CN111483278A - 一种垂直向缓冲的一体式悬挂-转向机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种垂直向缓冲的一体式悬挂‑转向机构，属于机械设计制造领域。该悬挂‑转向联合机构包括：转向爪、横梁连接件、活塞、上弹簧、下弹簧、止动构件、套筒、螺栓和轮系底盘；其中套筒通过螺栓与轮系底盘固定，活塞在套筒内部活动，套筒内底面的下弹簧与所述止动构件用于限制活塞在套筒内的最大轴向运动，活塞和止动构件之间使用上弹簧缓冲，横梁连接件、转向爪与活塞连接。本发明的悬挂‑转向联合机构可用于爬壁机器人领域，避免爬壁机器人在姿态变换过程中轮系所受机器人主体下落带来的冲击和跌落壁面的隐患，并使得装备该悬挂‑转向机构的轮系具有独立的转向能力，使爬壁机器人在曲面壁面安全、灵活地作业。

Description

一种垂直向缓冲的一体式悬挂-转向机构
技术领域
本发明属于机械设计制造领域，尤其涉及一种垂直向缓冲的一体式悬挂-转向机构，特别地，适用于爬壁机器人领域。
背景技术
悬挂机构是常用于汽车系统内，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车能平稳地行驶。典型的悬挂系统结构由弹性元件、导向机构以及减震器等组成，弹性元件产生形变，这个过程中减震器吸收轮系受到的冲击能量。移动设备的转向往往借助转向机构实现，转向机构会增加整体装置的复杂程度，增加维护成本。另外现有悬挂机构多是对轮系底盘受到的压缩力进行缓冲，适用于路面产生凸起的地方，不适用于路面产生凹陷的地方。
所以针对在复杂壁面环境工作的爬壁机器人，需要可以同时针对轮系受到压缩力、拉伸力进行缓冲的悬挂机构，否则机器人在越过凹陷面时，轮系将受到机器人主体下落带来的冲击，产生跌落壁面的隐患；且需要一款结构紧凑轻便、具有较大转角的转向机构，使移动机器人在壁面尽可能减小转弯半径，提高移动灵活性。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种垂直向缓冲的一体式悬挂-转向机构，该悬挂-转向联合机构可提供沿悬挂轴向压缩和拉伸两个方向的缓冲，避免爬壁机器人在姿态变换过程中轮系所受机器人主体下落带来的冲击和跌落壁面的隐患，且该悬挂-转向机构的轮系具有独立的转向能力，使爬壁机器人在曲面壁面安全、灵活地作业。
为实现上述目的，该发明的技术方案具体内容如下：一种垂直向缓冲的一体式悬挂-转向机构，包括：转向爪、横梁连接件、活塞、上弹簧、下弹簧、止动构件、套筒、螺栓和轮系底盘；所述套筒的底部通过螺栓与轮系底盘固定连接，所述下弹簧设置于套筒内底部，所述止动构件与套筒的顶部固定连接；所述活塞与套筒活动连接；所述活塞分为第一活塞段、第二活塞段和第三活塞段，第一活塞段、第二活塞段和第三活塞段依次连接，所述第一活塞段由上至下依次与转向爪、横梁连接件连接，所述上弹簧设置于第一活塞段上，位于横梁连接件的下方，且所述上弹簧设置于套筒的内部，位于止动构件的下方；所述第三活塞段为有棱角的柱形结构，柱形结构的棱边与套筒的内壁接触。
进一步地，所述止动构件与套筒通过螺纹连接。
进一步地，所述活塞与横梁连接件通过轴承连接，并通过轴承支撑固定。
进一步地，所述活塞与转向爪通过转向爪插销连接。
进一步地，所述第一活塞段与第二活塞段均为圆柱形结构，且第二活塞段的直径大于上弹簧的内径，小于上弹簧的外径。
进一步地，所述套筒的内径与上弹簧的外径相等。
进一步地，所述止动构件的内径小于上弹簧的直径。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1.本发明的悬挂-转向联合机构可提供延悬挂轴向上下两个方向的缓冲，通过活塞上部和止动构件之间的上弹簧提供一个向上的缓冲，通过活塞底部和套筒底部之间的下弹簧提供一个向下的缓冲，防止爬壁机器人在姿态变换时轮系受到冲击而跌落壁面。
2.本发明将转向功能引入悬挂机构中，活塞通过和套筒、止动构件组合提供缓冲功能的同时，也通过下方的棱柱将转动传递给套筒，以及与套筒连接的机器人轮轴，具有结构简单紧凑、可靠性高的优点，可以减少爬壁机器人悬挂及转向零件总数量及占用总空间，提高爬壁机器人装配及维修便利程度。
3. 本发明将套筒、止动构件和活塞组合成一个整体，减少了活塞与外界的接触，降低了灰尘进入装置对装置工作产生不利影响的可能。
附图说明
图1是本发明的悬挂-转向联合机构等轴测图；
图2是本发明的悬挂-转向联合机构拆解图；
图3是本发明的悬挂-转向联合机构剖视图；
图4是本发明的悬挂-转向联合机构三视图，图4a为俯视图，图4b为左视图，图4c为主视图；
图5是本发明的悬挂-转向联合机构在具体爬壁机器人上工作的情况。
图中：1-转向爪，2-转向爪插销，3-横梁连接件，4-活塞，5-轴承，6-轴承支撑，7-螺钉，8-上弹簧，9-下弹簧，10-止动构件，11-套筒，12-螺栓，13-轮系底盘。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
参见图1为本发明提供了一种垂直向缓冲的一体式悬挂-转向机构的结构示意图，从图2的悬挂-转向联合机构拆解图中可以看出，该垂直向缓冲的一体式悬挂-转向机构包括：转向爪1、横梁连接件3、活塞4、上弹簧8、下弹簧9、止动构件10、套筒11、轮系底盘13；所述套筒11的底部通过螺栓12与轮系底盘13固定连接，轮系底盘13可以通过内部的凹槽并通过螺钉去固定连接轮轴。如图3的剖视图以及图4的三视图，图4a为俯视图，图4b为左视图，图4c为主视图，可以看出：所述下弹簧9设置于套筒11内底部，提供活塞4在套筒11内向下运动的缓冲，所述止动构件10与套筒11的顶部固定连接，为上弹簧8提供一个限位，活塞4向上运动时，活塞4的上部和止动构件10之间的上弹簧8能起到缓冲作用，本领域技术人员可将所述止动构件10与套筒11通过螺纹连接，套筒11内底面的下弹簧9与所述止动构件10用于限制活塞4在套筒11内的最大轴向运动。所述活塞4与套筒11活动连接；所述活塞4分为第一活塞段、第二活塞段和第三活塞段，第一活塞段、第二活塞段和第三活塞段依次连接，所述第一活塞段由上至下依次与转向爪1、横梁连接件3连接，本领域技术人员可将所述活塞4与转向爪1通过转向爪插销2连接，带动活塞4的转动，活塞4通过下方的棱柱结构带动套筒11转动，实现移动设备的转向功能；本领域技术人员可将所述活塞4与横梁连接件3通过轴承连接，并通过轴承支撑6固定，具体为活塞4上通过螺钉7安装固定轴承支撑6，通过轴承支撑6来限定轴承5的位置，横梁连接件3与轴承5的外壁相配合，轴承5的内壁与活塞4相配合，轴承5可随横梁连接件3在活塞4上转动，横梁连接件3可用于和移动设备大梁、移动设备作业机构等结构的连接。所述上弹簧8设置于第一活塞段上，位于横梁连接件3的下方，且所述上弹簧8设置于套筒11的内部，位于止动构件10的下方，所述止动构件10的内径小于上弹簧8的直径。所述第一活塞段与第二活塞段均为圆柱形结构，且第二活塞段的直径大于上弹簧8的内径，小于上弹簧8的外径，用以限定上弹簧8在活塞4上的位置。无压缩的情况下，上弹簧8固定在止动构件10和第二活塞段之间，下弹簧9固定在第三活塞段和套筒11内底部之间；拉伸情况下，止动构件10和第二活塞段距离减小，上弹簧8压缩量增大；压缩情况下，第三活塞段和套筒11内底部距离减小，下弹簧9压缩量增大。所述套筒11的内径略大于上弹簧8的外径，以保证上弹簧8可在套筒11中移动，同时又限制上弹簧8的活动范围。所述第三活塞段为有棱角的柱形结构，柱形结构的棱边与套筒11的内壁接触，可以将活塞8的转动传递到套筒11。
如图5所示，将上述具有垂直向缓冲功能的悬挂-转向联合机构用于爬壁机器人领域，将轮系底盘13通过螺钉紧固方式与爬壁机器人的轮轴连接，来自转动爪1的转动带动活塞4转动，活塞4带动套筒11转动，套筒11带动轮系底盘13转动，进而带动轮轴转动；将横梁连接件3通过焊接方式与爬壁机器人的横梁连接，横梁明确了爬壁机器人的两个轮系之间的距离，增加了爬壁机器人运动的约束，增强稳定性；将转向爪1通过螺栓与爬壁机器人的转向电缸连接，转向电缸带动转向爪转动，为爬壁机器人提供转动的动力来源。
当爬壁机器人接触的工作表面凸起时，此时轮系底盘13受到一个向上的力，使套筒11相对活塞4产生远离工作表面的轴向位移，活塞4和套筒11之间距离减小。这种情况下，活塞4与止动机构10间的上弹簧8压缩量会减小，活塞4与套筒11内底面间的下弹簧9压缩量会增大，产生一个向上的缓冲。
当爬壁机器人接触的工作表面凹陷时，此时轮系底盘受到一个向下的力，使套筒11相对活塞4产生向工作表面的轴向位移，活塞4和止动构件10之间距离减小。这种情况下，活塞4与套筒11内底面间的下弹簧9压缩量会减小，活塞4与止动机构10间的上弹簧6压缩量会增大，产生一个向下的缓冲。
当爬壁机器人转向时，将转向力矩施加在转向爪1上，且转向爪1与活塞4经转向爪插销2固定，从而带动活塞4转动，通过活塞4下的第三活塞段方柱和套筒11内壁的契合，带动套筒11转动，并通过套筒11将转向扭矩传递至其固连的轮系底盘13，轮系底盘13带动爬壁机器人的轮轴转动，完成爬壁机器人单侧轮系的转向动作并不干扰悬挂功能正常运行。
因此，该垂直向缓冲功能的悬挂-转向联合机构，可给爬壁机器人提供沿悬挂轴向压缩和拉伸两个方向的缓冲，防止爬壁机器人在姿态变换时轮系受到冲击而跌落壁面，另外其结构可将转向扭矩传递至轮系，完成爬壁机器人转向动作。
当活塞4在套筒11内运动时，活塞4下面和套筒底面间可填入缓冲液，可增大滑动阻尼，以进一步提高缓冲效果。根据具体壁面作业场景，可相应提高或降低上下弹簧强度，以调节本悬挂-转向联合机构缓冲特性，改善爬壁机器人运动、作业能力。

Claims (4)

1.一种垂直向缓冲的一体式悬挂-转向机构，其特征在于，包括：转向爪（1）、横梁连接件（3）、活塞（4）、上弹簧（8）、下弹簧（9）、止动构件（10）、套筒（11）、螺栓（12）和轮系底盘（13）；所述套筒（11）的底部通过螺栓（12）与轮系底盘（13）固定连接，所述下弹簧（9）设置于套筒（11）内底部，所述止动构件（10）与套筒（11）的顶部固定连接；所述活塞（4）与套筒（11）活动连接；所述活塞（4）分为第一活塞段、第二活塞段和第三活塞段，第一活塞段、第二活塞段和第三活塞段依次连接，所述第一活塞段由上至下依次与转向爪（1）、横梁连接件（3）连接，所述上弹簧（8）设置于第一活塞段上，位于横梁连接件（3）的下方，且所述上弹簧（8）设置于套筒（11）的内部，位于止动构件（10）的下方，所述套筒（11）的内径与上弹簧（8）的外径相等，所述止动构件（10）的内径小于上弹簧（8）的直径；所述第一活塞段与第二活塞段均为圆柱形结构，且第二活塞段的直径大于上弹簧（8）的内径，小于上弹簧（8）的外径；所述第三活塞段为有棱角的柱形结构，柱形结构的棱边与套筒（11）的内壁接触。
2.根据权利要求1所述悬挂-转向联合机构，其特征在于，所述止动构件（10）与套筒（11）通过螺纹连接。
3.根据权利要求1所述悬挂-转向联合机构，其特征在于，所述活塞（4）与横梁连接件（3）通过轴承（5）连接，并通过轴承支撑（6）固定。
4.根据权利要求1所述悬挂-转向联合机构，其特征在于，所述活塞（4）与转向爪（1）通过转向爪插销（2）连接。
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