CN109987162A - 一种履带间距可调的机器人底盘及其工作流程 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种履带间距可调的机器人底盘及其工作流程，包括菱形伸缩机构、支撑机构、机体、履带机构。所述的菱形伸缩机构包括：连杆、内滑套螺母、外滑套螺母、螺杆、螺杆链接件、套缸及驱动电机，通过螺旋传动将电机的转动转化为螺母沿螺杆滑动，最终实现履带间距调节；所述的支撑机构包括上壳体、下壳体、减速装置、螺杆轴、滑动螺母、滑杆、固定套及电机，支撑机构可在履带间距伸缩调节时将整个机器人顶起，使得两边履带机构处于腾空状态，便于伸缩机构的正常工作。本发明可以根据不同的通行间距对机器人底盘宽度进行调节，提高了机器人的通过性与稳定性，增加了机器人的利用率，降低了生产成本。

Description

一种履带间距可调的机器人底盘及其工作流程

技术领域

本发明涉及机器人机械装备领域，特别是涉及一种履带间距可调的机器人底盘及其工作流程。

背景技术

在工业、农业等生产生活中，履带式底盘较轮式底盘越障能力、地形适应能力更强。然而，地形空间有限，通行间距大小不一，传统的机器人底盘通过性较低，为适应不同不同作业环境，则需要多种型号机器人，以致设备利用率极低，生产成本高。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种履带间距可调的机器人底盘及其工作流程，能够根据不同的通行间距对机器人底盘宽度进行调节，提高了机器人的通过性与稳定性，增加了机器人的利用率，降低了生产成本。

本发明解决问题的技术方案是：

一种履带间距可调的机器人底盘，其特征在于，包括机体、两个对称置于机体底部的履带机构、与机体底部相连的支撑机构，两个履带机构之间设有菱形伸缩机构，所述支撑机构为可在竖直方向伸缩的支撑机构；所述菱形伸缩机构包括四根连杆、内滑套螺母、外滑套螺母、螺杆及驱动电机，四根连杆成菱形分布，连杆的一端分别与对应的履带机构活动连接，另一端分别与内滑套螺母或外滑套螺母活动连接，内、外滑套螺母的内螺纹旋向相反，且内、外滑套螺母分别与螺杆螺纹连接，所述驱动电机与螺杆驱动连接，通过螺旋传动将电机的转动转化为内、外滑套螺母沿螺杆滑动，实现两个履带机构间距调节。

进一步地，所述菱形伸缩机构为两组，该底盘还设有螺杆连接件，螺杆连接件将两组菱形伸缩机构中的螺杆相连，螺杆连接件的前后两端分别通过轴承Ⅰ和机体相连，两组菱形伸缩机构中的螺杆分别通过两端轴承Ⅱ固定在机体上。

进一步地，所述支撑机构为四组，每组支撑机构均包括螺杆轴、滑动螺母、带有空腔的滑杆、中空结构的固定套及电机，所述电机与螺杆轴驱动连接，所述固定套连接于机体底部，所述滑动螺母与螺杆轴螺纹连接，所述螺杆轴伸入滑杆的空腔内，滑杆顶部与滑动螺母固定连接，所述滑杆、螺杆轴、滑动螺母均置于固定套内，所述滑动螺母外壁与固定套内壁上下滑动连接。

进一步地，所述驱动电机通过齿轮传动机构与螺杆之间的传动相连。

进一步地，所述菱形伸缩机构中各部件的几何关系为：

式中：p为螺杆螺距，x为菱形伸缩机构的伸缩量，l为连杆长度。

进一步地，所述机体和对应的履带机构之间连接有缸套机构，套缸机构承载竖直方向压力，实现机体在水平方向上的滑动。

进一步地，所述支撑机构设有上壳体、下壳体，上壳体与下壳体通过紧定螺栓连接，所述上壳体固定在机体上，同时上、下壳体中设有减速装置。

进一步地，所述减速装置包括齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ、齿轮Ⅲ、齿轮Ⅳ、轴Ⅰ、轴Ⅱ，所述电机通过轴Ⅰ与齿轮Ⅰ相连，所述齿轮Ⅰ与齿轮Ⅱ啮合传动，齿轮Ⅱ与齿轮Ⅲ共同连接于轴Ⅱ，所述齿轮Ⅲ与齿轮Ⅳ啮合传动，所述齿轮Ⅳ与螺杆轴相连。

进一步地，所述螺杆轴采用梯形螺纹保证自锁。

上述一种履带间距可调的机器人底盘的工作流程，其特征在于，包括以下步骤:

1)履带机构腾空：启动支撑机构中的电机，电机轴依次经过齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ、齿轮Ⅲ、齿轮Ⅳ进行减速，驱动螺杆轴旋转，由于螺母滑动连接于固定套内)，螺杆轴带动螺母沿螺杆轴向下移动，从而使滑杆沿固定套向下移动，最终使支撑机构伸长，四组支撑机构共同顶起整个机器人底盘，使两边履带机构处于腾空状态；

2)调节履带间距：启动驱动电机，分别使两组菱形伸缩机构中的螺杆旋转，分别带动同组的内、外滑套螺母沿螺杆相向或背向运动，此时，两组履带机构通过各自连接的缸套机构相向或背向运动，达到底盘宽度调节的目的；

3)支撑机构复位：启动支撑机构中的电机，电机轴依次经过齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ、齿轮Ⅲ、齿轮Ⅳ进行减速，驱动螺杆轴旋转，由于螺母滑动连接于固定套内，螺杆轴带动螺母沿螺杆轴向上移动，从而使滑杆沿固定套向上移动，最终使支撑机构收缩，使两边履带机构置于地面。

综上所述，本发明可根据不同的通行间距对机器人底盘宽度进行调节，提高了机器人的通过性与稳定性，增加了机器人的利用率，因此将具有广阔的市场前景和经济效益。

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，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。在附图中：

图1是本发明的总装三维图；

图2是本发明中菱形伸缩机构图；

图3是本发明中菱形伸缩机构运动简图；

图4是本发明中支撑机构图；

图5是本发明支撑机构中减速装置示意图；

图中标记为：菱形伸缩机构1、支撑机构2、机体3、履带机构4、连杆1-1、螺杆1-2、内滑套螺母1-3、套缸机构1-4、驱动电机1-5、齿轮传动机构1-6、外滑套螺母1-7、两端轴承Ⅱ(1-8)、螺杆链接件1-9、轴承Ⅰ(1-10)、上壳体2-1、紧定螺栓2-2、下壳体2-3、固定套2-4、滑杆2-5、螺杆轴2-6、滑动螺母2-7、电机2-8、减速装置2-9、齿轮Ⅰ(2-10)、齿轮Ⅱ(2-11)、齿轮Ⅲ(2-12)、齿轮Ⅳ(2-13)、轴Ⅰ(2-14)、轴Ⅱ(2-15)。

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做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。

具体地，请参照图1、图2和图3，示出了本实施例提供一种履带间距可调的机器人底盘，包括两组菱形伸缩机构1、四个支撑机构2、机体3、一对履带机构4。

菱形伸缩机构包括连杆1-1、内滑套螺母1-3、外滑套螺母1-7、螺杆1-2、螺杆链接件1-9、齿轮传动机构1-6、套缸机构1-4及驱动电机1-5，通过螺旋传动将电机的转动转化为滑套螺母沿螺杆1-2滑动，实现履带间距调节。

支撑机构包括上壳体2-1、下壳体2-3、减速装置2-9、螺杆轴2-6、滑动螺母2-7、滑杆2-5、固定套2-4及电机2-8，支撑机构在履带间距伸缩调节时将整个机器人顶起，使得两边履带机构处于腾空状态，便于伸缩机构的正常工作。

具体地，请参照图2，菱形伸缩机构1中，连杆1-1的一端与滑套螺母活动连接，另一端与履带机构4活动连接，内、外滑套螺母与螺杆1-2形成配合，螺杆1-2通过螺杆链接件1-9与两端轴承Ⅱ(1-8)固定在机体上。选用内滑套螺母1-3为右旋内螺纹，外滑套螺母1-7为左旋内螺纹，当螺杆1-2正向转动时，内、外滑套螺母相离而行，履带间距缩小；当螺杆1-2反转时，内、外滑套螺母相向而行，履带间距增大。

螺杆连接件1-9通过轴承Ⅰ(1-10)和机体3相连，左右两端与螺杆1-2连接，形成双菱形伸缩机构1。并选用齿轮传动机构1-6作为驱动电机1-5与螺杆1-2之间的传动、减速装置。设置缸套机构1-4连接机体3和履带机构4，承载竖直方向压力，实现机体3在水平方向上的滑动。

具体地，请参照图3，所述菱形伸缩机构运动简图的几何关系为：

式中：p为螺杆螺距，x为菱形伸缩机构的伸缩量，l为连杆长度。

当l取一定值时(本实施例中连杆长度l为320mm)，螺距p和伸缩量x呈线性关系，经前期分析菱形伸缩机构的横向伸缩范围为100mm即x为50mm。

具体地，请参照图4和图5，强调的是支撑机构2有四处且对称安装，支撑机构2通过上壳体2-1固定在机体3上，上壳体2-1与下壳体2-3通过紧定螺栓2-2连接，同时壳体中设有减速装置2-9。减速装置2-9采用传动比均为2.0的两级传动方案，包括轴Ⅰ、轴Ⅱ、螺杆轴2-6及齿轮Ⅰ-Ⅳ。

螺杆轴2-6选用梯形螺纹可保证自锁，通过旋转副和滑动螺母2-7相连。所述滑动螺母2-7与滑杆2-5固定连接，并用固定套2-4将其固定，限制滑动螺母2-7与滑杆2-5旋转运动，螺母只可沿固定套内壁上下滑动，固定套2-4其本身直接固定在下壳体上2-3。螺杆轴2-6将电机2-8经减速装置2-9传过来的旋转运动转换成滑杆2-5的直线运动，最终支撑机构2将整个底盘撑起，配合伸缩机构完成履带间距调节任务。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种履带间距可调的机器人底盘，其特征在于，包括机体(3)、两个对称置于机体底部的履带机构(4)、与机体底部相连的支撑机构(2)，两个履带机构之间设有菱形伸缩机构(1)，所述支撑机构为可在竖直方向伸缩的支撑机构；所述菱形伸缩机构包括四根连杆(1-1)、内滑套螺母(1-3)、外滑套螺母(1-7)、螺杆(1-2)及驱动电机(1-5)，四根连杆成菱形分布，连杆的一端分别与对应的履带机构活动连接，另一端分别与内滑套螺母或外滑套螺母活动连接，内、外滑套螺母的内螺纹旋向相反，且内、外滑套螺母分别与螺杆螺纹连接，所述驱动电机与螺杆驱动连接，通过螺旋传动将电机的转动转化为内、外滑套螺母沿螺杆(1-2)滑动，实现两个履带机构间距调节。

2.根据权利要求1所述的一种履带间距可调的机器人底盘，其特征在于，所述菱形伸缩机构为两组，该底盘还设有螺杆连接件(1-9)，螺杆连接件将两组菱形伸缩机构中的螺杆相连，螺杆连接件的前后两端分别通过轴承Ⅰ(1-10)和机体相连，两组菱形伸缩机构中的螺杆分别通过两端轴承Ⅱ(1-8)固定在机体上。

3.根据权利要求2所述的一种履带间距可调的机器人底盘，其特征在于，所述支撑机构为四组，每组支撑机构均包括螺杆轴(2-6)、滑动螺母(2-7)、带有空腔的滑杆(2-5)、中空结构的固定套(2-4)及电机(2-8)，所述电机与螺杆轴驱动连接，所述固定套连接于机体底部，所述滑动螺母与螺杆轴螺纹连接，所述螺杆轴伸入滑杆的空腔内，滑杆顶部与滑动螺母固定连接，所述滑杆、螺杆轴、滑动螺母均置于固定套内，所述滑动螺母外壁与固定套内壁上下滑动连接。

4.根据权利要求2所述的一种履带间距可调的机器人底盘，其特征在于，所述驱动电机通过齿轮传动机构(1-6)与螺杆(1-2)之间的传动相连。

5.根据权利要求1所述的一种履带间距可调的机器人底盘，其特征在于，所述菱形伸缩机构中各部件的几何关系为：

式中：p为螺杆螺距，x为菱形伸缩机构的伸缩量，l为连杆长度。

6.根据权利要求1所述的一种履带间距可调的机器人底盘，其特征在于，所述机体(3)和对应的履带机构(4)之间连接有缸套机构(1-4)，套缸机构承载竖直方向压力，实现机体(3)在水平方向上的滑动。

7.根据权利要求3所述的一种履带间距可调的机器人底盘，其特征在于，所述支撑机构(2)设有上壳体(2-1)、下壳体(2-3)，上壳体(2-1)与下壳体(2-3)通过紧定螺栓(2-2)连接，所述上壳体(2-1)固定在机体(3)上，同时上、下壳体中设有减速装置(2-9)。

8.根据权利要求7所述的一种履带间距可调的机器人底盘，其特征在于，所述减速装置(2-9)包括齿轮Ⅰ(2-10)、齿轮Ⅱ(2-11)、齿轮Ⅲ(2-12)、齿轮Ⅳ(2-13)、轴Ⅰ(2-14)、轴Ⅱ(2-15)，所述电机通过轴Ⅰ与齿轮Ⅰ相连，所述齿轮Ⅰ与齿轮Ⅱ啮合传动，齿轮Ⅱ与齿轮Ⅲ共同连接于轴Ⅱ，所述齿轮Ⅲ与齿轮Ⅳ啮合传动，所述齿轮Ⅳ与螺杆轴相连。

9.根据权利要求8所述的一种履带间距可调的机器人底盘，其特征在于，所述螺杆轴(2-6)采用梯形螺纹保证自锁。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的一种履带间距可调的机器人底盘的工作流程，其特征在于，包括以下步骤:

1)履带机构腾空：启动支撑机构中的电机，电机轴依次经过齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ、齿轮Ⅲ、齿轮Ⅳ进行减速，驱动螺杆轴旋转，由于螺母滑动连接于固定套内，螺杆轴带动螺母沿螺杆轴向下移动，从而使滑杆沿固定套向下移动，最终使支撑机构伸长，四组支撑机构共同顶起整个机器人底盘，使两边履带机构处于腾空状态；

2)调节履带间距：启动驱动电机，分别使两组菱形伸缩机构中的螺杆旋转，分别带动同组的内、外滑套螺母沿螺杆相向或背向运动，此时，两组履带机构通过各自连接的缸套机构相向或背向运动，达到底盘宽度调节的目的；

3)支撑机构复位：启动支撑机构中的电机，电机轴依次经过齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ、齿轮Ⅲ、齿轮Ⅳ进行减速，驱动螺杆轴旋转，由于螺母滑动连接于固定套内，螺杆轴带动螺母沿螺杆轴向上移动，从而使滑杆沿固定套向上移动，最终使支撑机构收缩，使两边履带机构置于地面。