本發(fā)明涉及一種輪椅機(jī)器人,具體涉及一種輪式越障機(jī)器人。

背景技術(shù)：

輪椅是肢體傷殘或行動(dòng)不便者的代步工具，但是常規(guī)輪椅適應(yīng)能力、機(jī)動(dòng)性都比較差，如果碰到如上下坡、樓梯、障礙物等復(fù)雜路況時(shí)，輪椅將難以通過(guò)。

因此，急需開(kāi)發(fā)一種適應(yīng)能力強(qiáng)、靈活機(jī)動(dòng)性好，而且能夠通過(guò)各種復(fù)雜路況的越障輪椅。

申請(qǐng)人曾發(fā)明創(chuàng)造了一種越障輪椅，并申請(qǐng)了發(fā)明專利，通過(guò)第一驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)第一腳與第二腳行走間相互轉(zhuǎn)化，前后擺動(dòng)，通過(guò)第二驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)第一腳與第二腳的伸縮變化，從而很方便的實(shí)現(xiàn)障礙物跨越，適應(yīng)各種路況。

但是上述越障輪椅行走腳伸縮幅度小，越障能力弱，同時(shí)需要借助第一腳與第二腳的相互配合實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且重量重，運(yùn)輸困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服背景技術(shù)的不足，本發(fā)明提供。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案：一種輪式越障機(jī)器人，包括機(jī)架和設(shè)置在機(jī)架上的行走系統(tǒng)、座椅系統(tǒng)、運(yùn)載平衡系統(tǒng)以及操作系統(tǒng)；所述行走系統(tǒng)包括四組行走支撐腳，每組所述行走支撐腳均包括伸縮支撐缸、第二驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及連接件；四組行走支撐腳分別通過(guò)連接件固定在機(jī)架底部的四角位置，所述伸縮支撐缸的上端鉸接在連接件上，并通過(guò)第二驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成伸縮支撐缸沿其鉸接端旋轉(zhuǎn)的聯(lián)動(dòng)配合；所述伸縮支撐缸包括若干依次套裝且相互之間滑移配合的套筒，所述套筒包括上套筒、若干中套筒、下套筒，所述上套筒上端設(shè)置有安裝框架；所述套筒內(nèi)設(shè)有剪叉式連桿機(jī)構(gòu)，所述剪叉式連桿機(jī)構(gòu)下端連接下套筒，上端伸出上套筒，并連接有驅(qū)使其伸縮的第一驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述第一驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在安裝框架上，所述安裝框架與連接件鉸接。

所述剪叉式連桿機(jī)構(gòu)包括若干剪叉單元，每個(gè)剪叉單元包括交叉設(shè)置并鉸接的第一鉸接桿、第二鉸接桿，相鄰剪叉單元之間通過(guò)第一鉸接桿、第二鉸接桿鉸接連接；所述第一驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第一伺服電機(jī)、第一絲桿、第一直線軌道、第二直線軌道、第一滑塊、兩個(gè)第二滑塊；所述第一直線軌道、第二直線軌道固定在安裝框架上，，所述第一直線軌道沿伸縮方向布置，所述第二直線軌道與第一直線軌道相垂直，所述第一滑塊與第一直線軌道滑移配合，并連接最上端的剪叉單元，所述第二滑塊與第二直線軌道滑移配合，并分別與最上端的剪叉單元的第一鉸接桿、第二鉸接桿的端部鉸接；所述第一絲桿與第一直線軌道平行布置，并穿過(guò)第一滑塊與其螺紋配合，所述第一伺服電機(jī)固定在安裝框架上，并通過(guò)第一傳動(dòng)組件驅(qū)動(dòng)連接第一絲桿。

所述剪叉式連桿機(jī)構(gòu)與下套筒之間設(shè)有彈性緩沖件。

所述伸縮支撐缸底部還設(shè)有行走輪機(jī)構(gòu)，所述行走輪機(jī)構(gòu)包括支撐架、滾輪、第二伺服電機(jī)，所述支撐架固定在下套筒底部，所述滾輪通過(guò)轉(zhuǎn)軸可旋轉(zhuǎn)地安裝在支撐架上，所述第二伺服電機(jī)通過(guò)第二傳動(dòng)組件驅(qū)動(dòng)連接轉(zhuǎn)軸，帶動(dòng)滾輪同步旋轉(zhuǎn)。

所述第二驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第三伺服電機(jī)、曲型齒條、第一傳動(dòng)齒輪，所述曲型齒條固定安裝在安裝框架外側(cè)，所述第三伺服電機(jī)通過(guò)第三傳動(dòng)組件驅(qū)動(dòng)連接第一傳動(dòng)齒輪，所述第一傳動(dòng)齒輪與曲型齒條相嚙合。

所述運(yùn)載平衡系統(tǒng)包括第三直線軌道、安裝架、配重組件；所述第三直線軌道固定安裝在機(jī)架底部，并沿前后方向布置，所述配重組件安裝在安裝架上，所述安裝架與第三直線軌道滑移配合，并通過(guò)第三驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)使構(gòu)成沿第三直線軌道的往復(fù)滑移動(dòng)作。

所述第三驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括直線齒條、第四伺服電機(jī)，所述直線齒條與第三直線軌道平行布置，所述第四伺服電機(jī)固定安裝在安裝架，其輸出端連接有第二傳動(dòng)齒輪，所述第二傳動(dòng)齒輪與直線齒條相嚙合。

所述第三直線軌道、安裝架、配重組件、第三驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)均設(shè)有2組，并沿機(jī)架底部中心線對(duì)稱布置。

所述配重組件為配重塊。

所述配重組件為伸縮支撐缸。

本發(fā)明的有益效果是：采用以上方案，剪叉式連桿機(jī)構(gòu)具有更好的伸縮調(diào)整能力以及更快的伸縮調(diào)整速度，同時(shí)設(shè)置在相互套接滑移配合的套筒內(nèi)，兩者結(jié)合，既保證了伸縮幅度、伸縮速度，同時(shí)保證了強(qiáng)度能力，支撐更加穩(wěn)定牢固。因此，采用上述結(jié)構(gòu)的伸縮支撐缸，能夠使得爬梯越障機(jī)器人越障能力更強(qiáng)，而且越障時(shí)速度更快。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一爬梯越障機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例一隱藏部分結(jié)構(gòu)后行走系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例二爬梯越障機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例二隱藏部分結(jié)構(gòu)后行走系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例第一伸縮支撐缸伸出時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例第一伸縮支撐缸收縮時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與剪叉式連桿機(jī)構(gòu)連接時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為本發(fā)明實(shí)施例第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與剪叉式連桿機(jī)構(gòu)連接時(shí)另一視角的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9本發(fā)明實(shí)施例行走輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10本發(fā)明實(shí)施例座椅系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11本發(fā)明實(shí)施例座椅系統(tǒng)另一視角的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖12為本發(fā)明另一種實(shí)施例第一伸縮支撐缸的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖13為本發(fā)明另一種實(shí)施例第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與剪叉式連桿機(jī)構(gòu)連接時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中1-行走支撐腳，11-第一伸縮支撐缸，111-上套筒，112-下套筒，113-剪叉式連桿機(jī)構(gòu)，1131-第一鉸接桿，1132-第二鉸接桿，114-安裝框架，115-第一驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，1151-第一伺服電機(jī)，1152-第一絲桿，1153-第一直線軌道，1154-第二直線軌道，1155-第一滑塊，1156-第二滑塊，1157-第三直線軌道，1158-第三滑塊，12-第二驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，121-第三伺服電機(jī)，122-第一傳動(dòng)齒輪，123-曲型齒條，13-連接件，116-行走輪機(jī)構(gòu)，1161-支撐架，1162-滾輪，1163-第二伺服電機(jī)，21-座椅，22-靠背，23-腳踏板，24-連接板，241-上連板，242-下連板，25-旋轉(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)，26-第三驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，3-運(yùn)載平衡系統(tǒng)，31-第三直線軌道，32-安裝架，33-配重組件34-第三驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，341-直線齒條，342-第四伺服電機(jī)，343-第二傳動(dòng)齒輪，4-機(jī)架。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明：

如圖所示，一種輪式越障機(jī)器人，包括機(jī)架4和設(shè)置在機(jī)架4上的行走系統(tǒng)、座椅系統(tǒng)、運(yùn)載平衡系統(tǒng)以及操作系統(tǒng)。

所述行走系統(tǒng)包括四組行走支撐腳1，每組所述行走支撐腳1均包括伸縮支撐缸11、第二驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)12以及連接件13；四組行走支撐腳1分別通過(guò)連接件13固定在機(jī)架4底部的四角位置，所述伸縮支撐缸11的上端鉸接在連接件13上，并通過(guò)第二驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)12構(gòu)成伸縮支撐缸11沿其鉸接端旋轉(zhuǎn)的聯(lián)動(dòng)配合。

通過(guò)運(yùn)載平衡系統(tǒng)保持平衡，同時(shí)配合伸縮支撐缸11本身的伸縮能力，以及通過(guò)第二驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)12實(shí)現(xiàn)伸縮支撐缸11的前后相對(duì)擺動(dòng)，使得能夠跨越障礙物，適應(yīng)各種復(fù)雜路況。

其中，所述伸縮支撐缸11包括若干依次套裝且相互之間滑移配合的套筒，所述套筒包括上套筒111、若干中套筒、下套筒112，所述上套筒111上端設(shè)置有安裝框架114；所述套筒內(nèi)設(shè)有剪叉式連桿機(jī)構(gòu)113，所述剪叉式連桿機(jī)構(gòu)113下端連接下套筒112，上端伸出上套筒111，并連接有驅(qū)使其伸縮的第一驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)115，所述第一驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)115安裝在安裝框架114上，所述安裝框架114與連接件13鉸接。

剪叉式連桿機(jī)構(gòu)113具有更好的伸縮調(diào)整能力以及更快的伸縮調(diào)整速度，同時(shí)設(shè)置在相互套接滑移配合的套筒內(nèi)，兩者結(jié)合，既保證了伸縮幅度、伸縮速度，同時(shí)保證了強(qiáng)度能力，支撐更加穩(wěn)定牢固。因此，采用上述結(jié)構(gòu)的伸縮支撐缸，能夠使得爬梯越障機(jī)器人越障能力更強(qiáng)，而且越障時(shí)速度更快。

如圖所示，所述剪叉式連桿機(jī)構(gòu)113包括若干剪叉單元，每個(gè)剪叉單元包括交叉設(shè)置并鉸接的第一鉸接桿1131、第二鉸接桿1132，相鄰剪叉單元之間通過(guò)第一鉸接桿1131、第二鉸接桿1132鉸接連接；所述第一驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)115包括第一伺服電機(jī)1151、第一絲桿1152、第一直線軌道1153、第二直線軌道1154、第一滑塊1155、兩個(gè)第二滑塊1156；所述第一直線軌道1153、第二直線軌道1154固定在安裝框架114上，，所述第一直線軌道1153沿伸縮方向布置，所述第二直線軌道1154與第一直線軌道1153相垂直，所述第一滑塊1155與第一直線軌道1153滑移配合，并連接最上端的剪叉單元，所述第二滑塊1156與第二直線軌道1154滑移配合，并分別與最上端的剪叉單元的第一鉸接桿1131、第二鉸接桿1132的端部鉸接；所述第一絲桿1152與第一直線軌道1153平行布置，并穿過(guò)第一滑塊1155與其螺紋配合，所述第一伺服電機(jī)1151固定在安裝框架114上，并通過(guò)第一傳動(dòng)組件驅(qū)動(dòng)連接第一絲桿1152。

操作時(shí)，第一伺服電機(jī)1151啟動(dòng)，通過(guò)第一傳動(dòng)組件帶動(dòng)第一絲桿1152轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)第一滑塊1155沿第一直線軌道1153滑移，第一滑塊1155則帶動(dòng)剪叉單元同步動(dòng)作，同時(shí)該剪叉單元的第一鉸接桿1131、第二鉸接桿1132的端部通過(guò)第二滑塊1156、第二直線軌道1154限位相對(duì)活動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)剪叉式連桿機(jī)構(gòu)113的快速伸縮調(diào)整。

其中，第一傳動(dòng)組件采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)組件，能夠更合理地安裝連接，方便伸縮支撐缸11安裝連接，當(dāng)然也可直接采用聯(lián)軸器或其他方式進(jìn)行連接傳遞。

當(dāng)然，所述第一驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)115也可以如圖12-13所示，包括第一伺服電機(jī)1151、第一絲桿1152、第三直線軌道1157、兩個(gè)第三滑塊1158，所述第一伺服電機(jī)1151驅(qū)動(dòng)連接第一絲桿1152，所述第一絲桿1152與第三直線軌道1157平行，且其兩端設(shè)置相互對(duì)稱的螺紋牙絲，兩個(gè)所述第三滑塊1158對(duì)稱布置在第一絲桿1152兩端，與第一絲桿1152螺紋配合；兩個(gè)所述第三滑塊1158分別與最上端的剪叉單元的第一鉸接桿1131、第二鉸接桿1132的端部鉸接。

第一伺服電機(jī)1151能驅(qū)動(dòng)第一絲桿1152轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第一絲桿1152能帶動(dòng)兩個(gè)第三滑塊1158同步相向或相反移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)剪叉式連桿機(jī)構(gòu)的快速伸縮調(diào)整，調(diào)整更加穩(wěn)定。

進(jìn)一步的，所述剪叉式連桿機(jī)構(gòu)113與下套筒112之間設(shè)有彈性緩沖件，在其支撐活動(dòng)時(shí)，彈性緩沖件起到一個(gè)彈性緩沖效果，在用作越障輪椅的支撐腳時(shí)，在越障行走時(shí)，既能夠保證使用者的舒適度，又能夠保護(hù)剪叉式連桿機(jī)構(gòu)不受直接沖擊，提高使用壽命。

所述彈性緩沖件可以直接采用彈簧結(jié)構(gòu)。

如圖所示，所述第一伸縮支撐缸11底部還設(shè)有行走輪機(jī)構(gòu)116，所述行走輪機(jī)構(gòu)116包括支撐架1161、滾輪1162、第二伺服電機(jī)1163，所述支撐架1161固定在下套筒112底部，所述滾輪1162通過(guò)轉(zhuǎn)軸可旋轉(zhuǎn)地安裝在支撐架1161上，所述第二伺服電機(jī)1163通過(guò)第二傳動(dòng)組件驅(qū)動(dòng)連接轉(zhuǎn)軸，帶動(dòng)滾輪1162同步旋轉(zhuǎn)。在平穩(wěn)路段上，通過(guò)第二伺服電機(jī)1163驅(qū)動(dòng)滾輪1162動(dòng)作實(shí)現(xiàn)前行或后退，行走更加方便。

如圖所示，所述第二驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)12包括第三伺服電機(jī)121、曲型齒條122、第一傳動(dòng)齒輪123，所述曲型齒條122固定安裝在安裝框架114外側(cè)，所述第三伺服電機(jī)121通過(guò)第三傳動(dòng)組件驅(qū)動(dòng)連接第一傳動(dòng)齒輪123，所述第一傳動(dòng)齒輪123與曲型齒條122相嚙合。

通過(guò)第三伺服電機(jī)121正反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)曲型齒條122的正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)伸縮支撐缸11不斷的相對(duì)來(lái)回?cái)[動(dòng)。不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，聯(lián)動(dòng)巧妙，控制更加精確。

如圖所示，所述運(yùn)載平衡系統(tǒng)3包括第三直線軌道31、安裝架32、配重組件33；所述第三直線軌道31固定安裝在機(jī)架4底部，并沿前后方向布置，所述配重組件33安裝在安裝架32上，所述安裝架32與第三直線軌道31滑移配合，并通過(guò)第三驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)34驅(qū)使構(gòu)成沿第三直線軌道31的往復(fù)滑移動(dòng)作。

在越障時(shí)，隨著各個(gè)伸縮支撐缸11的伸縮以及擺動(dòng)，其整體重心位置會(huì)產(chǎn)生變化，因此通過(guò)配重組件33來(lái)彌補(bǔ)其重心的變化，確保受力平衡，使得其在越障時(shí)更加穩(wěn)定。

其中，所述第三驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)34包括直線齒條341、第四伺服電機(jī)342，所述直線齒條341與第三直線軌道31平行布置，所述第四伺服電機(jī)342固定安裝在安裝架32，其輸出端連接有第二傳動(dòng)齒輪343，所述第二傳動(dòng)齒輪343與直線齒條341相嚙合。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。

進(jìn)一步的，所述第三直線軌道31、安裝架32、配重組件33、第三驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)34均設(shè)有2組，并沿機(jī)架4底部中心線對(duì)稱布置。受力更加穩(wěn)定，確保其平衡能力。

另外，所述配重組件33為配重塊。當(dāng)然也可以如圖所示，所述配重組件33為伸縮支撐缸。

如圖所示，所述座椅系統(tǒng)包括座椅21、靠背22、腳踏板23、連接板24；所述座椅21固定在機(jī)架3上，所述靠背22與座椅21的后端之間、所述連接板24的一端與座椅21的前端之間、所述連接板24的另一端與腳踏板之間均通過(guò)一組旋轉(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)25活動(dòng)旋轉(zhuǎn)配合。通過(guò)旋轉(zhuǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)25，能夠適當(dāng)調(diào)整靠背22與座椅21之間的角度、座椅21與連接板24之間的角度，連接板24與腳踏板23之間的角度，使使用者坐在輪椅上時(shí)，更加舒適，而且可以直接調(diào)整成平躺的結(jié)構(gòu)，變成一張可移動(dòng)的床，直接平躺在上面。

所述連接板24包括上連板241、下連板242，所述上連板241與下連板242滑移配合，所述上連板241與下連板242之間設(shè)有驅(qū)動(dòng)其相對(duì)滑移的第四驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)26。連接板24設(shè)置成長(zhǎng)度可調(diào)的結(jié)構(gòu)，使輪椅能適應(yīng)各種不同身高腿長(zhǎng)的使用者，同時(shí)長(zhǎng)度調(diào)整配合角度調(diào)整，在爬樓梯或者越障礙時(shí)，能夠起到輔助爬梯越障的效果。

進(jìn)一步的，所述下連板242下端還設(shè)有滾動(dòng)輪27，在爬梯或越障時(shí)，實(shí)現(xiàn)輔助行走，避免摩擦。

實(shí)施例不應(yīng)視為對(duì)發(fā)明的限制，但任何基于本發(fā)明的精神所作的改進(jìn)，都應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。