CN111114637A - 一种面向全域地形的陆地机器人行走机构 - Google Patents

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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D55/00—Endless track vehicles
    • B62D55/08—Endless track units; Parts thereof

Abstract

本发明提供一种面向全域地形的陆地机器人行走机构，包括：机构主体，该机构主体上设置有平衡肘；两个履带轮边总成，该履带轮边总成设置在机构主体的两侧；电动转向机构，该电动转向机构能够带动平衡肘产生横向偏转角；以及能够带动平衡肘转动的主动平衡肘旋转机构，该主动平衡肘旋转机构包括依次传动连接的伺服电机、减速器、球笼和半轴，以及用于连接平衡肘的转向壳体，该转向壳体内设置有三轴销万向节，该三轴销万向节通过设置在转向壳体前端的球笼槽与半轴连接。本发明能够同时实现对履带和平衡肘的控制，增加了行走机构的自由度，实现行走机构在多个自由度上的运动，安装于陆地机器人上使其能面对全域作战的多样化任务需求。

Description

一种面向全域地形的陆地机器人行走机构
技术领域
本发明涉及技术陆地机器人领域，具体涉及一种面向全域地形的陆地机器人行走机构。
背景技术
年来，陆地机器人在货物运输等场合的应用越来越广泛，但面对未来多样化的任务需求，对陆地机器人的地形适应性提出更高的要求，同时行走机构作为陆地机器人的重要部件，对机器人的地形适应性具有决定性的作用。因此许多机器人的行走机构被提出，例如专利申请号为“CN201610241122.9”的发明专利“一种高机动高适应性地面无人车辆”，提出一种四边形六足履式结构，以提升车辆的越野能力。但是现有陆地机器人的行走机构功能有限，使得机器人只能在部分路面环境下正常行驶，不能够让机器人具有全域地形适应性；并且现有行走机构跨越障碍的能力有限，存在攀爬的断崖高度较低、跨越的壕沟较窄、在沙漠或者沼泽路段的通过性较差等问题。
发明内容
本发明提供一种面向全域地形的陆地机器人行走机构，能够同时实现对履带和平衡肘的控制，增加了行走机构的自由度，能使机器人具备面向全域地形的多任务工作的能力。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种面向全域地形的陆地机器人行走机构，包括：
平衡肘；
履带轮边总成，该履带轮边总成与平衡肘一端连接；
电动转向机构，该电动转向机构能够带动平衡肘产生横向偏转角；以及
连接平衡肘另一端并能够带动平衡肘转动的主动平衡肘旋转机构，该主动平衡肘旋转机构包括依次传动连接的伺服电机、减速器、球笼和半轴，以及用于连接平衡肘的转向壳体，该转向壳体内设置有三轴销万向节，该三轴销万向节通过设置在转向壳体前端的球笼槽与半轴连接。
进一步地，所述履带轮边总成包括：
步态传动壳体，该步态传动壳体内置有轮边电机、主驱动轮和保持架，该轮边电机驱动主驱动轮转动并带动保持架旋转；
翼轮，该翼轮通过履带张紧机构与保持架固定连接；
履带，该履带用于连接主驱动轮和翼轮；以及
伺服系统，该伺服系统的输出轴与主驱动轮连接。
进一步地，所述电动转向机构包括依次传动连接的伺服电机、减速器、主动锥齿轮、从动锥齿轮和转向法兰，所述从动锥齿轮和转向法兰位于主动平衡肘旋转机构中的转向壳体内部，其中转向法兰与平衡肘固定连接。
优选地，所述转向壳体中部为半开口的中空圆柱体。
由以上技术方案可知，本发明具有如下有益效果：
1、本发明中加入主动平衡肘旋转机构，使得行走机构能够同时实现对履带和平衡肘的控制，增加了行走机构的自由度，机器人具备的更大爬断崖高度和更大越壕沟宽度，让其地形适应性更强、可使用的工作环境更多。
2、本发明中对行走机构加入了电动转向功能，使得行走机构能够完成偏转运动，使得机器人具备电动转向的能力，并且对机器人各个位置的行走机构的转向偏角进行控制，能够实现机器人的原地转向，使得机器人更加灵活，来应对狭小而又复杂的环境。
3、本发明中的主动平衡肘旋转机构中的传动结构中采用了万向传动的方式，当电动转向结构工作时，转向壳体的相对位置发生变化，主动平衡肘旋转机构依然能够保证动力的正常传输。电动转向机构和主动平衡肘旋转机构可同时配合的协调工作模式让行走机构更加灵活，机器人能够应对更加复杂的地形工况。
附图说明
图1为本发明中的行走机构的正视图；
图2为本发明中的行走机构的侧视图；
图3为本发明中的行走机构的履带轮边总成的正视图与侧视图；
图4为本发明中的行走机构的电动转向机构的正视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种优选实施方式作详细的说明。
行走机构是陆地机器人的动力装置，陆地机器人两侧对称分布有若干个行走机构。
如图1和2所示，所述陆地机器人行走机构包括具有平衡肘1、履带轮边总成2、电动转向机构3和主动平衡肘旋转机构4，其中平衡肘的一端连接履带轮边总成，另一端连接电动转向机构和主动平衡肘旋转机构。
如图3所示，所述履带轮边总成2包括步态传动壳体21、翼轮22、履带23和伺服系统，其中步态传动壳体种内置有轮边电机24、主驱动轮25和保持架26，该轮边电机驱动主驱动轮转动并带动保持架旋转。所述翼轮22通过履带张紧机构27与保持架固定连接，履带用于连接主驱动轮和翼轮，所述伺服系统的输出轴与主驱动轮连接。
所述轮边电机24是行走机构前向运动的动力源，所述主驱动轮25和履带23配合带动整个行走机构实现在地面上的纵向运动(行车方向)，其安装于步态传动壳体内部。所述伺服系统安装于平衡肘内部，其由内部的伺服电机、减速器和输出齿轮轴组成，伺服系统用于输出目标转角，其输出的齿轮轴配合步态传动壳体前端的齿轮211，而步态传动壳体21与保持架26通过螺栓连接，可以带动保持架的转动，保持架的后端通过履带张紧机构27安装有翼轮22，翼轮起到导向的作用，在工作时和保持架一起沿主驱动轮轴心旋转到目标转角，最终带动履带完成行走机构履带步态角的调整。
如图2所示，所述主动平衡肘旋转机构4能够带动平衡肘转动，其包括依次传动连接的伺服电机41、减速器42、球笼43和半轴44，以及用于连接平衡肘的转向壳体45，该转向壳体内设置有三轴销万向节，该三轴销万向节通过设置在转向壳体前端的球笼槽与半轴连接。
所述伺服电机41和减速器42固定于机器人内部，作为主动平衡肘旋转机构的动力源。减速器的输出端连接球笼，转向壳体前端亦设计有球笼槽，半轴两端外花键与三轴销式万向节内花键配合，两万向节安装于球笼内，当电动转向机构工作时，行走机构相对于机器人产生一个偏转角，通过该转向壳体内的万向传动机构仍然能够保证主动平衡肘旋转机构的有效动力传输。
所述转向壳体45中部设计成半开口的中空圆柱体，该机构能够解决主动平衡肘旋转机构与电动转向机构工作时的干涉问题，并使得整个结构更加的紧凑，节省机器人内部的布置空间。转向壳体末端设计有法兰盘，通过螺栓与平衡肘连接。主动平衡肘旋转机构首先由伺服电机带动减速器转动，之后传递动力至球笼和半轴，最终由转向壳体带动平衡肘转动。
如图4所示，所述电动转向机构3能够带动平衡肘1产生横向偏转角，其包括依次传动连接的伺服电机31、减速器32、主动锥齿轮33、从动锥齿轮34和转向法兰35，所述从动锥齿轮和转向法兰位于主动平衡肘旋转机构中的转向壳体内部，其中转向法兰与平衡肘固定连接。
所述伺服电机和减速器固定于机器人内部，作为电动转向机构的动力源，减速器输出端连接主动锥齿轮，主动锥齿轮为半圆形形状，在满足转角需求的同时，减小了其大小和质量，使得整体机构更加紧凑和轻量化。从动锥齿轮和转向法兰件安装于主动平衡肘旋转机构中的转向壳体内部，从动锥齿轮和转向法兰连接为一体，之后转向法兰与平衡肘通过螺栓连接。电动转向机构工作时，首先由伺服电机带动减速器转动，之后减速器通过主动锥齿轮带动从动锥齿轮转动，最终转向法兰带动行走系统产生横向偏转角，实现了行走机构的电动转向功能。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种面向全域地形的陆地机器人行走机构，其特征在于，包括：
平衡肘；
履带轮边总成，该履带轮边总成与平衡肘一端连接；
电动转向机构，该电动转向机构能够带动平衡肘产生横向偏转角；以及
连接平衡肘另一端并能够带动平衡肘转动的主动平衡肘旋转机构，该主动平衡肘旋转机构包括依次传动连接的伺服电机、减速器、球笼和半轴，以及用于连接平衡肘的转向壳体，该转向壳体内设置有三轴销万向节，该三轴销万向节通过设置在转向壳体前端的球笼槽与半轴连接。
2.根据权利要求1所述的陆地机器人行走机构，其特征在于，所述履带轮边总成包括：
步态传动壳体，该步态传动壳体内置有轮边电机、主驱动轮和保持架，该轮边电机驱动主驱动轮转动并带动保持架旋转；
翼轮，该翼轮通过履带张紧机构与保持架固定连接；
履带，该履带用于连接主驱动轮和翼轮；以及
伺服系统，该伺服系统的输出轴与主驱动轮连接。
3.根据权利要求1所述的陆地机器人行走机构，其特征在于，所述电动转向机构包括依次传动连接的伺服电机、减速器、主动锥齿轮、从动锥齿轮和转向法兰，所述从动锥齿轮和转向法兰位于主动平衡肘旋转机构中的转向壳体内部，其中转向法兰与平衡肘固定连接。
4.根据权利要求1所述的陆地机器人行走机构，其特征在于，所述转向壳体中部为半开口的中空圆柱体。
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