CN112455531B - 一种转向机构、转向轮系装置、移动底盘和建筑机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑机械技术领域，公开一种转向机构、转向轮系装置、移动底盘和建筑机器人。其中，转向机构包括旋转驱动组件；主动锥齿轮，安装于旋转驱动组件的输出端；第一从动锥齿轮和第二从动锥齿轮，均与主动锥齿轮啮合传动；第一连杆组件，第一端与第一从动锥齿轮连接；以及第二连杆组件，第一端与第二从动锥齿轮连接；旋转驱动组件能够通过主动锥齿轮、第一从动锥齿轮和第二从动锥齿轮驱动第一连杆组件的第二端和第二连杆组件的第二端相互远离或靠近，第一从动锥齿轮设置于第二从动锥齿轮的正上方。本发明提供的转向机构结构简单，能够在保证转向功能的同时，占用较小的横向空间，提高整体结构的紧凑程度。

Description

一种转向机构、转向轮系装置、移动底盘和建筑机器人

技术领域

本发明涉及建筑机械技术领域，尤其涉及一种转向机构、转向轮系装置、移动底盘和建筑机器人。

背景技术

目前，国内外已经在建筑领域投入使用的机器人的移动底盘大多采用履带底盘、舵轮底盘以及麦轮底盘。这些底盘在实际建筑工地的使用状态都出现了不同程度的局限性问题，主要体现在爬坡越障以及移动底盘是否能全向移动。

履带底盘无法横移，在建筑工地的狭窄空间使用有很大的局限性；麦克纳姆轮在建筑工地容易被碎石子卡住，影响整个移动底盘的行驶；舵轮集成度高，占用空间大，导致移动底盘旋转空间大，且双舵轮底盘(对角布置)在越障(万向轮侧越障)存在单边越障困难的问题，四舵轮价格昂贵，开发成本高。

因此，亟需一种转向机构、转向轮系装置、移动底盘和建筑机器人，以解决上述的技术问题。

发明内容

基于以上所述，本发明的目的在于提供一种转向机构、转向轮系装置、移动底盘和建筑机器人，结构简单，能够在保证转向功能的同时，占用较小的横向空间，提高整体结构的紧凑程度。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，提供一种转向机构，包括：旋转驱动组件；主动锥齿轮，安装于所述旋转驱动组件的输出端；第一从动锥齿轮和第二从动锥齿轮，均与所述主动锥齿轮啮合传动；第一连杆组件，第一端与所述第一从动锥齿轮连接；以及第二连杆组件，第一端与所述第二从动锥齿轮连接；所述旋转驱动组件能够通过所述主动锥齿轮、所述第一从动锥齿轮和所述第二从动锥齿轮驱动所述第一连杆组件的第二端和所述第二连杆组件的第二端相互远离或靠近，所述第一从动锥齿轮设置于所述第二从动锥齿轮的正上方。转向机构结构简单，能够在保证转向功能的同时，占用较小的横向空间，提高整体结构的紧凑程度。

作为转向机构的一个可选方案，所述第一从动锥齿轮与所述第一连杆组件通过第一传动轴连接，所述第二从动锥齿轮与所述第二连杆组件通过第二传动轴连接；所述第一连杆组件和所述第二连杆组件均设于所述第一从动锥齿轮的上方，所述第一从动锥齿轮与所述第一传动轴均设置为中空结构，所述第二传动轴穿设于所述第一从动锥齿轮与所述第一传动轴的通孔中；或者所述第一连杆组件和所述第二连杆组件均设于所述第二从动锥齿轮的下方，所述第二从动锥齿轮与所述第二传动轴均设置为中空结构，所述第一传动轴穿设于所述第二从动锥齿轮与所述第二传动轴的通孔中。以更加紧凑的结构实现对第一连杆组件和第二连杆组件的传动，占用空间更小，更有利于整体结构的小型化。

作为转向机构的一个可选方案，所述第一连杆组件包括第一转向板和第一转向连杆，所述第一转向板的第一端与所述第一从动锥齿轮连接，第二端与所述第一转向连杆的第一端连接；所述第二连杆组件包括第二转向板和第二转向连杆，所述第二转向板的第一端与所述第二从动锥齿轮连接，第二端与所述第二转向连杆的第一端连接；所述第二转向板与所述第一转向板上下叠放设置。

作为转向机构的一个可选方案，所述旋转驱动组件包括：转向电机；以及减速机，输入端与所述转向电机的输出轴传动连接，输出端连接所述主动锥齿轮，所述转向电机和所述减速机上下叠放设置，进一步减少转向机构所占用的横向空间，使转向机构的结构更加紧凑。

第二方面，提供一种转向轮系装置，包括：如上所述的转向机构；以及两个驱动模块，用于驱动行走，所述转向机构设于两个所述驱动模块之间，其中一个所述驱动模块转动连接于所述第一连杆组件的第二端，另一个转动连接于所述第二连杆组件的第二端。

作为转向轮系装置的一个可选方案，所述驱动模块包括：驱动机架，与所述第一连杆组件的第二端或所述第二连杆组件的第二端转动连接；行走轮，转动设置于所述驱动机架上；以及行走驱动电机，设置于所述驱动机架上，其输出轴与所述行走轮连接。

作为转向轮系装置的一个可选方案，所述驱动机架包括：固定架，与所述第一连杆组件的第二端或所述第二连杆组件的第二端转动连接；以及摆臂，转动设置于所述固定架上，所述行走轮转动设置于所述摆臂上，所述行走驱动电机设置于所述摆臂上；所述转向轮系装置还包括：弹性减震组件，一端转动连接所述固定架，另一端转动连接所述摆臂。

第三方面，提供一种移动底盘，包括底盘本体以及两个对称设置的如上述的转向轮系装置，所述转向轮系装置设置于所述底盘本体的底部，所述驱动模块转动连接于所述底盘本体，所述旋转驱动组件能够驱动所述驱动模块相对所述底盘本体绕竖直轴线转动。

第四方面，提供一种建筑机器人，包括机器人本体以及如上所述的移动底盘，所述机器人本体安装于所述移动底盘。

作为建筑机器人的一个可选方案，所述机器人本体包括电控箱，所述电控箱安装于所述移动底盘的底部。

本发明的有益效果为：

本发明提供的转向机构用于驱动两个驱动模块转动而实现转向，具体而言，第一连杆组件的第二端和第二连杆组件的第二端各自连接一个驱动模块，构成转向轮系装置，旋转驱动组件能够驱动两个驱动模块相向或相背转动，移动底盘中对称设置两个转向轮系装置即可实现全向移动(包括直行、横移和原地旋转)。转向机构的结构简单，在保证转向功能的同时，第一从动锥齿轮和第二从动锥齿轮分别设于主动锥齿轮的上下两端，占用较小的横向空间，提高整体结构的紧凑程度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的移动底盘和电控箱的结构示意图；

图2是本发明提供的转向机构的结构示意图一；

图3是本发明提供的转向机构的结构示意图二；

图4是本发明提供的驱动模块的正视图；

图5是本发明提供的驱动模块的侧视图；

图6是本发明提供的驱动模块的俯视图；

图7是本发明提供的移动底盘的直行状态示意图；

图8是本发明提供的移动底盘的旋转状态示意图；

图9是本发明提供的移动底盘的横移状态示意图。

图中：

1、转向机构；111、转向电机；112、减速机；113、传动皮带轮组件；12、主动锥齿轮；13、第一从动锥齿轮；14、第二从动锥齿轮；15、第一连杆组件；151、第一转向板；152、第一转向连杆；16、第二连杆组件；161、第二转向板；162、第二转向连杆；17、第一传动轴；18、第二传动轴；19、安装板；

2、驱动模块；21、固定架；22、摆臂；23、行走轮；24、行走驱动电机；25、弹性减震组件；26、滚动轴承；

3、底盘本体；4、电控箱。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图9所示，本实施例提供一种建筑机器人，用于在建筑工地中行走作业，建筑机器人包括机器人本体和移动底盘，机器人本体安装于移动底盘，移动底盘包括底盘本体3以及两个对称设置于底盘本体3的底部的转向轮系装置，转向轮系装置包括转向机构1和两个用于驱动行走的驱动模块2，驱动模块2转动连接于底盘本体3，转向机构1设于两个驱动模块2之间，能够驱动两个驱动模块2转动而实现转向。

具体的，转向机构1包括旋转驱动组件、主动锥齿轮12、第一从动锥齿轮13、第二从动锥齿轮14、第一连杆组件15和第二连杆组件16。其中，主动锥齿轮12安装于旋转驱动组件的输出端，第一从动锥齿轮13和第二从动锥齿轮14均与主动锥齿轮12啮合传动；第一连杆组件15的第一端与第一从动锥齿轮13连接，第一连杆组件15的第二端转动连接其中一个驱动模块2；第二连杆组件16的第一端与第二从动锥齿轮14连接，第二连杆组件16的第二端转动连接另一个驱动模块2；旋转驱动组件能够通过主动锥齿轮12、第一从动锥齿轮13和第二从动锥齿轮14驱动第一连杆组件15的第二端和第二连杆组件16的第二端相互远离或靠近，第一从动锥齿轮13设置于第二从动锥齿轮14的正上方。

具体而言，本实施例提供的转向机构1通过旋转驱动组件驱动第一连杆组件15的第二端和第二连杆组件16的第二端相互远离或靠近，带动两个驱动模块2相向或相背转动，移动底盘中对称设置两个转向轮系装置即可实现全向移动(包括直行、横移和原地旋转)。转向机构1的结构简单，在保证转向功能的同时，第一从动锥齿轮13和第二从动锥齿轮14分别设于主动锥齿轮12的上下两端，占用较小的横向空间，提高整体结构的紧凑程度。

可选的，第一从动锥齿轮13与第一连杆组件15通过第一传动轴17连接，第二从动锥齿轮14与第二连杆组件16通过第二传动轴18连接，第一连杆组件15和第二连杆组件16均设于第一从动锥齿轮13的上方，第一从动锥齿轮13与第一传动轴17均设置为中空结构，第二传动轴18穿设于第一从动锥齿轮13与第一传动轴17的通孔中。具体的，第一从动锥齿轮13与第一传动轴17均套设于第二传动轴18外的设置方式，以更加紧凑的结构实现对第一连杆组件15和第二连杆组件16的传动，占用空间更小，更有利于整体结构的小型化。

当然，在本发明的其它实施例中，根据转向机构1与驱动模块2的连接点位的不同，也可以将第一连杆组件15和第二连杆组件16均调整至第二从动锥齿轮14的下方，改将第二从动锥齿轮14与第二传动轴18均设置为中空结构，第一传动轴17穿设于第二从动锥齿轮14与第二传动轴18的通孔中，同样能够提高转向机构1及采用其的转向轮系装置、移动底盘和建筑机器人的整体结构的紧凑程度。

进一步的，第一连杆组件15包括第一转向板151和第一转向连杆152，第一转向板151的第一端(即第一连杆组件15的第一端)与第一从动锥齿轮13连接，第二端与第一转向连杆152的第一端连接，第一转向连杆152的第二端(即第一连杆组件15的第二端)连接驱动模块2；第二连杆组件16包括第二转向板161和第二转向连杆162，第二转向板161的第一端(即第二连杆组件16的第一端)与第二从动锥齿轮14连接，第二端与第二转向连杆162的第一端连接，第二转向连杆162的第二端(即第二连杆组件16的第二端)连接另一个驱动模块2。

第二转向板161与第一转向板151上下叠放设置，具体而言，第一传动轴17与第二传动轴18同轴设置，第一转向板151的转动轴线与第二转向板161的转动轴线相同。在本实施例中，第一连杆组件15和第二连杆组件16均设于第一从动锥齿轮13的上方，因此第二转向板161设置于第一转向板151的上方。在第一连杆组件15和第二连杆组件16均设于第二从动锥齿轮14的下方的其它实施例中，第二转向板161依然设置于第一转向板151的上方。

可选的，旋转驱动组件包括转向电机111、减速机112和传动皮带轮组件113，转向电机111、减速机112和传动皮带轮组件113均安装于安装板19上，减速机112的输入端与转向电机111的输出轴通过传动皮带轮组件113传动连接，输出端连接主动锥齿轮12。安装板19设置为竖板结构，转向电机111和减速机112上下叠放设置于安装板19的同一侧面上，传动皮带轮组件113设于安装板19的另一侧面上，减少旋转驱动组件所占用的横向空间，与第一从动锥齿轮13、第二从动锥齿轮14、第一连杆组件15和第二连杆组件16的上下布局的设置方式相对应，进一步减少转向机构1所占用的横向空间，使转向机构1的结构更加紧凑。

可选的，驱动模块2包括与第一连杆组件15的第二端或第二连杆组件16的第二端转动连接的驱动机架、行走轮23和行走驱动电机24，具体而言，驱动机架包括固定架21和摆臂22，固定架21与转向机构1中的第一连杆组件15或第二连杆组件16的第二端转动连接，同时也与底盘本体3通过转向轴转动连接，固定架21与转向机构1和底盘本体3的转动轴线平行但不共线；摆臂22转动设置于固定架21上，行走轮23转动设置于摆臂22；行走驱动电机24设置于摆臂22上，其输出轴与行走轮23连接，用于驱动行走轮23转动而带动驱动模块2移动。

具体而言，当移动底盘直行时，如图7所示，两个转向机构1中的第一转向板151和第二转向板161均保持完全重叠的状态，此时四个驱动模块2均沿前进直线设置；当移动底盘绕自身轴线旋转时，如图8所示，两个转向驱动电机均带动第一转向连杆152的第二端和第一转向连杆152的第二端相互靠近，使每个转向机构1连接的两个驱动模块2相对直行状态同步朝相反的方向转动45度，四个行走驱动电机24带动行走轮23朝同一圆周方向移动，移动底盘即可实现原地转向；当移动底盘需要横向移动时，如图9所示，两个转向驱动电机均带动第一转向连杆152的第二端和第一转向连杆152的第二端相互靠近，使每个转向机构1连接的两个驱动模块2相对直行状态同步朝相反的方向转动90度，此时四个驱动模块2的正对方向均与原来的前进直线垂直，四个行走驱动电机24带动行走轮23朝正对方向移动，移动底盘即可实现横移。

优选的，转向轮系装置还包括弹性减震组件25，弹性减震组件25一端转动连接固定架21，另一端转动连接摆臂22。弹性减震组件25通过自身伸缩上下浮动可起到良好的减振缓冲作用，保证建筑机器人的通过能力和自身结构安全，此时摆臂22跟随弹性减震组件25的伸缩上下浮动而上下摆转。在本实施例中，弹性减震组件25包括相互滑动组装的伸缩座和伸缩杆，及套装于伸缩座和伸缩杆外部的减震弹簧。

优选的，固定架21通过滚动轴承26与转向轴转动连接，在本实施例中，滚动轴承26采用交叉滚子轴承。

优选的，机器人本体包括电控箱4，电控箱4中设有供电电池及控制组件。两个转向轮系装置对称设置于底盘本体3底部的两端，得益于转向机构1占用横向空间较小，电控箱4能够安装于底盘本体3底部的两个转向轮系装置之间的位置上，充分利用底盘本体3下方的空间，降低建筑机器人的重心，提高稳定性。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种移动底盘，其特征在于，包括底盘本体以及两个对称设置的转向轮系装置，所述转向轮系装置设置于所述底盘本体的底部，所述转向轮系装置包括：

转向机构，所述转向机构包括：

旋转驱动组件；

主动锥齿轮，安装于所述旋转驱动组件的输出端；

第一从动锥齿轮和第二从动锥齿轮，均与所述主动锥齿轮啮合传动；

第一连杆组件，第一端与所述第一从动锥齿轮连接；以及

第二连杆组件，第一端与所述第二从动锥齿轮连接；

所述旋转驱动组件能够通过所述主动锥齿轮、所述第一从动锥齿轮和所述第二从动锥齿轮驱动所述第一连杆组件的第二端和所述第二连杆组件的第二端相互远离或靠近，所述第一从动锥齿轮设置于所述第二从动锥齿轮的正上方；以及

两个驱动模块，用于驱动行走，所述转向机构设于两个所述驱动模块之间，其中一个所述驱动模块转动连接于所述第一连杆组件的第二端，另一个转动连接于所述第二连杆组件的第二端，所述驱动模块转动连接于所述底盘本体，所述旋转驱动组件能够驱动所述驱动模块相对所述底盘本体绕竖直轴线转动。

2.根据权利要求1所述的移动底盘，其特征在于，所述第一从动锥齿轮与所述第一连杆组件通过第一传动轴连接，所述第二从动锥齿轮与所述第二连杆组件通过第二传动轴连接；

所述第一连杆组件和所述第二连杆组件均设于所述第一从动锥齿轮的上方，所述第一从动锥齿轮与所述第一传动轴均设置为中空结构，所述第二传动轴穿设于所述第一从动锥齿轮与所述第一传动轴的通孔中；或者

所述第一连杆组件和所述第二连杆组件均设于所述第二从动锥齿轮的下方，所述第二从动锥齿轮与所述第二传动轴均设置为中空结构，所述第一传动轴穿设于所述第二从动锥齿轮与所述第二传动轴的通孔中。

3.根据权利要求2所述的移动底盘，其特征在于，所述第一连杆组件包括第一转向板和第一转向连杆，所述第一转向板的第一端与所述第一从动锥齿轮连接，第二端与所述第一转向连杆的第一端连接；

所述第二连杆组件包括第二转向板和第二转向连杆，所述第二转向板的第一端与所述第二从动锥齿轮连接，第二端与所述第二转向连杆的第一端连接；

所述第二转向板与所述第一转向板上下叠放设置。

4.根据权利要求3所述的移动底盘，其特征在于，所述旋转驱动组件包括：

转向电机；以及

减速机，输入端与所述转向电机的输出轴传动连接，输出端连接所述主动锥齿轮，所述转向电机和所述减速机上下叠放设置。

5.根据权利要求1所述的移动底盘，其特征在于，所述驱动模块包括：

驱动机架，与所述第一连杆组件的第二端或所述第二连杆组件的第二端转动连接；

行走轮，转动设置于所述驱动机架上；以及

行走驱动电机，设置于所述驱动机架上，其输出轴与所述行走轮连接。

6.根据权利要求5所述的移动底盘，其特征在于，所述驱动机架包括：

固定架，与所述第一连杆组件的第二端或所述第二连杆组件的第二端转动连接；以及

摆臂，转动设置于所述固定架上，所述行走轮转动设置于所述摆臂上，所述行走驱动电机设置于所述摆臂上；

所述转向轮系装置还包括：

弹性减震组件，一端转动连接所述固定架，另一端转动连接所述摆臂。

7.一种建筑机器人，其特征在于，包括机器人本体以及如权利要求1-6任一项所述的移动底盘，所述机器人本体安装于所述移动底盘。

8.根据权利要求7所述的建筑机器人，其特征在于，所述机器人本体包括电控箱，所述电控箱安装于所述移动底盘的底部。

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