CN113022220B - 一种高通过性多模式行走底盘 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高通过性多模式行走底盘，包括：可调底板单元和轮体单元，可调底板单元包括底板、可调转向模块和轮体驱动模块，可调转向模块包括转向连杆和连杆调节结构，轮体驱动模块包括行走轮支架和行走电机，行走轮支架的前端铰接在底板上，行走电机设置在行走轮支架内，转向连杆的前端与在行走轮支架的后端铰接，转向连杆的后端与连接调节结构铰接；轮体单元包括内轮、外轮和轮体展开结构，轮体展开结构设置在内轮与外轮之间，行走电机的驱动轴穿过内轮与轮体展开结构相连，本发明主要利用可改变半径的行走轮配合前后连动的转向连杆，从而起到可在多种复杂的地形正常行驶，且在狭窄通道中可原地转向的效果。

Description

一种高通过性多模式行走底盘

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体而言，尤其涉及一种高通过性多模式行走底盘。

背景技术

随着社会的不断发展进步，机器人越来越多的被应用到各种领域，因而机器人的通行能力，成为了制约其行走活动的主要因素，目前的行走机构大都模式单一，不能适应复杂的路况，并且转弯半径大，在狭窄空间难以轻松稳定的转向，因此急需一种高通过性多模式行走底盘。

因此需要设计一种高通过性多模式行走底盘。

发明内容

根据上述提出现有的机器人行走机构单一的技术问题，而提供一种高通过性多模式行走底盘。本发明主要利用可改变半径的行走轮配合前后连动的转向连杆，从而起到可在多种复杂的地形正常行驶，且在狭窄通道中可原地转向的效果。

本发明采用的技术手段如下：

一种高通过性多模式行走底盘，其特征在于，包括：可调底板单元和轮体单元，所述可调底板单元包括底板、可调转向模块和轮体驱动模块，所述可调转向模块包括转向连杆和连杆调节结构，所述轮体驱动模块的数量为4组，4组所述轮体驱动模块设置在所述底板的四角处，所述轮体驱动模块包括行走轮支架和行走电机，所述行走轮支架的前端铰接在所述底板上，所述行走电机设置在所述行走轮支架内，所述转向连杆的前端与在所述行走轮支架的后端铰接，所述转向连杆的后端与所述连接调节结构铰接；所述轮体单元包括内轮、外轮和轮体展开结构，所述轮体展开结构设置在所述内轮与所述外轮之间，所述行走电机的驱动轴穿过所述内轮与所述轮体展开结构相连。

进一步地，所述轮体展开结构包括齿轮支架、展开电机、主动锥齿轮、变向锥齿轮、从动锥齿轮、外驱动轮瓣和内驱动轮瓣，所述齿轮支架为圆板状结构，所述齿轮支架的正面设有三个均布的连接板，所述连接板的外表面上设有支撑轴，所述连接板的前端设有电机固定板，所述电机固定板为中心带孔的圆形板状结构，所述展开电机设置在所述电机固定板与所述连接板和所述齿轮支架之间形成的空腔中，所述展开电机与所述电机固定板和所述齿轮支架之间刚性连接，所述展开电机的电机轴穿过所述电机固定板与所述主动锥齿轮相连，所述主动锥齿轮的背面与所述外轮刚性连接，所述变向锥齿轮的数量为三个，三个所述变向锥齿轮分别设置在三个所述支撑轴上，三个所述变向锥齿轮与所述主动锥齿轮相啮合，所述齿轮支架的背面与所述行走电机的驱动轴刚性连接，所述从动锥齿轮和所述内轮设置在所述驱动轴上，所述从动齿轮的背面与所述内轮刚性连接，所述从动锥齿轮与三个所述变向锥齿轮相啮合；所述外驱动轮瓣的前端和所述内驱动轮瓣的前端之间铰接，所述外驱动轮瓣的后端与所述外轮的边缘铰接，所述内驱动轮瓣的后端与所述内轮的边缘铰接。

进一步地，所述外驱动轮瓣和所述内驱动轮瓣的数量为4组，4组所述外驱动轮瓣和所述内驱动轮瓣均布在所述外轮和所述内轮之间，所述外轮的铰接面上设有4个外轮弧形导轨，所述内轮的铰接面上设有4个内轮弧形导轨，所述内轮廓弧形导轨和所述外轮廓弧形导轨的结构相同，所述外驱动轮瓣和所述内驱动轮瓣的后端铰接处的对侧分别设有与所述内轮弧形导轨和所述外轮弧形导轨相匹配的弧形滑块。

进一步地，所述内轮弧形导轨和所述外轮弧形导轨的长度与所述弧形滑块的行程相匹配。

进一步地，所述电机固定板的正面设有支撑圆弧形导轨，所述主动锥齿轮的内表面上设有与所述支撑圆弧形导轨相匹配的支撑弧形滑块。

进一步地，所述主动齿条和所述从动齿条通过直线导轨与所述底板相连。

进一步地，所述底板的四角处设有转向支架，所述行走轮支架铰接在所述转向支架上，所述连杆调节结构包括主动齿条、从动齿条、传动齿轮和电缸，所述主动齿条的前端与所述底板前端的两个所述转向连杆的后端相铰接，所述从动齿条的前端与所述底板后端的两个所述转向连杆的后端相铰接，所述从动齿条和所述主动齿条平行设置在所述底面上，所述传动齿轮设置在所述主动齿条和所述从动齿条之间，所述传动齿轮通过转轴连接在所述底板上，所述传动齿轮与所述主动齿条和所述从动齿条相互啮合，所述电缸平行设置在所述主动齿条侧，所述电缸的固定端固定在所述底板上，所述电缸的活动端与所述主动齿条相连。

进一步地，所述底板的两侧分别设有两个伸缩支腿。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的一种高通过性多模式行走底盘，在遇到坑洼路面时，车轮打滑的情况下，轮瓣伸出，提高了行走底盘的通过能力。

2、本发明提供的一种高通过性多模式行走底盘，采用齿轮齿条传动配合连杆机构，使得轮体单元的输出轴线聚焦于底盘中点，减小了底盘的转弯半径，扩大了底盘的运行场景。

基于上述理由本发明可在机器人技术等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种高通过性多模式行走底盘的整体装配结构示意图。

图2为本发明一种高通过性多模式行走底盘轮体单元后轴测结构示意图。

图3为本发明一种高通过性多模式行走底盘的轮体单元前轴测结构示意图。

图4为本发明一种高通过性多模式行走底盘的轮体单元变形后的结构示意图。

图5为本发明一种高通过性多模式行走底盘的变形后的行走底盘结构示意图。

图6为本发明一种高通过性多模式行走底盘的稳定转向时的结构示意图。

图中：1、底板；2、转向连杆；3、行走电机；4、行走轮支架；5、内轮；6、伸缩支腿；7、电缸；8、主动齿条；9、从动齿条；10、传动齿轮；11、直线导轨；12、从动锥齿轮；13、齿轮支架；14、变向锥齿轮；15、展开电机；16、电机固定板；17、支撑圆弧形导轨；18、支撑弧形滑块；19、主动锥齿轮；20、外驱动轮瓣；21、内驱动轮瓣；22、外轮；23、弧形滑块；101、转向支架；501、内轮弧形导轨；1301、连接板；1302、支撑轴；1303、驱动轴；2201、外轮弧形导轨。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明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。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1-6所示，本发明提供了一种高通过性多模式行走底盘，包括：可调底板1单元和轮体单元，所述可调底板1单元包括底板1、可调转向模块和轮体驱动模块，所述可调转向模块包括转向连杆2和连杆调节结构，所述轮体驱动模块的数量为4组，4组所述轮体驱动模块设置在所述底板1的四角处，所述轮体驱动模块包括行走轮支架4和行走电机3，所述行走轮支架4的前端铰接在所述底板1上，所述行走电机3设置在所述行走轮支架4内，所述转向连杆2的前端与在所述行走轮支架4的后端铰接，所述转向连杆2的后端与所述连接调节结构铰接；所述轮体单元包括内轮5、外轮22和轮体展开结构，所述轮体展开结构设置在所述内轮5与所述外轮22之间，所述行走电机3的驱动轴1303穿过所述内轮5与所述轮体展开结构相连；所述轮体展开结构包括齿轮支架13、展开电机15、主动锥齿轮19、变向锥齿轮14、从动锥齿轮12、外驱动轮瓣20和内驱动轮瓣21，所述齿轮支架13为圆板状结构，所述齿轮支架13的正面设有三个均布的连接板1301，所述连接板1301的外表面上设有支撑轴1302，所述连接板1301的前端设有电机固定板16，所述电机固定板16为中心带孔的圆形板状结构，所述展开电机15设置在所述电机固定板16与所述连接板1301和所述齿轮支架13之间形成的空腔中，所述展开电机15与所述电机固定板16和所述齿轮支架13之间刚性连接，所述展开电机15的电机轴穿过所述电机固定板16与所述主动锥齿轮19相连，所述主动锥齿轮19的背面与所述外轮22刚性连接，所述变向锥齿轮14的数量为三个，三个所述变向锥齿轮14分别设置在三个所述支撑轴1302上，三个所述变向锥齿轮14与所述主动锥齿轮19相啮合，所述齿轮支架13的背面与所述行走电机3的驱动轴1303刚性连接，所述从动锥齿轮12和所述内轮5设置在所述驱动轴1303上，所述从动齿轮的背面与所述内轮5刚性连接，所述从动锥齿轮12与三个所述变向锥齿轮14相啮合；所述外驱动轮瓣20的前端和所述内驱动轮瓣21的前端之间铰接，所述外驱动轮瓣20的后端与所述外轮22的边缘铰接，所述内驱动轮瓣21的后端与所述内轮5的边缘铰接；所述外驱动轮瓣20和所述内驱动轮瓣21的数量为4组，4组所述外驱动轮瓣20和所述内驱动轮瓣21均布在所述外轮22和所述内轮5之间，所述外轮22的铰接面上设有4个外轮弧形导轨2201，所述内轮5的铰接面上设有4个内轮弧形导轨501，所述内轮5廓弧形导轨和所述外轮22廓弧形导轨的结构相同，所述外驱动轮瓣20和所述内驱动轮瓣21的后端铰接处的对侧分别设有与所述内轮弧形导轨501和所述外轮弧形导轨2201相匹配的弧形滑块23；所述内轮弧形导轨501和所述外轮弧形导轨2201的长度与所述弧形滑块23的行程相匹配；所述电机固定板16的正面设有支撑圆弧形导轨17，所述主动锥齿轮19的内表面上设有与所述支撑圆弧形导轨17相匹配的支撑弧形滑块18；所述底板1的四角处设有转向支架101，所述行走轮支架4铰接在所述转向支架101上，所述连杆调节结构包括主动齿条8、从动齿条9、传动齿轮10和电缸7，所述主动齿条8的前端与所述底板1前端的两个所述转向连杆2的后端相铰接，所述从动齿条9的前端与所述底板1后端的两个所述转向连杆2的后端相铰接，所述从动齿条9和所述主动齿条8平行设置在所述底面上，所述传动齿轮10设置在所述主动齿条8和所述从动齿条9之间，所述传动齿轮10通过转轴连接在所述底板1上，所述传动齿轮10与所述主动齿条8和所述从动齿条9相互啮合，所述电缸7平行设置在所述主动齿条8侧，所述电缸7的固定端固定在所述底板1上，所述主动齿条和8所述从动齿条9通过直线导轨11与所述底板1相连；所述电缸7的活动端与所述主动齿条8相连；所述底板1的两侧分别设有两个伸缩支腿6。

实施例1

本发明的工作模式包括：

模式一：当需要底盘快速灵活运动时，所述外驱动轮瓣20和所述内驱动轮瓣21收回与所述外轮22构成圆形轮面，所述电缸7处于伸展状态，四个所述轮体单元方向一致，两侧的所述行走电机3同向转动时，底盘朝前或朝后运动，两侧的所述行走电机3反向转动时，底盘向左或向右转动，达到转向的目的。

模式二：直线运动时，原理同模式一，当需要转向时，所述电缸7收缩，带动所述主动齿条8和所述从动齿条9反向运动，通过连杆，使得四个轮体单元的所述驱动轴1303的延长轴线聚焦在所述底板1的中心，此时，左右两侧的所述轮体单元反向转动，使得底盘向左或向右运动。

模式三：当路况复杂不平时，为了提高通过性，所述伸缩支腿6向下伸出将底盘托起，所述展开电机15的电机轴带动所述主动锥齿轮19逆时针转动，所述外轮22随所述主动锥齿轮19逆时针转动，所述从动锥齿轮12通过所述变向锥齿轮14的换向变为顺时针转动，所述内轮5随所述从动锥齿轮12顺时针转动，所述外轮22和所述内轮5的反向转动带动所述外驱动轮瓣20和所述内驱动轮瓣21的中间铰接处向外挤出，进一步的所述伸缩支腿6缩回，变形后的轮体提高了底盘的通过能力。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种高通过性多模式行走底盘，其特征在于，包括：可调底板单元和轮体单元，所述可调底板单元包括底板、可调转向模块和轮体驱动模块，所述可调转向模块包括转向连杆和连杆调节结构，所述轮体驱动模块的数量为4组，4组所述轮体驱动模块设置在所述底板的四角处，所述轮体驱动模块包括行走轮支架和行走电机，所述行走轮支架的前端铰接在所述底板上，所述行走电机设置在所述行走轮支架内，所述转向连杆的前端与所述行走轮支架的后端铰接，所述转向连杆的后端与所述连杆调节结构铰接；所述轮体单元包括内轮、外轮和轮体展开结构，所述轮体展开结构设置在所述内轮与所述外轮之间，所述行走电机的驱动轴穿过所述内轮与所述轮体展开结构相连，所述轮体展开结构包括齿轮支架、展开电机、主动锥齿轮、变向锥齿轮、从动锥齿轮、外驱动轮瓣和内驱动轮瓣，所述齿轮支架为圆板状结构，所述齿轮支架的正面设有三个均布的连接板，所述连接板的外表面上设有支撑轴，所述连接板的前端设有电机固定板，所述电机固定板为中心带孔的圆形板状结构，所述展开电机设置在所述电机固定板与所述连接板和所述齿轮支架之间形成的空腔中，所述展开电机与所述电机固定板和所述齿轮支架之间刚性连接，所述展开电机的电机轴穿过所述电机固定板与所述主动锥齿轮相连，所述主动锥齿轮的背面与所述外轮刚性连接，所述变向锥齿轮的数量为三个，三个所述变向锥齿轮分别设置在三个所述支撑轴上，三个所述变向锥齿轮与所述主动锥齿轮相啮合，所述齿轮支架的背面与所述行走电机的驱动轴刚性连接，所述从动锥齿轮和所述内轮设置在所述驱动轴上，所述从动锥齿轮的背面与所述内轮刚性连接，所述从动锥齿轮与三个所述变向锥齿轮相啮合；所述外驱动轮瓣的前端和所述内驱动轮瓣的前端之间铰接，所述外驱动轮瓣的后端与所述外轮的边缘铰接，所述内驱动轮瓣的后端与所述内轮的边缘铰接，所述外驱动轮瓣和所述内驱动轮瓣的数量为4组，4组所述外驱动轮瓣和所述内驱动轮瓣均布在所述外轮和所述内轮之间，所述外轮的铰接面上设有4个外轮弧形导轨，所述内轮的铰接面上设有4个内轮弧形导轨，所述内轮弧形导轨和所述外轮弧形导轨的结构相同，所述外驱动轮瓣和所述内驱动轮瓣的后端铰接处的对侧分别设有与所述内轮弧形导轨和所述外轮弧形导轨相匹配的弧形滑块。

2.根据权利要求1所述的一种高通过性多模式行走底盘，其特征在于，所述内轮弧形导轨和所述外轮弧形导轨的长度与所述弧形滑块的行程相匹配。

3.根据权利要求1所述的一种高通过性多模式行走底盘，其特征在于，所述电机固定板的正面设有支撑圆弧形导轨，所述主动锥齿轮的内表面上设有与所述支撑圆弧形导轨相匹配的支撑弧形滑块。

4.根据权利要求1所述的一种高通过性多模式行走底盘，其特征在于，所述底板的四角处设有转向支架，所述行走轮支架铰接在所述转向支架上，所述连杆调节结构包括主动齿条、从动齿条、传动齿轮和电缸，所述主动齿条的前端与所述底板前端的两个所述转向连杆的后端相铰接，所述从动齿条的前端与所述底板后端的两个所述转向连杆的后端相铰接，所述从动齿条和所述主动齿条平行设置在所述底板上，所述传动齿轮设置在所述主动齿条和所述从动齿条之间，所述传动齿轮通过转轴连接在所述底板上，所述传动齿轮与所述主动齿条和所述从动齿条相互啮合，所述电缸平行设置在所述主动齿条侧，所述电缸的固定端固定在所述底板上，所述电缸的活动端与所述主动齿条相连。

5.根据权利要求4所述的一种高通过性多模式行走底盘，其特征在于，所述主动齿条和所述从动齿条通过直线导轨与所述底板相连。

6.根据权利要求1所述的一种高通过性多模式行走底盘，其特征在于，所述底板的两侧分别设有两个伸缩支腿。

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