固定连接的主体向大致垂直第一台阶301的方向提升，且使所述移动机器人在阶梯300上的行走过程中的运动轨迹平顺。换句话说，伸缩部件80对所述凸轮90及所述主体产生了辅助越障的推力，进而使所述主体轻易爬上第一台阶301，同时凸轮90使所述越障轮60及移动机器人在越障的运动过程中更为平稳及平顺，减少了颠簸，从而提高了越障轮10及移动机器人100工作效率及工作精度。

进一步地，与所述第三抵持部96相对的伸缩部件80的滚轮89会弹性抵持于所述第三抵持部96，与所述第二抵持部94相对的伸缩部件80的滚轮89会弹性抵持于所述第二抵持部94，在越障轮60运动的过程中，伸缩部件80对所述第三抵持部96和第二抵持部94产生辅助越障的推力，使凸轮90及与凸轮90固定连接的主体向大致沿阶梯300延伸的方向运动。由于第一抵持部92及第二抵持部94为朝向凸轮90的外侧凸设的曲面结构，第三抵持部96为朝向凸轮90的内部凹设的曲面结构，在越障轮60运动过程中，所述移动机器人的重心大致呈倾斜线移动，该倾斜线的延伸方向与阶梯延伸的方向一致，从而可以提高所述移动机器人的运动稳定性。换句话说，在移动机器人越障过程中，由于凸轮90与伸缩部件80的相互作用，所述移动机器人的重心的运动轨迹为一平直的倾斜线，从而使越障轮60及移动机器人在跨越障碍物的行走过程中的运动轨迹平顺，减小了所述移动机器人的颠簸，提高了越障轮60及移动机器人的工作效率及工作精度。

本发明提供的越障轮及移动机器人，多个伸缩部件能够伸缩地穿设于所述支撑轮，所述伸缩部件遇到障碍物时能够缩回，进而改变了所述越障轮的形状，使所述越障轮容易越过所述障碍物，提高了所述越障轮及移动机器人的工作效率。另外，越障轮还包括一用于与主体固定连接的凸轮，所述伸缩部件遇到障碍物缩回时能够推抵所述凸轮，所述凸轮带动移动机器人的主体跨越所述障碍物的同时，使所述越障轮及所述移动机器人在跨越障碍物的行走过程中的运动轨迹更为平稳、平顺，减小了所述移动机器人运动过程中的颠簸，进一步提高所述越障轮及所述移动机器人的工作效率及工作精度。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种越障轮，其特征在于，所述越障轮包括：

支撑轮，用于与一主体转动连接；

多个伸缩部件能够伸缩地穿设于所述支撑轮，所述多个伸缩部件沿所述支撑轮的半径方向呈辐射状设置并露出所述支撑轮而形成外轮，所述外轮远离所述支撑轮的圆心一端位于所述越障轮的最大外径处；及

凸轮，用于与所述主体固定连接，所述伸缩部件靠近所述支撑轮的圆心一端与所述凸轮间隔设置，所述伸缩部件遇到障碍物时朝向所述支撑轮的圆心回缩并与所述凸轮接触而推抵所述凸轮。

2.如权利要求1所述的越障轮，其特征在于，所述凸轮包括抵持部，所述伸缩部件遇到障碍物时能够缩回并推抵所述凸轮的抵持部。

3.如权利要求2所述的越障轮，其特征在于，所述抵持部包括第一抵持部、第二抵持部及第三抵持部，所述第三抵持部连接于所述第一抵持部及所述第二抵持部之间，所述第一抵持部凸设于所述凸轮一端，所述第二抵持部凸设于所述凸轮的另一端。

4.如权利要求3所述的越障轮，其特征在于，所述第一抵持部及所述第二抵持部为沿所述凸轮外轮廓设置并朝向所述凸轮的外侧凸设的曲面，所述第三抵持部为沿所述凸轮外轮廓设置的平面或弧面。

5.如权利要求3所述的越障轮，其特征在于，所述第一抵持部及所述第二抵持部为朝向所述凸轮的外侧凸设的曲面，所述第三抵持部为朝向所述凸轮的内部凹设的曲面。

6.如权利要求1所述的越障轮，其特征在于，每个伸缩部件包括连接杆及弹性件，所述连接杆活动穿设于所述支撑轮，所述弹性件套设于所述连接杆露出所述支撑轮的外圆周的一端。

7.如权利要求6所述的越障轮，其特征在于，每个伸缩部件还包括滚轮，所述滚轮能够转动地连接于所述连接杆邻近所述凸轮的一端，所述伸缩部件遇到障碍物时，所述伸缩部件的滚轮能够于所述凸轮上滚动并推抵所述凸轮。

8.如权利要求6所述的越障轮，其特征在于，每个伸缩部件还包括套筒，所述套筒穿设于所述支撑轮，所述连接杆穿设于所述套筒。

9.如权利要求1所述的越障轮，其特征在于，所述支撑轮包括转动轴、多个支撑杆及轮体，每个支撑杆的一端固定连接于所述转动轴，所述轮体固定连接于每个支撑杆的另一端，多个所述伸缩部件能够伸缩地穿设于所述轮体。

10.一种移动机器人，其包括主体，其特征在于，所述移动机器人还包括如权利要求1至9项任意一项所述的越障轮，所述支撑轮与所述主体转动连接。

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