CN111591360A

CN111591360A - 一种新型的轮履转换行走装置

Info

Publication number: CN111591360A
Application number: CN202010401331.1A
Authority: CN
Inventors: 赵江坤; 江帆; 李伟
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2020-05-13
Filing date: 2020-05-13
Publication date: 2020-08-28

Abstract

本发明的一种新型的轮履转换行走装置，包括车架，轮式行走机构和履带行走机构；履带行走机构，包括车架两侧的履带，每个履带包括一个连接有履带驱动电机的履带驱动轮和三个导向轮，而与履带驱动轮处于同一水平的导向轮上转动安装有导向轮轴，即导向轮轴的转动不会驱动导向轮，导向轮轴上连接有履带变形电机，履带驱动轮和三个导向轮通过三个曲柄连接并形成平行四边形结构，三个曲柄的其中一个为主动曲柄，并与导向轮轴固定，另外两个曲柄为从动曲柄。本发明即利用了履带行走装置在越障能力方面的优势，也利用了轮式行走装置行进速度快灵活的优点。不仅能够提高机器人对复杂环境的适应能力，也提高了救援效率。

Description

一种新型的轮履转换行走装置

技术领域

本发明涉及救援机器人领域，具体涉及一种机器人轮履转换行走装置。

背景技术

救灾现场由于环境恶劣、地形复杂，其有关物资和相关器械多由人力运输，这样不仅要求救援人员具有较强的身体素质，而且在运输的过程中也会给救援人员的生命安全带来威胁，极大地降低了救援效率。

在一些救灾现场已经有一些技术较为成熟的高集成、高智能的机器人，在很大程度上降低了救灾人员的伤亡率。但从现有的机器人技术而言，大多数机器人的行走装置多采用履带式行走机构从而使机器人具有一定的越障能力，适应救灾现场地形复杂的要求，但履带行走机构具有行走速度缓慢的缺点，救援效率不高，同时履带行走机构也多采用固定的履带行走机构，对于沟壑等特殊地形难以发挥作用。对于采用轮式行走机构的救援机器人虽然行进速度快、支援速度较快，但由于轮式行走系统的特殊性因此该类机器人不适用于地形及较为复杂的救援环境。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种新型的轮履转换行走装置。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种新型的轮履转换行走装置，包括车架，轮式行走机构和履带行走机构；

轮式行走机构，包括前起落架和后起落架，所述前起落架和后起落架均包括一组固定安装在车架上的第一涡轮蜗杆，其中，涡轮中穿设有起落架轴，起落架轴的两端通过起落架连杆连接有车轮轴，所述车轮轴两端安装有车轮，蜗杆上通过连接组件连接有起落架驱动电机；所述后起落架上连接的车轮为后侧车轮，后侧车轮的车轮轴上连接有后轮驱动电机；所述前起落架上连接的车轮为前侧车轮，所述前侧车轮的车轮轴通过转向节与前侧车轮连接，两个前侧车轮之间还连接有转向横拉杆，所述转向横拉杆上连接有前轮转向电机；

履带行走机构，包括车架两侧的履带，每个履带包括一个连接有履带驱动电机的履带驱动轮和三个导向轮，而与履带驱动轮处于同一水平的导向轮上转动安装有导向轮轴，即导向轮轴的转动不会驱动导向轮，导向轮轴上连接有履带变形电机，履带驱动轮和三个导向轮通过三个曲柄连接并形成平行四边形结构，三个曲柄的其中一个为主动曲柄，并与导向轮轴固定，另外两个曲柄为从动曲柄。

进一步的，连接组件包括大链轮、小链轮以及连接大链轮和小链轮的链条，所述小链轮和起落架驱动电机连接，大链轮和蜗杆连接。

进一步的，所述履带驱动电机通过减速齿轮箱以及联轴器与履带驱动轮连接。

进一步的，所述履带变形电机通过第二涡轮蜗杆以及联轴器与导向轮轴连接。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明即利用了履带行走装置在越障能力方面的优势，也利用了轮式行走装置行进速度快灵活的优点。不仅能够提高机器人对复杂环境的适应能力，也提高了救援效率；

2、本发明的履带行走机构采用的是履带可变形的行走机构，与不可变形的履带行走机构相比，对于存在沟壑的救援地形该方案具有更强的适应性；

3、本发明的轮式行走机构采用4轮着地行走的方式，提高了机器人的稳定性。

4、本发明具有全地形通过能力，适用于地形较为复杂的环境。

附图说明

图1为本实施例的整体结构俯视示意图；

图2为本实施例的整体结构主视示意图；

图3a、图3b、图3c和图3d为本实施例中越障方式的状态图。

图中，1、第一涡轮蜗杆；11、起落架轴；12、起落架连杆；13、车轮轴；14、起落架驱动电机；141、小链轮；142、大链轮；15、后侧车轮；16、后轮驱动电机；131、前侧车轮；132、转向节；133、转向横拉杆；134、前轮转向电机；2、履带；21、履带驱动轮；211、履带驱动电机；212、减速齿轮箱；22、导向轮；23、导向轮轴；24、履带变形电机；241、第二涡轮蜗杆；25、主动曲柄；251、从动曲柄。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

一种新型的轮履转换行走装置，如图1和2所示，包括车架，轮式行走机构和履带行走机构；

轮式行走机构，包括前起落架和后起落架，所述前起落架和后起落架均包括一组固定安装在车架上的第一涡轮蜗杆1，其中，涡轮中穿设有起落架轴11，起落架轴11的两端通过起落架连杆12连接有车轮轴13，所述车轮轴13两端安装有车轮，蜗杆上通过连接组件连接有起落架驱动电机14；所述后起落架上连接的车轮为后侧车轮15，后侧车轮15的车轮轴13上连接有后轮驱动电机16；所述前起落架上连接的车轮为前侧车轮131，所述前侧车轮131的车轮轴13通过转向节132与前侧车轮131连接，两个前侧车轮131之间还连接有转向横拉杆133，所述转向横拉杆133上连接有前轮转向电机134；

履带2行走机构，包括车架两侧的履带2，每个履带2包括一个连接有履带2驱动电机的履带2驱动轮和三个导向轮22，而与履带2驱动轮处于同一水平的导向轮22上转动安装有导向轮22轴，即导向轮22轴的转动不会驱动导向轮22，导向轮22轴上连接有履带2变形电机，履带2驱动轮和三个导向轮22通过三个曲柄连接并形成平行四边形结构，三个曲柄的其中一个为主动曲柄25，并与导向轮22轴固定，另外两个曲柄为从动曲柄251。

连接组件包括大链轮142、小链轮141以及连接大链轮142和小链轮141的链条，所述小链轮141和起落架驱动电机14连接，大链轮142和蜗杆连接。履带2驱动电机通过减速齿轮箱212以及联轴器与履带2驱动轮连接。履带2变形电机通过第二涡轮蜗杆241以及联轴器与导向轮22轴连接。

工作原理：

当需要采用轮式行走机构时，前起落架驱动电机14通过安装在其输出轴上的前侧小链轮141和链条驱动前侧大链轮142转动，前侧大链轮142带动前起落架蜗杆转动，前起落架蜗杆通过与前起落架蜗轮啮合带动前起落架蜗轮转动，前起落架蜗轮带动前起落架轴11和前起落架连杆12转动伸出，从而实现行走方式的转换。后起落架的伸出过程与前起落架一致，在此不再详细描述。

前起落架和后起落架伸出后使履带2行走机构悬在空中，脱离地面，轮式行走机构开始作为主行走机构，从而可以获得更高的行驶速度。前轮转向电机134通过齿轮齿条机构将电机的转动转化为转向横拉杆133的横向移动，转向横拉杆133通过前侧车轮131转向节132驱动前侧车轮131的转向。

后轮驱动电机16通过减速器进行降速增矩后，通过后轮驱动轴驱动后侧车轮15转动，从而向前行进。

履带2行走机构中，左侧履带2驱动电机通过安装在其输出轴上的左侧小齿轮带动左侧大齿轮转动，左侧大齿轮通过联轴器带动履带2驱动轮轴转动，履带2驱动轮轴通过履带2驱动轮驱动履带2前进。右侧履带2驱动机构与左侧履带2驱动机构相似，在此不再详细描述。

履带2行走机构中，履带2变形电机驱动履带2变形蜗杆转动，履带2变形蜗杆通过与履带2变形蜗轮啮合带动履带2变形蜗轮转动，履带2变形蜗轮通过联轴器驱动左侧导向轮22轴和右侧导向轮22轴转动，左侧导向轮22轴和右侧导向轮22轴带动主动曲柄25转动，主动曲柄25通过连杆带动从动曲柄251随主动曲柄25一起转动，从而实现履带2的变形越障功能。通常情况下可以利用履带2变形蜗杆和履带2变形蜗轮之间的自锁性，使主动曲柄25与地面之间形成一定的夹角，使履带2行走机构具有一定的越障能力。

本实施例所采取的履带2行走机构与传统的履带2行走机构相比，其主要对轿宽的沟壑地形具有更强的越障能力。传统的履带2行走机构由于受履带2行走机构的整体尺寸和中心位置的影响，通常所能跨越的最大沟壑宽度不超过行走机构长度的一半（假设行走机构的重心位于整个行走机构的中心）。而本实施例所采取的履带2行走机构可以通过履带2的变形从而能够通过更宽的沟壑地形。对于其它类型的障碍，本实施例的履带2行走机构的越障方式与现有的关节式履带2行走机构类似，因此下面将主要对履带2行走机构对于沟壑地形的越障方式进行详细描述，而对于其它类型的障碍所采取的的越障方式不再详细描述。

本实施例履带行走机构对于较宽沟壑地形的越障方式如图3所示。

图3a：主动曲柄、连杆和从动曲柄处于同一直线上，且与地面平行。在左侧履带驱动电机和右侧履带驱动电机的驱动下向前行驶。

图3b和图3c：当履带行走机构行进到图示位置时，履带行走机构停止前进，此时行走机构的重心处于沟壑的上方。主动曲柄在履带变形电机的驱动下沿逆时针旋转180°。通过连杆从动曲柄随着主动曲柄一起逆时针转动180°。

图3d：履带行走机构在履带变形电机的驱动下，完成履带的变形。此时，从动曲柄、连杆和主动曲柄仍处于同一直线上且与地面平行。变形后的履带结构如图所示。在左侧履带驱动电机和右侧履带驱动电机的驱动下，使行走机构的重心通过沟壑从而完成越障。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下优点：

2、本发明的履带行走机构采用的是履带可变形的行走机构，该机构将履带的行走机构和变形机构巧妙的结合在一起，与传统的将行走机构和变形机构分开的履带行走机构相比，不仅具有整体结构紧凑、尺寸小等优点，而且与不可变形的履带行走机构相比，对于存在沟壑的救援地形该方案具有更强的适应性；

因此，本发明具有全地形通过能力，适用于地形较为复杂的环境。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims

1.一种新型的轮履转换行走装置，其特征在于：包括车架，轮式行走机构和履带行走机构；

2.根据权利要求1所述的一种新型的轮履转换行走装置，其特征在于：连接组件包括大链轮、小链轮以及连接大链轮和小链轮的链条，所述小链轮和起落架驱动电机连接，大链轮和蜗杆连接。

3.根据权利要求1所述的一种新型的轮履转换行走装置，其特征在于：所述履带驱动电机通过减速齿轮箱以及联轴器与履带驱动轮连接。

4.根据权利要求1所述的一种新型的轮履转换行走装置，其特征在于：所述履带变形电机通过第二涡轮蜗杆以及联轴器与导向轮轴连接。