CN113276986A - 一种基于水弹轮结构的多连杆行走机构 - Google Patents

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Abstract

一种基于水弹轮结构的多连杆行走机构，包括行走驱动组件、水弹轮变径驱动组件、水弹轮可变径支撑组件及水弹轮外壳；水弹轮变径驱动组件设置在行走驱动组件上；水弹轮可变径支撑组件数量为四个，在行走驱动组件左右两侧各设置有两个水弹轮可变径支撑组件，在每个水弹轮可变径支撑组件外侧均套装有一个水弹轮外壳；行走驱动组件用于控制水弹轮转动；水弹轮变径驱动组件用于控制水弹轮变径。行走驱动组件由第一底盘和四台行走驱动电机组成。水弹轮变径驱动组件由第二底盘、两台水弹轮变径驱动电机、两根丝杠、两个丝母滑块、四根第一连杆及四个拨叉式推拉杆组成；水弹轮可变径支撑组件由轮轴、定盘、四个动盘及若干水弹轮壳体支撑单元组成。

Description

一种基于水弹轮结构的多连杆行走机构
技术领域
本发明属于机器人技术领域，特别是涉及一种基于水弹轮结构的多连杆行走机构。
背景技术
传统的水弹轮结构虽然具有可变直径的特点，并且可以用在需要越障、钻缝的机器人上，但传统的水弹轮结构目前只能用在轻小型机器人上，无法满足重载、强冲击的工况条件，因此导致采用传统水弹轮结构的机器人在越障、钻缝能力上受到限制。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于水弹轮结构的多连杆行走机构，当机器人采用后，可以满足重载、强冲击的工况条件，能够有效提升机器人的越障、钻缝能力。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于水弹轮结构的多连杆行走机构，包括行走驱动组件、水弹轮变径驱动组件、水弹轮可变径支撑组件及水弹轮外壳；所述水弹轮变径驱动组件设置在行走驱动组件上；所述水弹轮可变径支撑组件数量为四个，在所述行走驱动组件左右两侧各设置有两个水弹轮可变径支撑组件，在每个水弹轮可变径支撑组件外侧均套装有一个水弹轮外壳；所述行走驱动组件用于控制水弹轮转动；所述水弹轮变径驱动组件用于控制水弹轮变径。
所述行走驱动组件包括第一底盘和行走驱动电机，所述行走驱动电机数量为四个，四个行走驱动电机均布设置在第一底盘的四个角点处。
所述水弹轮变径驱动组件包括第二底盘、水弹轮变径驱动电机、丝杠、丝母滑块、第一连杆及拨叉式推拉杆；所述第二底盘固定设置在第一底盘上方；所述水弹轮变径驱动电机数量为两个，两个水弹轮变径驱动电机对称设置在第二底盘前后两端；所述丝杠数量为两根，每个水弹轮变径驱动电机的动力输出轴均同轴连接有一根丝杠；所述丝母滑块数量为两个，每根丝杠上均套装有一个丝母滑块；所述第一连杆数量为四根，每个丝母滑块上均铰接有两根第一连杆，且两根第一连杆在丝母滑块左右两侧对称分布；所述拨叉式推拉杆数量为四个，每根第一连杆均与一个拨叉式推拉杆相铰接；在所述第二底盘上开设有四个用于安装拨叉式推拉杆的推拉杆导向插孔，每个推拉杆导向插孔内均插装有一个拨叉式推拉杆；所述拨叉式推拉杆的杆体端插装在推拉杆导向插孔内，拨叉式推拉杆相对于推拉杆导向插孔具有直线移动自由度；所述拨叉式推拉杆的杆体端与第一连杆相铰接，拨叉式推拉杆的拨叉端位于第二底盘外部。
所述水弹轮可变径支撑组件包括轮轴、定盘、第一动盘、第二动盘、第三动盘、第一水弹轮外壳支撑杆、第二水弹轮外壳支撑杆、第二连杆及第三连杆；所述定盘固定安装在轮轴的最外端，轮轴的最内端与行走驱动电机的动力输出轴同轴固连；所述第一动盘、第二动盘及第三动盘顺序套装在轮轴上，第一动盘与定盘相邻，第三动盘与行走驱动电机相邻；在所述轮轴上固定安装有动盘导向键，所述第一动盘、第二动盘及第三动盘相对于轮轴及动盘导向键仅具有直线移动自由度；所述第一水弹轮外壳支撑杆一端与定盘相铰接，第一水弹轮外壳支撑杆另一端为自由端；所述第二水弹轮外壳支撑杆一端与第三动盘相铰接，第二水弹轮外壳支撑杆另一端为自由端；所述第二连杆一端铰接在第二动盘上，第二连杆另一端铰接在第一水弹轮外壳支撑杆中部；所述第三连杆一端铰接在第一动盘上，第三连杆另一端铰接在第二水弹轮外壳支撑杆中部；所述第二连杆的中部与第三连杆的中部铰接在一起并呈十字交叉状；由所述第一水弹轮外壳支撑杆、第二水弹轮外壳支撑杆、第二连杆及第三连杆构成水弹轮壳体支撑单元，水弹轮壳体支撑单元数量若干，若干水弹轮壳体支撑单元沿轮轴周向均布设置；在所述第三动盘内侧的轮轴上套装有拨环，拨环相对于轮轴及动盘导向键仅具有直线移动自由度，拨环与第三动盘固定连接，所述拨叉式推拉杆的拨叉端与拨环配合使用，拨环与拨叉式推拉杆同步随动。
本发明的有益效果：
本发明的基于水弹轮结构的多连杆行走机构，当机器人采用后，可以满足重载、强冲击的工况条件，能够有效提升机器人的越障、钻缝能力。
附图说明
图1为本发明的基于水弹轮结构的多连杆行走机构(水弹轮外壳未示出)的立体图；
图2为本发明的基于水弹轮结构的多连杆行走机构(水弹轮变径驱动组件及水弹轮外壳未示出)的俯视图；
图3为本发明的水弹轮变径驱动组件的结构示意图；
图4为本发明的水弹轮可变径支撑组件(水弹轮壳体支撑单元仅示出一个)的正视图；
图5为本发明的水弹轮可变径支撑组件的立体图；
图6为本发明的水弹轮可变径支撑组件(水弹轮处于小直径状态)的正视图；
图7为本发明的水弹轮可变径支撑组件(水弹轮处于大直径状态)的正视图；
图8为本发明的水弹轮外壳(水弹轮处于小直径状态)的立体图；
图9为本发明的水弹轮外壳(水弹轮处于大直径状态)的立体图；
图中，1—第一底盘，2—行走驱动电机，3—第二底盘，4—水弹轮变径驱动电机，5—丝杠，6—丝母滑块，7—第一连杆，8—拨叉式推拉杆，9—推拉杆导向插孔，10—轮轴，11—定盘，12—第一动盘，13—第二动盘，14—第三动盘，15—第一水弹轮外壳支撑杆，16—第二水弹轮外壳支撑杆，17—第二连杆，18—第三连杆，19—动盘导向键，20—拨环，21—水弹轮外壳。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1～9所示，一种基于水弹轮结构的多连杆行走机构，包括行走驱动组件、水弹轮变径驱动组件、水弹轮可变径支撑组件及水弹轮外壳21；所述水弹轮变径驱动组件设置在行走驱动组件上；所述水弹轮可变径支撑组件数量为四个，在所述行走驱动组件左右两侧各设置有两个水弹轮可变径支撑组件，在每个水弹轮可变径支撑组件外侧均套装有一个水弹轮外壳21；所述行走驱动组件用于控制水弹轮转动；所述水弹轮变径驱动组件用于控制水弹轮变径。
所述行走驱动组件包括第一底盘1和行走驱动电机2，所述行走驱动电机2数量为四个，四个行走驱动电机2均布设置在第一底盘1的四个角点处。
所述水弹轮变径驱动组件包括第二底盘3、水弹轮变径驱动电机4、丝杠5、丝母滑块6、第一连杆7及拨叉式推拉杆8；所述第二底盘3固定设置在第一底盘1上方；所述水弹轮变径驱动电机4数量为两个，两个水弹轮变径驱动电机4对称设置在第二底盘3前后两端；所述丝杠5数量为两根，每个水弹轮变径驱动电机4的动力输出轴均同轴连接有一根丝杠5；所述丝母滑块6数量为两个，每根丝杠5上均套装有一个丝母滑块6；所述第一连杆7数量为四根，每个丝母滑块6上均铰接有两根第一连杆7，且两根第一连杆7在丝母滑块6左右两侧对称分布；所述拨叉式推拉杆8数量为四个，每根第一连杆7均与一个拨叉式推拉杆8相铰接；在所述第二底盘3上开设有四个用于安装拨叉式推拉杆8的推拉杆导向插孔9，每个推拉杆导向插孔9内均插装有一个拨叉式推拉杆8；所述拨叉式推拉杆8的杆体端插装在推拉杆导向插孔9内，拨叉式推拉杆8相对于推拉杆导向插孔9具有直线移动自由度；所述拨叉式推拉杆8的杆体端与第一连杆7相铰接，拨叉式推拉杆8的拨叉端位于第二底盘3外部。
所述水弹轮可变径支撑组件包括轮轴10、定盘11、第一动盘12、第二动盘13、第三动盘14、第一水弹轮外壳支撑杆15、第二水弹轮外壳支撑杆16、第二连杆17及第三连杆18；所述定盘11固定安装在轮轴10的最外端，轮轴10的最内端与行走驱动电机2的动力输出轴同轴固连；所述第一动盘12、第二动盘13及第三动盘14顺序套装在轮轴10上，第一动盘12与定盘11相邻，第三动盘14与行走驱动电机2相邻；在所述轮轴10上固定安装有动盘导向键19，所述第一动盘12、第二动盘13及第三动盘14相对于轮轴10及动盘导向键1仅具有直线移动自由度；所述第一水弹轮外壳支撑杆15一端与定盘11相铰接，第一水弹轮外壳支撑杆15另一端为自由端；所述第二水弹轮外壳支撑杆16一端与第三动盘14相铰接，第二水弹轮外壳支撑杆16另一端为自由端；所述第二连杆17一端铰接在第二动盘13上，第二连杆17另一端铰接在第一水弹轮外壳支撑杆15中部；所述第三连杆18一端铰接在第一动盘12上，第三连杆18另一端铰接在第二水弹轮外壳支撑杆16中部；所述第二连杆17的中部与第三连杆18的中部铰接在一起并呈十字交叉状；由所述第一水弹轮外壳支撑杆15、第二水弹轮外壳支撑杆16、第二连杆17及第三连杆18构成水弹轮壳体支撑单元，水弹轮壳体支撑单元数量若干，若干水弹轮壳体支撑单元沿轮轴10周向均布设置；在所述第三动盘14内侧的轮轴10上套装有拨环20，拨环20相对于轮轴10及动盘导向键19仅具有直线移动自由度，拨环20与第三动盘14固定连接，所述拨叉式推拉杆8的拨叉端与拨环20配合使用，拨环20与拨叉式推拉杆8同步随动。
下面结合附图说明本发明的一次使用过程：
当采用本发明的机器人需要正常行驶时，只需启动行走驱动电机2，即可带动四个水弹轮旋转，从而实现机器人的正常行驶功能。
当机器人行驶过程中遇到石块等障碍物时，且障碍物的高度大于机器人底盘的高度，因此机器人正常状态下无法越过障碍物。此时，需要启动水弹轮变径驱动电机4，带动丝杠5转动，进而由转动的丝杠5驱动丝母滑块6向水弹轮变径驱动电机4一侧移动，随着丝母滑块6的移动，在第一连杆7的传动作用下带动拨叉式推拉杆8向外伸出，进而推动拨环20沿着轮轴10并向外侧移动。
移动的拨环20会推动第三动盘14同步滑移，进而缩小第三动盘14与定盘11之间的间距，随着第三动盘14的移动，第二水弹轮外壳支撑杆16也跟随第三动盘14同步移动，进而在第三连杆18的传动作用下带动第一动盘12移动，以缩小第一动盘12与定盘11之间的间距。
在第三连杆18的传动作用下，还会带动第二连杆17移动，并且在第二连杆17的传动作用下，将带动第二动盘13移动，以缩小第二动盘13与定盘11之间的间距，同时在第二连杆17的传动作用下会带动第一水弹轮外壳支撑杆15向外偏转，直到第一水弹轮外壳支撑杆15和第二水弹轮外壳支撑杆16由初始的平放状态转换为立起状态，从而使水弹轮直径增大，进而使机器人底盘抬升高度，此时机器人底盘的高度超过障碍物的高度，继续控制机器人向前行驶，就可以轻松越过障碍物而继续前行。
当机器人越过障碍物后，只需反向启动水弹轮变径驱动电机4，就可以减小并恢复水弹轮的初始直径，水弹轮外壳21也会随着第一水弹轮外壳支撑杆15和第二水弹轮外壳支撑杆16恢复到初始形状。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (4)

1.一种基于水弹轮结构的多连杆行走机构，其特征在于：包括行走驱动组件、水弹轮变径驱动组件、水弹轮可变径支撑组件及水弹轮外壳；所述水弹轮变径驱动组件设置在行走驱动组件上；所述水弹轮可变径支撑组件数量为四个，在所述行走驱动组件左右两侧各设置有两个水弹轮可变径支撑组件，在每个水弹轮可变径支撑组件外侧均套装有一个水弹轮外壳；所述行走驱动组件用于控制水弹轮转动；所述水弹轮变径驱动组件用于控制水弹轮变径。
2.根据权利要求1所述的一种基于水弹轮结构的多连杆行走机构，其特征在于：所述行走驱动组件包括第一底盘和行走驱动电机，所述行走驱动电机数量为四个，四个行走驱动电机均布设置在第一底盘的四个角点处。
3.根据权利要求2所述的一种基于水弹轮结构的多连杆行走机构，其特征在于：所述水弹轮变径驱动组件包括第二底盘、水弹轮变径驱动电机、丝杠、丝母滑块、第一连杆及拨叉式推拉杆；所述第二底盘固定设置在第一底盘上方；所述水弹轮变径驱动电机数量为两个，两个水弹轮变径驱动电机对称设置在第二底盘前后两端；所述丝杠数量为两根，每个水弹轮变径驱动电机的动力输出轴均同轴连接有一根丝杠；所述丝母滑块数量为两个，每根丝杠上均套装有一个丝母滑块；所述第一连杆数量为四根，每个丝母滑块上均铰接有两根第一连杆，且两根第一连杆在丝母滑块左右两侧对称分布；所述拨叉式推拉杆数量为四个，每根第一连杆均与一个拨叉式推拉杆相铰接；在所述第二底盘上开设有四个用于安装拨叉式推拉杆的推拉杆导向插孔，每个推拉杆导向插孔内均插装有一个拨叉式推拉杆；所述拨叉式推拉杆的杆体端插装在推拉杆导向插孔内，拨叉式推拉杆相对于推拉杆导向插孔具有直线移动自由度；所述拨叉式推拉杆的杆体端与第一连杆相铰接，拨叉式推拉杆的拨叉端位于第二底盘外部。
4.根据权利要求3所述的一种基于水弹轮结构的多连杆行走机构，其特征在于：所述水弹轮可变径支撑组件包括轮轴、定盘、第一动盘、第二动盘、第三动盘、第一水弹轮外壳支撑杆、第二水弹轮外壳支撑杆、第二连杆及第三连杆；所述定盘固定安装在轮轴的最外端，轮轴的最内端与行走驱动电机的动力输出轴同轴固连；所述第一动盘、第二动盘及第三动盘顺序套装在轮轴上，第一动盘与定盘相邻，第三动盘与行走驱动电机相邻；在所述轮轴上固定安装有动盘导向键，所述第一动盘、第二动盘及第三动盘相对于轮轴及动盘导向键仅具有直线移动自由度；所述第一水弹轮外壳支撑杆一端与定盘相铰接，第一水弹轮外壳支撑杆另一端为自由端；所述第二水弹轮外壳支撑杆一端与第三动盘相铰接，第二水弹轮外壳支撑杆另一端为自由端；所述第二连杆一端铰接在第二动盘上，第二连杆另一端铰接在第一水弹轮外壳支撑杆中部；所述第三连杆一端铰接在第一动盘上，第三连杆另一端铰接在第二水弹轮外壳支撑杆中部；所述第二连杆的中部与第三连杆的中部铰接在一起并呈十字交叉状；由所述第一水弹轮外壳支撑杆、第二水弹轮外壳支撑杆、第二连杆及第三连杆构成水弹轮壳体支撑单元，水弹轮壳体支撑单元数量若干，若干水弹轮壳体支撑单元沿轮轴周向均布设置；在所述第三动盘内侧的轮轴上套装有拨环，拨环相对于轮轴及动盘导向键仅具有直线移动自由度，拨环与第三动盘固定连接，所述拨叉式推拉杆的拨叉端与拨环配合使用，拨环与拨叉式推拉杆同步随动。
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