CN113371082A - 一种可轮履变换的底盘 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可轮履变换的底盘，包括轮履动力切换部、轮履变换部以及前摇杆部，所述轮履动力切换部包括车轴联结器、推油滑块、主车轴、主轴齿轮、前轴齿轮、定轴轮系、丝杠、驱动电机、导轨、丝杠驱动器；所述轮履变换部包括履带、可变换轮毂、轮毂液压杆、浮条、车轴联结器、履带轮、主车轴；所述前摇杆部包括前摇杆、前履带轮、前支撑杆以及前轮，所述前摇杆、所述前履带轮、前支撑杆和所述前轮组成可上下摇摆的机械臂。本发明提供了两种不同的行走机构，使用同一个动力系统，不需要使用轮毂电机等来解决动力系统不兼容的问题，方便应用于小型勘探器。

Description

一种可轮履变换的底盘

技术领域

本发明涉及一种底盘结构，尤其涉及一种液压杆调节轮毂形状的轮履变换底盘。

背景技术

底盘作为智能小车的重要组成机构，主要负责为智能小车提供可靠稳定的动力，以及提供相应辅助功能。这种底盘适用于无人快递车、消防灭火小车和各种攀爬楼梯的小型机器人。这种可以变形的底盘能同时满足无人小车对攀爬楼梯和快速行驶的要求，为智能化无人小车提供了一种可靠的底盘。目前申请号为CN201310047258.2、名称为《一种用于轮履变结构移动机器人的四连杆轮履变换机构》，就提供了一种可以进行轮履变换的结构。该专利中通过调节从动件而改变轮廓形状，从轮式变换为三角履带，而且相应的两个小轮可以灵活调节位置从而变换为更多形态，具备了能够适应多种地形的优点。然而，这种结构本身对履带的伸缩性能有着极大的依赖，一般履带难以满足其要求，对于消防等特种小车对履带还有特殊要求（如耐热、抗压）等，这样就会限制了履带的适用范围。申请号为CN201110393359.6、名称为《一种轮履转换机构》，提供了一种轮履转换机构，该发明中公布了一种通过拨叉控制的动力切换装置，能够使得拥有该结构的车辆或行进机构可以根据路况在轮式与履式变换，能够自由切换，然而本结构为单独工作的四个变形轮，通过拨叉拨动齿轮来切换动力输出，意味着越大的体型拨叉需要在内部占用越大空间否则将无法拨动动力传输齿轮到达预定位置，整体的结构内部空间占用过大，对于小体积车辆整体强度相对下降。申请号为CN201610677978.0、名称为《轮履变换移动底盘及具有其的消防探测机器人》，提供了一种可以进行轮履变换的消防机器人，该发明中同时安装了履式与轮式，利用摆杆调节角度使得两侧的轮式行走装置接触或脱离地面，即使行走过程中依旧可以实现变形，并且使用了麦克纳姆轮（McKenna's wheel），能够更灵活的转动从而大大提高了现场作业的工作效率，然而这种结构本身同时安装了履式与轮式，不仅占据了更大的体积，而且为了获得足够的动力，两套动力装置也会相应有要求，从而整体体积会过于庞大，不适合小型勘探器的使用。

发明内容

为了解决背景中智能无人小车面对不同地形需要进行轮履变换的问题，满足市场上智能无人小车对可进行轮履变换的底盘的需求，本发明提供一种可轮履变换的底盘。

本发明的目的在于提供一种可轮履变换的底盘。与现有许多技术不同之处在于本发明实现了使用同一个动力系统运作两种不同的行走机构，不需要使用轮毂电机等来解决动力系统不兼容的问题。本发明利用前轮和前支撑杆作为轮式状态下的前轮系统，在履式状态下变换为可进行上下摇动的履带臂，履带臂可用于攀爬高度较高的楼梯等复杂地形，而此时可变形轮毂也处于履式形态，支撑履带，其内部履带轮通过齿轮组与主轴齿轮相啮合获得动力来源，处于轮式状态下时，齿轮组会在丝杠驱动器作用下沿丝杠脱离主轴齿轮继而履带轮失去动力，同时二级液压杆推动推轴滑块控制履带轮收缩，紧接着车轴联结器向可变形轮毂的方向通过液压杆的作用移动，与主轴齿轮啮合，完成动力系统输出端的切换，相应的可变形轮毂通过轮毂液压杆变形为轮式，履带此时完全紧贴在圆圈形状下的可变形轮毂上，与可变形轮毂同时组成轮胎。这样便能使得两种不同形态下的行走机构由一套动力系统供应。相对于现有技术，例如拨叉机构；本动力切换过程中使用二级液压杆配合推轴滑块来控制履带轮的运动，避免了占用过大工作空间，空间利用率更高，采用该形式来控制履带轮能够避免上下空间占用，降低了底盘的高度，使得该底盘拥有更低的重心，稳定性好，底盘的长宽高比例中长高比例更大更不易倾翻，能够攀爬较为复杂的地形。该系统可变形轮毂自身可以变换为轮式与履式，两种状态下都不会过于拉伸履带，这样就降低了履带的要求，一定程度上方便了消防机器人等特殊器械的履带选择，增加了普适度。

本发明的有益效果：（一）可应用于众多小型无人机器人，例如无人快递车、小型勘探车等各种小型机器人，通过可变形轮毂可自由切换为轮式或履式车辆，行走于路面上处于轮式状态，速度会快于履带车并且能大量减少履带的摩擦损耗，当面对楼梯等复杂地形时可切变为履带车，增长的履带前臂有利于攀爬高于自身的地形，能够满足应对大量复杂地形。尤其对于小型机器人，能帮助其攀爬楼梯，翻越障碍进行作业，还能保证自身的机动性。例如消防侦察机器人，经常需要穿梭废墟，还要能快速穿越平地抵达目的地，这样的底盘比较适用与工况复杂且自身体积不能过大的机器人。对于需要经常攀爬楼梯的机器人，履式底盘会帮助其快速稳定的攀爬楼梯，但是又要考虑绝大部分情况下行走于平地，则轮式底盘可帮助其增加自身移动速度和减少橡胶履带的损耗。（二）由于可变形轮毂在变形过程中的履带没有过大长度变化，降低了对履带的要求，这将有利于特种车辆安装特殊履带，对于大部分特种车辆，往往工作条件比较特别，会对履带材料有较大要求，避免了因材料不满足而无法使用的情况，故而普适性广。可变形轮毂自身的结构紧凑，自身没有承载小零部件。由于大部分车辆需要较好的承载能力，微小零部件的存会影响寿命，而且造价较高。例如采用拨叉等机构来控制承载零件会大大影响自身的寿命。（三）采用一套动力输出系统和低矮长设计，整体上没有过长的轴或小零部件，所以不仅降低了造价，而且大大降低了底盘内部空间和重心和抗倾翻能力，低矮长的整体设计特点配合自身携带的支撑杆能够使得该底盘在绝大部分工作场合可以承受自身因工作带来的力矩，例如消防机器人在工作时射出水流自身也受到反作用力，低矮长的设计可以在不安装辅助装置的情况下有效抵消使其倾翻的力矩。该底盘高度降低的同时体积也有所减小，有利于小型勘探车等穿越狭隘地形。对于小型机器人时常要求自身体积小重量轻，但是又要具备足够的抗倾覆能力，因而该底盘适用于小型机器人。（四）由于采用推轴滑块来控制履带轮的移动，则整体上相比于绕定点旋转的拨叉节省了大量空间。整体动力切换部分结构紧凑，内部空间占用比较小，非常适用于小体型机器人减少自身体积，避免了的底部空间的浪费。整体结构中没有微小部件，将会使得自身工作寿命更长，能够携带更大的载体。这样的直线式运动可以采用液压驱动，液压驱动不仅所需体积小而且驱动能力大。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为本发明采用轮式底盘时的整体结构示意图。

图2为本发明采用轮式底盘俯视结构示意图。

图3为本发明采用轮式底盘侧视结构示意图。

图4为本发明采用履式底盘时的整体结构示意图。

图5为本发明采用履式底盘俯视结构示意图。

图6为本发明采用履式底盘侧视结构示意图。

图7为本发明采用轮式底盘仰视结构示意图。

图8为本发明轮履切换装置的机构示意图。

附图标记说明：1-履带；2-可变形轮毂；3-轮毂液压杆；4-浮条；5-车轴联结器；6-履带轮；7-推轴滑块；8-前摇杆；9-前履带轮；10-前轮支撑杆；11-前轮；12-主车轴；13-前车轴；14-后车轴；15-主轴齿轮；16-前轴齿轮；17-定轴轮系；18-丝杠；19-皮带；20-驱动电机；21-联结器推动板；22–导轨；23-丝杠驱动器；24-车架；25-二级液压杆； 26-三级液压杆。

具体实施方式

下面结合实例及附图对本发明做进一步详细说明。

图1所示，本发明一种可轮履变换的底盘，包括了轮毂变形部、动力切换部、前摇杆部。

图1和图4所示，前摇杆部主要由前摇杆8、前履带轮9、前轮支撑杆10和前轮11组成，前摇杆8可在舵机驱动下上下摆动，前履带轮9与前摇杆8为销连接，前轮11和前轮支撑杆10销连接，前轮支撑杆10连接在固定在前履带轮上的舵机可以上下摆动。

图8所示，包括了可变形轮毂2、浮条4、车轴联结器5、主车轴12、联结器推动板21、三级液压杆26等部件，为轮毂变形部的重要部件，其中主车轴12通过销连接在车架24上，车轴联结器5通过滑块连接连接在主车轴12上，可变形轮毂2通过浮条4与车轴联结器5刚性连接，当车轴联结器5在主车轴12上滑动时被浮条4带动而变形，当车轴联结器5被三级液压杆26推向最远端（靠近可变形轮毂2）时，自身通过主车轴12上的键与自身的键槽和主车轴12实现刚性连接，此时可变形轮毂2为轮式，且随主车轴12转动。当车轴联结器向主车轴12中电靠近时，键与槽相互退出，此时主车轴12与车轴联结器5为圆柱连接，主车轴12转动，但可变形轮毂2以及车轴联结器5不转动，即车轴联结器5与主车轴12处于相对滑动。

所述的推轴连接器5靠近主车轴12外端面时是通过键固定连接在一起可以转动，退回至靠近主车轴12中点时可以相对滑动。

图1所示，为轮式状态下该底盘的形态。动力切换部主要由履带轮6、推轴滑块7、主车轴12、前车轴13、后车轴14、主轴齿轮15、前轴齿轮16、定轴轮系17、丝杠18、导轨22、丝杠驱动器23和二级液压杆25组成。图1所示为轮式，此时主轴齿轮15刚性连接在主车轴12上，二级液压杆25固定连接在车架24上，与二级液压杆25相连接的为推轴滑块7，其中推轴滑块7与履带轮6、前车轴13和后车轴14相连接，前车轴13和前轴齿轮16固定连接在一起。此时整个推轴滑块7处在最靠近主轴齿轮15的位置（即二级液压杆25收缩状态）并且齿轮组17在靠近整车中轴线初（即此时两个齿轮组17夹在两个前轴齿轮16里面），动力从驱动电机20由皮带19传动到主车轴12，主轴齿轮15和主车轴12一同转动，但此时前轴齿轮16没有与主轴齿轮16啮合，因此动力只传送至轮毂变形部。

所述的推轴滑块7分为前后两个，前面的推轴滑块7与前车轴13和靠前的履带轮6相连接，后面的推轴滑块7与后车轴14和靠后的履带轮6相连接。

所属的前轴齿轮16刚性连接在前车轴13上。

图4所示，为履式状态下该底盘的形态。此时动力切换部各部件已经由轮式输出切换为履式输出。在轮式的基础上，动力切换部中的二级液压杆25此时将推轴滑块7推至最大处，一侧的前后两个履带轮6此时与履带1紧密贴合，此时的前轴齿轮16和主轴齿轮15相距最远，此时的前轴齿轮16与主轴齿轮15与齿轮组17啮合（轮式状态下齿轮组17在前轴齿轮16内侧靠近车轴中线，此时的齿轮组17是被丝杠驱动器23经丝杠18沿导轨22带动横向移动至当前位置）。当前状态下，动力仍从驱动电机20经皮带19传送至主车轴12，但由于轮毂变形部此时已从轮式变为履式，车轴联结器5与主车轴12处于相对滑动，动力无法传达到可变形轮毂2，只能沿主轴齿轮15到齿轮组17然后经前轴齿轮16和前车轴13传递到履带轮6，进而实现了动力切换。

图1、2、3所示，为一种可轮履变换的底盘轮式形态，此处将结合附图（1~8）详细介绍动力切换部从轮式输出状态切换到履式输出状态，该底盘是以车架24为骨架，驱动电机20固定安装在车架24上，通过皮带19将动力传送至主车轴12，主车轴12固定在车架24上，轮式状态下主轴齿轮15没有与前轴齿轮16接触啮合，此时前轴齿轮16和推轴滑块7因为二级液压杆25处于收缩态而在靠近主轴齿轮15的位置，以及此时的两组齿轮组17处于最靠近的状态，即远离主轴齿轮15，轮式状态下三级液压杆26推动联结器推动板21，联结器推动板21推动车轴联结器5，车轴联结器5的槽此时与主车轴12上的键啮合，同主轴一同转动，轮式状态下，轮毂液压杆3收缩至最短，此时可变形轮毂2处于轮式状态（如图3）。该机构可以通过一系列电机驱动和液压杆调节转变为履式形态（参考图4，5，6），此时轮毂液压杆3伸长，导致可变形轮毂2变形（可参考图3，6），此时二级液压杆25双向背向推动两履带轮6，三级液压杆26收缩，带动联结器推动板21和车轴联结器5脱离主轴上的键，进而轮毂失去动力，主车轴12处于空转，二级液压杆25将推动推轴滑块7和前轴齿轮16到最远位置，与此同时定轴轮系17依靠丝杠18转动驱动由远离主轴齿轮15的位置向靠近主轴齿轮15的位置移动与主轴齿轮15和前轴齿轮16完成啮合，此时，主轴齿轮15带动前轴齿轮16转动，即此时驱动电机20动力转移至履带轮6，在内部转变的同时，前摇杆8保持不动，但前轮11支撑杆10依靠内部自带舵机转动收起前轮11（参考图6），整个由履式形体转变为轮式形态改变至此结束。由轮式转变为履式的过程中即将上述过程的逆过程。两种形态下，都是通过一台驱动电机20驱动，所以动力上只需一台一台电机满足即可，变形以及其过程都没有过分拉伸履带，既降低了履带要求又延长了履带寿命。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种可轮履变换的底盘，其特征在于：

包括车架（24）、轮履动力切换部以及轮履变换部；

所述轮履动力切换部包括：车轴联结器（5）、推轴滑块（7）、主车轴（12）、主轴齿轮（15）、前轴齿轮（16）、定轴轮系（17）、丝杠（18）、驱动电机（20）、导轨（22）、丝杠驱动器（23）；其中由所述驱动电机（20）驱动所述主车轴（12）上的所述主轴齿轮（15）转动，所述前轴齿轮（16）与所述主轴齿轮（15）的啮合通过所述导轨（22）上的所述定轴轮系（17）来进行连接，在这过程中需要所述丝杠驱动器（23）来驱动所述定轴轮系（17）来进行啮合，并且所述前轴齿轮（16）的位置调整也是通过所述推轴滑块（7）来进行调整，完成动力输出切换，其中所述车轴联结器（5）通过键槽与所述主车轴（12）相连接，当型态为履式时所述车轴联结器（5）与所述主车轴（12）相脱离使得所述主车轴（12）将动力只输出到履带轮（6）上；所述轮履变换部包括：履带（1）、可变形轮毂（2）、轮毂液压杆（3）、浮条（4）、所述车轴联结器（5）、所述履带轮（6）、所述主车轴（12）；所述履带（1）紧贴所述可变形轮毂（2），所述可变形轮毂（2）通过轮毂液压杆的伸缩进行变形，所述履带（1）在履式状态下通过所述履带轮（6）带动，所述浮条（4）负责支撑所述可变形轮毂（2），并且其动力来源通过所述车轴联结器（5）来传输给所述浮条（4），所述车轴联结器（5）与所述主车轴（12）通过键槽连接，当底盘转换为履式状态时，所述车轴联结器（5）与所述主车轴（12）相脱离使得轮式轮毂失去动力，进而通过齿轮啮合将动力输送到所述履带轮（6）上，完成形态的切换。

2.根据权利要求1所述的一种可轮履变换的底盘，其特征在于：所述轮履动力切换装置，利用所述主轴齿轮（15）、所述前轴齿轮（16）之间通过所述齿轮组（17）进行啮合，所述齿轮组（17）通过所述丝杠（18）、所述导轨（22）和所述丝杠驱动器（23）来调节位置，同时所述前轴齿轮（16）通过二级液压杆（25）和所述推轴滑块（7）控制，所述二级液压杆（25）、所述导轨（22）和所述丝杠驱动器（23）均固定安装在车架（24）上。

3.根据权利要求1所述的一种可轮履变换的底盘，其特征在于：所述可变形轮毂（2）的变形结构由所述主车轴（12）末端上的键和所述车轴联结器（5）上的键槽连接传动。

4.根据权利要求1的一种可轮履变换的底盘，其特征在于：前摇杆（8）、前履带轮（9）、前支撑杆（10）和前轮（11）组成可上下摇摆的机械臂。

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