CN205292844U - 一种多爪伸缩轮越障机构及其控制机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种多爪伸缩轮越障机构及其控制机构，属于移动越障机器人行走机构领域；解决的问题是提供一种伸缩与转动结构简洁的越障机构及其控制机构；采用的技术方案：丝杠的一端固定有小圆锥齿轮，丝杠的另一端伸入圆套筒内，圆套筒的中部开有轴向长孔作为导向槽；圆套筒靠近小圆锥齿轮的一端固定有大圆锥齿轮，圆套筒的另一端固定有固定轮盘，圆套筒的中部套装有活动轮盘；丝杠的丝杠螺母上固定有滑块，滑块通过滑块螺栓与活动轮盘连接；活动轮盘的周向均布铰接有至少三个伸缩腿，固定轮盘的周向均布铰接有与伸缩腿一一对应的支撑腿，每个支撑腿均与和其对应的伸缩腿的中部铰接；本实用新型适用于赈灾抢险、生态监测、野外探险以及军事等领域。

Description

一种多爪伸缩轮越障机构及其控制机构

技术领域

本实用新型一种多爪伸缩轮越障机构及其控制机构，属于移动越障机器人行走机构与控制技术领域。

背景技术

在现代社会中，越障机构及其控制技术具有广泛的应用领域，尤其适合应用于如地面凹凸不平、障碍物纵横交错、环境复杂条件恶劣等非常规场所。比如，核电设施现场的监测检查、维护抢修等作业，倘若工作人员直接参与现场操作，无疑会受到放射物的伤害。越障机构及其控制技术还可应用于赈灾抢险、生态监测、野外探险，以及军事等领域。

目前，国内外对越障机构的研究成果主要体现为越障方式上，主要有：轮式、腿足式、履带式以及上述几种的复合方式。其中，轮式的效率最高，但对环境的应变能力较差；而腿足式对环境的应变能力最强，但目前其控制技术的可实现性较差；履带式有着良好的爬坡性能和一定的越障能力，但越障效能和行进速度较低，灵活机动性较差；复合方式兼顾了各种方式的优缺点，但其结构和控制过程复杂。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种伸缩与转动结构简洁，联动与操控高效节能的多爪伸缩轮越障机构及其控制机构，既能够实现遇到障碍时的伸缩越障，又能保持原有设备（如汽车）的平路行走功能。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案：一种多爪伸缩轮越障机构，包括小圆锥齿轮、大圆锥齿轮、丝杠、圆套筒、固定轮盘、活动轮盘、伸缩腿、支撑腿、滑块和缓冲装置，丝杠的一端固定有小圆锥齿轮并位于圆套筒外部，丝杠的另一端伸入圆套筒内并通过两个丝杠轴承与圆套筒套装在一起，所述圆套筒的中部开有轴向长孔作为导向槽，丝杠上螺纹部分与圆套筒上导向槽的位置相对应；圆套筒靠近小圆锥齿轮的一端固定有大圆锥齿轮，圆套筒的另一端固定有固定轮盘，圆套筒的中部活动套装有活动轮盘；所述丝杠的丝杠螺母上固定有滑块，滑块位于圆套筒上的导向槽内，且能随着丝杠螺母沿着所述导向槽来回移动，滑块通过滑块螺栓与所述活动轮盘连接；

所述活动轮盘的周向均布铰接有至少三个伸缩腿，所有伸缩腿的自由端均各自设有一个缓冲装置，所述固定轮盘的周向均布铰接有至少三个与伸缩腿一一对应的支撑腿，每个支撑腿均与和其对应的伸缩腿的中部铰接。

所述缓冲装置为橡胶球体，或为轮子，或为弹簧缓冲装置，或为气囊缓冲装置。

所述丝杠为滚珠丝杠。

所述活动轮盘与圆套筒筒壁之间设置有减小摩擦的滚珠。

所述滑块与圆套筒筒壁之间设置有减小摩擦的滚珠。

所述固定轮盘周向设有至少三个与支撑腿一一对应的第一开孔支撑耳，第一开孔支撑耳与固定轮盘之间设置有加强筋，所述活动轮盘周向也设有至少三个与伸缩腿一一对应的第二开孔支撑耳，第二开孔支撑耳与活动轮盘之间同样设置有加强筋，所述第一开孔支撑耳和第二开孔支撑耳结构相同，均为U形，所述支撑腿铰接在对应的第一开孔支撑耳上，所述伸缩腿铰接在对应的第二开孔支撑耳上。

所述圆套筒靠近大圆锥齿轮的部位套装有两个具有合适间距的大轴承座。

包括主轴、小锥齿轮、大锥齿轮、变向齿轮、同速齿轮对、第一多爪伸缩轮越障机构和第二多爪伸缩轮越障机构，所述小锥齿轮和大锥齿轮固定在主轴上，第一多爪伸缩轮越障机构和第二多爪伸缩轮越障机构相对设置，主轴位于两个多爪伸缩轮越障机构之间并与圆套筒垂直设置，小锥齿轮与两个多爪伸缩轮越障机构中的小圆锥齿轮配合，大锥齿轮与两个多爪伸缩轮越障机构中的大圆锥齿轮配合，其中一个大圆锥齿轮与大锥齿轮之间设置有变向齿轮，另一个大圆锥齿轮与大锥齿轮之间设置有同速齿轮对，所述变向齿轮和同速齿轮对保证了两个大圆锥齿轮同向同速转动，主轴可轴向来回移动，使小锥齿轮与小圆锥齿轮啮合的同时大锥齿轮与大圆锥齿轮分离，或大锥齿轮与大圆锥齿轮啮合的同时小锥齿轮与小圆锥齿轮分离。

本实用新型和现有技术相比具有以下有益效果。

一、本实用新型仅仅通过一个电机就可以分别驱动丝杠和圆套筒，并通过丝杠作为驱动轴、圆套筒作为旋转轴实现了伸缩腿的伸缩运动和旋转运动两种运动方式，灵活的实现了本实用新型的越障行走功能。

二、本实用新型通过多爪轮的伸缩功能，实现了针对不同路况下轮径大小的连续调整，其中，大轮径状态适用于高障碍跨越或路面复杂场合，小轮径状态适用于低障碍物或小空间场合。由此本实用新型实现了不同复杂路况的障碍跨越与高效行走。

三、通过在固定轮盘、活动轮盘上设多个开孔支撑耳，在开孔支撑耳和固定轮盘、活动轮盘之间设置有加强筋，使得固定轮盘、活动轮盘的工作强度明显提高。

附图说明

附图1为本实用新型一种多爪伸缩轮越障机构的结构示意图。

附图2为附图1中A处的局部放大图。

附图3为本实用新型一种多爪伸缩轮越障机构的3D示意图。

附图4为本实用新型一种多爪伸缩轮越障机构的控制机构的结构示意图。

在附图中，1为小圆锥齿轮，2为大圆锥齿轮，3为丝杠，4为圆套筒，5为固定轮盘，6为活动轮盘，7为伸缩腿，8为支撑腿，9为滑块，10为缓冲装置，11为丝杠轴承，12为导向槽，13为丝杠螺母，14为滑块螺栓，15为第一开孔支撑耳，16为第二开孔支撑耳，17为大轴承座，18为驱动主轴，19为小锥齿轮，20为大锥齿轮，21为变向齿轮，22为同速齿轮对。

具体实施方式

如附图1~附图4所示，本实用新型一种多爪伸缩轮越障机构，包括小圆锥齿轮1、大圆锥齿轮2、丝杠3、圆套筒4、固定轮盘5、活动轮盘6、伸缩腿7、支撑腿8、滑块9和缓冲装置10，丝杠3的一端固定有小圆锥齿轮1并位于圆套筒4外部，丝杠3的另一端伸入圆套筒4内并通过两个丝杠轴承11与圆套筒4套装在一起，所述圆套筒4的中部开有轴向长孔作为导向槽12，丝杠3上螺纹部分与圆套筒4上导向槽12的位置相对应；圆套筒4靠近小圆锥齿轮1的一端固定有大圆锥齿轮2，圆套筒4的另一端固定有固定轮盘5，圆套筒4的中部活动套装有活动轮盘6；所述丝杠3的丝杠螺母13上固定有滑块9，滑块9位于圆套筒4上的导向槽12内，且能随着丝杠螺母13沿着所述导向槽12来回移动，滑块9通过滑块螺栓14与所述活动轮盘6连接；

所述活动轮盘6的周向均布铰接有至少三个伸缩腿7，所有伸缩腿7的自由端均各自设有一个缓冲装置10，所述固定轮盘5的周向均布铰接有至少三个与伸缩腿7一一对应的支撑腿8，每个支撑腿8均与和其对应的伸缩腿7的中部铰接。

所述缓冲装置10为橡胶球体，或为轮子，或为弹簧缓冲装置，或为气囊缓冲装置。

所述丝杠3为滚珠丝杠。

所述活动轮盘6与圆套筒4筒壁之间设置有减小摩擦的滚珠。

所述滑块9与圆套筒4筒壁之间设置有减小摩擦的滚珠。

所述固定轮盘5周向设有至少三个与支撑腿8一一对应的第一开孔支撑耳15，第一开孔支撑耳15与固定轮盘5之间设置有加强筋，所述活动轮盘6周向也设有至少三个与伸缩腿7一一对应的第二开孔支撑耳16，第二开孔支撑耳16与活动轮盘6之间同样设置有加强筋，所述第一开孔支撑耳15和第二开孔支撑耳16结构相同，均为U形，所述支撑腿8铰接在对应的第一开孔支撑耳15上，所述伸缩腿7铰接在对应的第二开孔支撑耳16上。

所述圆套筒4靠近大圆锥齿轮2的部位套装有两个具有合适间距的大轴承座17。

包括主轴18、小锥齿轮19、大锥齿轮20、变向齿轮21、同速齿轮对22、第一多爪伸缩轮越障机构和第二多爪伸缩轮越障机构，所述小锥齿轮19和大锥齿轮20固定在主轴18上，第一多爪伸缩轮越障机构和第二多爪伸缩轮越障机构相对设置，主轴18位于两个多爪伸缩轮越障机构之间并与圆套筒4垂直设置，小锥齿轮19与两个多爪伸缩轮越障机构中的小圆锥齿轮1配合，大锥齿轮20与两个多爪伸缩轮越障机构中的大圆锥齿轮2配合，其中一个大圆锥齿轮2与大锥齿轮20之间设置有变向齿轮21，另一个大圆锥齿轮2与大锥齿轮20之间设置有同速齿轮对22，所述变向齿轮21和同速齿轮对22保证了两个大圆锥齿轮2同向同速转动，主轴18可轴向来回移动，使小锥齿轮19与小圆锥齿轮1啮合的同时大锥齿轮20与大圆锥齿轮2分离，或大锥齿轮20与大圆锥齿轮2啮合的同时小锥齿轮19与小圆锥齿轮1分离。

本实用新型一种多爪伸缩轮越障机构及其控制机构的整个工作过程是：

本实用新型通过两个大轴承座17安装在设备上，一个设备的前端和尾端可分别安装一对本实用新型，以实现正向和反向的越障。当遇到平整路面时，设备依靠自身原有的行走机构，以提高行走效率，本实用新型处于收缩状态。当遇到障碍物时，首先将控制机构的主轴18移动一挡，使小锥齿轮19与两个小圆锥齿轮1啮合，再由电机旋转驱动主轴18旋转，主轴18带动小锥齿轮19旋转，小锥齿轮19又带动小圆锥齿轮1旋转，再由小圆锥齿轮1带动丝杠3转动，由于丝杠3中的丝杠螺母13和滑块9被圆套筒4上的导向槽12限位，因此滑块9只能带动活动轮盘6沿着圆套筒4的导向槽12做轴向移动。当电机做正向旋转时，活动轮盘6会逐渐向固定轮盘5靠近，与此同时多个伸缩腿7像伞一样展开，由此通过丝杠3实现了多个伸缩腿7的伸开运动。当电机做反向旋转时，活动轮盘6会远离固定轮盘5，多个伸缩腿7像伞一样闭合，由此又通过丝杠3实现了多个伸缩腿7的收缩运动。如此在伸缩功能状态下，通过电机正反转实现了对本实用新型机构的伸缩控制；本实用新型还可以通过控制电机旋转的圈数来控制活动轮盘6的行程，实现针对不同障碍物的大小采用不同的轮径（即多个伸缩腿7自由端所构成的圆周直径）的控制。本实用新型轮径的变化范围比较大，但其联动机制简便，可根据障碍物大小和路面复杂度来连续调整轮径，使整体机构的越障行走效能得到了提高。

当伸缩腿7伸开后，将设备撑起，然后将控制机构的主轴18移动到另一挡，使大锥齿轮20分别通过换向齿轮21和同速齿轮对22与左、右大圆锥齿轮2啮合，再由原电机旋转带动大锥齿轮20旋转，进而带动左、右大圆锥齿轮2以及与其固连的圆套筒4旋转，圆套筒4作为驱动轴带动活动轮盘6及固定轮盘5做同步旋转，使多个伸缩腿7做圆周运动，实现左右两个多爪伸缩轮越障机构的同向同速向前跨越障碍物，即类似人抬腿迈过障碍的动作。同理，电机反向旋转，可实现向后跨越障碍动作。

上面结合附图1~4对本实用新型作了详细说明，但本实用新型并不限于上述的实施描述，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。例如对固定轮盘5、活动轮盘6的外形进行变化，以增强轮盘强度，或增加伸缩腿7的个数等。

Claims (8)

1.一种多爪伸缩轮越障机构，其特征在于：包括小圆锥齿轮（1）、大圆锥齿轮（2）、丝杠（3）、圆套筒（4）、固定轮盘（5）、活动轮盘（6）、伸缩腿（7）、支撑腿（8）、滑块（9）和缓冲装置（10），丝杠（3）的一端固定有小圆锥齿轮（1）并位于圆套筒（4）外部，丝杠（3）的另一端伸入圆套筒（4）内并通过两个丝杠轴承（11）与圆套筒（4）套装在一起，所述圆套筒（4）的中部开有轴向长孔作为导向槽（12），丝杠（3）上螺纹部分与圆套筒（4）上导向槽（12）的位置相对应；圆套筒（4）靠近小圆锥齿轮（1）的一端固定有大圆锥齿轮（2），圆套筒（4）的另一端固定有固定轮盘（5），圆套筒（4）的中部活动套装有活动轮盘（6）；所述丝杠（3）的丝杠螺母（13）上固定有滑块（9），滑块（9）位于圆套筒（4）上的导向槽（12）内，且能随着丝杠螺母（13）沿着所述导向槽（12）来回移动，滑块（9）通过滑块螺栓（14）与所述活动轮盘（6）连接；

所述活动轮盘（6）的周向均布铰接有至少三个伸缩腿（7），所有伸缩腿（7）的自由端均各自设有一个缓冲装置（10），所述固定轮盘（5）的周向均布铰接有至少三个与伸缩腿（7）一一对应的支撑腿（8），每个支撑腿（8）均与和其对应的伸缩腿（7）的中部铰接。

2.根据权利要求1所述的一种多爪伸缩轮越障机构，其特征在于：所述缓冲装置（10）为橡胶球体，或为轮子，或为弹簧缓冲装置，或为气囊缓冲装置。

3.根据权利要求1或2所述的一种多爪伸缩轮越障机构，其特征在于：所述丝杠（3）为滚珠丝杠。

4.根据权利要求1或2所述的一种多爪伸缩轮越障机构，其特征在于：所述活动轮盘（6）与圆套筒（4）筒壁之间设置有减小摩擦的滚珠。

5.根据权利要求1或2所述的一种多爪伸缩轮越障机构，其特征在于：所述滑块（9）与圆套筒（4）筒壁之间设置有减小摩擦的滚珠。

6.根据权利要求1或2所述的一种多爪伸缩轮越障机构，其特征在于：所述固定轮盘（5）周向设有至少三个与支撑腿（8）一一对应的第一开孔支撑耳（15），第一开孔支撑耳（15）与固定轮盘（5）之间设置有加强筋，所述活动轮盘（6）周向也设有至少三个与伸缩腿（7）一一对应的第二开孔支撑耳（16），第二开孔支撑耳（16）与活动轮盘（6）之间同样设置有加强筋，所述第一开孔支撑耳（15）和第二开孔支撑耳（16）结构相同，均为U形，所述支撑腿（8）铰接在对应的第一开孔支撑耳（15）上，所述伸缩腿（7）铰接在对应的第二开孔支撑耳（16）上。

7.根据权利要求1或2所述的一种多爪伸缩轮越障机构，其特征在于：所述圆套筒（4）靠近大圆锥齿轮（2）的部位套装有两个具有合适间距的大轴承座（17）。

8.如权利要求1或2所述的一种多爪伸缩轮越障机构的控制机构，其特征在于：包括主轴（18）、小锥齿轮（19）、大锥齿轮（20）、变向齿轮（21）、同速齿轮对（22）、第一多爪伸缩轮越障机构和第二多爪伸缩轮越障机构，所述小锥齿轮（19）和大锥齿轮（20）固定在主轴（18）上，第一多爪伸缩轮越障机构和第二多爪伸缩轮越障机构相对设置，主轴（18）位于两个多爪伸缩轮越障机构之间并与圆套筒（4）垂直设置，小锥齿轮（19）与两个多爪伸缩轮越障机构中的小圆锥齿轮（1）配合，大锥齿轮（20）与两个多爪伸缩轮越障机构中的大圆锥齿轮（2）配合，其中一个大圆锥齿轮（2）与大锥齿轮（20）之间设置有变向齿轮（21），另一个大圆锥齿轮（2）与大锥齿轮（20）之间设置有同速齿轮对（22），所述变向齿轮（21）和同速齿轮对（22）保证了两个大圆锥齿轮（2）同向同速转动，主轴（18）可轴向来回移动，使小锥齿轮（19）与小圆锥齿轮（1）啮合的同时大锥齿轮（20）与大圆锥齿轮（2）分离，或大锥齿轮（20）与大圆锥齿轮（2）啮合的同时小锥齿轮（19）与小圆锥齿轮（1）分离。