CN111055941A - 行走机构、机器人和车辆 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种行走机构、机器人和车辆。行走机构包括：轮架，具有中心轴和绕中心轴分布的三个以上行进轮安装部；三个以上行进轮，一一对应地安装于三个以上行进轮安装部上；行走驱动机构，包括行走电机和行走传动机构，行走传动机构与行走电机驱动连接，行走传动机构与三个以上行进轮驱动连接以带动多个行进轮绕自身轴线同步转动；和翻转驱动机构，包括翻转电机和翻转传动机构，翻转传动机构与轮架驱动连接以带动轮架绕中心轴翻转。机器人和车辆包括前述行走机构。根据本公开的行走机构、机器人和车辆，具有越障与越壕功能，平地行驶与越障和越壕动作相互独立。

Description

行走机构、机器人和车辆

技术领域

本公开涉及机器人领域和车辆领域，特别涉及一种行走机构、机器人和车辆。

背景技术

近年来，机器人在火灾、地震、泥石流等危险环境下的探测和救援的应用越来越频繁。其在复杂环境下的越障与越壕能力决定了机器人的实用性能。

现阶段，主要有两种越障与越壕的行走机构：一是履带式机构，具有较好的路面通过能力，但是体积和重量都较大，结构复杂，对复杂环境的适应能力弱；二是三角星型轮式机构，具有较强的实用性，但一般为多级的定轴与周转轮系组成，存在结构复杂，维修困难等缺点。

发明内容

本公开第一方面提供一种行走机构，包括：

轮架，具有中心轴和绕所述中心轴分布的三个以上行进轮安装部；

三个以上行进轮，一一对应地安装于所述三个以上行进轮安装部上；

行走驱动机构，包括行走电机和行走传动机构，所述行走传动机构与所述行走电机驱动连接，所述行走传动机构与所述三个以上行进轮驱动连接以带动所述多个行进轮绕自身轴线同步转动；和

翻转驱动机构，包括翻转电机和翻转传动机构，所述翻转传动机构与所述轮架驱动连接以带动所述轮架绕所述中心轴翻转。

在一些实施例中，包括车架和悬挂油缸，所述翻转驱动机构包括平衡臂，所述平衡臂的第一端与所述轮架可转动连接，所述平衡臂的第二端与所述车架可转动地连接，所述悬挂油缸的缸体和活塞杆中的一个与所述车架可转动地连接，另一个与所述平衡臂可转动地连接。

在一些实施例中，所述翻转驱动机构包括平衡臂，所述平衡臂包括一体成型的筒部和臂部，所述筒部与所述轮架同轴可转动连接，所述臂部的第一端与所述筒部固定连接，所述翻转电机安装于所述臂部的第二端。

在一些实施例中，所述轮架的中心设置平衡臂安装孔，所述平衡臂的筒部安装于所述平衡臂安装孔内，所述筒部与所述轮架在轴向上相对固定地连接，在周向可转动地连接。

在一些实施例中，所述行走传动机构包括与所述行走电机驱动连接的行走减速机，所述行走电机和所述行走减速机位于所述筒部内。

在一些实施例中，所述轮架包括间隔设置的第一轮架体和第二轮架体，所述第一轮架体和第二轮架体上设置与所述行进轮一一对应的行进轮安装孔，所述三个以上行进轮的轮体位于所述第一轮架体和所述第二轮架体之间，所述三个以上行进轮的轮轴安装于所述行进轮安装孔内。

在一些实施例中，所述行走传动机构包括行走减速机和第一链传动机构，所述行走电机与所述行走减速机驱动连接，所述第一链传动机构包括中心链轮、多个行星链轮和行走链条，所述行走减速机和所述中心链轮驱动连接，所述行走链条与所述中心链轮和所述多个行星链轮啮合，所述多个行星链轮与所述三个以上行进轮的轮轴一一对应地驱动连接。

在一些实施例中，所述第一链传动机构包括至少一个张紧链轮，所述张紧链轮可转动地连接于所述轮架，所述张紧链轮位于两个相邻的所述行星链轮之间，所述行走链条与所述张紧链轮啮合。

在一些实施例中，所述翻转传动机构包括翻转减速机和第二链传动机构，所述翻转电机与所述翻转减速机驱动连接，所述第二链传动机构包括翻转小链轮、翻转大链轮和翻转链条，所述翻转小链轮与所述翻转减速机驱动连接，所述翻转大链轮与所述轮架同轴固定连接，所述翻转链条与所述翻转小链轮和所述翻转大链轮分别啮合。

在一些实施例中，所述行走传动机构的至少一部分和所述翻转传动机构的至少一部分分别位于所述轮架的轴向两端。

本公开第二方面提供一种机器人，包括本公开第一方面所述的行走机构。

本公开第三方面提供一种车辆，包括本公开第一方面所述的行走机构。

根据本公开的行走机构，具有越障与越壕功能，平地行驶与越障和越壕动作相互独立，越障行驶时，翻转电机主动驱动轮架翻转，越过一定高度障碍墙，越壕行驶时，翻转电机既可驱动轮架主动翻转越出壕沟，也可驱动轮架不翻转，而保持两个行进轮同时着地越过一定宽度壕沟。

本公开的机器人和车辆包括本公开前述的行走机构，具有与行走机构相同的优点。

通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本公开的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：

图1为本公开一些实施例的行走机构在第一侧的轴测图。

图2为本公开一些实施例的行走机构在第二侧的轴测图。

图3是本公开一些实施例的行走机构在主动越障模式下翻越障碍墙的结构示意图。

图4是本公开一些实施例的行走机构在自适应越壕模式下翻越壕沟的结构示意图。

图5是本公开一些实施例的行走机构在主动越壕模式下翻越壕沟的结构示意图。

图1至图5中，各附图标记分别代表：

1—平衡臂；2—行走电机；3—轮架；4—行走传动轴；5—行进轮；6—翻转大链轮；7—翻转链条；8—翻转电机；9—翻转减速机；10—翻转传动轴；11—车架；12—悬挂油缸；13—翻转小链轮；14—行星链轮；15—行走链条；16—张紧链轮；17—中心链轮；18—行走减速机。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本公开的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。

如图1和图2所示，在本公开提供的行走机构包括轮架3、三个以上行进轮5、行走驱动机构和翻转驱动机构。

轮架3具有中心轴和绕中心轴分布的三个以上行进轮安装部。三个以上行进轮5一一对应地安装于三个以上行进轮安装部上。行走驱动机构包括行走电机2和行走传动机构。行走传动机构与行走电机2驱动连接。行走传动机构与三个以上行进轮5驱动连接以带动三个以上行进轮5绕自身轴线同步转动。翻转驱动机构包括翻转电机8和翻转传动机构。翻转传动机构与轮架3驱动连接以带动轮架3绕其中心轴翻转。

本公开实施例的行走机构，具有越障与越壕功能，平地行驶与越障和越壕动作相互独立，越障行驶时，翻转电机主动驱动轮架翻转，越过一定高度障碍墙，越壕行驶时，翻转电机既可驱动轮架主动翻转越出壕沟，也可驱动轮架不翻转，而保持两个行进轮同时着地越过一定宽度壕沟。

如图1和图2所示，在本公开一些实施例的行走机构中，行走机构包括车架11和悬挂油缸12。翻转驱动机构包括平衡臂1。平衡臂1的第一端与轮架3可转动连接，平衡臂1的第二端与车架11可转动地连接。悬挂油缸12的缸体和活塞杆中的一个与车架11可转动地连接，另一个与平衡臂1可转动地连接。

设置悬挂油缸分别与平衡臂和车架可转动地连接，利于行走机构在平地行驶时轮架可自由摆动，车轮与地面贴合紧密，从而利于保证行走时的平顺性。

如图1和图2所示，在本公开一些实施例的行走机构中，翻转驱动机构的平衡臂1包括一体成型的筒部和臂部，筒部与轮架3同轴可转动连接，臂部的第一端与筒部固定连接，翻转电机8安装于臂部的第二端。设置平衡臂1利于翻转驱动机构自身各组成部分及翻转驱动机构与轮架3、行走驱动机构和车架、悬挂油缸等其它部件的连接和布置。

如图1和图2所示，在本公开一些实施例的行走机构中，轮架3的中心设置平衡臂安装孔，平衡臂1的筒部安装于平衡臂安装孔内，筒部与轮架3在轴向上相对固定地连接，在周向可转动地连接。平衡臂1与轮架3的该连接方式使平衡臂1与轮架3布置紧凑，利于行走机构小型化。

如图1和图2所示，在本公开一些实施例的行走机构中，行走传动机构包括与行走电机2驱动连接的行走减速机18，行走电机2和行走减速机18位于筒部内。该设置使行走驱动机构与相关部件布置紧凑，利于行走机构小型化。

如图1和图2所示，在本公开一些实施例的行走机构中，轮架3包括间隔设置的第一轮架体和第二轮架体，第一轮架体和第二轮架体上设置与行进轮5一一对应的行进轮安装孔，三个以上行进轮5的轮体位于第一轮架体和第二轮架体之间，三个以上行进轮5的轮轴安装于行进轮安装孔内。该设置使行进轮5的轮轴两端均得到轮架3的平稳支撑，利于行进轮5受力均匀。

以下结合图1至图5对本公开一些实施例的行走机构作出进一步说明。

如图1和图2所示，行走机构包括轮架3、三个行进轮5、行走驱动机构、翻转驱动机构、车架11和悬挂油缸12。行走驱动机构和翻转驱动机构为两个相互独立的驱动机构。

其中行走驱动机构主要包括行走电机2和行走传动机构。行走传动机构包括与行走电机2连接的行走减速机18和第一链传动机构。第一链传动机构包括中心链轮17、三个行星链轮14、行走链条15和张紧链轮16。

行走电机2与行走减速机18驱动连接。如图1和图2所示行走电机2输出轴与行走减速机18的轴入轴连接。行走减速机18和中心链轮17驱动连接，例如，行走减速机18的输出轴和中心链轮17固定连接。行走链条15与中心链轮17和三个行星链轮14啮合，三个行星链轮14与三个行进轮5的轮轴4一一对应地驱动连接，例如，各行星链轮14与对应的行进轮5的轮轴4固定连接。张紧链轮16可转动地连接于轮架3，张紧链轮16位于两个相邻的行星链轮14之间，行走链条15与张紧链轮16啮合。

行走电机2输出的动力经行走减速机18减速增扭后，动力传递至中心链轮17，中心链轮17旋转带动行走链条15将动力传递至行星链轮14，最终经行进轮5的轮轴4传递至行进轮5。

翻转驱动机构主要包括平衡臂1、翻转电机8、翻转减速机9和第二链传动机构。第二链传动机构包括翻转小链轮13、翻转大链轮6和翻转链条7。翻转电机8与翻转减速机9驱动连接。如图1和图2所示，翻转电机8输出轴与翻转减速机9连接。翻转小链轮13与翻转减速机9驱动连接。例如，翻转小链轮13与翻转减速机9的输出轴通过传动轴10固定连接。翻转大链轮13与轮架3同轴固定连接。翻转链条7与翻转小链轮13和翻转大链轮6分别啮合。

翻转电机8输出的动力经翻转减速机9减速增扭后，动力经传动轴10传递至翻转小链轮13，翻转小链轮13旋转带动翻转链条7将动力传递至翻转大链轮6，最终将动力传递至与翻转大链轮6固连的轮架3上，从而带动轮架3翻转。

如图1和图2所示，在本公开一些实施例的行走机构中，行走传动机构的至少一部分和翻转传动机构的至少一部分分别位于轮架3的轴向两端。如图1和图2所示，行走传动机构的第一链传动机构位于第一轮架体外侧；翻转传动机构位于第二轮架体外侧。该设置利于防止行走传动机构和翻转传动机构在布置或运行时发生不必要的干涉，也利于行走传动机构和翻转传动机构安装和维护。

平衡臂1的筒部包括第一空心圆筒，平衡臂1的臂部包括平行间隔设置的两块平板。两块平板的第一端与第一空心圆筒的周向外表面固定连接，翻转电机8、翻转减速机9、传动轴10及翻转小链轮13安装于两块平板的第二端，两块平板的第二端还与车架11铰接。

如图1和图2所示，轮架3的第一轮架体和第二轮架体均包括轮架板。轮架板为等角度分布的三角星型平板。三角星型平板的每个角部设置行进轮安装孔。轮架3还包括固定连接于两个轮架板中部的第二空心圆筒。第二空心圆筒的空心部构成轮架3的平衡臂安装孔。

如图1和图2所示，平衡臂1的第一空心圆筒安装到轮架3的第二空心圆筒内，并且在轮架3的轴向上相对固定，同时，轮架3可绕平衡臂1旋转。

如图1和图2所示，悬挂油缸12分别与平衡臂1和车架11铰接，从而将行走驱动机构和翻转驱动机构连接于车架11上以支撑起行走机构所在的设备，如机器人，进行行走运动。悬挂油缸12的一端与平衡臂1的两平板上的安装孔铰接，另一端与车架11上的安装孔铰接。

行走电机2和行走减速机18安装在平衡臂1的内筒里，从而缩短机构的轴向尺寸，利于行走机构小型化。

三个行进轮5分别安装在轮架3的三个角上，且安装在轮架3的前后两个三角星型平板之间，为简支梁结构，受力型式好。

轮轴4分别将行星链轮14和行进轮5的轮体固定连接在一起，使行进轮5和行星链轮14同步旋转运动。

张紧链轮16共两个，分别安装在轮架3的三角星型的两边线交点位置，其一方面起张紧行走链条15的作用，另一方面可改变行走链条15的走向。使行走链条15的投影面都分布在轮架3的三角星型平板内部，以防止在越障和越壕时，行走链条15与障碍物干涉。

如图3所示，本公开实施例的行走机构具有主动越障模式，当遇到障碍墙高于行进轮半径时，主动使翻转驱动机构动作，以越过障碍墙。

另外，本公开实施例的行走机构还具有自适应越障模式，在快速通过障碍墙高度低于行进轮半径高度等较低障碍墙时，可在翻转驱动机构不启动情况下，依靠车辆行驶动能和后轮推进力共同作用，使轮架绕平衡臂旋转，完成快速翻转越墙动作，以自适应快速跨越障碍。

如图4和图5所示，本公开实施例的行走机构具有越壕模式。在遇到壕沟时，有两种越壕模式：

一是自适应越壕模式，启动翻转电机，克服自身重力，保持两个行进轮与地面平行以越过壕沟，如图4所示。

二是主动越壕模式，当单个行进轮陷入壕沟时，启动翻转电机，使轮架主动翻转以越出壕沟，如图5所示。

本公开实施例的行走机构在起伏路面行驶时，轮架可绕平衡臂自由摆动，并在重力作用下使两个行进轮同时着地，利于保证行驶时的平顺性。

本公开实施例还提供一种机器人，包括本公开实施例的行走机构。该机器人具有本公开实施例的行走机构具有的优点。

本公开实施例还提供一种车辆，包括本公开实施例的行走机构。该车辆具有本公开实施例的行走机构具有的优点。

根据以上描述可知，本公开以上实施例的行走机构、机器人和车辆，具有以下优点至少之一：

行走驱动机构与翻转驱动机构相互独立，自由切换。行走驱动机构驱动行进轮自转，完成车辆的前进和后退，翻转驱动机构驱动轮架翻转，完成车辆的越障和越壕功能。

可满足两种越壕模式，提高越壕可靠性。

轮架与平衡臂轴向固定且可自由旋转，保证平路行驶时的平顺性，当遇到障碍墙时，依靠车辆行驶动能和后轮推进力共同作用，可自适应快速跨越障碍。

行走驱动机构的行走电机经行走减速机后，动力由中心链轮经行走链条直接传递至行进轮，机构运行原理简单，可靠性高，满足轻量化需求。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本公开的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本公开进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本公开的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，其均应涵盖在本公开请求保护的技术方案范围当中。

Claims (12)

1.一种行走机构，其特征在于，包括：

轮架(3)，具有中心轴和绕所述中心轴分布的三个以上行进轮安装部；

三个以上行进轮(5)，一一对应地安装于所述三个以上行进轮安装部上；

行走驱动机构，包括行走电机(2)和行走传动机构，所述行走传动机构与所述行走电机(2)驱动连接，所述行走传动机构与所述三个以上行进轮(5)驱动连接以带动所述多个行进轮(5)绕自身轴线同步转动；和

翻转驱动机构，包括翻转电机(8)和翻转传动机构，所述翻转传动机构与所述轮架(3)驱动连接以带动所述轮架(3)绕所述中心轴翻转。

2.根据权利要求1所述的行走机构，其特征在于，包括车架(11)和悬挂油缸(12)，所述翻转驱动机构包括平衡臂(1)，所述平衡臂(1)的第一端与所述轮架(3)可转动连接，所述平衡臂(1)的第二端与所述车架(11)可转动地连接，所述悬挂油缸(12)的缸体和活塞杆中的一个与所述车架(11)可转动地连接，另一个与所述平衡臂(1)可转动地连接。

3.根据权利要求1所述的行走机构，其特征在于，所述翻转驱动机构包括平衡臂(1)，所述平衡臂(1)包括一体成型的筒部和臂部，所述筒部与所述轮架(3)同轴可转动连接，所述臂部的第一端与所述筒部固定连接，所述翻转电机(8)安装于所述臂部的第二端。

4.根据权利要求3所述的行走机构，其特征在于，所述轮架(3)的中心设置平衡臂安装孔，所述平衡臂(1)的筒部安装于所述平衡臂安装孔内，所述筒部与所述轮架(3)在轴向上相对固定地连接，在周向可转动地连接。

5.根据权利要求4所述的行走机构，其特征在于，所述行走传动机构包括与所述行走电机(2)驱动连接的行走减速机(18)，所述行走电机(2)和所述行走减速机(18)位于所述筒部内。

6.根据权利要求1所述的行走机构，其特征在于，所述轮架(3)包括间隔设置的第一轮架体和第二轮架体，所述第一轮架体和第二轮架体上设置与所述行进轮(5)一一对应的行进轮安装孔，所述三个以上行进轮(5)的轮体位于所述第一轮架体和所述第二轮架体之间，所述三个以上行进轮(5)的轮轴安装于所述行进轮安装孔内。

7.根据权利要求1所述的行走机构，其特征在于，所述行走传动机构包括行走减速机(18)和第一链传动机构，所述行走电机(2)与所述行走减速机(18)驱动连接，所述第一链传动机构包括中心链轮(17)、多个行星链轮(14)和行走链条(15)，所述行走减速机(18)和所述中心链轮(17)驱动连接，所述行走链条(15)与所述中心链轮(17)和所述多个行星链轮(14)啮合，所述多个行星链轮(14)与所述三个以上行进轮(5)的轮轴一一对应地驱动连接。

8.根据权利要求7所述的行走机构，其特征在于，所述第一链传动机构包括至少一个张紧链轮(16)，所述张紧链轮(16)可转动地连接于所述轮架(3)，所述张紧链轮(16)位于两个相邻的所述行星链轮(14)之间，所述行走链条(15)与所述张紧链轮(16)啮合。

9.根据权利要求1所述的行走机构，其特征在于，所述翻转传动机构包括翻转减速机(9)和第二链传动机构，所述翻转电机(8)与所述翻转减速机(9)驱动连接，所述第二链传动机构包括翻转小链轮(13)、翻转大链轮(6)和翻转链条(7)，所述翻转小链轮(13)与所述翻转减速机(9)驱动连接，所述翻转大链轮(13)与所述轮架(3)同轴固定连接，所述翻转链条(7)与所述翻转小链轮(13)和所述翻转大链轮(6)分别啮合。

10.根据权利要求1所述的行走机构，其特征在于，所述行走传动机构的至少一部分和所述翻转传动机构的至少一部分分别位于所述轮架(3)的轴向两端。

11.一种机器人，其特征在于，包括根据权利要求1至10中任一项所述的行走机构。

12.一种车辆，其特征在于，包括根据权利要求1至10中任一项所述的行走机构。

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