CN112208264A - 越障轮装置及自行走机器人 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种越障轮装置及自行走机器人，越障轮装置包括轮体以及越障组件；轮体具有转动轴线以及行走表面；越障组件包括安装座、支腿以及弹性件，安装座与轮体绕转动轴线同步转动，支腿能够相对安装座沿轮体的内外方向滑动，弹性件对支腿施加朝向轮体外侧的作用力，以使支腿远离转动轴线一端的端部能够凸出于行走表面。本申请实施例的越障轮装置，遇到障碍物时，支腿的一端抵靠在障碍物的顶表面，翻越时，以支腿与障碍物的接触点为支点进行翻转，该支点增加了轮体与障碍物的摩擦力，能够辅助越障轮装置翻越该障碍物。

Description

越障轮装置及自行走机器人

技术领域

本申请涉及机器人技术领域，尤其涉及越障轮装置及自行走机器人。

背景技术

以扫地机器人为例，在工作环境中往往会遇到一些障碍物，例如小台阶、电线等，由于越障性能不足，很多情况下扫地机器人无法进入被障碍物阻挡的区域进行清扫作业。

驱动轮本身的越障性能是影响扫地机器人越障性能较为关键的一个因素。现有的越障驱动轮，其轮胎表面设计有一定形状和凹槽的胎纹，越障时主要靠轮胎与障碍摩擦力以及轮胎表面胎纹中的凹槽卡住障碍物，避免驱动轮打滑，从而翻越障碍。但是，这种方式产生的摩擦力有限，不能翻越较高障碍；由于轮胎是软性材料，凹槽不能做太深，凹槽较浅时抓住障碍边沿的能力低，越障能力低。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例期望提供一种越障能力较好的越障轮装置及自行走机器人。

为达到上述目的，本申请实施例的第一方面提供一种越障轮装置，包括轮体以及越障组件；所述轮体具有转动轴线以及行走表面；所述越障组件包括安装座、支腿以及弹性件，所述安装座与所述轮体绕所述转动轴线同步转动，所述支腿能够相对所述安装座沿所述轮体的内外方向滑动，所述弹性件对所述支腿施加朝向所述轮体外侧的作用力，以使所述支腿远离所述转动轴线一端的端部能够凸出于所述行走表面。

进一步地，所述安装座形成有容纳腔，所述弹性件至少部分设置于所述容纳腔内，所述容纳腔背离所述转动轴线的一侧形成有避让孔，所述支腿滑动地穿设于所述避让孔中。

进一步地，所述支腿包括腿本体以及凸出于所述腿本体周向表面的限位部，所述腿本体滑动地穿设于所述避让孔中，所述弹性件的一端与所述限位部抵接。

进一步地，所述轮体包括外缘部以及支撑于所述外缘部内侧的支撑部，所述外缘部形成有贯穿所述外缘部的滑槽，所述支腿滑动地穿设于所述滑槽中。

进一步地，所述安装座呈套筒状，所述安装座的一侧紧固连接于所述滑槽周围，所述避让孔与所述滑槽连通且同轴设置，所述弹性件的相对两侧紧固连接于所述限位部和所述外缘部的内侧表面之间。

进一步地，所述安装座包括导套和座体，所述座体位于所述导套沿所述轮体的内侧，所述座体与所述支撑部紧固连接，所述导套内形成有所述容纳腔，所述导套一侧紧固连接于所述滑槽周围，所述避让孔与所述滑槽连通且同轴设置，所述导套背离所述避让孔的一侧敞开，所述弹性件夹设于所述限位部和所述座体之间。

进一步地，所述弹性件为压簧，所述座体的表面形成有凸柱，所述压簧的一端套设于所述腿本体上，所述压簧的另一端套设于所述凸柱上。

进一步地，所述安装座包括导套和座体，所述座体与所述支撑部紧固连接，所述导套设置于所述座体的周向表面，所述导套内形成有所述容纳腔，所述限位部位于所述导套内，所述弹性件抵接于所述限位部和所述容纳腔对应的内壁之间。

进一步地，所述轮体包括外缘部以及支撑于所述外缘部内侧的支撑部；

所述外缘部形成有贯穿所述外缘部的滑槽，所述支腿滑动地穿设于所述滑槽中；或者，所述支腿位于所述外缘部沿所述转动轴线的一侧。

进一步地，所述支腿的数量均为多个，多个所述支腿沿所述轮体的转动周向间隔布置。

本申请实施例的第二方面提供一种自行走机器人，包括机架、动力装置以及上述任一的越障轮装置，所述动力装置设置于所述机架上，所述动力装置与所述轮体或所述安装座驱动连接以驱动所述越障轮装置绕所述转动轴线转动。

进一步地，所述自行走机器人为扫地机器人、拖地机器人或救生机器人。

本申请实施例的越障轮装置，遇到障碍物时，支腿的一端抵靠在障碍物的顶表面，翻越时，以支腿与障碍物的接触点为支点进行翻转，该支点增加了轮体与障碍物的摩擦力，能够辅助越障轮装置翻越该障碍物。再者，本申请实施例的越障轮装置，结构简单，不需要依靠各种检测手段，依靠纯机械结构既可实现支腿辅助越障，可靠性高，成本低，且支腿基本不影响越障轮装置的正常行走。

附图说明

图1为本申请第一实施例的越障轮装置的结构示意图；

图2为图1所示结构的剖视图，其中，剖切面经过各支腿和安装座；

图3为本申请第一实施例的越障轮装置与障碍物接触的示意图，其中，箭头表示越障轮装置的转动方向；

图4为本申请第一实施例的越障轮装置在软质介质上行走的示意图，其中，箭头表示越障轮装置的转动方向；

图5为本申请第二实施例的越障轮装置的结构示意图，其中，转动轴线简化为O点；

图6为本申请第三实施例的越障轮装置的爆炸示意图；

图7为图6所示结构的配合示意图；

图8为图6的剖视图，其中，剖切面经过各支腿和安装座，剖切面未经过轮体；

图9为图7所示结构另一视角的简化示意图。

附图标记说明

轮体10；行走表面10a；外缘部11；滑槽110；支撑部12；越障组件20；支腿21；腿本体211；限位部212；弹性件22；压簧22’；拉簧22”；安装座23；容纳腔23a；避让孔23b；导套231；座体232；凸柱2321；硬质介质60’；软质介质60”；障碍物60a

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本申请宗旨的解释说明，不应视为对本申请的不当限制。

在本申请的描述中，“上”、“下”、“前”、“后”方位或位置关系为基于附图3所示的方位或位置关系，需要理解的是，这些方位术语仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

本申请实施例提供一种越障轮装置，请参阅图1，包括轮体10以及越障组件20；越障组件20用于辅助轮体10越障，具体地，越障组件20包括安装座23、支腿21以及弹性件22；其中，轮体10用于行走，轮体10具有转动轴线L(参照图5中的O点)以及行走表面10a；安装座23与轮体10绕转动轴线L同步转动，也就是说，安装座23与轮体10紧固连接，且安装座23能够跟随轮体10同步转动；支腿21能够相对安装座23沿轮体10内外方向滑动，弹性件22对支腿21施加朝向轮体10外侧的作用力，以使得支腿21远离转动轴线L一端的端部能够凸出于轮体10的行走表面10a。

需要说明的是，所述的行走表面，指的是，轮体10与地面等介质接触的表面。所述的轮体内外方向，包括轮体从内向外的方向、以及从外向内的方向；内外方向是一个大致的方位，既可以是经过轮体的圆心，其中，圆心位于上述的转动轴线上，也可以不经过轮体的圆心。也就是说，支腿21的滑动方向既可以经过轮体10的圆心，也可以是不经过轮体10的圆心，本申请实施例中，以支腿21的滑动方向经过轮体10的圆心为例进行描述。

本申请实施例的越障轮装置，在未受外力作用时，支腿21远离转动轴线L一端的端部始终伸出至凸出于轮体10的行走表面10a的位置。在越障轮装置走过程中，越障轮装置绕转动轴线L转动，请参阅图3，当支腿21随着轮体10转动至支腿21的端部与硬质介质60’接触时，例如，地板、瓷砖等，硬质介质60’对支腿21的反作用力迫使支腿21朝向轮体10内侧滑动，支腿21的端部被迫缩回，此时，支腿21基本不影响越障轮装置的行走。

请参阅图4，当支腿21与质地松软的软质介质60”接触时，例如毛毯，软质介质60”不足以使支腿21完全缩回，支腿21的端部仍然凸出于轮体10的行走表面10a，支腿21嵌入软质介质60”中，增大轮体10与软质介质60”之间的附着力，防止越障轮装置打滑，提升越障轮装置的通行能力。

当越障轮装置遇到障碍物60a时，请再次参阅图3，支腿21的一端抵靠在障碍物60a的顶表面，翻越时，以支腿21与障碍物60a的接触点为支点进行翻转，该支点增加了轮体10与障碍物60a的摩擦力，防止轮体10打滑，能够辅助越障轮装置翻越该障碍物60a。假如没有上述的支腿，轮体遇到障碍物时，轮体表面与障碍物的接触处容易打滑，接触处不能形成有效支撑，轮体10的越障性能较低。

再者，本申请实施例的越障轮装置，结构简单，不需要依靠各种检测手段，依靠纯机械结构既可实现支腿辅助越障，可靠性高，成本低，且支腿21基本不影响越障轮装置的正常行走。

由于支腿21随着轮体10绕转动轴线L转动，支腿21的端部的运动轨迹为以转动轴线L为圆心的圆，因此，理论上，障碍物60a的高度小于支腿21端部的运动轨迹的直径时，支腿21的端部均能够抵接在障碍物60a的顶表面，在越障轮装置输入功率相同的条件下，本申请实施例的越障轮装置能够翻越更高的障碍物60a，也就是说，越障性能更好。越障时，越障轮装置的最大包络空间范围为支腿21的端部至转轴轴线L之间的距离为半径的圆，包络空间范围小，当将越障轮装置应用于自行走机器人等场合时，越障轮装置占用自行走机器人较小空间。

请参阅图1，一实施例中，轮体10包括外缘部11以及支撑于外缘部11内侧的支撑部12，外缘部11的外侧周向表面即为上述的行走表面。外缘部11可以是整体均为刚性材料，例如整体为硬质塑料、或者金属等；也可以是刚性材料加橡胶轮胎的形式，例如内圈采用金属材料或硬质塑料，在内圈外表面套设橡胶轮胎，以增加外缘部11行走时的摩擦力。支撑部12指的是支撑外缘部11的结构，具体地，当将与动力装置连接时，支撑部12连接于动力装置和外缘部11之间。支撑部12的结构形式不限。

一些实施例中，请参阅图2、图5以及图8，安装座23形成有容纳腔23a，弹性件22至少部分设置于容纳腔23a内；容纳腔23a背离转动轴线L的一侧形成有避让孔23b，支腿21滑动地穿设于避让孔23b中。一方面，容纳腔23a对弹性件22起到安装支撑作用，另一方面，容纳腔23a也对支腿21起到一定的滑动导向作用。

一些实施例中，请参阅图2、图5以及图8，，支腿21包括腿本体211以及凸出于腿本体211周向表面的限位部212，腿本体211滑动地穿设于避让孔23b中，限位部212位于容纳腔23a中，弹性件22的一端与限位部212抵接。一方面，限位部212能够防止腿本体211经避让孔23b脱离容纳腔23a，另一方面，限位部212为弹性件22提供安装位置。

腿本体211的横截面形状不限，可以是圆形、多边形、或者是弧形和直线的结合等。限位部212的具体形状不限。

需要说明的是，弹性件22可以是在受压缩状态下对支腿21施加沿轮体10外侧的作用力，也可以是在受拉伸状态下对支腿21施加沿轮体10外侧的作用力。例如，请参阅图1、图2、以及图6至图8，本申请第一实施例和第三实施例中，弹性件22在受压缩的状态下对支腿21施加朝向轮体10外侧的作用力。弹性件22可以是压簧22’、橡胶垫、硅胶垫中的一种或多种组合等。

请参阅图5，本申请第二实施例中，弹性件22在受拉伸的状态下对支腿21施加朝向轮体10外侧的作用力，弹性件22可以是拉簧22”、橡皮筋中的一种或多种组合等。

当越障组件20跟随轮体10绕转动轴线L同步转动过程中，支腿21也绕转动轴线L公转。支腿21可以与轮体10相互结合在一起，也可以是与轮体10相对独立。例如，请参阅图1至图5，本申请第一实施例和第二实施例中，支腿21与轮体10相互结合在一起；请参阅图6-图9，本申请第三实施例中，支腿21与轮体10相对独立。

纳腔23a、支腿21以及弹性件22的数量一一对应设置，可以均只有一个，或者均有多个。

具体地，本申请实施例中，支腿21、弹性件22以及容纳腔23a的数量均为多个。在设置多个支腿21的情况下，各个支腿21之间不关联、不耦合，即任何一个支腿21的滑动均不会影响其他的支腿，如此能够极大地提升越障轮装置的工作可靠性，也能够降低生产、制造的复杂程度，有利于降低生产成本。

假如轮体刚与障碍物接触时支腿还没有与障碍物接触，如果障碍物较高，越障轮装置在此时可能无法翻越，则轮体空转一较小角度后支腿即可与障碍物接触，辅助越障轮装置翻越障碍物。在只设置一个支腿的情况下，越障轮装置空转的角度在极限情况下可能达到将360°。

为了便于地面等介质能够较好地迫使支腿21朝向轮体10的内侧滑动，本申请实施例中，支腿的滑动方向与转动轴线垂直。当支腿21转动至转动轨迹最低处时，地面等介质对支腿的反作用下大致垂直于介质表面且经过圆心，因此，当支腿的滑动方向与转动轴线垂直，即此时支腿的滑动方向平行于介质的反作用力，支腿能够可靠地朝向轮体内侧滑动，避免影响越障轮装置或其他行走轮的行走。

以下结合附图对本申请的具体实施例进行说明。

第一实施例

请参阅图1至图4，支腿21与轮体10相互结合在一起。具体地，外缘部11形成有贯穿外缘部11的滑槽110，支腿21滑动地穿设于滑槽110中，也就是说，支腿21位于外缘部11的内侧，支腿21沿轮体10向外伸出的过程中需要贯穿外缘部11。

本实施例中，弹性件22在受压缩的状态下对支腿21施加朝向轮体10外侧的作用力。具体地，本实施例中，弹性件22为压簧22’，压簧22’能够使得支腿21具有较大的滑动幅度。

请参阅图1，安装座23包括导套231以及座体232，其中，座体232位于导套231沿轮体10的内侧，座体232与支撑部12紧固连接，例如一体成型结构。导套231内形成有上述的容纳腔23a，也就是说，限位部212位于导套231内，导套231朝向滑槽110一侧形成有上述的避让孔23b，导套231的一侧紧固连接于滑槽110周围，避让孔23b与滑槽110连通且同轴设置，腿本体211的一端依次穿过避让孔23b和滑槽110。导套231能够对支腿21起到较好的导向作用，防止支腿21在滑动过程中摆动。

本申请实施例中，导套231紧固连接于滑槽110周围，限位部212抵接于外缘部11的内侧表面，如此，一方面导套231与外缘部11的内侧表面之间没有间隔，能够增强导套231与外缘部11之间的连接可靠性，另一方面，能使得越障轮装置结构更加紧凑。导套231与外缘部11可以是一体成型结构。

导套231背离避让孔23b的一侧敞开，弹性件22的一端位于容纳腔23a内，弹性件22的另一端与座体232抵接，也就是说，弹性件22夹设于限位部212和座体232之间。

进一步地，为便于对压簧22’进行导向和定位，请参阅图2，座体232的表面形成有凸柱2321，压簧22’的一端套设于腿本体211上，压簧22’的另一端套设于凸柱2321上。

本实施例中，凸柱2321与腿本体211的端部之间沿轮体10的内外方向是间隔设置的，以避免腿本体211在滑动过程中与凸柱2321产生干涉。与需要说明的是，在其他未示出的实施例中，凸柱2321与腿本体211的其中之一形成有敞开的中空结构，其中另一者可以伸入中空结构内，如此，凸柱2321与腿本体211之间可以在不间隔设置的情况下也能避免两者干涉。

当支腿21受外力作用使得支腿21朝向轮体10的内侧滑动，弹性件22受压缩产生弹性形变，限位部212脱离外缘部11的内侧表面，当外力作用消失后，弹性件22具有弹性恢复能力，能够驱动支腿21朝向轮体10的外侧滑动，弹性件22将限位部212抵接于外缘部11的内侧表面时，支腿21运动到极限位置，此时，支腿21的端部凸出于外缘部11的行走表面10a。

本实施例中，座体232呈圆盘形，座体232的圆心位于转动轴线L上。外缘部11沿转动周向形成有多个间隔设置的滑槽110，相应的，支腿21的数量为多个，弹性件22的数量为多个，座体232的周向表面形成有多个间隔设置的凸柱2321，支腿21、滑槽110、弹性件22以及凸柱2321一一对应设置。

第二实施例

请参阅图5，本实施例的结构大体与第一实施例相同，与第一实施例不同的是，本实施例中，弹性件22在受拉伸的状态下对支腿21施加朝向轮体10外侧的作用力。本实施例以弹性件22为拉簧22”为例进行描述。

本实施例中，安装座23大致呈套筒状，安装座23的一侧紧固连接于滑槽110周围，避让孔23b与滑槽110连通且同轴设置，弹性件22夹设于限位部212和外缘部11内侧表面之间，弹性件22的相对两侧各自与限位部212和外缘部11紧固连接。在越障轮装置不受外力作用下，弹性件22处于受拉伸状态，或者处于不受力的自然状态；当支腿21在外力作用下朝向外缘部11的内侧滑动时，弹性件22受拉伸产生弹性形变，当外力能够克服弹性件22的阻力时，支腿21继续向内滑动，直至支腿21的端部不再凸出于外缘部11的行走表面10a。外力消失后，支腿21在弹性件22的作用力下朝向轮体10外侧滑动，如果在支腿21向外滑动的过程中没有设置限位点，则直到支腿21滑动到弹性件22没有弹性形变为止，如果在支腿21向外滑动的过程中设置有限位点，则支腿21滑动到该限位点处，不再运动，此情况下，弹性件22对支腿21始终施加向外的作用力。

第三实施例

请参阅图6至图9，本实施例的结构大体与第一实施例相同，与第一实施例不同的是，支腿21与轮体10相对独立，具体地，支腿21位于外缘部11沿转动轴线L的一侧，支腿21沿轮体10向外伸出的过程中，不会与外缘部11接触，也不会与外缘部11产生干涉。也就是说，第三实施例中，外缘部11没有设置第一实施例中的滑槽110。

具体地，本实施例中，导套231设置于座体232的周向表面，弹性件22和限位部212位于容纳腔23a内，限位部212能够抵接于避让孔23b周围，弹性件22抵接于限位部212和容纳腔23a的对应的内壁之间。

本实施例中，越障组件20与轮体10相对独立，装配过程中，可以将越障组件20提前装配成一个整体，然后再将越障组件20紧固连接于轮体10沿转动轴线L的一侧即可。

需要说明的是，第三实施例中的越障组件20，支腿21与轮体10也可以相互结合在一起。具体地，将第三实施例中的越障组件20结合设置在外缘部11的内侧，在外缘部11上形成滑槽，支腿滑动地穿设于滑槽中。

本申请实施例的第二方面提供一种自行走机器人，包括机架(图未示)、动力装置(图未示)以及上述任一的越障轮装置，动力装置设置于机架上，动力装置与轮体或安装座驱动连接以驱动越障轮装置绕转动轴线转动。

可以理解的是，上述实施例中的自行走机器人可以为扫地机器人、拖地机器人或救生机器人。

本申请提供的各个实施例/实施方式在不产生矛盾的情况下可以相互组合。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.越障轮装置，其特征在于，包括：

轮体(10)，所述轮体(10)具有转动轴线以及行走表面(10a)；

越障组件(20)，所述越障组件(20)包括安装座(23)、支腿(21)以及弹性件(22)，所述安装座(23)与所述轮体(10)绕所述转动轴线同步转动，所述支腿(21)能够相对所述安装座(23)沿所述轮体(10)的内外方向滑动，所述弹性件(22)对所述支腿(21)施加朝向所述轮体(10)外侧的作用力，以使所述支腿(21)远离所述转动轴线一端的端部能够凸出于所述行走表面(10a)。

2.根据权利要求1所述的越障轮装置，其特征在于，所述安装座(23)形成有容纳腔(23a)，所述弹性件(22)至少部分设置于所述容纳腔(23a)内，所述容纳腔(23a)背离所述转动轴线的一侧形成有避让孔(23b)，所述支腿(21)滑动地穿设于所述避让孔(23b)中。

3.根据权利要求2所述的越障轮装置，其特征在于，所述支腿(21)包括腿本体(211)以及凸出于所述腿本体(211)周向表面的限位部(212)，所述腿本体(211)滑动地穿设于所述避让孔(23b)中，所述弹性件(22)的一端与所述限位部(212)抵接。

4.根据权利要求3所述的越障轮装置，其特征在于，所述轮体(10)包括外缘部(11)以及支撑于所述外缘部(11)内侧的支撑部(12)，所述外缘部(11)形成有贯穿所述外缘部(11)的滑槽(110)，所述支腿(21)滑动地穿设于所述滑槽(110)中。

5.根据权利要求4所述的越障轮装置，其特征在于，所述安装座(23)呈套筒状，所述安装座(23)的一侧紧固连接于所述滑槽(110)周围，所述避让孔(23b)与所述滑槽(110)连通且同轴设置，所述弹性件(22)的相对两侧紧固连接于所述限位部(212)和所述外缘部(11)的内侧表面之间。

6.根据权利要求4所述的越障轮装置，其特征在于，所述安装座(23)包括导套(231)和座体(232)，所述座体(232)位于所述导套(231)沿所述轮体(10)的内侧，所述座体(232)与所述支撑部(12)紧固连接，所述导套(231)内形成有所述容纳腔(23a)，所述导套(231)一侧紧固连接于所述滑槽(110)周围，所述避让孔(23b)与所述滑槽(110)连通且同轴设置，所述导套(231)背离所述避让孔(23b)的一侧敞开，所述弹性件(22)夹设于所述限位部(212)和所述座体(232)之间。

7.根据权利要求6所述的越障轮装置，其特征在于，所述弹性件(22)为压簧(22’)，所述座体(232)的表面形成有凸柱(2321)，所述压簧(22’)的一端套设于所述腿本体(211)上，所述压簧(22’)的另一端套设于所述凸柱(2321)上。

8.根据权利要求3所述的越障轮装置，其特征在于，所述安装座(23)包括导套(231)和座体(232)，所述座体(232)与所述支撑部(12)紧固连接，所述导套(231)设置于所述座体(232)的周向表面，所述导套(231)内形成有所述容纳腔(23a)，所述限位部(212)位于所述导套(231)内，所述弹性件(22)抵接于所述限位部(212)和所述容纳腔(23a)对应的内壁之间。

9.根据权利要求8所述的越障轮装置，其特征在于，所述轮体(10)包括外缘部(11)以及支撑于所述外缘部(11)内侧的支撑部(12)；

所述外缘部(11)形成有贯穿所述外缘部(11)的滑槽(110)，所述支腿(21)滑动地穿设于所述滑槽(110)中；所述支腿(21)位于所述外缘部(11)沿所述转动轴线的一侧。

10.根据权利要求1-9任一项所述的越障轮装置，其特征在于，所述支腿(21)的数量均为多个，多个所述支腿(21)沿所述轮体(10)的转动周向间隔布置。

11.一种自行走机器人，其特征在于，包括机架、动力装置以及权利要求1-10任一项所述的越障轮装置，所述动力装置设置于所述机架上，所述动力装置与所述轮体或所述安装座驱动连接以驱动所述越障轮装置绕所述转动轴线转动。

12.根据权利要求11所述的自行走机器人，其特征在于，所述自行走机器人为扫地机器人、拖地机器人或救生机器人。

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