CN110758581A - 一种全向全地形移动平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全向全地形移动平台，属于移动机器人技术领域，解决了现有履带式移动平台运动效率低的问题。一种全向全地形移动平台，包括底座和固定设于底座上的驱动装置，驱动装置包括齿带驱动组件和行进轮；齿带驱动组件包括驱动电机、主动轮、从动轮和齿形带，主动轮与齿带驱动组件连接；齿形带的内、外表面分别设有内齿、外齿，主动轮与内齿啮合，主动轮通过齿形带带动从动轮转动；行进轮固定设于主动轮的外侧，能够与主动轮同步转动，行进轮的直径大于主动轮的直径。本发明的全向全地形移动平台结构简单，机动灵活，既能够在平坦的道路上高效全向移动，又能够满足阶梯地形、沙滩地形等多种地形的应用。

Description

一种全向全地形移动平台

技术领域

本发明涉及移动机器人技术领域，尤其涉及一种全向全地形移动平台。

背景技术

全向全地形移动平台在军用和民用领域均具有潜在的应用价值，特别是在一些危险、不方便人力解决的复杂特殊环境，移动平台能够帮助人们远距离探测、侦查、反馈相关环境态势信息。

普通轮式移动平台底盘结构设计简单，灵活性强，移动效率最高，其问题在于难于跨越较大的障碍物，比如门槛、楼梯等，也不适合在复杂的路面上行驶，如泥泞、碎石地等，因此传统的轮式移动平台难以实现全地形行走。

履带式移动平台底盘结构相对复杂，适应复杂地形，移动效率适中，但灵活性低。目前实现全向全地形的移动平台多为履带式移动平台。基于履带式的移动平台，能够实现在沙滩、坎坷路面的移动，其转向由移动平台左右履带动力轮的差速来实现，履带与地面为硬摩擦，特别是在平坦的地面上，然而这种转向方式与地面的摩擦力较大，且转向效率较低，不利于机动灵活的移动。

随着全向全地形移动平台技术发展，出现了一种轮和履带结合的移动平台，采用前面两个主动轮驱动，后面两个随动轮，一对可旋转的履带，履带辅助平台越过一定高度的障碍物，但此机构由于后轮没有动力，在爬楼梯、斜坡等时仅靠前轮的运动不能够成功爬上去。

因此，针对履带式移动平台存在运动效率低的问题，急需提供一种高效的、机动灵活的全向、全地形移动平台。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种全向全地形移动平台，用以解决现有履带式移动平台运动效率低的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种全向全地形移动平台，包括底座和固定设于底座上的驱动装置，驱动装置包括齿带驱动组件和行进轮；

齿带驱动组件包括驱动电机、主动轮、从动轮和齿形带，主动轮与齿带驱动组件连接；

齿形带的内、外表面分别设有内齿、外齿，主动轮与内齿啮合，主动轮通过齿形带带动从动轮转动。

进一步地，行进轮固定设于主动轮的外侧，能够与主动轮同步转动，行进轮的直径大于主动轮的直径。

进一步地，驱动装置的数量为4个，行进轮为麦克纳姆轮。

进一步地，2个驱动装置对称设于底座的纵向前端，2个驱动装置对称设于底座的纵向后端。

进一步地，主动轮的周向上设有凸台排齿，凸台排齿与齿形带接触，使齿形带与主动轮的光滑面之间形成非啮合空间。

进一步地，凸台排齿的数量为2～4排，且等间距设置。

进一步地，从动轮的周向上设有凸台圆环，凸台圆环与齿形带接触，使齿形带与从动轮的光滑面之间形成非啮合空间。

进一步地，凸台圆环的数量为2～4排，且等间距设置。

进一步地，全向全地形移动平台还包括用于阻止砂石进入啮合面并对啮合面进行实时清理的防尘座。

进一步地，防尘座固定设于从动轮安装座上，防尘座朝向地面方向一侧设置有毛刷，毛刷与齿形带的内表面相接触。

进一步地，主动轮通过连接盘与驱动电机的输出轴连接；

行进轮与主动轮同轴设置，行进轮通过长螺栓穿过主动轮固定在连接盘上。

进一步地，驱动电机通过电机安装座与底座连接；

底座的背面设有用于安装固定电机安装座和从动轮安装座的滑槽，通过滑动槽调整电机安装座与从动轮安装座之间的距离，使齿形带张紧。

进一步地，从动轮通过法兰盘固定在从动轮安装座上。

进一步地，从动轮的两端分别嵌入设有第一轴承和第二轴承，第一轴承和第二轴承整体装在从动轮轴上，并由卡簧对第一轴承和第二轴承进行轴向固定。

进一步地，驱动装置的数量为3个，其中2个对称设于底座的纵向后端，另一个设置于底座的前端，且位于底座的纵向对称轴上；行进轮采用汽车轮。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果之一：

a)本发明提供的全向全地形移动平台，驱动装置包括齿带驱动组件和行进轮；驱动组件的主动轮通过齿形带带动从动轮转动，主动轮与行进轮同步转动，行进轮的直径大于主动轮的直径，移动平台在平缓路面行进时，行进轮与地面接触，平缓路面利用行进轮的功能，遇到障碍物时能够利用齿形带功能越过障碍，结构简单，机动灵活，越障效率高，既能够在平坦的道路上高效全向移动，又能够满足阶梯地形、沙滩地形等多种地形的应用。

b)本发明提供的全向全地形移动平台，每个驱动装置分别由一个驱动电机驱动，并且每个驱动装置包括一条独立设置的齿形带，行进轮与主动轮同步转动，不需要额外增加驱动电机数量，结构简单，操作方便，机动灵活，与纯履带底盘式结构的移动平台相比，转弯时减少了硬摩擦，大大降低移动平台的用电功耗。

c)本发明提供的全向全地形移动平台，还设有防尘座，防尘座上设置的毛刷与齿形带的内表面相接触，毛刷的宽度大于等于齿形带的宽度，在移动平台运动过程中，毛刷与齿形带处于相对运动状态，通过设置防尘座，不仅能够阻止砂石的进入，还能够对齿形带啮合面进行实时清理，保证主动轮与从动轮的正常啮合运动，保证了移动平台的运行稳定性。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例中全向全地形移动平台的结构示意图；

图2本发明实施例中全向全地形移动平台的运动组件爆炸图。

附图标记：

1-底座；2-驱动电机；3-电机安装座；4-麦克纳姆轮；5-从动轮；6-从动轮安装座；7-从动轮轴；8-第一轴承；9-第二轴承；10-主动轮；11-齿形带；12-连接盘；13-凸台排齿；14-凸台圆环；15-防尘座；16-驱动装置。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。为了便于说明，对实施例中的“横向”、“纵向”作如下约定：以移动平台前进方向为纵向，垂直于纵向的水平方向为横向。

本发明的一个具体实施例，公开了一种全向全地形移动平台，如图1至图2所示，包括底座1和固定设于底座1上的驱动装置16，驱动装置16包括齿带驱动组件和行进轮，优选地，行进轮为麦克纳姆轮4；齿带驱动组件包括驱动电机2、主动轮10、从动轮5和齿形带11，主动轮10与驱动电机2的输出轴连接；齿形带11的内、外表面分别设有内齿、外齿，主动轮10与内齿啮合，主动轮10通过齿形带11带动从动轮5转动，每个驱动装置16分别由一个驱动电机驱动，并且每个驱动装置16包括一条独立设置的齿形带11，行进轮与主动轮10同步转动，不需要额外增加驱动电机数量，结构简单，操作方便，机动灵活，与纯履带底盘式结构的移动平台相比，转弯时减少了硬摩擦，大大降低移动平台的用电功耗。

其中，行进轮固定设于主动轮10的外侧，行进轮与主动轮10同轴设置，行进轮与主动轮10同步转动，行进轮通过长螺栓穿过主动轮10固定在连接盘12上，并且麦克纳姆轮4的直径大于主动轮10的直径，平缓路面利用麦克纳姆轮4的功能，遇到障碍物时能够利用齿形带功能越过障碍，结构简单，机动灵活，越障效率高，既能够在平坦的道路上高效全向移动，又能够满足阶梯地形、沙滩地形等多种地形的应用。

本实施例中，移动平台包括4个驱动装置16，行进轮采用麦克纳姆轮4，其中2个驱动装置16对称设于底座1的纵向前端，2个驱动装置16对称设于底座1的纵向后端，麦克纳姆轮4固定设于主动轮10的外侧，麦克纳姆轮4与主动轮10同轴设置，麦克纳姆轮4与主动轮10同步转动。

本实施例中，麦克纳姆轮4通过长螺栓穿过主动轮10固定在连接盘12上，并且麦克纳姆轮4的直径大于主动轮10的直径，对称设置4个驱动装置16的移动平台，运行更稳定。

本实施例中，行进轮优选麦克纳姆轮，是由于麦克纳姆轮4依靠各自机轮的方向和速度，这些力的最终合成在任何要求的方向上产生一个合力矢量从而保证了本实施例中移动平台在最终的合力矢量的方向上能自由地移动，而不改变机轮自身的方向，具有4个麦克纳姆轮4的移动平台，具有更灵活方便的实现全方位移动功能。

本实施例中，驱动电机2通过电机安装座3与底座1连接，底座1的背面设有用于安装固定电机安装座3和从动轮安装座6的滑槽，通过滑动槽调整电机安装座3与从动轮安装座6之间的距离，使齿形带11张紧。

本实施例中，电机安装座3呈L型，一端用于与底座1的安装，另一端用于安装驱动电机2，驱动电机2固定在电机安装座3上，如通过凸台定位结构与螺钉将驱动电机2固定在电机安装座3上。

本实施例中，主动轮10通过连接盘12与驱动电机2的输出轴连接，连接盘12通过螺钉固定在驱动电机2的输出轴上，驱动电机2的输出轴能够带动连接盘12转动，进而驱动主动轮10和麦克纳姆轮4转动。

考虑到移动平台在在沙地运动时，一旦砂石进入到主动轮10和齿形带11的啮合空间，将阻塞主动轮10和齿形带11的啮合。因此，为了避免砂石阻塞主动轮10和齿形带11的啮合，本实施例中，对主动轮10的结构进行了改进，采用的主动轮10为非常规带轮，具体为：在主动轮10的周向上设有凸台排齿13，凸台排齿13的数量至少为一排，优选设置2～4排，等间距设置。主动轮10的表面光滑，主动轮10光滑面的半径小于凸台排齿13分度圆半径，凸台排齿13与齿形带11接触，使齿形带11与主动轮10的光滑面之间形成非啮合空间。此结构设置能够保证移动平台在沙地运动时，防止砂石阻塞主动轮10和齿形带11的啮合，多排间隔设置的凸台排齿13，能够将砂石等多余物通过啮合排挤到其它非啮合空间。

为了避免砂石阻塞从动轮5和齿形带11的啮合，本实施例中，从动轮5可以采用与具有凸台排齿13的主动轮10相同的结构，也可以采用非齿形轮结构，具体为：在从动轮5周向上设有凸台圆环14，凸台圆环14为规则的环形结构，凸台圆环14的数量至少为一排，优选设置2～4排，等间距设置，当齿形带11传动时，数排间距隔离的凸台圆环14与齿形带11接触，凸台圆环14与齿形带11配合使齿形带11与从动轮5的光滑面之间形成非啮合空间，能够有效避免砂石的阻塞。

为了防止主动轮10与从动轮5之间的齿形带11进砂石，影响与齿形带11的啮合，本实施例的移动平台还设有防尘座15，防尘座15固定设于从动轮安装座6上，防尘座15朝向地面方向一侧设置有毛刷，毛刷与齿形带11的内表面相接触，毛刷的宽度大于等于齿形带11的宽度，在移动平台运动过程中，毛刷与齿形带11处于相对运动状态，毛刷能够覆盖主动轮10、从动轮5之间的齿形带11内表面。因此，本实施例的移动平台，采用此结构的防尘座15，一方面能够阻止砂石的进入，另一方面能够对齿形带11啮合面进行实时清理，保证主动轮与从动轮5的正常啮合运动。

本实施例中，从动轮5通过法兰盘固定在从动轮安装座6上，具体的，通过从动轮轴7上的法兰盘将从动轮5固定在从动轮安装座6上。

为了保证从动轮5稳定轻快的转动，在从动轮5的两端分别嵌入设有第一轴承8和第二轴承9，第一轴承8和第二轴承9整体装在从动轮轴7上，并由卡簧对第一轴承8和第二轴承9进行轴向固定。

本实施例的一个优选方式，驱动装置16的数量为3个，其中2个对称设于底座1的纵向后端，另一个设置于底座1的前端，且位于底座1的纵向对称轴上，3个驱动装置16的中心在平面上构成等腰三角形，行进轮采用普通结构的滚轮，如行进轮采用汽车轮，而不是麦克纳姆轮。具有3个驱动装置16的移动平台，相对于4个驱动装置16的移动平台，转向更灵活，具有高机动性特点。

移动平台在水平地面行进过程中，驱动电机2驱动主动轮10转动，麦克纳姆轮4与主动轮10同步转动，在遇到不同地面环境时，移动平台的移动过程包括以下几种情况：

(1)当移动平台在无障碍平缓地面行进过程中，由于麦克纳姆轮4的直径大于主动轮10的直径，麦克纳姆轮4与地面接触，齿形带11与地面平行，且齿形带11距离地面有一定距离，该距离为麦克纳姆轮4与主动轮10的半径之差，此行进过程中只有麦克纳姆轮4起作用，能够充分发挥麦克纳姆轮4的功能。

(2)当移动平台在行进过程中遇到障碍物时，若障碍物的高度小于麦克纳姆轮4与主动轮10的半径之差时，障碍物不会与齿形带11接触，移动平台能够在麦克纳姆轮4的作用下正常通过障碍物。

(3)当移动平台在行进过程中遇到障碍物的高度大于麦克纳姆轮4与主动轮10的半径之差时，障碍物会与齿形带11接触，通过齿形带11的运动越过障碍物。例如，移动平台在遇到台阶或台阶状障碍物时，且台阶高度大于麦克纳姆轮4与主动轮10的半径之差，齿形带11的前端先接触到台阶，齿形带11的外齿与台阶接触，移动平台在齿形带11的带动下越过台阶。

与现有技术相比，本实施例提供的全向全地形移动平台，具有如下有益效果：

(1)驱动装置16包括齿带驱动组件和麦克纳母轮4；齿带驱动组件的主动轮10通过齿形带11带动从动轮5转动，主动轮10与麦克纳母轮4同步转动，麦克纳姆轮4的直径大于主动轮10的直径，移动平台在平缓路面行进时，麦克纳姆轮4与地面接触，利用麦克纳母轮4的功能，遇到障碍物时能够利用齿形带功能越过障碍，结构简单，机动灵活，越障效率高，既能够在平坦的道路上高效全向移动，又能够满足阶梯地形、沙滩地形等多种地形的应用。

(2)每个驱动装置16分别由一个驱动电机2驱动，并且每个驱动装置16包括一条独立设置的齿形带11，行进轮与主动轮10同步转动，不需要额外增加驱动电机数量，结构简单，操作方便，机动灵活，与纯履带底盘式结构的移动平台相比，转弯时减少了硬摩擦，大大降低移动平台的用电功耗。

(3)全向全地形移动平台还设有防尘座15，防尘座15固定设于从动轮安装座6上，防尘座15朝向地面方向一侧设置有毛刷，毛刷与齿形带11的内表面相接触，毛刷的宽度大于等于齿形带11的宽度，在移动平台运动过程中，毛刷与齿形带11处于相对运动状态，通过设置防尘座15，不仅能够阻止砂石的进入，还能够对齿形带11啮合面进行实时清理，保证主动轮与从动轮5的正常啮合运动，保证了移动平台的运行稳定性。

(4)通过在主动轮10的周向上等间距设有多排凸台排齿13，主动轮10光滑面的半径小于凸台排齿13分度圆半径，凸台排齿13与齿形带11接触，使齿形带11与主动轮10的光滑面之间形成非啮合空间，从而保证移动平台在沙地运动时，防止砂石阻塞主动轮10和齿形带11的啮合，多排间隔设置的凸台排齿13，能够将砂石等多余物通过啮合排挤到其它非啮合空间。从动轮5可以采用与具有凸台排齿13的主动轮10相同的结构，也可以采用非齿形轮结构，如在从动轮5周向上间隔设有多排凸台圆环14，凸台圆环14为规则的环形结构，当齿形带11传动时，数排间距隔离的凸台圆环14与齿形带11接触，凸台圆环14与齿形带11配合使齿形带11与从动轮5的光滑面之间形成非啮合空间，能够有效避免砂石的阻塞。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全向全地形移动平台，其特征在于，包括底座(1)和固定设于底座(1)上的驱动装置(16)，所述驱动装置(16)包括齿带驱动组件和行进轮；

所述齿带驱动组件包括驱动电机(2)、主动轮(10)、从动轮(5)和齿形带(11)，所述主动轮(10)与齿带驱动组件连接；

所述齿形带(11)的内、外表面分别设有内齿、外齿，所述主动轮(10)与内齿啮合，所述主动轮(10)通过齿形带(11)带动从动轮(5)转动。

2.根据权利要求1所述的全向全地形移动平台，其特征在于，驱动装置(16)的数量为4个，所述行进轮为麦克纳姆轮(4)。

3.根据权利要求2所述的全向全地形移动平台，其特征在于，2个驱动装置(16)对称设于所述底座(1)的纵向前端，2个驱动装置(16)对称设于所述底座(1)的纵向后端。

4.根据权利要求1所述的全向全地形移动平台，其特征在于，所述主动轮(10)的周向上设有凸台排齿(13)，凸台排齿(13)与齿形带(11)接触，使齿形带(11)与主动轮(10)的光滑面之间形成非啮合空间。

5.根据权利要求4所述的全向全地形移动平台，其特征在于，所述凸台排齿(13)的数量为2～4排，且等间距设置。

6.根据权利要求1所述的全向全地形移动平台，其特征在于，所述从动轮(5)的周向上设有凸台圆环(14)，凸台圆环(14)与齿形带(11)接触，使齿形带(11)与从动轮(5)的光滑面之间形成非啮合空间。

7.根据权利要求6所述的全向全地形移动平台，其特征在于，所述凸台圆环(14)的数量为2～4排，且等间距设置。

8.根据权利要求1所述的全向全地形移动平台，其特征在于，还包括用于阻止砂石进入啮合面并对啮合面进行实时清理的防尘座(15)。

9.根据权利要求1至8所述的全向全地形移动平台，其特征在于，所述主动轮(10)通过连接盘(12)与驱动电机(2)的输出轴连接；

所述行进轮与主动轮(10)同轴设置，所述行进轮通过长螺栓穿过主动轮(10)固定在连接盘(12)上。

10.根据权利要求9所述的全向全地形移动平台，其特征在于，所述驱动电机(2)通过电机安装座(3)与所述底座(1)连接；

所述底座(1)的背面设有用于安装固定电机安装座(3)和从动轮安装座(6)的滑槽，通过滑动槽调整电机安装座(3)与从动轮安装座(6)之间的距离，使齿形带(11)张紧。

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