CN110200556B - 越障驱动轮及移动设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种越障驱动轮及移动设备，其中，越障驱动轮包括：轮体，轮体的外周面沿轮体的径向开设有两个以上的凹槽；滑块，位于轮体的凹槽内，滑块能够沿轮体的径向做伸缩运动，用于改变驱动轮的半径，驱动轮因半径的不同而具有正常状态和越障状态；驱动组件，驱动组件与滑块连接，用于驱动滑块在轮体的凹槽内做伸缩运动。本发明的越障驱动轮及含有越障驱动轮的移动设备，通过合理设置轮体、滑块和驱动组件的结构及相互之间的连接关系，当遇到障碍物时，滑块能够伸出轮体的外周面，增大驱动轮的半径和摩擦力，从而具有较好的越障能力。

Description

越障驱动轮及移动设备

技术领域

本发明涉及机器人设备领域，特别是涉及一种越障驱动轮及移动设备。

背景技术

扫地机器人，又称自动扫地机、智能吸尘器、机器人吸尘器等，是智能家用电器的一种，凭借一定的人工智能，自动在房间内完成地板清洁工作。一般采用刷扫和真空方式，将地面杂物先吸入自身的尘盒中，从而完成地面清洁工作。传统扫地机器人的驱动轮大多缺乏通过地面设障碍物的能力，传统机器人的驱动轮为了方便越障碍物，要么在机身增设弹性结构来缓冲，要么采用辅助结构(包括在机身上)提供辅助支撑越障，结构复杂，往往为了达到越障效果需要相应对机身结构做很大改变，导致成本较高。

发明内容

基于此，有必要针对传统驱动轮缺乏越障能力问题，提供一种越障驱动轮及移动设备。

本发明的越障驱动轮，包括：轮体，所述轮体的外周面沿轮体的径向开设有两个以上的凹槽；滑块，位于所述轮体的凹槽内，所述滑块能够沿所述轮体的径向相对所述轮体做伸缩运动，用于改变所述驱动轮的半径；及驱动组件，所述驱动组件与所述滑块连接，用于驱动所述滑块在所述轮体的凹槽内做伸缩运动。

在一个实施例中，越障驱动轮还包括驱动连杆和撑轮杆，所述驱动连杆与所述轮体固定连接，并且所述驱动连杆与所述轮体的端面垂直设置；所述撑轮杆的第一端与滑块转动连接，所述撑轮杆的第二端与所述驱动组件转动连接，所述驱动组件能够驱动所述撑轮杆的第二端沿驱动连杆的轴向滑动。

在一个实施例中，所述驱动组件包括套轴和驱动器，所述套轴套接在所述驱动连杆上并且能够沿所述驱动连杆的轴向滑动，所述撑轮杆的第二端与所述套轴转动连接，所述驱动器与所述套轴连接，用于驱动所述套轴和所述撑轮杆的第二端沿所述驱动连杆的轴向滑动，进而通过推拉所述驱动连杆来驱动所述滑块凹槽内相对轮体做伸缩运动。

在一个实施例中，所述套轴外壁设有齿状结构，所述驱动器为齿轮驱动器，所述齿轮驱动器能够与所述套轴外壁的齿状结构相配合，从而能够驱动所述套轴沿所述驱动连杆的轴向滑动。

在一个实施例中，所述驱动连杆上设置有限位块，用于限制所述套轴在所述驱动连杆上的滑动位置。

在一个实施例中，所述驱动轮还包括主轴马达，用于驱动所述轮体转动，所述主轴马达还与所述驱动器相连接，用于驱动所述驱动器工作。

在一个实施例中，所述驱动组件还包括电机和感测传感器，所述电机用于驱动所述驱动器工作，所述感测传感器用于感测障碍物，所述感测传感器与所述电机有线或者无线连接，当所述感测传感器感测到障碍物时，所述电机启动并且驱动所述驱动器工作。

在一个实施例中，所述套轴与所述驱动连杆之间设置有轴承，所述套轴通过所述轴承套接在所述驱动连杆上。

在一个实施例中，在所述轮体内沿着所述轮体的轴向错位设置有两层以上的滑块。

本发明还提出一种移动设备，包括上述的越障驱动轮。

本发明的越障驱动轮及移动设备，有益效果为：

本发明的越障驱动轮及含有越障驱动轮的移动设备，通过合理设置轮体、滑块和驱动组件的结构及相互之间的连接关系，使得本发明的越障驱动轮及含有越障驱动轮的移动设备遇到障碍物时，滑块能够伸出轮体的外周面，增大驱动轮的半径和与地面的摩擦力，从而具有较好的越障能力。

附图说明

图1为一个实施例中越障驱动轮越过障碍物后回复到正常状态时的主视图。

图2为一个实施例中越障驱动轮越障状态下的主视图。

图3为图1中左侧部分的纵向剖视图。

图4为图2中左侧部分的纵向剖视图。

图5为一个实施例中越障驱动轮在正常状态下的立体结构示意图。

图6为一个实施例中越障驱动轮在越障状态下的立体结构示意图。

图7为一个实施例中撑轮杆与滑块的连接结构示意图。

图8为一个实施例中越障驱动轮的结构示意图。

图9是另一个实施例滑块缩进驱动组件的齿状结构时的结构示意图。

图10是另一个实施例滑块被驱动组件的齿状结构顶出轮体外周面时的结构示意图。

图11是另一个实施例滑块慢慢缩回驱动组件的齿状结构时的结构示意图。

图12是另一个实施例滑块完全缩回驱动组件的齿状结构时的结构示意图。

图13为一个实施例中移动设备在正常状态下的结构示意图。

图14为一个实施例中移动设备在越障状态下的结构示意图。

附图标记说明：

越障驱动轮100；移动设备200；轮体110，凹槽111，外周面112；滑块120，第一滑块121，第二滑块122，槽位123；驱动组件130，齿轮套轴131，齿轮驱动器132，主轴马达133；驱动连杆140，限位块141；撑轮杆150，第一端151，第二端152，拉环153；调节齿轮160，第一齿状结构161，第二齿状结构162。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“内”、“外”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

如图1-12所示，本发明提出一种越障驱动轮100(简称“驱动轮100”)及包含该驱动轮100的移动设备200，如图13-14所示。其中，从图1-2中可以看到，驱动轮100包括轮体110、滑块120和驱动组件130，轮体110的外周面112沿轮体110的径向开设有两个以上的凹槽111，滑块120位于轮体110的凹槽111内，并且能够沿轮体110的径向相对轮体110做伸缩运动，用于改变驱动轮100的半径，驱动轮100因半径的不同而具有正常状态和越障状态；驱动组件130与滑块120直接或者间接连接，用于驱动滑块120在轮体110的凹槽111内做伸缩运动。

需要说明的是，在一个实施例中，当驱动轮100在正常状态下时，如图1、图3和图5所示，滑块120缩进轮体110的凹槽111内，使得驱动轮100的半径为轮体110的半径，并且在轮体110的外周面112形成凹凸结构，使得驱动轮100与地面之间具有较大的摩擦力；当驱动轮100在越障状态下，如图2、图4和图6所示，滑块120伸出轮体110的外周面112，增大驱动轮100的半径，伸出的滑块120使得轮体110的外周面112形成凹凸结构，增大驱动轮100与地面之间的摩擦力，使得驱动轮100的过障能力更强。在另一个实施例中，轮体110还可以采用较大摩擦系数并且弹性较好的橡胶材料制成，此时，可以将滑块120远离轮体110中心一侧的表面设计为弧形面(图中未示出)，并且当驱动轮100在正常状态下时，虽然滑块120缩进凹槽111内，但是缩进去的部分并不多，滑块120远离轮体110中心一侧的弧形面构成轮体110外周面112的一部分，如此设计，能够增大轮面的平滑性，使得本实施例的驱动轮100在正常状态下时与地面之间的摩擦力适中，运行更顺畅。

在一个具体的实施例中，如图3和图4所示，驱动轮100还包括驱动连杆140和撑轮杆150，驱动连杆140与轮体110的中心固定连接或者一体成型，并且驱动连杆140与轮体110的端面垂直设置；撑轮杆150的第一端151与滑块120转动连接，撑轮杆150的第二端152与驱动组件转动连接，驱动组件能够驱动撑轮杆150的第二端152沿驱动连杆140的轴向滑动。可以理解的是，当轮体110正常转动时，轮体110内的滑块120、驱动连杆140、撑轮150以及驱动组件均随着轮体110一起转动，即轮体110正常转动时，上述各个部件相互之间以及与轮体之间均是相对静止的。当遇到障碍物时，驱动组件能够驱动撑轮杆150的第二端152沿驱动连杆140的轴向滑动，进而通过推拉撑轮杆150来驱动滑块120在轮体110的凹槽111内沿轮体110的径向做伸缩运动。

需要说明的是，当凹槽111开设在轮体110的外周面112靠中间部位时，如图3和图4所示，凹槽111实际上是贯穿外周面112的孔；可以理解的是，本发明对凹槽的位置不进行限定，只要凹槽111靠近轮体110中心的一端能够提供撑轮杆150与滑块转动连接的空间即可，在其他实施例中，凹槽111也可以开设在轮体110的外周面112的侧边(图中未示出)。

需要说明的是，在一个具体的实施例中，驱动组件130可以包括沿驱动连杆140的轴向可伸缩的输出轴(图中未示出)，该输出轴与撑轮杆150的第二端152连接，并且能够驱动撑轮杆150的第二端152沿驱动连杆140的轴向滑动，进而通过推拉撑轮杆150来驱动滑块120在轮体110的凹槽111内沿轮体110的径向相对轮体110做伸缩运动。可以理解的是，在其他实施例中，驱动组件130还可以沿着轮体110的径向运动，进而驱动滑块120在轮体110的凹槽111内沿轮体110的径向做伸缩运动。例如，如图9-图12所示，驱动组件130可以包括自带马达驱动的调节齿轮160，调节齿轮160的外周圈均匀分布有齿状结构，轮体沿着其外周面均匀设置有滑块，图9-图12仅画出了几个滑块作为示例，在本实施例中，滑块与调节齿轮160相配合的一端还开设有槽位123，图9为滑块缩进齿状结构中的状态结构示意图，图10为滑块被齿状结构顶出的轮体外周面的结构示意图，图11为滑块慢慢缩回齿状结构中的状态结构示意图，图12为滑块完全缩回齿状结构中的状态结构示意图。

在图9中可以看到，第一滑块121和第二滑块122分别缩在第一齿状结构161、第二齿状结构162中，当遇到障碍物时，马达驱动调节齿轮160逆时针转动一定角度，第一齿状结构161、第二齿状结构162分别顶在第一滑块121和第二滑块122的槽位123内，将第一滑块121和第二滑块122顶出轮体的外周面，以增大驱动轮的半径，方便越障；等越过障碍物以后，马达继续驱动调节齿轮160逆时针转动，第一滑块121和第二滑块122分别失去第一齿状结构161、第二齿状结构162最高点的支撑，慢慢回缩，如图11所示，直到滑块完全缩回齿状结构中，如图12所示，此时，第一滑块121缩在第二齿状结构162中。

另外，需要说明的是，在图1和图2所示的实施例中，驱动轮100包括对称设置的两个驱动轮100，可以理解的是，在其他实施例中，驱动轮100可以只包括一个驱动轮100及其他的辅助支撑结构。另外，在图1-7所示的实施例中，轮体110内沿着轮体110的轴向错位设置有两层滑块120，用于增大所述驱动轮100在越障状态下的稳定性和与地面之间的摩擦力，需要说明的是，此处所说的“轮体110的轴向”是指垂直于轮体110径向的方向，此处所说的“错位”是指沿轮体的轴向不完全重合。另外，可以理解的是，在其他实施例中，轮体110内沿着轮体110的轴向仅设置一层滑块120，如图8所示，或者设置更多层滑块120(图中未示出)。

在一个实施例中，如图1和图2所示，驱动组件130包括套轴和驱动器，套轴套接在驱动连杆140上并且能够沿驱动连杆140的轴向滑动，撑轮杆150的第一端151与滑块120转动连接，第二端152与套轴转动连接，驱动器与套轴连接，用于驱动套轴沿驱动连杆140的轴向滑动，从而驱动撑轮杆150的第二端152沿驱动连杆140的轴向滑动，进而通过推拉撑轮杆150来驱动滑块120在轮体110的凹槽111内做伸缩运动。在一个具体的实施例中，套轴与驱动连杆140之间设置有轴承，套轴通过轴承套接在驱动连杆140上。

在一个实施例中，如图1和图2所示，套轴为齿轮套轴131，齿轮套轴131的外壁设有齿状结构，驱动器为齿轮驱动器132，齿轮驱动器132能够与齿轮套轴131的齿状结构相配合，从而能够驱动齿轮套轴131沿驱动连杆140的轴向滑动。

下面以图2中左侧的驱动轮100为例来详细描述齿轮驱动器132的驱动过程，当驱动轮100遇到障碍物时，齿轮驱动器132逆时针转动，通过与套轴外壁的齿状结构相配合来驱动齿轮套轴131沿着驱动连杆140的轴向向左滑动，齿轮套轴131进而驱动撑轮杆150推动滑块120伸出轮体110的外周面112，从而增大驱动轮100的半径，使得驱动轮100处于越障状态，如图6所示，能够更好地跨越障碍物。在此需要说明的是，当驱动轮100遇到障碍物时，滑块120会被驱动伸出轮体110的外周面112，从而增大驱动轮100的半径，滑块伸出的越多，驱动轮100的半径增加地越大，但是并不是每次遇到障碍物，驱动轮100的半径都会增加到最大，在一个具体的实施例中，当驱动轮100遇到的障碍物较小时，驱动轮100的半径增加到一定程度就越过了该障碍物，那么滑块120就会被驱动缩进轮体110的外周面112，使得驱动轮100回复到正常状态。

当驱动轮100越过障碍物以后，如图1所示，齿轮驱动器132顺时针转动，通过与套轴外壁的齿状结构相配合来驱动齿轮套轴131沿着驱动连杆140的轴向向右滑动，齿轮套轴131进而驱动撑轮杆150拉动滑块120缩进轮体110的外周面112，从而减小驱动轮100的半径，使得驱动轮100处于正常状态，如图5所示。

需要说明的是，在图3所示的实施例中，驱动器通过齿轮结构来驱动套轴沿驱动连杆140的轴向滑动，可以理解的是，在其他实施例中，驱动器还可以通过其他的结构来驱动套轴沿驱动连杆140的轴向滑动，例如，驱动器可以包括可伸缩的输出轴(图中未示出)，该输出轴与套轴相连接并且能够驱动套轴沿驱动连杆140的轴向滑动。另外，需要说明的是，在图3所示的实施例中，驱动组件130仅以套轴与撑轮杆150的连接部来表示，并不代表在图3所示的实施例中，驱动组件130仅包括套轴与撑轮杆150的连接部。另外，在图3所示的实施例中，轮体110内沿着轮体110的轴向错位设置有两层滑块120，相应地，驱动轮100沿着驱动连杆140的轴向设置有内、外两层撑轮杆150，驱动组件130能够驱动内、外两层撑轮杆150的第二端152沿驱动连杆140的轴向滑动，进而通过推拉内、外两层撑轮杆150来分别驱动内、外两层滑块120在轮体110的凹槽111内沿轮体110的径向做伸缩运动。可以理解的是，在具体的实施方式中，由于内、外两层撑轮杆150同时被推动进而分别驱动内、外两层滑块120在轮体110的凹槽111内沿轮体110的径向做伸出运动，内、外两层滑块120在轮体110的凹槽111内沿轮体110的径向伸出幅度可能不同，进而影响驱动轮100运行的稳定性，因此，在实际运用中，可以通过对内、外两层滑块120尺寸以及在做伸出运动前的初始位置进行补偿设计，使得内、外两层滑块120同时被驱动在轮体110的凹槽111内沿轮体110的径向做伸出运动时，内、外两层滑块120伸出轮体110外周面112的尺寸相同，确保驱动轮运行的稳定性。

另外，如上所述，撑轮杆150的一端与滑块120转动连接，另一端与套轴转动连接，本发明对滑块120或者套轴与撑轮杆150转动连接的具体方式不进行限定，在一个具体的实施例中，如图7所示，滑块120和套轴与撑轮杆150相连接的位置均设置有拉环153，撑轮杆150的两端也均设置有拉环153，滑块120或者套轴与撑轮杆150通过拉环153转动连接，可以理解的是，在其他实施例中，滑块120或者套轴与撑轮杆150还可以通过其他的转动连接方式进行连接。

另外，如图1和图2所示，驱动连杆140上设置有限位块141，用于限制套轴在驱动连杆140上的滑动位置，进而限制滑块120在轮体110的凹槽111内的伸缩位置，当套轴在驱动器的驱动作用下抵触限位块141时，滑块120在轮体110凹槽111内缩到最大限度，但是不会脱离轮体110的凹槽111，即通过限位块141的设计，使得滑块120始终在轮体110的凹槽111内伸缩运动，不会脱离轮体110的凹槽111。

在一个具体的实施例中，如图1和图2所示，驱动轮100还包括主轴马达133，主轴马达133与驱动连杆140连接，用于驱动轮体110转动，另外，主轴马达133还与齿轮驱动器132相连接，用于驱动齿轮驱动器132工作。

在另一个实施例中，驱动组件130还可以另配电机，该电机与齿轮驱动器132相连接，用于驱动齿轮驱动器132工作。另外，驱动组件130还包括感测传感器(图中未示出)，用于感测障碍物，感测传感器与电机有线或者无线连接，正常状态下，电机不工作以节省电能，当感测传感器感测到障碍物时，电机启动并且驱动驱动器工作使得滑块120伸出轮体110的外周面112，从而增大驱动轮100的半径和与地面之间的摩擦力，使得驱动轮100处于越障状态。在一个具体的实施例中，感测传感器为红外感测器，当驱动轮100正常运行时，套轴抵触限位块141，滑块120在轮体110凹槽111内缩到最大限度，当红外感测器感测到有障碍物时，如图2所示，滑块120就会被驱动伸出轮体110的外周面112，从而增大驱动轮100的半径和与地面之间摩擦力，使得驱动轮100处于越障状态。当越过障碍物以后，滑块120就会被驱动缩回轮体110的外周面112，使得驱动轮100回复到正常状态。

在一个实施例中，提出一种移动设备200，如图13和图14所示，该移动设备200包括上述驱动轮100，从而具有较好的越障能力。图13和图14所示的移动设备200是一个带有驱动轮100的扫地机器人，从图13中可以看到，驱动轮100的滑块120缩进轮体110内，此时扫地机器人处于正常状态；从图14中可以看到，驱动轮100的滑块120伸出轮体110的外周面112以外，此时扫地机器人处于越障状态。可以理解的是，本发明对移动设备200的种类不进行限定，在其他实施例中，移动设备200可以为汽车、割草机，也可以为清洁机器人、搬运机器人等具有驱动轮100的家用或者工业机器人。在移动设备200中，驱动轮100的主轴马达133和/或为驱动组件130另配的电机可以与移动设备200共用，也可单独设置。

本发明的驱动轮100及含有驱动轮的移动设备200，通过合理设置轮体110、滑块120和驱动组件130的结构及相互之间的连接关系，使得本发明的驱动轮100及含有驱动轮的移动设备200遇到障碍物时，滑块120能够伸出轮体110的外周面112以外，增大驱动轮100的半径和与地面之间的摩擦力，从而具有较好的越障能力。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种越障驱动轮，其特征在于，包括：

轮体，所述轮体的外周面沿轮体的径向开设有两个以上的凹槽；

滑块，位于所述轮体的凹槽内，所述滑块能够沿所述轮体的径向相对所述轮体做伸缩运动，用于改变所述驱动轮的半径；及

驱动组件，所述驱动组件与所述滑块连接，用于驱动所述滑块在所述轮体的凹槽内做伸缩运动；

所述驱动组件包括调节齿轮，所述调节齿轮的每个齿槽对应有一个所述滑块，所述滑块靠近所述轮体中心的一端与所述调节齿轮的齿槽形状匹配，且所述滑块与所述调节齿轮的齿牙相抵接的一端为斜面，所述滑块靠近所述轮体中心的一端还设有槽位，所述调节齿轮的齿状结构能够插入所述槽位，将所述滑块顶出所述轮体外周面；

当由初始正常状态切换到越障状态的过程中，每个所述滑块缩在对应的所述齿槽中，随着所述调节齿轮沿一方向转动，所述滑块被顶出所述轮体外周面；

当处于越障状态时，每个所述齿状结构的齿牙的最高点插入对应所述滑块的槽位，所述调节齿轮保持不转动，所述齿牙对所述滑块提供沿所述轮体的径向支撑力；

当由越障状态切换至下一次正常状态时，所述调节齿轮延续由上一次正常状态切换至越障状态时的转动方向进行转动，每个所述滑块被顶出后回缩至相邻位置的所述齿槽中，且所述滑块沿所述调节齿轮的外圆周面的移动方向与所述调节齿轮的旋转方向相反。

2.根据权利要求1所述的越障驱动轮，其特征在于，在所述轮体内沿着所述轮体的轴向错位设置有两层以上的滑块。

3.根据权利要求1所述的越障驱动轮，其特征在于，所述滑块远离所述轮体中心一侧的表面为弧形面。

4.根据权利要求1所述的越障驱动轮，其特征在于，所述凹槽为贯穿所述轮体的外周面的通孔。

5.一种移动设备，其特征在于，包括权利要求1-4任一所述的越障驱动轮。

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