CN112849300A - 一种多模可变形的轮式移动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多模可变形的轮式移动机构，包括车体、在车体上设置的多个翻转伸缩轮组件和传动机构，每个翻转伸缩轮组件中一对伸缩滑杆设置在滑轨翻转外壳的两端并与其滑动连接，T形扭杆通过一对连杆带动一对伸缩滑杆伸缩滑动。传动机构包括设置在车体上的伸缩电机和翻转电机，翻转电机与滑轨翻转外壳传动连接，使翻转伸缩轮组件能够翻转，以在稳定模式、越野模式、攀爬越障模式三者间切换；伸缩电机与T形扭杆传动连接，用于改变一对轮毂电机车轮之间的距离，以调整个轮式移动机构的运动重心。该移动机构通过设置具有电机的传动机构，可以带动前后两组翻转伸缩轮组件完成伸缩与翻转，实现多工作模式的转换，使轮式机器人适应不同地形。

Description

一种多模可变形的轮式移动机构
技术领域
本发明涉及移动机构领域，具体涉及一种多模可变形的轮式移动机构。
背景技术
移动机器人(Robot)是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。
移动机器人按移动方式可以分为：轮式移动机器人、步行移动机器人、蛇形机器人、履带式移动机器人、爬行机器人等。
其中，目前市面上出现了大批轮式机器人，且轮式机器人多种多样。为了提高机器人的通过性和稳定性，设计师通常通过减震器增加通过性，又或是简单的升降底盘增强通过性，但多数的方案在模式变换上较为单一、对地形的适应性上不够全面，不能适应复杂的地面情况。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种多模可变形的轮式移动机构，通过电机带动翻转伸缩轮组件伸缩与翻转达到轮式的变形，达到不同模式下轮式机器人地形适应。
为此，本发明提出了一种多模可变形的轮式移动机构，包括车体、在车体上设置的多个翻转伸缩轮组件和传动机构，每个所述翻转伸缩轮组件包括滑轨翻转外壳、T形扭杆、一对伸缩滑杆、一对连杆、以及一对轮毂电机车轮，其中，一对所述伸缩滑杆设置在所述滑轨翻转外壳的两端并与其滑动连接，所述T形扭杆通过一对连杆带动所述一对所述伸缩滑杆伸缩滑动。
传动机构包括设置在所述车体上的伸缩电机和翻转电机，其中，所述翻转电机与所述滑轨翻转外壳传动连接，使所述翻转伸缩轮组件能够翻转，以在稳定模式、越野模式、攀爬越障模式三者间切换；所述伸缩电机与所述T形扭杆传动连接，用于改变一对所述轮毂电机车轮之间的距离，以调整个轮式移动机构的运动重心。
优选地，所述T形扭杆与所述滑轨翻转外壳同轴转动连接。
优选地，所述滑轨翻转外壳两端设有滑轨端盖，所述滑轨端盖用于密封所述滑轨翻转外壳端部，并对所述伸缩滑杆进行限位。
优选地，所述车体包含外壳、电机轴安装架、以及电机安装架。
优选地，位于所述车体两侧的一对所述T形扭杆通过同步轴连接，所述同步轴与所述伸缩电机传动连接。
优选地，所述同步轴包括半圆柱状的上半同步轴和下半同步轴。
优选地，所述传动机构还包括翻转电机主动轴和翻转分动从动轴，所述翻转电机主动轴与所述翻转电机连接，所述翻转电机主动轴与所述翻转分动从动轴通过同步带传动连接，所述翻转分动从动轴再通过同步带与所述滑轨翻转外壳传动连接。
本发明提供的多模可变形的轮式移动机构具有如下有益效果：1)通过设置具有电机的传动机构，可以带动前后两组翻转伸缩轮组件完成伸缩与翻转动作，实现多工作模式的转换，达到不同模式下轮式机器人地形适应；2)当在路面条件良好情况下，能切换至稳定模式，能够降低整体的运动重心，增加运动下压力，增强机构的运动稳定性；在有些许颠簸的碎石路况下，伸缩滑杆伸展，滑轨翻转外壳直立，抬高整车的底盘增加整体的通过性，形成越野模式；在需要进行攀爬或越障时，能够通过电机分别控制前后端的翻转伸缩轮组件翻转，实现整体的攀爬越障模式。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的多模可变形的轮式移动机构的结构示意图；
图2为本发明的多模可变形的轮式移动机构中车体的结构示意图；
图3为本发明的多模可变形的轮式移动机构中传动机构的结构示意图一；
图4为本发明的多模可变形的轮式移动机构中传动机构的结构示意图二；
图5为本发明的多模可变形的轮式移动机构中传动机构的结构示意图三；
图6为本发明的多模可变形的轮式移动机构中翻转伸缩轮组件的结构示意图一；
图7为本发明的多模可变形的轮式移动机构中翻转伸缩轮组件的结构示意图二；
图8为本发明的多模可变形的轮式移动机构稳定模式下的结构示意图；
图9为本发明的多模可变形的轮式移动机构越野模式下的结构示意图；以及
图10a～10e为本发明的多模可变形的轮式移动机构跨越障碍过程的结构示意图。
附图标记说明
10、车体；20、传动机构；30、翻转伸缩轮组件；11、外壳；12、电机轴安装架；13、电机安装架；21、伸缩电机；22、翻转电机；23、翻转电机主动轴；24、翻转分动从动轴；25、翻转电机主动轴同步带轮；26、翻转从动轴同步带轮；27、翻转从动轴分动同步带轮；28、翻转从动轴端盖；29、轮端分动同步带轮；210、伸缩电机从动轴同步带轮；211、伸缩电机主动轴同步带轮；212、伸缩主动轴；213、上半同步轴；214、下半同步轴；31、滑轨翻转外壳；32、伸缩滑杆；33、滑轨端盖；34、T形扭杆；35、连杆；36、轮毂电机车轮；37、高度垫圈。
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特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，本发明的多模可变形的轮式移动机构，包括车体10、以及设置在车体10上的传动机构20和两对翻转伸缩轮组件30，传动机构20带动翻转伸缩轮组件30进行翻转和伸缩变形，实现在稳定模式、越野模式、攀爬越障模式三者中切换，以适应不同地形。
具体地，如图2所示，车体10包含外壳11、电机轴安装架12、电机安装架13，外壳11与两组电机轴安装架12、电机安装架13分别以机械螺钉固定。
具体地，如图6所示，每个翻转伸缩轮组件30均包括滑轨翻转外壳31、一对伸缩滑杆32、滑轨端盖33、T形扭杆34、一对连杆35、一对轮毂电机车轮36、以及高度垫圈37。其中，一对伸缩滑杆32设置在滑轨翻转外壳31的两端并与其滑动连接，轮毂电机车轮36设置在伸缩滑杆32外端。
如图6、图7所示，滑轨翻转外壳31中部与车体10转动连接，且滑轨翻转外壳31与翻转电机22传动连接，使翻转伸缩轮组件30能旋转并在稳定模式、越野模式、攀爬越障模式三者中切换。
其中，伸缩滑杆32外端与连杆35一端转动连接，T形扭杆34与连杆35另一端转动连接，而T形扭杆34与滑轨翻转外壳31同轴转动连接，且伸缩电机21与T形扭杆34传动连接，用于改变一对轮毂电机车轮36之间的距离，以调整个轮式移动机构的运动重心，增加其通过性和稳定性。
在本实施中，如图6、图7所示，滑轨翻转外壳31具有圆柱筒，T形扭杆34具有转轴，T形扭杆34的转轴与滑轨翻转外壳31的圆柱筒配合，形成同轴转动，T形扭杆34与滑轨翻转外壳31之间通过滑轨翻转外壳31内部两端轴承进行部分轴向限位以及转动连接。
滑轨翻转外壳31与伸缩滑杆32通过内部滑轨滑动连接，并通过滑轨端盖33进行限位，滑轨端盖33与滑轨翻转外壳31之间以机械螺钉固定；滑轨端盖33用于密封滑轨翻转外壳31端部，并对伸缩滑杆32进行限位。
轮毂电机车轮36的输出轴与高度垫圈37、伸缩滑杆32分别通过键进行周向固定，并通过螺母与伸缩滑杆32外端进行轴向固定；滑轨翻转外壳31与外壳11以轴肩与卡簧轴向限位并通过轴承进行转动连接进行传动。
具体地，如图3所示，传动机构20包括伸缩电机21、翻转电机22、翻转电机主动轴23、翻转分动从动轴24、翻转电机主动轴同步带轮25、翻转从动轴同步带轮26、翻转从动轴分动同步带轮27、翻转从动轴端盖28、轮端分动同步带轮29、伸缩电机从动轴同步带轮210、伸缩电机主动轴同步带轮211、伸缩主动轴212、以及同步轴。其中，同步轴包括半圆柱状的上半同步轴213和下半同步轴214。伸缩电机21和翻转电机22分别与电机安装架13上下安装位置以螺栓固定连接。
如图3～5所示，伸缩主动轴212与伸缩电机21连接，一对T形扭杆34分别与同步轴的两端连接，而伸缩主动轴212与同步轴通过同步带传动连接。伸缩主动轴212上设有伸缩电机主动轴同步带轮211，同步轴上设有伸缩电机从动轴同步带轮210，而伸缩电机主动轴同步带轮211与伸缩电机从动轴同步带轮210通过同步带连接。
在本实施中，，伸缩电机21一端以键形传递动力，另一端与电机轴安装架12通过轴承转动链接并通过轴肩进行限位，T形扭杆34与上半同步轴213、下半同步轴214进一步通过T形扭杆34上的螺纹孔进行紧定螺钉固定限位。
其中，如图4所示，伸缩电机从动轴同步带轮210与上半同步轴213、下半同步轴214所组成的整体同步轴以轴肩与卡簧限位通过紧定螺钉固定周向旋转，上半同步轴213与下半同步轴214之间以机械螺钉固定并与T形扭杆34以键形传递动力、键内轴肩进行限位，并通过机械螺钉进一步进行整体轴向限位；伸缩电机主动轴同步带轮211与伸缩主动轴212以紧定螺钉固定周向旋转并以轴肩与卡簧限位。
具体地，翻转电机主动轴23与翻转电机22连接，翻转电机主动轴23与翻转分动从动轴24通过同步带传动连接，翻转分动从动轴24再通过同步带与滑轨翻转外壳31传动连接。翻转电机主动轴23上设有翻转电机主动轴同步带轮25，翻转分动从动轴24上设有翻转从动轴同步带轮26，翻转从动轴同步带轮26与翻转电机主动轴同步带轮25通过同步带传动连接。
其中，翻转分动从动轴24上设有一对翻转从动轴分动同步带轮27，滑轨翻转外壳31上设有轮端分动同步带轮29，翻转从动轴分动同步带轮27与轮端分动同步带轮29通过同步带传动连接。翻转分动从动轴24两端分别设置翻转从动轴端盖28，翻转从动轴端盖28与车体10通过滚动轴承连接。
在本实施中，翻转电机主动轴23与翻转电机22一端以键形传递动力，另一端与电机轴安装架12通过轴承与轴肩限位与转动链接；轮端分动同步带轮29与滑轨翻转外壳31以轴肩与卡簧限位通过紧定螺钉固定周向旋转；
如图5所示，翻转电机主动轴同步带轮25与翻转电机主动轴23以紧定螺钉固定周向旋转并以轴肩与卡簧限位，翻转分动从动轴24两端分别与翻转从动轴端盖28机械螺钉连接并通过翻转从动轴端盖28的内部轴肩定位，翻转从动轴端盖28与外壳11通过滚动轴承连接通过外部的轴肩进行限位，翻转从动轴同步带轮26、翻转从动轴分动同步带轮27分别与翻转分动从动轴24以轴肩与卡簧限位通过紧定螺钉固定周向旋转。
下面结合附图简述本发明的工作原理和工作过程。
如图8所示，当在路面条件良好情况下，通过翻转电机22带动滑轨翻转外壳31转动，并使翻转伸缩轮组件30处于水平状态时，同一翻转伸缩轮组件30上的两个轮毂电机车轮36均与地面接触，形成稳定模式，该运动模式能够降低整体的运动重心，增加运动下压力，增强机构的运动稳定性，
如图9所示，在有些许颠簸的碎石路况下，通过翻转电机22带动滑轨翻转外壳31转动，并使翻转伸缩轮组件30处于竖直状态时，同一翻转伸缩轮组件30中仅有一个轮毂电机车轮36与地面接触，形成越野模式，同时还可以通过伸缩电机21带动T形扭杆34旋转，使同一翻转伸缩轮组件30上的两个轮毂电机车轮36距离发生变化，该运动模式可以抬高整车的底盘增加整体的通过性。
如图10a～10e所示，在需要进行攀爬或越障时，通过翻转电机22带动车体10前端的滑轨翻转外壳31转动，并使翻转伸缩轮组件30由竖直状态变为倾斜状态，同时翻转伸缩轮组件30前端的轮毂电机车轮36跨越障碍，旋转至障碍前侧，车体10前端的翻转伸缩轮组件30继续转动，完全跨越障碍。
同理，在车体10前端的翻转伸缩轮组件30完全跨越障碍后，翻转电机22带动车体10后部的滑轨翻转外壳31转动，使翻转伸缩轮组件30由竖直状态变为倾斜状态，然后跨越障碍，最终完成整个轮式移动机构跨越障碍物的目的。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多模可变形的轮式移动机构，包括车体(10)其特征在于，
还包括在车体上设置的多个翻转伸缩轮组件(30)，每个所述翻转伸缩轮组件(30)包括滑轨翻转外壳(31)、T形扭杆(34)、一对伸缩滑杆(32)、一对连杆(35)、以及一对轮毂电机车轮(36)，
其中，一对所述伸缩滑杆(32)设置在所述滑轨翻转外壳(31)的两端并与其滑动连接，所述T形扭杆(34)通过一对连杆(35)带动所述一对所述伸缩滑杆(32)伸缩滑动，
还包括传动机构(20)，其包括设置在所述车体(10)上的伸缩电机(21)和翻转电机(22)，
其中，所述翻转电机(22)与所述滑轨翻转外壳(31)传动连接，使所述翻转伸缩轮组件(30)能够翻转，以在稳定模式、越野模式、攀爬越障模式三者间切换；
所述伸缩电机(21)与所述T形扭杆(34)传动连接，用于改变一对所述轮毂电机车轮(36)之间的距离，以调整个轮式移动机构的运动重心。
2.根据权利要求1所述的多模可变形的轮式移动机构，其特征在于，所述T形扭杆(34)与所述滑轨翻转外壳(31)同轴转动连接。
3.根据权利要求1所述的多模可变形的轮式移动机构，其特征在于，所述滑轨翻转外壳(31)两端设有滑轨端盖(33)，所述滑轨端盖(33)用于密封所述滑轨翻转外壳(31)端部，并对所述伸缩滑杆(32)进行限位。
4.根据权利要求1所述的多模可变形的轮式移动机构，其特征在于，所述车体(10)包含外壳(11)、电机轴安装架(12)、以及电机安装架(13)。
5.根据权利要求1所述的多模可变形的轮式移动机构，其特征在于，位于所述车体(10)两侧的一对所述T形扭杆(34)通过同步轴连接，所述同步轴与所述伸缩电机(21)传动连接。
6.根据权利要求5所述的多模可变形的轮式移动机构，其特征在于，所述同步轴包括半圆柱状的上半同步轴(213)和下半同步轴(214)。
7.根据权利要求1所述的多模可变形的轮式移动机构，其特征在于，所述传动机构(20)还包括翻转电机主动轴(23)和翻转分动从动轴(24)，所述翻转电机主动轴(23)与所述翻转电机(22)连接，所述翻转电机主动轴(23)与所述翻转分动从动轴(24)通过同步带传动连接，所述翻转分动从动轴(24)再通过同步带与所述滑轨翻转外壳(31)传动连接。
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