CN113734307B - 用于行走机器人的动力部件及行走姿态可调机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于行走机器人的动力部件及行走姿态可调机器人，所述动力部件包括行星减速器，所述行星减速器的行星架上还固定有第二卡盘，行星减速器的太阳轮上固定有第一卡盘，还包括锁定件，所述锁定件包括安装座、其上同轴设置有蜗杆的蜗杆轴、第二卡爪；第二卡爪上还设置有蜗轮；所述第二卡爪可在蜗杆对蜗轮的驱动下，相对于安装座产生位于第一卡盘和第二卡盘之间的横向移动。所述机器人采用所述动力部件。采用本方案提供的技术方案，可简化机器人动力结构的复杂程度和重量，提高行走机器人行走姿态切换位置精度。

Description

用于行走机器人的动力部件及行走姿态可调机器人

技术领域

本发明涉及运动装置技术领域，特别是涉及一种用于行走机器人的动力部件及行走姿态可调机器人。

背景技术

拆弹排雷、地震救援、矿难搜救、丛林作战等任务中，地形环境复杂，作业条件艰苦，传统的作业方式通常是由人员直接作业，经常会造成人员伤亡、损失巨大，同时，野外作业需要携带大量的仪器设备，任务负载较重，而人员负载能力有限，故传统作业方式极大地限制了单次的任务效益。

以现有行走机器人为例，现有技术中，可自主运行的移动设备被广泛运用于执行各种任务，且随着与之配套的运动系统多样化和控制技术的发展，在军用、民用领域，这些移动设备均以具有人员直接作业无法比拟的优势在逐渐替代传统人工作业。

为适应多地形任务，近年来我国的轮履腿(行走轮、履带、支腿)复合式运动平台/移动机构/机器人结构多样，具体如专利申请申请号为：CN201310625042.X、CN201510819928.7、CN201922490199.1、CN201710310946.1等技术方案提供的运动平台/移动机构/机器人。

对多地形适应性运动平台/移动机构/机器人的结构进行进一步研究和优化，无疑会推进我国机器人技术的进一步发展。

发明内容

针对上述提出的对多地形适应性运动平台/移动机构/机器人的结构进行进一步研究和优化，无疑会推进我国机器人技术的进一步发展的技术问题，本发明提供了一种用于行走机器人的动力部件及行走姿态可调机器人。采用本方案提供的技术方案，可简化机器人动力结构的复杂程度和重量，提高行走机器人行走姿态切换位置精度。

针对上述问题，本发明提供的用于行走机器人的动力部件及行走姿态可调机器人通过以下技术要点来解决问题：用于行走机器人的动力部件，包括行星减速器，所述行星减速器的行星架上还固定有与行星架同轴的第二卡盘，行星减速器的太阳轮上固定有与太阳轮同轴的第一卡盘，还包括分别用于实现第一卡盘和第二卡盘转动锁定的锁定件，所述锁定件包括安装座、其上同轴设置有蜗杆且可转动安装于安装座上的蜗杆轴、设置在第一卡盘与第二卡盘之间且呈杆状的第二卡爪；

所述第二卡爪螺纹连接在安装座上，第二卡爪上还设置有与所述蜗杆相啮合的蜗轮；

所述第二卡爪可在蜗杆对蜗轮的驱动下，相对于安装座产生位于第一卡盘和第二卡盘之间的横向移动；

所述横向移动满足：在第二卡爪的正、反转过程中，根据第二卡爪的旋转方向，所述螺纹连接引导第二卡爪的端部运动并挤压于第一卡盘的端面上或第二卡盘的端面上。

现有技术中，如申请号为CN202010458752.8提供的技术方案，其提供了高集成度、结构紧凑的技术方案。针对具体传动链路的切换，其提供了一种通过使用互斥式止锁装置实现不同传动链路切换的具体技术方案。

以上提供的技术方案中，涉及互斥式止锁装置的运用，具体公开了通过行星减速器，可使得来源于驱动电机的动力可分别作用于轮式行走、腿式行走的技术启示。

但在具体运用时，以上方案的具体原理为：通过蜗轮蜗杆传动，使得互斥式止锁装置上的止锁部件横跨在车轮制动盘或小腿臂制动盘的外缘端，通过止锁部件受剪实现止锁。同时在具体结构设计上，需要在车轮制动盘、小腿臂制动盘上设置如其图4和图5所示的凹槽/缺口，当所述止锁部件插入所述凹槽/缺口中，即可实现相应制动盘的止锁。

本方案考虑到现有技术中相应结构的结构特点，提供了一种基于互斥式止锁装置、行星减速器实现动力分配，以在结构简单、机器人整体重量轻的情况下，不仅能够实现多链路输出以满足机器人不同的驱动需要或行走姿态调整需要，同时通过采用具体结构形式的互斥式止锁装置，达到在不改变现有传统制动盘结构的前提下，能够使得机器人停留在任意位置的技术方案。

具体的，本方案中，所述锁定件即为所述的互斥式止锁装置，所述第一卡盘、第二卡盘即为动力部件上的制动盘。所述安装座作为蜗杆轴、第二卡爪的连接座，如设置为安装座位于蜗杆轴的端部，且蜗杆轴通过滚动轴承可转动安装于安装座上，达到通过安装座约束蜗杆轴上蜗杆在空间中具体位置的目的。进一步的，设置为还包括第二卡爪、所述第二卡爪螺纹连接在安装座上、第二卡爪上还设置有与所述蜗杆相啮合的蜗轮、第二卡爪可在蜗杆对蜗轮的驱动下，相对于安装座产生位于第一卡盘和第二卡盘之间的横向移动，这样，相对于安装座，第二卡爪为一根丝杠螺杆，根据蜗杆轴的旋转方向，第二卡爪在正、反转过程中，以上连接螺纹引导第二卡爪向左侧运动或右侧运动，通过第二卡爪运动至与第一卡盘、第二卡盘的端部接触时，加载的所述端部的正压力产生的摩擦力可实现对应第一卡盘、第二卡盘的止锁，而达到调整行星减速器动力输出分配的目的。

本方案通过第二卡爪向对应卡盘的端部施加压力实现对应卡盘的制动，区别于现有技术，本方案在具体运用时，如太阳轮、行星架分别用于驱动机器人履带行走、轮式行走、腿式行走中的其中一个，考虑机器人如履带行走、轮式行走、腿式行走的具体行走姿态切换位置和调整位置时，通过控制蜗杆旋转角度控制第二卡爪施加在对应卡盘上制动力的大小，可达到姿态切换位置、调整位置发生在机器人行走轨迹上的任意位置。

本方案通过采用特定形式的互斥式止锁装置，能够适用于现有制动盘的一般设置形式，故本方案还具有通用性强、便于实施的特点。

作为本领域技术人员，在具体运用时，如设置为第二卡爪的长度方向和运动方向均沿着任意卡盘的轴线方向，且第二卡爪的长度小于第一卡盘和第二卡盘之间间隙的宽度，第二卡爪与固定座的配合关系满足通过所述螺纹连接和第二卡爪旋转，第二卡爪能够在所述螺纹连接的引导下作用，第二卡爪向一侧运动作用在第一卡盘内侧的端面上，第二卡爪向另一侧运动作用在第二卡盘内侧的端面上即可。

更进一步的的技术方案为：

作为一种在实现第一卡盘、第二卡盘制动时，能够通过相应卡盘两侧受力，避免因为制动导致相应卡盘在制动过程中产生变形甚至产生永久变形，为相应卡盘提供足够制动力的技术方案，设置为：所述锁定件还包括第一卡爪，所述第一卡爪安装于安装座上且第一卡爪上还设置有缺口；

所述第一卡盘和第二卡盘均局部嵌入所述缺口中；

所述第二卡爪的一端与所述缺口的一侧正对，所述第二卡爪的另一端与所述缺口的另一侧正对；

第一卡盘和第二卡盘两者均可被夹持在所述缺口的侧面与第二卡爪的端面围成的间隙内。本方案在具体运用时，所述第一卡爪与第二卡爪相互配合，针对所述两者中的任意一者，当第二卡爪向该者所在侧运动并正压于该者上后，通过第一卡爪为该者的背面(外侧面)提供支撑，达到实现卡盘两侧均受到正压力、避免因为制动导致相应卡盘在制动过程中产生变形甚至产生永久变形的目的。为减小或避免第一卡盘、第二卡盘在制动时产生变形，可采用第一卡爪的上缺口其中一侧的侧面始终与第一卡盘的外侧面相贴、第一卡爪的上缺口另一侧的侧面始终与第二卡盘的外侧面相贴的实现形式，但此实现形式对第一卡盘和第二卡盘的安装精度提出了较高的要求：需要安装为第一卡盘和第二卡盘外侧面之间的距离等于缺口的宽度；也容易造成零部件产生不必要的磨损和能量损耗。故作为其他的实现形式，优选采用如下提供的在蜗杆轴的驱动下，根据蜗杆轴的旋转方向，第一卡爪可向固定侧运动的技术方案。

本方案提供一种更为具体的第一卡爪实现形式：所述第一卡爪为其上设置有多个拐点的弯折杆状结构；

所述缺口位于所述弯折杆状结构的其中一条边上；

所述第一卡爪螺纹连接在安装座上，所述第一卡爪上还固定有与所述蜗杆相啮合的蜗轮；

所述第一卡爪上的蜗轮与第二卡爪上的蜗轮位于蜗杆的一对相对侧上；

在蜗杆轴正、反转的过程中，第一卡爪与安装座之间的连接螺纹可引导第一卡爪沿着太阳轮的轴线平移；

所述平移满足：根据平移方向，针对所述两者中的任意一者，第一卡爪的端部与第二卡爪的端部可同时与所述任意一者的端面接触和脱离。本方案中，通过将第一卡爪设置为杆状结构，可实现动力部件的减重，利于机器人的续航里程、行走能力提升；本方案中，均通过蜗轮蜗杆结构实现蜗杆轴与第一卡爪、蜗杆轴与第二卡爪的传动，故具体传动方案不仅结构简单，同时可在蜗杆轴无约束的情况下，利用蜗轮蜗杆自锁，实现对应卡盘制动状态保持；本方案中，利用连接螺纹实现第一卡爪与安装座的配合，在具体安装时，可通过首先调节第一卡爪与第二卡爪的相对位置，再通过蜗轮蜗杆建立起传动关系，通过采用如相同的连接螺纹分别实现第一卡爪、第二卡爪和安装座上的连接，即可实现相对于任意卡盘，第一卡爪和第二卡爪均可同进退。

以上方案的具体原理为：由于所述第一卡爪上的蜗轮与第二卡爪上的蜗轮位于蜗杆的一对相对侧上，故在蜗杆轴旋转时，第一卡爪与第二卡爪的运动方向相反，这样，设置为在初始状态下第一卡爪与第二卡相对于任意卡盘间距相等即可。

进一步的，由于第一卡爪和第二卡爪在直线运动过程中会发生绕相应螺纹轴线旋转的转动，同时相应卡盘局部需要嵌入到第一卡爪与第二卡爪围成的夹持间隙内，故第一卡爪的设计需要考虑让位功能，这样，第一卡爪在旋转时本身会发生绕对应螺纹轴线的翻转，为使得第一卡爪在蜗杆轴工作的过程中仅发生直线运动，将第一卡爪设置为多段组合式结构：第一卡爪包括用于在其上同轴设置蜗轮和外螺纹的直线段，在所述直线段的两端通过分别通过球头连接一根弯折段，这样，通过弯折段和相对于直线段旋转，使得弯折段能够同步于直线段平移但不产生随直线段的同步旋转，第一卡爪的夹持端为所述弯折段的自由端端部。同理，第二卡爪设置为同轴的多段式结构，如为三段，中间段设置外螺纹用于与安装座螺纹连接并同轴安装蜗轮，两侧的直线段均通过球头与中间段铰接连接。采用以上方案，可有效避免第一卡爪的端部、第二卡爪的端部发生旋转产生不必要的模式。

作为一种采用以上太阳轮、行星轮分别实现机器人履带式行走和轮式行走的具体方案，设置为：包括轮式行走模块及履带式行走模块；

所述轮式行走模块与履带式行走模块两者中的，其中一者通过行星架驱动；另一者通过太阳轮驱动。

作为一种结构简单的具体动力部件设置形式，设置为：所述轮式行走模块包括第一驱动电机、一端连接在第一驱动电机转子上的摆臂、连接在摆臂另一端上的行走轮；

所述行走轮位于第一驱动电机轴线的侧面；

所述履带式行走模块包括第一伸缩件、履带组件，所述履带组件其中一端的履带轮安装在第一伸缩件的伸缩输出端上，所述履带组件另一端的履带轮安装在摆臂上；

所述行走轮的支撑轮面与履带组件上履带的支撑带面相平行；

所述两者中，其中一者用于驱动行走轮转动，另一者用于驱动履带组件上的履带轮转动。现有技术中，为适应具体地形和行走需要，出现了采用行走轮行走、履带行走、腿式行走可切换的机器人。但现有结构设计中，为获得不同的行走姿态，一般需要在机器人上设置单独的，仅能够用于特定行走姿态的结构件。

本方案在满足轮、履带、支腿式行走进行一体化集成的基础上，提供了一种结构更为简单、零部件利用率更高、动力部件形态保持能力更强的技术方案。

具体方案中，通过设置为由动力部件的一端至另一端，依次包括第一驱动电机、摆臂、履带组件及第一伸缩件，即履带组件作为摆臂和第一伸缩件的中间连接件。在具体使用时，动力部件作为机器人的支腿，与机器人的机架连接成四连杆机构，这样：通过第一驱动电机自身或辅助其他角度约束件，约束摆臂和/或第一伸缩件相对于机架的角度；通过第一驱动电机驱动摆臂转动以及第一伸缩件发生主动伸缩，即可使得机器人具有以下形态：

形态一：在摆臂摆动以及第一伸缩件伸缩的过程中，通过履带组件两端分别相对于摆臂、第一伸缩件摆动，使得行走轮的轮面位于履带组件上履带支撑面的下方，此时通过驱动行走轮转动，即可使得机器人处于轮式行走的支撑状态；

状态二：在摆臂摆动以及第一伸缩件伸缩的过程中，通过履带组件两端分别相对于摆臂、第一伸缩件摆动，使得行走轮的轮面位于履带组件上履带支撑面的上方，且通过对履带倾斜角度的控制，使得机器人处于履带支撑和履带行走的状态；

状态三：在摆臂摆动以及第一伸缩件伸缩的过程中，通过履带组件两端分别相对于摆臂、第一伸缩件摆动，使得行走轮的轮面位于履带组件上履带支撑面的上方，且通过对履带倾斜角度的控制(此状态下履带的倾斜角度大于状态二情况下履带的支撑角度)，使得机器人在第一伸缩件的下端形成支撑，机器人处于腿式行走的状态。

同时以上三个状态下，通过对摆臂倾斜角度的控制，可使得机器人的重心高度可调，以平衡机器人在当前地形下行走速度、通过能力的关系。如：

在状态一下，机器人行走于平坦、坚硬的地面上时，通过第一驱动电机带动摆臂转动，使得机器人具有较低的重心，以在机器人能够平稳行进的前提下，获得较快的行走速度；当前方存在障碍物时，通过第一驱动电机带动摆臂转动，使得机架被高位支撑，在获得障碍物通过能力后，通过降低行走速度，保证机器人运行的平稳性。

在状态二下，机器人行走于泥泞松软的地面上时，通过控制摆臂的角度、第一伸缩件的伸长量和角度，亦可调整履带在地面上的支撑形态。

在状态三下，机器人行走于坑洼的地面上时，通过控制摆臂的角度、第一伸缩件的伸长量和角度，亦可调机架的被支撑高度。

同时在以上状态一、状态二和状态三下，具体动力部件形态调整可以第一驱动电机和/或第一伸缩件作为动力源，状态一和状态二行走动力可来源于与履带组件、行走轮可传动连接的第二驱动电机，状态三行走动力可来源于第一伸缩件和/或第一驱动电机。故本动力部件的形态调整动力和行走动力来源可为多源和多样。

本方案中，在任意状态和任意支撑高度下，能够匹配机架形成多连杆机构的动力部件的形状保持可受限于第一伸缩件和摆臂，故区别于现有技术，本方案提供的动力部件具有更好的形状保持能力；

本方案中，在任意状态和任意支撑高度下，能够匹配机架形成多连杆机构的动力部件的具体支撑可同时受限于第一伸缩件和摆臂，故区别于现有技术，本方案提供的动力部件具有更好的机架支撑能力；

本方案中，在任意状态和任意支撑高度下，形状保持和支撑保持第一伸缩件和摆臂均可发生作用，相对于如现有技术中采用单独的悬臂杆实现腿式行走等方案，本方案还具有零件利用率高的特点。此特点便于使得机器人具有更强的行走续航能力和弹跳能力。

同时本方案结构简单，制造成本低。

在具体运用时，为简化结构、便于制造和控制，以上第一驱动电机采用关节驱动电机，所述第一伸缩件采用气缸。为实现机器人的轻载和弹跳力输出时的高爆发，第一伸缩件的气体动力来源可来源于压缩气瓶、汽油内燃气排气。更优的，针对履带组件设计，为使得履带组件在状态二下具有更好的抓地力，设置为在履带组件上包括数量大于2，且作为负重轮和拖带轮的多个履带轮，履带处于下方的带段被处于履带组件两端之间的履带轮约束为具有向下凸出的拐点。以上拐点用于改变所述带段的支撑面方向，以在摆臂摆动和第一伸缩杆长度改变过程中，使得履带不局限于为依靠摆臂和第一伸缩件的两端张设形式，达到获得更大触地面积的目的。

完成机器人姿态和状态调整后，可利用以上行星减速器的输出端为行走轮、履带提供驱动力。以上姿态和状态调整也可以发生在机器人行走过程中。

作为一种包括动力源的具体动力部件实现形式，设置为：还包括第二驱动电机；

所述行星减速器还包括主动齿轮及行星轮，所述行星轮的内、外侧分别与主动齿轮、太阳轮齿啮合；

所述摆臂上的履带轮与行走轮两者中，其中一者同轴连接于太阳轮上，另一者同轴连接于行星架上。作为本领域技术人员，所述履带轮与行走轮与行星减速器的连接亦可通过中间件传递驱动力，如采用带传动、轴传动、齿传动等，以上方案实际上为一种考虑机器人重量的具体设置形式。

为使得以上动力部件具有转角可靠的转向功能，设置为：还包括固定连接于第一驱动电机上的铰接座；

所述铰接座上设置有转动关节，所述第一驱动电机可绕所述转动关节产生如下形式的转动：第一驱动电机的转动轴线与第一驱动电机的轴线垂直。本方案中，所述铰接座可采用球铰接座亦可采用包括铰接轴的轴铰接座。具体方案中，所述铰接座作为与之连接的第一驱动电机与机架的中间连接件，通过推力推动该第一驱动电机绕铰接座转动，即可使得行走轮发生同步于第一驱动电机的旋转，达到行走轮转向驱动目的。与本方案匹配的，针对通过履带组件与可旋转行走轮相连的第一伸缩件，可采用第一伸缩件通过球转动关节与机架相连，亦可采用第一伸缩件本身为可旋转气缸的方式来匹配在铰接座作用下的摆臂偏转。

为便于控制动力部件左、右转向所需转向力的大小，设置为：还包括用于驱动所述第一驱动电机绕所述转动关节转动的第二伸缩件；

所述转动关节位于第一驱动电机长度方向的中部，所述第二伸缩件为两个，两第二伸缩件相对于转动关节左、右对称铰接于第一驱动电机的壳体上。作为本领域技术人员，以上第二伸缩件在运用于机器人上时，采用球铰接、轴铰接均可达到相应连接目的。在实施具体转向时，如通过左侧的第二伸缩件实现机器人的左转向或右转向，相应的，通过右侧的第二伸缩件实现机器人的右转向或左转向。区别于采用一个第二伸缩件，可有效避免出现转向力臂差异问题。

为获得机器人稳定的支撑形态，在状态一和状态三下，一般采用机器人为四点支撑，如现有技术中广泛采用的四轮支撑和四腿支撑，现有技术中也包括采用三轮支撑的技术方案，但一般情况下机器人后侧包括两个支撑轮，为使得单个动力部件能够运用于机器人前侧或后侧单侧支撑，设置为：所述第一驱动电机的两端均连接有摆臂，两摆臂相互平行，各摆臂的另一端上均连接有行走轮，各摆臂均通过单独的履带组件连接有单独的第一伸缩件。

本方案还公开了一种行走姿态可调机器人，包括以上提出的动力部件，所述动力部件上的太阳轮和行星架均作为机器人行走动力的动力输入端。本机器人为基于所述动力部件的具体运用，采用本方案，在行星架的输入端设置一个动力输入源的情况下，通过所述动力部件进行动力分配或传递链路调整后，可用于驱动机器人不同行走姿态的驱动需要。采用以上动力部件的机器人，可在机器人行进路径上的任意位置实现所述行走姿态调整、同时本方案还具有便于实施的特点。

本发明具有以下有益效果：

本方案提供了一种用于行走机器人的动力部件及行走姿态可调机器人，所述机器人为包括所述动力部件的具体运用。

本方案通过第二卡爪向对应卡盘的端部施加压力实现对应卡盘的制动，区别于现有技术，本方案在具体运用时，如太阳轮、行星架分别用于驱动机器人履带行走、轮式行走、腿式行走中的其中一个，考虑机器人如履带行走、轮式行走、腿式行走的具体行走姿态切换位置和调整位置时，通过控制蜗杆旋转角度控制第二卡爪施加在对应卡盘上制动力的大小，可达到姿态切换位置、调整位置发生在机器人行走轨迹上的任意位置。

本方案通过采用特定形式的互斥式止锁装置，能够适用于现有制动盘的一般设置形式，故本方案还具有通用性强、便于实施的特点。

附图说明

图1为本方案所述的机器人一个具体实施例的结构示意图，该示意图为机器人的立体结构示意图；

图2为本方案所述的机器人一个具体实施例的结构示意图，第二驱动电机关联行走轮驱动、履带组件驱动的具体动力传递链路示意图；

图3为本方案所述的轮系系统一个具体实施例的结构示意图，反应第二驱动电机关联行走轮驱动、履带组件驱动的具体动力传递链路控制的局部结构示意图。

附图中的附图标记分别为：1、机架，2、第一驱动电机，3、摆臂，4、第一伸缩件，5、履带组件，6、行走轮，7、第二驱动电机，8、第二伸缩件，9、铰接座，10，主动齿轮，11、行星轮，12、太阳轮，13、第一卡盘，14、锁定件，15、第二卡盘，16、行星架，17、蜗杆轴，18、第一卡爪，19、第二卡爪，20、安装座，21、蜗轮。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明不仅限于以下实施例：

实施例1：

如图1至图3所示，用于行走机器人的动力部件，包括行星减速器，所述行星减速器的行星架16上还固定有与行星架16同轴的第二卡盘15，行星减速器的太阳轮12上固定有与太阳轮12同轴的第一卡盘13，还包括分别用于实现第一卡盘13和第二卡盘15转动锁定的锁定件14，所述锁定件14包括安装座20、其上同轴设置有蜗杆且可转动安装于安装座20上的蜗杆轴17、设置在第一卡盘13与第二卡盘15之间且呈杆状的第二卡爪19；

所述第二卡爪19螺纹连接在安装座20上，第二卡爪19上还设置有与所述蜗杆相啮合的蜗轮21；

所述第二卡爪19可在蜗杆对蜗轮21的驱动下，相对于安装座20产生位于第一卡盘13和第二卡盘15之间的横向移动；

所述横向移动满足：在第二卡爪19的正、反转过程中，根据第二卡爪19的旋转方向，所述螺纹连接引导第二卡爪19的端部运动并挤压于第一卡盘13的端面上或第二卡盘15的端面上。

现有技术中，如申请号为CN202010458752.8提供的技术方案，其提供了高集成度、结构紧凑的技术方案。针对具体传动链路的切换，其提供了一种通过使用互斥式止锁装置实现不同传动链路切换的具体技术方案。

以上提供的技术方案中，涉及互斥式止锁装置的运用，具体公开了通过行星减速器，可使得来源于驱动电机的动力可分别作用于轮式行走、腿式行走的技术启示。

但在具体运用时，以上方案的具体原理为：通过蜗轮21蜗杆传动，使得互斥式止锁装置上的止锁部件横跨在车轮制动盘或小腿臂制动盘的外缘端，通过止锁部件受剪实现止锁。同时在具体结构设计上，需要在车轮制动盘、小腿臂制动盘上设置如其图4和图5所示的凹槽/缺口，当所述止锁部件插入所述凹槽/缺口中，即可实现相应制动盘的止锁。

本方案考虑到现有技术中相应结构的结构特点，提供了一种基于互斥式止锁装置、行星减速器实现动力分配，以在结构简单、机器人整体重量轻的情况下，不仅能够实现多链路输出以满足机器人不同的驱动需要或行走姿态调整需要，同时通过采用具体结构形式的互斥式止锁装置，达到在不改变现有传统制动盘结构的前提下，能够使得机器人停留在任意位置的技术方案。

具体的，本方案中，所述锁定件14即为所述的互斥式止锁装置，所述第一卡盘13、第二卡盘15即为动力部件上的制动盘。所述安装座20作为蜗杆轴17、第二卡爪19的连接座，如设置为安装座20位于蜗杆轴17的端部，且蜗杆轴17通过滚动轴承可转动安装于安装座20上，达到通过安装座20约束蜗杆轴17上蜗杆在空间中具体位置的目的。进一步的，设置为还包括第二卡爪19、所述第二卡爪19螺纹连接在安装座20上、第二卡爪19上还设置有与所述蜗杆相啮合的蜗轮21、第二卡爪19可在蜗杆对蜗轮21的驱动下，相对于安装座20产生位于第一卡盘13和第二卡盘15之间的横向移动，这样，相对于安装座20，第二卡爪19为一根丝杠螺杆，根据蜗杆轴17的旋转方向，第二卡爪19在正、反转过程中，以上连接螺纹引导第二卡爪19向左侧运动或右侧运动，通过第二卡爪19运动至与第一卡盘13、第二卡盘15的端部接触时，加载的所述端部的正压力产生的摩擦力可实现对应第一卡盘13、第二卡盘15的止锁，而达到调整行星减速器动力输出分配的目的。

本方案通过第二卡爪19向对应卡盘的端部施加压力实现对应卡盘的制动，区别于现有技术，本方案在具体运用时，如太阳轮12、行星架16分别用于驱动机器人履带行走、轮式行走、腿式行走中的其中一个，考虑机器人如履带行走、轮式行走、腿式行走的具体行走姿态切换位置和调整位置时，通过控制蜗杆旋转角度控制第二卡爪19施加在对应卡盘上制动力的大小，可达到姿态切换位置、调整位置发生在机器人行走轨迹上的任意位置。

本方案通过采用特定形式的互斥式止锁装置，能够适用于现有制动盘的一般设置形式，故本方案还具有通用性强、便于实施的特点。

作为本领域技术人员，在具体运用时，如设置为第二卡爪19的长度方向和运动方向均沿着任意卡盘的轴线方向，且第二卡爪19的长度小于第一卡盘13和第二卡盘15之间间隙的宽度，第二卡爪19与固定座的配合关系满足通过所述螺纹连接和第二卡爪19旋转，第二卡爪19能够在所述螺纹连接的引导下作用，第二卡爪19向一侧运动作用在第一卡盘13内侧的端面上，第二卡爪19向另一侧运动作用在第二卡盘15内侧的端面上即可。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上做进一步完善和优化：

作为一种在实现第一卡盘13、第二卡盘15制动时，能够通过相应卡盘两侧受力，避免因为制动导致相应卡盘在制动过程中产生变形甚至产生永久变形，为相应卡盘提供足够制动力的技术方案，设置为：所述锁定件14还包括第一卡爪18，所述第一卡爪18安装于安装座20上且第一卡爪18上还设置有缺口；

所述第一卡盘13和第二卡盘15均局部嵌入所述缺口中；

所述第二卡爪19的一端与所述缺口的一侧正对，所述第二卡爪19的另一端与所述缺口的另一侧正对；

第一卡盘13和第二卡盘15两者均可被夹持在所述缺口的侧面与第二卡爪19的端面围成的间隙内。本方案在具体运用时，所述第一卡爪18与第二卡爪19相互配合，针对所述两者中的任意一者，当第二卡爪19向该者所在侧运动并正压于该者上后，通过第一卡爪18为该者的背面(外侧面)提供支撑，达到实现卡盘两侧均受到正压力、避免因为制动导致相应卡盘在制动过程中产生变形甚至产生永久变形的目的。为减小或避免第一卡盘13、第二卡盘15在制动时产生变形，可采用第一卡爪18的上缺口其中一侧的侧面始终与第一卡盘13的外侧面相贴、第一卡爪18的上缺口另一侧的侧面始终与第二卡盘15的外侧面相贴的实现形式，但此实现形式对第一卡盘13和第二卡盘15的安装精度提出了较高的要求：需要安装为第一卡盘13和第二卡盘15外侧面之间的距离等于缺口的宽度；也容易造成零部件产生不必要的磨损和能量损耗。故作为其他的实现形式，优选采用如下提供的在蜗杆轴17的驱动下，根据蜗杆轴17的旋转方向，第一卡爪18可向固定侧运动的技术方案。

实施例3：

本实施例在实施例2的基础上做进一步完善和优化：

本实施例提供一种更为具体的第一卡爪18实现形式：所述第一卡爪18为其上设置有多个拐点的弯折杆状结构；

所述缺口位于所述弯折杆状结构的其中一条边上；

所述第一卡爪18螺纹连接在安装座20上，所述第一卡爪18上还固定有与所述蜗杆相啮合的蜗轮21；

所述第一卡爪18上的蜗轮21与第二卡爪19上的蜗轮21位于蜗杆的一对相对侧上；

在蜗杆轴17正、反转的过程中，第一卡爪18与安装座20之间的连接螺纹可引导第一卡爪18沿着太阳轮12的轴线平移；

所述平移满足：根据平移方向，针对所述两者中的任意一者，第一卡爪18的端部与第二卡爪19的端部可同时与所述任意一者的端面接触和脱离。本方案中，通过将第一卡爪18设置为杆状结构，可实现动力部件的减重，利于机器人的续航里程、行走能力提升；本方案中，均通过蜗轮21蜗杆结构实现蜗杆轴17与第一卡爪18、蜗杆轴17与第二卡爪19的传动，故具体传动方案不仅结构简单，同时可在蜗杆轴17无约束的情况下，利用蜗轮21蜗杆自锁，实现对应卡盘制动状态保持；本方案中，利用连接螺纹实现第一卡爪18与安装座20的配合，在具体安装时，可通过首先调节第一卡爪18与第二卡爪19的相对位置，再通过蜗轮21蜗杆建立起传动关系，通过采用如相同的连接螺纹分别实现第一卡爪18、第二卡爪19和安装座20上的连接，即可实现相对于任意卡盘，第一卡爪18和第二卡爪19均可同进退。

以上方案的具体原理为：由于所述第一卡爪18上的蜗轮21与第二卡爪19上的蜗轮21位于蜗杆的一对相对侧上，故在蜗杆轴17旋转时，第一卡爪18与第二卡爪19的运动方向相反，这样，设置为在初始状态下第一卡爪18与第二卡相对于任意卡盘间距相等即可。

进一步的，由于第一卡爪18和第二卡爪19在直线运动过程中会发生绕相应螺纹轴线旋转的转动，同时相应卡盘局部需要嵌入到第一卡爪18与第二卡爪19围成的夹持间隙内，故第一卡爪18的设计需要考虑让位功能，这样，第一卡爪18在旋转时本身会发生绕对应螺纹轴线的翻转，为使得第一卡爪18在蜗杆轴17工作的过程中仅发生直线运动，将第一卡爪18设置为多段组合式结构：第一卡爪18包括用于在其上同轴设置蜗轮21和外螺纹的直线段，在所述直线段的两端通过分别通过球头连接一根弯折段，这样，通过弯折段和相对于直线段旋转，使得弯折段能够同步于直线段平移但不产生随直线段的同步旋转，第一卡爪18的夹持端为所述弯折段的自由端端部。同理，第二卡爪19设置为同轴的多段式结构，如为三段，中间段设置外螺纹用于与安装座20螺纹连接并同轴安装蜗轮21，两侧的直线段均通过球头与中间段铰接连接。采用以上方案，可有效避免第一卡爪18的端部、第二卡爪19的端部发生旋转产生不必要的模式。

实施例4：

本实施例在实施例1的基础上做进一步完善和优化：

作为一种采用以上太阳轮12、行星轮11分别实现机器人履带式行走和轮式行走的具体方案，设置为：包括轮式行走模块及履带式行走模块；

所述轮式行走模块与履带式行走模块两者中的，其中一者通过行星架16驱动；另一者通过太阳轮12驱动。

实施例5：

本实施例在实施例4的基础上做进一步完善和优化：

作为一种结构简单的具体动力部件设置形式，设置为：所述轮式行走模块包括第一驱动电机2、一端连接在第一驱动电机2转子上的摆臂3、连接在摆臂3另一端上的行走轮6；

所述行走轮6位于第一驱动电机2轴线的侧面；

所述履带式行走模块包括第一伸缩件4、履带组件5，所述履带组件5其中一端的履带轮安装在第一伸缩件4的伸缩输出端上，所述履带组件5另一端的履带轮安装在摆臂3上；

所述行走轮6的支撑轮面与履带组件5上履带的支撑带面相平行；

所述两者中，其中一者用于驱动行走轮6转动，另一者用于驱动履带组件5上的履带轮转动。现有技术中，为适应具体地形和行走需要，出现了采用行走轮6行走、履带行走、腿式行走可切换的机器人。但现有结构设计中，为获得不同的行走姿态，一般需要在机器人上设置单独的，仅能够用于特定行走姿态的结构件。

本方案在满足轮、履带、支腿式行走进行一体化集成的基础上，提供了一种结构更为简单、零部件利用率更高、动力部件形态保持能力更强的技术方案。

具体方案中，通过设置为由动力部件的一端至另一端，依次包括第一驱动电机2、摆臂3、履带组件5及第一伸缩件4，即履带组件5作为摆臂3和第一伸缩件4的中间连接件。在具体使用时，动力部件作为机器人的支腿，与机器人的机架1连接成四连杆机构，这样：通过第一驱动电机2自身或辅助其他角度约束件，约束摆臂3和/或第一伸缩件4相对于机架1的角度；通过第一驱动电机2驱动摆臂3转动以及第一伸缩件4发生主动伸缩，即可使得机器人具有以下形态：

形态一：在摆臂3摆动以及第一伸缩件4伸缩的过程中，通过履带组件5两端分别相对于摆臂3、第一伸缩件4摆动，使得行走轮6的轮面位于履带组件5上履带支撑面的下方，此时通过驱动行走轮6转动，即可使得机器人处于轮式行走的支撑状态；

状态二：在摆臂3摆动以及第一伸缩件4伸缩的过程中，通过履带组件5两端分别相对于摆臂3、第一伸缩件4摆动，使得行走轮6的轮面位于履带组件5上履带支撑面的上方，且通过对履带倾斜角度的控制，使得机器人处于履带支撑和履带行走的状态；

状态三：在摆臂3摆动以及第一伸缩件4伸缩的过程中，通过履带组件5两端分别相对于摆臂3、第一伸缩件4摆动，使得行走轮6的轮面位于履带组件5上履带支撑面的上方，且通过对履带倾斜角度的控制(此状态下履带的倾斜角度大于状态二情况下履带的支撑角度)，使得机器人在第一伸缩件4的下端形成支撑，机器人处于腿式行走的状态。

同时以上三个状态下，通过对摆臂3倾斜角度的控制，可使得机器人的重心高度可调，以平衡机器人在当前地形下行走速度、通过能力的关系。如：

在状态一下，机器人行走于平坦、坚硬的地面上时，通过第一驱动电机2带动摆臂3转动，使得机器人具有较低的重心，以在机器人能够平稳行进的前提下，获得较快的行走速度；当前方存在障碍物时，通过第一驱动电机2带动摆臂3转动，使得机架1被高位支撑，在获得障碍物通过能力后，通过降低行走速度，保证机器人运行的平稳性。

在状态二下，机器人行走于泥泞松软的地面上时，通过控制摆臂3的角度、第一伸缩件4的伸长量和角度，亦可调整履带在地面上的支撑形态。

在状态三下，机器人行走于坑洼的地面上时，通过控制摆臂3的角度、第一伸缩件4的伸长量和角度，亦可调机架1的被支撑高度。

同时在以上状态一、状态二和状态三下，具体动力部件形态调整可以第一驱动电机2和/或第一伸缩件4作为动力源，状态一和状态二行走动力可来源于与履带组件5、行走轮6可传动连接的第二驱动电机7，状态三行走动力可来源于第一伸缩件4和/或第一驱动电机2。故本动力部件的形态调整动力和行走动力来源可为多源和多样。

本方案中，在任意状态和任意支撑高度下，能够匹配机架1形成多连杆机构的动力部件的形状保持可受限于第一伸缩件4和摆臂3，故区别于现有技术，本方案提供的动力部件具有更好的形状保持能力；

本方案中，在任意状态和任意支撑高度下，能够匹配机架1形成多连杆机构的动力部件的具体支撑可同时受限于第一伸缩件4和摆臂3，故区别于现有技术，本方案提供的动力部件具有更好的机架1支撑能力；

本方案中，在任意状态和任意支撑高度下，形状保持和支撑保持第一伸缩件4和摆臂3均可发生作用，相对于如现有技术中采用单独的悬臂杆实现腿式行走等方案，本方案还具有零件利用率高的特点。此特点便于使得机器人具有更强的行走续航能力和弹跳能力。

同时本方案结构简单，制造成本低。

在具体运用时，为简化结构、便于制造和控制，以上第一驱动电机2采用关节驱动电机，所述第一伸缩件4采用气缸。为实现机器人的轻载和弹跳力输出时的高爆发，第一伸缩件4的气体动力来源可来源于压缩气瓶、汽油内燃气排气。更优的，针对履带组件5设计，为使得履带组件5在状态二下具有更好的抓地力，设置为在履带组件5上包括数量大于2，且作为负重轮和拖带轮的多个履带轮，履带处于下方的带段被处于履带组件5两端之间的履带轮约束为具有向下凸出的拐点。以上拐点用于改变所述带段的支撑面方向，以在摆臂3摆动和第一伸缩杆长度改变过程中，使得履带不局限于为依靠摆臂3和第一伸缩件4的两端张设形式，达到获得更大触地面积的目的。

完成机器人姿态和状态调整后，可利用以上行星减速器的输出端为行走轮6、履带提供驱动力。以上姿态和状态调整也可以发生在机器人行走过程中。

实施例6：

本实施例在实施例5的基础上做进一步完善和优化：

作为一种包括动力源的具体动力部件实现形式，设置为：还包括第二驱动电机7；

所述行星减速器还包括主动齿轮10及行星轮11，所述行星轮11的内、外侧分别与主动齿轮10、太阳轮12齿啮合；

所述摆臂3上的履带轮与行走轮6两者中，其中一者同轴连接于太阳轮12上，另一者同轴连接于行星架16上。作为本领域技术人员，所述履带轮与行走轮6与行星减速器的连接亦可通过中间件传递驱动力，如采用带传动、轴传动、齿传动等，以上方案实际上为一种考虑机器人重量的具体设置形式。

实施例7：

本实施例在实施例5的基础上做进一步完善和优化：

为使得以上动力部件具有转角可靠的转向功能，设置为：还包括固定连接于第一驱动电机2上的铰接座9；

所述铰接座9上设置有转动关节，所述第一驱动电机2可绕所述转动关节产生如下形式的转动：第一驱动电机2的转动轴线与第一驱动电机2的轴线垂直。本方案中，所述铰接座9可采用球铰接座9亦可采用包括铰接轴的轴铰接座9。具体方案中，所述铰接座9作为与之连接的第一驱动电机2与机架1的中间连接件，通过推力推动该第一驱动电机2绕铰接座9转动，即可使得行走轮6发生同步于第一驱动电机2的旋转，达到行走轮6转向驱动目的。与本方案匹配的，针对通过履带组件5与可旋转行走轮6相连的第一伸缩件4，可采用第一伸缩件4通过球转动关节与机架1相连，亦可采用第一伸缩件4本身为可旋转气缸的方式来匹配在铰接座9作用下的摆臂3偏转。

实施例8：

本实施例在实施例7的基础上做进一步完善和优化：

为便于控制动力部件左、右转向所需转向力的大小，设置为：还包括用于驱动所述第一驱动电机2绕所述转动关节转动的第二伸缩件8；

所述转动关节位于第一驱动电机2长度方向的中部，所述第二伸缩件8为两个，两第二伸缩件8相对于转动关节左、右对称铰接于第一驱动电机2的壳体上。作为本领域技术人员，以上第二伸缩件8在运用于机器人上时，采用球铰接、轴铰接均可达到相应连接目的。在实施具体转向时，如通过左侧的第二伸缩件8实现机器人的左转向或右转向，相应的，通过右侧的第二伸缩件8实现机器人的右转向或左转向。区别于采用一个第二伸缩件8，可有效避免出现转向力臂差异问题。

实施例9：

本实施例在实施例5的基础上做进一步完善和优化：

为获得机器人稳定的支撑形态，在状态一和状态三下，一般采用机器人为四点支撑，如现有技术中广泛采用的四轮支撑和四腿支撑，现有技术中也包括采用三轮支撑的技术方案，但一般情况下机器人后侧包括两个支撑轮，为使得单个动力部件能够运用于机器人前侧或后侧单侧支撑，设置为：所述第一驱动电机2的两端均连接有摆臂3，两摆臂3相互平行，各摆臂3的另一端上均连接有行走轮6，各摆臂3均通过单独的履带组件5连接有单独的第一伸缩件4。

实施例10：

本实施例在实施例1的基础上，提供一种行走姿态可调机器人，所述机器人包括以上提出的动力部件，所述动力部件上的太阳轮12和行星架16均作为机器人行走动力的动力输入端。本机器人为基于所述动力部件的具体运用，采用本方案，在行星架16的输入端设置一个动力输入源的情况下，通过所述动力部件进行动力分配或传递链路调整后，可用于驱动机器人不同行走姿态的驱动需要。采用以上动力部件的机器人，可在机器人行进路径上的任意位置实现所述行走姿态调整、同时本方案还具有便于实施的特点。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.用于行走机器人的动力部件，包括行星减速器，所述行星减速器的行星架（16）上还固定有与行星架（16）同轴的第二卡盘（15），行星减速器的太阳轮（12）上固定有与太阳轮（12）同轴的第一卡盘（13），还包括分别用于实现第一卡盘（13）和第二卡盘（15）转动锁定的锁定件（14），其特征在于，所述锁定件（14）包括安装座（20）、其上同轴设置有蜗杆且可转动安装于安装座（20）上的蜗杆轴（17）、设置在第一卡盘（13）与第二卡盘（15）之间且呈杆状的第二卡爪（19）；

所述第二卡爪（19）螺纹连接在安装座（20）上，第二卡爪（19）上还设置有与所述蜗杆相啮合的蜗轮（21）；

所述第二卡爪（19）可在蜗杆对蜗轮（21）的驱动下，相对于安装座（20）产生位于第一卡盘（13）和第二卡盘（15）之间的横向移动；

所述横向移动满足：在第二卡爪（19）的正、反转过程中，根据第二卡爪（19）的旋转方向，所述螺纹连接引导第二卡爪（19）的端部运动并挤压于第一卡盘（13）的端面上或第二卡盘（15）的端面上；

所述锁定件（14）还包括第一卡爪（18），所述第一卡爪（18）安装于安装座（20）上且第一卡爪（18）上还设置有缺口；

所述第一卡盘（13）和第二卡盘（15）均局部嵌入所述缺口中；

所述第二卡爪（19）的一端与所述缺口的一侧正对，所述第二卡爪（19）的另一端与所述缺口的另一侧正对；

第一卡盘（13）和第二卡盘（15）两者均可被夹持在所述缺口的侧面与第二卡爪（19）的端面围成的间隙内；

所述第一卡爪（18）为其上设置有多个拐点的弯折杆状结构；

所述缺口位于所述弯折杆状结构的其中一条边上；

所述第一卡爪（18）螺纹连接在安装座（20）上，所述第一卡爪（18）上还固定有与所述蜗杆相啮合的蜗轮（21）；

所述第一卡爪（18）上的蜗轮（21）与第二卡爪（19）上的蜗轮（21）位于蜗杆的一对相对侧上；

在蜗杆轴（17）正、反转的过程中，第一卡爪（18）与安装座（20）之间的连接螺纹可引导第一卡爪（18）沿着太阳轮（12）的轴线平移；

所述平移满足：根据平移方向，针对所述两者中的任意一者，第一卡爪（18）的端部与第二卡爪（19）的端部可同时与所述任意一者的端面接触和脱离。

2.根据权利要求1所述的用于行走机器人的动力部件，其特征在于，包括轮式行走模块及履带式行走模块；

所述轮式行走模块与履带式行走模块两者中的，其中一者通过行星架（16）驱动；另一者通过太阳轮（12）驱动。

3.根据权利要求2所述的用于行走机器人的动力部件，其特征在于，所述轮式行走模块包括第一驱动电机（2）、一端连接在第一驱动电机（2）转子上的摆臂（3）、连接在摆臂（3）另一端上的行走轮（6）；

所述行走轮（6）位于第一驱动电机（2）轴线的侧面；

所述履带式行走模块包括第一伸缩件（4）、履带组件（5），所述履带组件（5）其中一端的履带轮安装在第一伸缩件（4）的伸缩输出端上，所述履带组件（5）另一端的履带轮安装在摆臂（3）上；

所述行走轮（6）的支撑轮面与履带组件（5）上履带的支撑带面相平行；

所述两者中，其中一者用于驱动行走轮（6）转动，另一者用于驱动履带组件（5）上的履带轮转动。

4.根据权利要求3所述的用于行走机器人的动力部件，其特征在于，还包括第二驱动电机（7）；

所述行星减速器还包括主动齿轮（10）及行星轮（11），所述行星轮（11）的内、外侧分别与主动齿轮（10）、太阳轮（12）齿啮合；

所述摆臂（3）上的履带轮与行走轮（6）两者中，其中一者同轴连接于太阳轮（12）上，另一者同轴连接于行星架（16）上。

5.根据权利要求3所述的用于行走机器人的动力部件，其特征在于，还包括固定连接于第一驱动电机（2）上的铰接座（9）；

所述铰接座（9）上设置有转动关节，所述第一驱动电机（2）可绕所述转动关节产生如下形式的转动：第一驱动电机（2）的转动轴线与第一驱动电机（2）的轴线垂直。

6.根据权利要求5所述的用于行走机器人的动力部件，其特征在于，还包括用于驱动所述第一驱动电机（2）绕所述转动关节转动的第二伸缩件（8）；

所述转动关节位于第一驱动电机（2）长度方向的中部，所述第二伸缩件（8）为两个，两第二伸缩件（8）相对于转动关节左、右对称铰接于第一驱动电机（2）的壳体上。

7.根据权利要求3所述的用于行走机器人的动力部件，其特征在于，所述第一驱动电机（2）的两端均连接有摆臂（3），两摆臂（3）相互平行，各摆臂（3）的另一端上均连接有行走轮（6），各摆臂（3）均通过单独的履带组件（5）连接有单独的第一伸缩件（4）。

8.行走姿态可调机器人，其特征在于，包括如权利要求1所述的动力部件，所述动力部件上的太阳轮（12）和行星架（16）均作为机器人行走动力的动力输入端。

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