CN111483279B - 一种具有双向缓冲功能的悬挂-转向联合机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有双向缓冲功能的悬挂‑转向联合机构，属于机械设计制造领域。该悬挂‑转向联合机构包括轮系底盘、套筒、活塞、止动机构、横梁连接件、转向爪、密封圈、上弹簧、下弹簧、螺栓。本发明的悬挂‑转向联合机构可以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

一种具有双向缓冲功能的悬挂-转向联合机构
技术领域
本发明属于机械设计制造领域，具体地，适用于爬壁机器人领域，尤其是涉及一种具有双向缓冲功能的悬挂-转向联合机构。
背景技术
悬挂机构是移动设备主体与轮系间常用的连接装置，用于轮系组件支撑移动设备主体结构并在两者间传递力，以降低不平坦作业表面带来的姿态改变，改善轮系与作业表面的贴合程度，保证移动设备的稳定运动及作业。现有的悬挂机构通常使用弹簧和阻尼器配合，通过一定程度的形变吸收转换轮系受到的冲击能量。移动设备的转向行为往往需要转向机构完成，转向机构增大了移动设备的体积与重量及复杂度，相对降低了移动设备的轻量化程度和装配及维修的便利性。另外现有悬挂通常是对轮系受到的挤压力进行缓冲，适用于水平路面路况。
然而，爬壁机器人这类需要在竖直、甚至倒立表面工作的移动设备，需要一款能针对轮系受到拉伸力进行缓冲的悬挂机构，否则机器人在姿态变换过程中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、具有较大转向角度的转向机构，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存在的问题，提出了一种具有双向缓冲功能的悬挂-转向联合机构，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，本发明的技术方案如下：一种具有双向缓冲功能的悬挂-转向联合机构，包括轮系底盘、套筒、活塞、止动机构、横梁连接件、转向爪、上弹簧、下弹簧、螺栓；所述套筒与活塞活动连接；所述套筒通过螺栓与轮系底盘固定连接，所述下弹簧设置于套筒的内底部；所述活塞从上至下依次连接转向爪、横梁连接件；所述上弹簧设置于活塞的内腔中，所述活塞的内腔侧壁上设有长方形孔洞，所述套筒的侧壁上设有孔洞，止动机构设置于上弹簧的上方，止动机构的一端穿出长方形孔洞和套筒上的孔洞。
进一步地，所述横梁连接件通过轴承与活塞连接。
进一步地，所述转向爪通过定位销与活塞连接。
进一步地，所述活塞的形状为圆柱形。
进一步地，所述悬挂-转向联合机构还包括密封圈，所述活塞内腔的上下侧均设有密封圈。
进一步地，所述套筒的高度大于两个密封圈的距离之和。
进一步地，所述密封圈的外径与套筒的内径相等。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明利用上下两处弹簧，可提供沿悬挂轴向压缩和拉伸两个方向的缓冲，防止在爬壁机器人姿态变换时轮系受到冲击而跌落壁面。
2.本发明利用止动机构传递转向力矩，将转向功能引入悬挂机构中，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。
附图说明
图1是本发明悬挂-转向联合机构的结构示意图；
图2是本发明悬挂-转向联合机构的剖视图；
图3是本发明的悬挂机构三视图：图3a为俯视图，图3b为左视图，图3c为主视图；
其中：1-轮系底盘，2-套筒，3-活塞，4-止动机构，5-横梁连接件，6-转向爪，7-定位销，8-轴承，9-密封圈，10-上弹簧，11-下弹簧，12-螺栓。
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。
图1是本发明悬挂-转向联合机构的结构示意图，图2为本发明悬挂-转向联合机构的剖视图，该悬挂-转向联合机构包括轮系底盘1、套筒2、活塞3、止动机构4、横梁连接件5、转向爪6、上弹簧10、下弹簧11、螺栓12；图3是本发明的悬挂机构三视图：图3a为俯视图，图3b为左视图，图3c为主视图；所述套筒2通过螺栓12与轮系底盘1固定连接，轮系底盘1可用于连接车轮及轮轴等机构；具体地，轮系底盘1的下方若设有凹槽，可通过凹槽直接与单条轮轴固定，或通过螺栓等结构与多条轮轴固定。所述套筒2与活塞3活动连接，所述活塞3的形状为圆柱形，易于装配密封圈9，以增大阻尼并避免活塞3和套筒2间直接摩擦损伤机构。所述下弹簧11设置于套筒2的内底部，以提供活塞3向轮系底盘1方向的缓冲；所述活塞3从上至下依次连接转向爪6、横梁连接件5，本领域技术人员可将转向爪6通过定位销7与活塞3连接，转向爪6可向悬挂机构传递移动设备的转向扭矩，实现移动设备的左右转向功能；本领域技术人员可将横梁连接件5通过轴承8与活塞3连接，横梁连接件5可用于和移动设备大梁、移动设备作业机构等结构连接。所述上弹簧10设置于活塞3的内腔中，以提供活塞3远离轮系底盘1方向的缓冲。所述活塞3的内腔侧壁上设有长方形孔洞，所述套筒2的侧壁上设有孔洞，止动机构4设置于上弹簧10的上方，止动机构4的一端穿出长方形孔洞和套筒2上的孔洞。此止动机构4既可以限制上弹簧10位置，以助其实现缓冲功能，也可将活塞3的转向力矩传递至套筒2，以实现轮系底盘1的转向。
本发明的一个技术方案中还包括密封圈9，用于增大滑动阻尼，以进一步提高缓冲效果，并防止活塞3和套筒2直接摩擦损伤机构。所述活塞3内腔的上下侧均设有密封圈9，所述套筒2的高度大于两个密封圈9的距离之和，且所述密封圈9的外径与套筒2的内径相等。
将本发明的具有双向缓冲功能的悬挂-转向联合机构，用于爬壁机器人领域，一个典型的爬壁机器人具有驱动装置、轮系、横梁、作业模块等部分。将轮系底盘1通过螺栓连接等方式与爬壁机器人的轮系连接，能起到支撑悬挂与传递转向力矩的作用。分别采用两个本发明的悬挂-转向联合机构，将横梁连接件3通过螺栓连接等方式与爬壁机器人主体的横梁两端连接，能起到支撑爬壁机器人主体的作用；分别采用两个本发明的悬挂-转向联合机构，将转向爪6通过轴承连接等方式与爬壁机器人的转向模块连接，能起到对本机构施加转向力矩的作用。
当爬壁机器人接触壁面凹陷或倒置于壁面时，与爬壁机器人连接的双向缓冲功能的悬挂-转向联合机构的上弹簧10发挥作用，上弹簧10压缩量增大，下弹簧11压缩量减小，以保证爬壁机器人主体与悬挂-转向联合机构均能吸附于壁面。
当爬壁机器人接触壁面凸起或正立于壁面时，与爬壁机器人连接的双向缓冲功能的悬挂-转向联合机构的下弹簧11发挥作用，下弹簧11压缩量增大，上弹簧10压缩量减小，以保证爬壁机器人主体与悬挂-转向联合机构均能吸附于壁面。
当爬壁机器人转向时，将转向力矩施加在与爬壁机器人的转向模块连接的悬挂-转向联合机构的转向爪6上，且转向爪6与活塞3经定位销7固定，从而带动活塞3转动，并通过套筒2将转向扭矩传递至轮系底盘1，并带动转向模块转动，完成爬壁机器人的转向动作且不干扰悬挂功能正常运行。
因此，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。
当活塞3在套筒2内运动时，密封圈9可增大滑动阻尼，以进一步提高缓冲效果，并防止活塞3和套筒2直接接触产生磨损。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 (7)

1.一种具有双向缓冲功能的悬挂-转向联合机构，其特征在于，包括轮系底盘(1)、套筒(2)、活塞(3)、止动机构(4)、横梁连接件(5)、转向爪(6)、上弹簧(10)、下弹簧(11)、螺栓(12)；所述套筒(2)与活塞(3)活动连接；所述套筒(2)通过螺栓(12)与轮系底盘(1)固定连接，所述下弹簧(11)设置于套筒(2)的内底部；所述活塞(3)从上至下依次连接转向爪(6)、横梁连接件(5)；所述上弹簧(10)设置于活塞(3)的内腔中，所述活塞(3)的内腔侧壁上设有长方形孔洞，所述套筒(2)的侧壁上设有孔洞，止动机构(4)设置于上弹簧(10)的上方，止动机构(4)的一端穿出长方形孔洞和套筒(2)上的孔洞；该双向缓冲功能的悬挂-转向联合机构应用于爬壁机器人，当爬壁机器人接触壁面凹陷或倒置于壁面时，与爬壁机器人连接的双向缓冲功能的悬挂-转向联合机构的上弹簧（10）压缩量增大，下弹簧（11）压缩量减小，使得爬壁机器人与悬挂-转向联合机构均能吸附于壁面；当爬壁机器人接触壁面凸起或正立于壁面时，与爬壁机器人连接的双向缓冲功能的悬挂-转向联合机构的下弹簧（11）压缩量增大，上弹簧（10）压缩量减小，使得爬壁机器人与悬挂-转向联合机构均能吸附于壁面。
2.根据权利要求1所述悬挂-转向联合机构，其特征在于：所述横梁连接件(5)通过轴承(8)与活塞(3)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：所述转向爪(6)通过定位销(7)与活塞(3)连接。
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(3)的形状为圆柱形。
5.根据权利要求1所述悬挂-转向联合机构，其特征在于：所述悬挂-转向联合机构还包括密封圈(9)，所述活塞(3)内腔的上下侧均设有密封圈(9)。
6.根据权利要求5所述悬挂-转向联合机构，其特征在于：所述套筒(2)的高度大于两个密封圈(9)的距离之和。
7.根据权利要求5或6所述悬挂-转向联合机构，其特征在于：所述密封圈(9)的外径与套筒(2)的内径相等。
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