CN114104138B - 一种用于无人变胞车前、后车身连接锁紧及前车身水平举升机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人的技术领域，具体的是一种用于无人变胞车前、后车身连接锁紧及前车身水平举升机构。包括水平举升机构和前后锁紧机构；水平举升机构包括举升圆盘、一对举升杆、电动推杆、带减速器的电机和第一齿轮传动机构；前后锁紧机构包括第二齿轮传动机构、连接横杆和锁头总成，第二齿轮传动机构包括解锁驱动齿轮和齿条，解锁驱动齿轮通过惰轮和齿条啮合，实现间歇啮合传动，连接锁紧及前车身水平举升机构具有高的连接刚度，极大地降低了汽车态行驶时车架的振动，同时也保证了前车架和后车架在汽车态时相互稳定支撑，不会发生绕车轴的转动，该车架在汽车态与类人态间重构变形时，能够保证前车架的水平举升，不会发生运动形式上的不协调。

Description

一种用于无人变胞车前、后车身连接锁紧及前车身水平举升 机构

技术领域

本发明涉及机器人的技术领域，具体的是一种用于无人变胞车前、后车身连接锁紧及前车身水平举升机构。

背景技术

无人变胞车是一种处在前沿研究领域且技术先进的移动载具，其结构可变形重构以适应于不同的行驶路面。

其具有汽车态与类人态两种构态，在结构路面上以汽车态快速行驶，在非结构路面上以类人态进行跨步行走，从而提高了道路的通过性，可通过正向重构（汽车态变换为类人态）及逆向重构（类人态变换为汽车态）实现两种构态间的相互变换。

在正向重构过程中，折收的腿部机构首先伸展打开并支撑到地面，而后前、后车身需解锁分离，结合折叠腿部机构的变形运动以完成正向重构；在逆向重构过程中前、后车身需实现锁紧，并将腿部机构完全折收回无人变胞车的内部。

无人变胞车车体由两个独立的前、后车身组成，为了使无人变胞车在类人态时缩减长度方向的尺寸，同时为了使整车的质心更加接近于两腿的支撑区域，需要将无人变胞车的前车身水平举升起来，其中最常见的水平举升机构是基于平行四边形机构原理设计的举升机构，传统的基于平行四边形原理设计的举升机构安装在前车身一侧，由于底边水平，所以可以实现前车身的水平举升，但是举升杆件运动会存在死点位置，并且为了避免前、后车身在重构过程中产生干涉，举升杆件需设计成较长尺寸。

故经过简化，可将举升杆件与前车身连接成三角形结构且将举升杆件布置在车体两侧，此时举升杆件尺寸较小，从而可以缩短无人变胞车在类人态时的站立高度，但同时这也会导致举升杆件并不能将前车身水平举升，此时需要引入变形机构，即可将其中一根举升杆设计成尺寸可变，则此时前车身可被水平举升。

因此设计一种用于无人变胞车前、后车身连接锁紧及前车身水平举升机构，来解决以下问题：

（1）当无人变胞车为汽车态时，由于前车架和后车架相互独立，在各自重力作用下会发生绕前后车轴的旋转运动，无法完成汽车态行驶。

（2）当无人变胞车为汽车态时，整车架刚度性能较差，难于承受来自地面的冲击。

（3）在无人变胞车由汽车态向类人态重构过程中，需要保证前车架水平举升，这要求举升推杆和举升电机共同工作时有一定的协调性。

（4）连接前车架和后车架的刚性杆件在工作过程中可能会发生移位，需要有相应的自锁机构，且要在刚性杆件解锁的过程中，使其横向运动时摩擦力尽可能小。

发明内容

根据设计要求以及需要解决上述的问题，本发明提供一种用于无人变胞车前、后车身连接锁紧及前车身水平举升机构，具体技术方案如下：

一种用于无人变胞车前、后车身连接锁紧及前车身水平举升机构，

包括水平举升机构11和前后锁紧机构12；

所述水平举升机构11包括举升圆盘112、一对举升杆114、电动推杆115、带减速器的电机和第一齿轮传动机构；

所述一对举升杆114的一端固定连接着举升圆盘112的外圆周，一对举升杆114的另一端展开，呈V形布置，一根举升杆114的另一端铰接连接着电动推杆115的伸展端；

所述电机的输出轴固定连接着旋转轴117的一端，旋转轴117的另一端穿过所述举升圆盘112外伸；且举升圆盘112通过轴承机构和旋转轴117同轴安装；

所述第一齿轮传动机构包括不完全齿圈1201和扇形齿轮118，不完全齿圈1201同轴固定在举升圆盘112内，扇形齿轮118固定设于旋转轴117的中部，实现间歇啮合传动；

所述前后锁紧机构12包括第二齿轮传动机构、连接横杆121和锁头总成123，且连接横杆121上套装有一对直线轴承124；

第二齿轮传动机构包括解锁驱动齿轮122和齿条，解锁驱动齿轮122为不完全齿轮，解锁驱动齿轮122固定设于旋转轴117的外端，齿条设于连接横杆121中部，解锁驱动齿轮122通过惰轮13和齿条啮合，实现间歇啮合传动；

所述电机通过旋转轴117、第二齿轮传动机构使得连接横杆121沿杆身方向水平移动，实现锁头总成123和连接横杆121的对应端插接锁紧或解锁分离；

所述电机正转，扇形齿轮118和不完全齿圈1201开始啮合时，扇形齿轮118需要转过的角度大于解锁驱动齿轮122的齿轮部圆弧角度。

进一步，所述带减速器的电机包括举升电机113和行星齿轮减速器116，旋转轴117的内端为法兰盘1172； 举升电机113的输出轴通过行星齿轮减速器116固定连接着法兰盘1172。

进一步，所述轴承机构包括一对圆锥滚子轴承，所述举升圆盘112内轴向开设有阶梯孔，一对圆锥滚子轴承配合设于阶梯孔内；举升圆盘112的外端面固定设有外侧端盖1121。

进一步，所述锁头总成123包括立方体状的锁体1231和插件机构；

所述锁体1231的一端部开设有楔形插槽，锁体1231的侧壁对应楔形插槽处开设有插孔；与锁体的楔形插槽1231配合的连接横杆121的端部为楔形；

所述插件机构包括弹簧压板1232和两个以上的压紧弹簧1233，每个压紧弹簧1233的压紧端对应设有定位凸块1234，每个定位凸块1234包括直立的定位板和设于定位板一侧的球形凸起；

当连接横杆121的楔形部配合插入锁体1231的楔形插槽内，弹簧压板1232对压紧弹簧1233轴向施压，使得球形凸起通过锁体1231侧壁的插孔对应插设在连接横杆121的楔形部的半球孔中，弹簧压板1232通过螺栓锁紧固定在所述锁体1231的侧壁上。

本发明的有益技术效果如下：

（1）本发明提供一种用于无人变胞车前、后车身连接锁紧及前车身水平举升机构，用于无人变胞车时，通过前后锁紧机构可以提高无人变胞车汽车态时的刚度，进而提高无人变胞车在汽车态行驶时的减振性能及应对路面不平时的抗冲击性能，同时也保证了前车架和后车架相互稳定支撑，不会发生绕车轴的转动；水平举升机构可解决由汽车态重构为类人态时前车架的水平举升的问题。

（2）通过举升电机完成前车架的举升运动，以及连接横杆的锁紧与解锁分离要求；当无人变胞车处于汽车态时，为了提高整车的刚度，连接横杆处于锁死状态，在举升之前，举升电机通过两级齿轮带动连接横杆上的齿条，使得连接横杆在一对直线轴承之间发生横向移动，当楔形部从楔形插槽之中抽出时，实现对连接横杆的解锁，并中断对齿条的动力输出，使得连接横杆停止运动，再将动力输出到举升圆盘上实现举升圆盘的转动，此时电动推杆调整伸长或缩短配合举升圆盘对一对举升杆的转动，完成前车架水平举升。当无人变胞车由类人态到汽车态时，只需将举升电机进行反转，即可依次实现前车架的水平降落和连接横杆的锁死；因此本发明通过举升电机实现变胞车的举升（下降）及锁紧（解锁）动作，降低了成本，同时使得结构更加紧凑，便于安装。

（3）本发明采用一对直线轴承进行支承，减小了连接横杆横向移动时的摩擦，使工作过程更加流畅，锁头总成包括插件机构和立方体块状的锁体，锁体的一端部开设有楔形插槽，锁体侧壁对应楔形插槽处开设有插孔，当连接横杆的楔形部配合插入楔形插槽内，插件机构通过插孔对应插接在楔形部上，此时具有锁死功能，保证连接横杆在汽车态时不会发生横向窜动，使得本机构更加安全可靠。

附图说明

图1为本发明的连接锁紧及前车身水平举升机构的结构示意图。

图2为图1的另一轴侧视图。

图3为本发明的水平举升机构的结构示意图。

图4为本发明的水平举升机构水平举升时的状态图。

图5为本发明的第一齿轮传动机构和第二齿轮传动机构的轴向视图。

图6为本发明锁头总成和连接横杆的局部放大图。

图7为本发明的前、后车身连接锁紧及前车身水平举升机构的使用安装图一。

图8为本发明的前、后车身连接锁紧及前车身水平举升机构的使用安装图二。

图9为本发明的无人变胞车类人态时的结构示意图。

图10为本发明的无人变胞车汽车态时的结构示意图。

其中：11水平举升机构、111L形支撑板、112举升圆盘、1121外侧端盖、113举升电机、114一对举升杆、115电动推杆、116行星齿轮减速器、117旋转轴、1171第一挡圈、1172法兰盘、118扇形齿轮、1181第二挡圈、1182第一齿轮挡圈、119第一圆锥滚子轴承、1201不完全齿圈、1202第二圆锥滚子轴承、12前后锁紧机构、121连接横杆、122解锁驱动齿轮、1221第二齿轮挡圈、123锁头总成、1231锁体、1232弹簧压板、1233压紧弹簧、1234定位凸块、124一对直线轴承、13惰轮、21前车架、211第一安装板、212第二安装板、22后车架、221一对直线轴承座、222惰轮安装板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

见图1和图2，一种用于无人变胞车前、后车身连接锁紧及前车身水平举升机构，

包括水平举升机构11和前后锁紧机构12；

所述水平举升机构11包括举升圆盘112、一对举升杆114、电动推杆115、带减速器的电机和第一齿轮传动机构；

所述一对举升杆114的一端固定连接着举升圆盘112的外圆周，一对举升杆114的另一端展开，呈V形布置，其中一根举升杆的另一端铰接连接着电动推杆115的伸展端；

所述电机的输出轴固定连接着旋转轴117，旋转轴117贯穿所述举升圆盘112外伸，且举升圆盘112通过轴承机构和旋转轴117同轴安装；

见图3和图4，所述第一齿轮传动机构包括不完全齿圈1201和扇形齿轮118，不完全齿圈1201同轴固定在举升圆盘112内，扇形齿轮118固定设于旋转轴117的中部，实现间歇啮合传动；

所述电机通过旋转轴117、第一齿轮传动机构使得举升圆盘112转动，同时电动推杆115调整伸长或缩短，实现前车身水平举升或下降；

所述前后锁紧机构12包括第二齿轮传动机构、连接横杆121和锁头总成123，第二齿轮传动机构包括解锁驱动齿轮122和齿条，解锁驱动齿轮122为不完全齿轮，不完全齿轮是外圆柱面上缺少轮齿的齿轮。

解锁驱动齿轮122固定设于旋转轴117的外端，齿条设于连接横杆121中部，解锁驱动齿轮122通过惰轮13和齿条啮合，实现间歇啮合传动；

所述电机通过旋转轴117、第二齿轮传动机构使得连接横杆121沿杆身方向水平移动，实现锁头总成123和连接横杆121的对应端插接锁紧或解锁分离；

见图5，所述电机正转，扇形齿轮118和不完全齿圈1201开始啮合时，扇形齿轮118需要转过的角度大于解锁驱动齿轮122的齿轮部圆弧角度，使得旋转轴117顺时针转动过程中，扇形齿轮118和不完全齿圈1201的齿轮啮合传动，与解锁驱动齿轮122和齿条的啮合传动，在执行上有一个先后顺序；

即电机正转，实现前、后车身解锁时，解锁驱动齿轮122和齿条的啮合传动，而此时扇形齿轮118和不完全齿圈1201未发生啮合；当前车身水平举升，扇形齿轮118和不完全齿圈1201的齿轮啮合传动，此时解锁驱动齿轮122和齿条啮合完毕，不再啮合；

电机反转，前车身水平下降以及前、后车身锁紧过程与上述过程相反。

所述带减速器的电机包括举升电机113和行星齿轮减速器116，旋转轴117的内端为法兰盘1172，举升电机113的输出轴通过行星齿轮减速器116固定连接着法兰盘1172。

所述轴承机构包括一对圆锥滚子轴承，所述举升圆盘112内轴向开设有阶梯孔，一对圆锥滚子轴承配合设于阶梯孔内；举升圆盘112的外端面固定设有外侧端盖1121。

一对圆锥滚子轴承为第一圆锥滚子轴承119、第二圆锥滚子轴承1202；第一挡圈1171通过法兰盘1172同轴固定安装在所述旋转轴117的内端，且第一挡圈1171和第一圆锥滚子轴承119的内圈抵接，用于轴向限位第一圆锥滚子轴承119；

第二挡圈1181套装在旋转轴117上，且第二挡圈1181和第二圆锥滚子轴承1202的内圈抵接，用于轴向限位第二圆锥滚子轴承1202；

第一齿轮挡圈1182套装在旋转轴117上，并和扇形齿轮118的外侧端面抵接，用于轴向限位扇形齿轮118；第二齿轮挡圈1221套装在旋转轴117上，并和所述解锁驱动齿轮122的外侧端面抵接，用于轴向限位所述解锁驱动齿轮122。

见图6，所述锁头总成123包括插件机构和立方体状的锁体1231，锁体1231的一端部开设有楔形插槽，锁体1231的侧壁对应楔形插槽处开设有插孔，与锁体的楔形插槽1231配合的连接横杆121的端部为楔形；

当连接横杆121的楔形端部配合插入锁体1231的楔形插槽内，插件机构通过插孔对应插接在连接横杆121的楔形部上，使得锁体1231和连接横杆121的对应端插接，实现锁头总成123和连接横杆121对应端的插接锁紧。

所述插件机构包括弹簧压板1232和两个以上的压紧弹簧1233，每个压紧弹簧1233的压紧端对应设有定位凸块1234，每个定位凸块1234包括直立的定位板和设于定位板一侧的球形凸起；

压紧弹簧1233和定位凸台1234依次放置于侧壁的插孔中。

当连接横杆121的楔形部配合插入锁体1231的楔形插槽内，弹簧压板1232对压紧弹簧1233轴向施压，使得球形凸起通过锁体1231侧壁的插孔对应插设在连接横杆121楔形部上的半球孔中，其中弹簧压板1232通过螺栓锁紧固定在所述锁体1231侧壁上。

当连接横杆121的楔形部配合插入锁体1231的楔形插槽内，弹簧压板1232对压紧弹簧1233轴向施压，使得球形凸起通过锁体1231侧壁的插孔对应插设在连接横杆121的楔形部上，并将弹簧压板1232和所述锁体1231螺栓锁紧固定。

本发明的连接锁紧及前车身水平举升机构的安装使用：

固定安装时，所述举升圆盘112竖向布置在倒立的L形支撑板111的竖板外侧，举升电机113同轴固定安装在L形支撑板111的竖板内侧；

使用时，本发明的连接锁紧及前车身水平举升机构成对使用，分别布置在无人变胞车的两侧；每个L形支撑板111的水平板和无人变胞车的车底板下端固定连接。

具体使用安装，见图7和图8，无人变胞的前车架21的每侧中部设有第一安装板211，下部设有第二安装板212；

所述一对举升杆114的一端固定连接着举升圆盘112的外圆周，一对举升杆114的另一端展开，呈V形布置，其中的一个端部铰接连接着电动推杆115的伸展端，另一个端部铰接连接着第一安装板211的下部；所述锁头总成123固定连接在第一安装板211的后部。

无人变胞的后车架22的每侧前部和后部对应固定安装有一对直线轴承座221，所述连接横杆121的两端部套装有一对直线轴承124，一对直线轴承124通过一对直线轴承座221安装在后车架22上，后车架22的每侧上部对应设有惰轮安装板222，惰轮63的轮轴固定安装在惰轮安装板222上。

见图9和图10，无人变胞车的类人态时，举升电机113正转，此时连接横杆121和锁头总成解锁分离，前车架21和后车架22分离，前车架21被水平举起；本发明的水平举升机构11为平面二自由度并联机构，举升过程中将后车架22视为机架，并以电动推杆115和举升电机113为动力源，通过调节举升电机113角位移与电动推杆115的推杆行程，可以实现前车架21在无人变胞车的重构过程中被水平举升。

当无人变胞车以汽车态快速行驶时，需要保证整车机构设计的合理性，此时举升电机113反转，前车架21水平下降，连接横杆121和锁头总成123锁紧，使得前车架21和后车架22刚性连接在一起，可提高整车车架的刚度，来承受来自地面的冲击；

此外当需要进行举升时，通过将举升电机113的动力输出到连接横杆121上的齿条，带动齿条后移，完成前车架21、后车架22解锁过程，为下一步的前车架11水平举升过程做准备。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于无人变胞车前、后车身连接锁紧及前车身水平举升机构，其特征在于：

包括水平举升机构（11）和前后锁紧机构（12）；

所述水平举升机构（11）包括举升圆盘（112）、一对举升杆（114）、电动推杆（115）、带减速器的电机和第一齿轮传动机构；

所述一对举升杆（114）的一端固定连接着举升圆盘（112）的外圆周，一对举升杆（114）的另一端展开，呈V形布置，一根举升杆（114）的另一端铰接连接着电动推杆（115）的伸展端；

所述电机的输出轴固定连接着旋转轴（117）的一端，旋转轴（117）的另一端穿过所述举升圆盘（112）外伸；且举升圆盘（112）通过轴承机构和旋转轴（117）同轴安装；

所述第一齿轮传动机构包括不完全齿圈（1201）和扇形齿轮（118），不完全齿圈（1201）同轴固定在举升圆盘（112）内，扇形齿轮（118）固定设于旋转轴（117）的中部，不完全齿圈（1201）和扇形齿轮（118）实现间歇啮合传动；

所述前后锁紧机构（12）包括第二齿轮传动机构、连接横杆（121）和锁头总成（123），且连接横杆（121）上套装有一对直线轴承（124）；

第二齿轮传动机构包括解锁驱动齿轮（122）和齿条，解锁驱动齿轮（122）为不完全齿轮，解锁驱动齿轮（122）固定设于旋转轴（117）的外端，齿条设于连接横杆（121）中部，解锁驱动齿轮（122）通过惰轮（13）和齿条啮合，实现间歇啮合传动；

所述电机通过旋转轴（117）、第二齿轮传动机构使得连接横杆（121）沿杆身方向水平移动，实现锁头总成（123）和连接横杆（121）的对应端插接锁紧或解锁分离；

所述电机正转，扇形齿轮（118）和不完全齿圈（1201）开始啮合时，扇形齿轮（118）需要转过的角度大于解锁驱动齿轮（122）的齿轮部圆弧角度；

即电机正转，实现前、后车身解锁时，解锁驱动齿轮（122）和齿条的啮合传动，而此时扇形齿轮（118）和不完全齿圈（1201）未发生啮合；当前车身水平举升，扇形齿轮（118）和不完全齿圈（1201）的齿轮啮合传动，此时解锁驱动齿轮（122）和齿条啮合完毕，不再啮合；电机反转，前车身水平下降以及前、后车身锁紧过程与上述过程相反。

2.根据权利要求1所述一种用于无人变胞车前、后车身连接锁紧及前车身水平举升机构，

其特征在于：所述带减速器的电机包括举升电机（113）和行星齿轮减速器（116），旋转轴（117）的内端为法兰盘（1172）； 举升电机（113）的输出轴通过行星齿轮减速器（116）固定连接着法兰盘（1172）。

3.根据权利要求1所述一种用于无人变胞车前、后车身连接锁紧及前车身水平举升机构，

其特征在于：所述轴承机构包括一对圆锥滚子轴承，所述举升圆盘（112）内轴向开设有阶梯孔，一对圆锥滚子轴承配合设于阶梯孔内；举升圆盘（112）的外端面固定设有外侧端盖（1121）。

4.根据权利要求1所述一种用于无人变胞车前、后车身连接锁紧及前车身水平举升机构，

其特征在于：所述锁头总成（123）包括立方体状的锁体（1231）和插件机构；

所述锁体（1231）的一端部开设有楔形插槽，锁体（1231）的侧壁对应楔形插槽处开设有插孔；与锁体的楔形插槽配合的连接横杆（121）的端部为楔形；

所述插件机构包括弹簧压板（1232）和两个以上的压紧弹簧（1233），每个压紧弹簧（1233）的压紧端对应设有定位凸块（1234），每个定位凸块（1234）包括直立的定位板和设于定位板一侧的球形凸起；

当连接横杆（121）的楔形部配合插入锁体（1231）的楔形插槽内，弹簧压板（1232）对压紧弹簧（1233）轴向施压，使得球形凸起通过锁体（1231）侧壁的插孔对应插设在连接横杆（121）的楔形部的半球孔内，弹簧压板（1232）通过螺栓锁紧固定在所述锁体（1231）的侧壁上。

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