本實用新型屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自平衡機器人的狀態(tài)切換裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)在市面上所使用的雙輪自平衡機器人是由兩個電機分別驅(qū)動兩個共軸的車輪，通過車輪運動保持車體的自平衡。這種設(shè)計結(jié)構(gòu)可以充分地利用雙輪自平衡機器人的運動非線性、強耦合、參數(shù)不確定性、更好的轉(zhuǎn)向體驗等一系列的優(yōu)點。與此同時，現(xiàn)在市面上所使用的四輪差速機器人具有承載能力高、運動平穩(wěn)等優(yōu)點。但是，在很多情況下，人們希望能夠讓同一個機器人既能夠?qū)崿F(xiàn)雙輪自平衡狀態(tài)的運動，又能夠切換成四輪差速狀態(tài)的運動，需要實現(xiàn)這兩種狀態(tài)進行有效地結(jié)合，以滿足人們的需求，所以就亟需開發(fā)一種集兩種運動狀態(tài)于一身的機器人。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是：提供一種自平衡機器人的狀態(tài)切換裝置，使得自平衡機器人在使用的過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)雙輪自平衡運動狀態(tài)和四輪差速運動狀態(tài)之間的隨意切換。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的技術(shù)方案是：自平衡機器人的狀態(tài)切換裝置，其特征在于，所述狀態(tài)切換裝置設(shè)置在所述自平衡機器人的車體下部，所述狀態(tài)切換裝置包括：由電機驅(qū)動的傳動機構(gòu)；兩個鉸鏈平行四邊形機構(gòu)，每個所述鉸鏈平行四邊形機構(gòu)包括依次首尾鉸接的輸入連桿、中間連桿和輸出連桿，所述輸入連桿的首端與所述傳動機構(gòu)中的動力輸出軸固定連接，所述輸出連桿的尾端與所述車體鉸接；對應(yīng)每個所述鉸鏈平行四邊形機構(gòu)設(shè)有一個萬向輪，所述萬向輪設(shè)置在所述中間連桿與所述輸出連桿的鉸接處。

進一步的，兩個所述鉸鏈平行四邊形機構(gòu)對稱設(shè)置。

進一步的，所述傳動機構(gòu)采用齒輪傳動機構(gòu)，所述齒輪傳動機構(gòu)包括依次嚙合的偶數(shù)個齒輪；所述輸入連桿的首端與所述齒輪傳動機構(gòu)中的輸出齒輪的輪軸固定連接。

進一步的，所述齒輪傳動機構(gòu)包括四個依次嚙合的齒輪；或者兩個嚙合的齒輪。

進一步的，所述傳動機構(gòu)采用同步帶傳動機構(gòu)，所述同步帶傳動機構(gòu)包括兩條同步帶，分別定義為第一同步帶、第二同步帶，其中所述第一同步帶繞過第一同步帶輸出帶輪和所述電機上的皮帶輪；所述第二同步帶繞過一個換向輪與所述電機上的皮帶輪，所述第二同步帶的外側(cè)設(shè)有一個由所述第二同步帶驅(qū)動的第二同步帶輸出帶輪；其中一個所述鉸鏈平行四邊形機構(gòu)的所述輸入連桿的首端與所述第一同步帶輸出帶輪的輪軸固定連接，另一個所述鉸鏈平行四邊形機構(gòu)的所述輸入連桿的首端與所述第二同步帶輸出帶輪的輪軸固定連接。

進一步的，兩個所述鉸鏈平行四邊形機構(gòu)同向設(shè)置。

進一步的，所述傳動機構(gòu)采用齒輪傳動機構(gòu)，所述齒輪傳動機構(gòu)包括依次嚙合的奇數(shù)個齒輪；所述輸入連桿的首端與所述齒輪傳動機構(gòu)中的輸出齒輪的輪軸固定連接。

進一步的，所述傳動機構(gòu)采用同步帶傳動機構(gòu)，所述同步帶傳動機構(gòu)包括兩條同步帶，所述輸入連桿的首端與所述同步帶的輸出帶輪的輪軸固定連接。

進一步的，所述輸入連桿為拐臂形桿件，或者直形桿件。

進一步的，自平衡機器人，所述自平衡機器人包括：車體，在所述車體的下部設(shè)有兩個由主電機驅(qū)動的車輪，所述自平衡機器人還包括前述的狀態(tài)切換裝置。

由于采用了上述技術(shù)方案，本實用新型的有益效果是：

自平衡機器人的狀態(tài)切換裝置，通過電機控制齒輪傳動機構(gòu)的齒輪之間的傳動，利用鉸鏈平行四邊形結(jié)構(gòu)的死點來控制兩個萬向輪同時著地或者同時離地，以實現(xiàn)自平衡機器人的雙輪自平衡運動狀態(tài)和四輪差速運動狀態(tài)之間的隨意切換。

使用本實用新型的自平衡機器人的狀態(tài)切換裝置，自平衡機器人可以充分利用雙輪自平衡運動狀態(tài)的非線性、強耦合、參數(shù)不確定性、更好的轉(zhuǎn)向體驗等優(yōu)點；同時也可以充分利用四輪差速運動狀態(tài)的承載能力高、運動平穩(wěn)等優(yōu)點。并且在使用該狀態(tài)切換裝置時，只有當雙輪自平衡運動狀態(tài)和四輪差速運動狀態(tài)之間進行切換時，狀態(tài)切換裝置的電機才需要輸出扭矩，能夠節(jié)約能源，降低成本。

該裝置不論是在輪自平衡運動狀態(tài)還是四輪差速運動狀態(tài)下，機器人的重心始終都能夠保持在兩個驅(qū)動輪軸線的垂直面上，該裝置可以減小兩個狀態(tài)之間切換過程中重心的影響，很好地實現(xiàn)兩種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。該裝置能夠很好地降低重心對雙輪自平衡狀態(tài)下的動態(tài)平衡運動以及四輪差速運動狀態(tài)下機器人轉(zhuǎn)彎半徑為0運動的影響。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的自平衡機器人的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型的一種實施方式的自平衡機器人的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實用新型的自平衡機器人的分解示意圖；

圖4是圖3中齒輪傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是圖4的俯視圖；

圖6是本實用新型的另一種實施方式的自平衡機器人的同步帶傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1-車體，2-車輪一，3-電機一，4-連桿二，5-連桿一，6-連桿三，7-萬向輪一，8-端部軸一，9-傳遞軸一，10-電機三，11-傳遞軸二，12-端部軸二，13-連桿四，14-連桿五，15-連桿六，16-萬向輪二，17-端部齒輪二，18-軸承，19-傳遞齒輪二，20-傳遞齒輪一，21-端部齒輪一，22-電機二，23-車輪二，24-第一同步帶輪，25-第二同步帶輪，26-第一同步帶，27-第二同步帶，28-換向輪，A-連桿六與車體鉸接點，B-萬向輪二與連桿六連接點，C-連桿五與連桿六鉸接點，D-連桿四與連桿五鉸接點，E-連桿一與連桿二鉸接點，F(xiàn)-連桿二與連桿三鉸接點，G-萬向輪一與連桿三連接點，H-連桿三與車體鉸接點。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。

在本說明書的描述中，需要理解的是，本說明書中涉及到的帶有序號命名的技術(shù)特征(如萬向輪一、萬向輪二、連桿一、連桿二、連桿三等)，僅僅是為了區(qū)別各技術(shù)特征，并不代表各技術(shù)特征之間的位置關(guān)系、安裝順序及工作順序等，因此不能理解為對本實用新型的限制。

第一種實施方式：

結(jié)合圖2、圖3、圖4以及圖5所示，以傳動機構(gòu)為包含四個齒輪的齒輪傳動機構(gòu)，兩個鉸鏈平行四邊形結(jié)構(gòu)對稱設(shè)置的狀態(tài)切換裝置為例，使用本實用新型的狀態(tài)切換裝置的自平衡機器人由車體1、電機一3、車輪一2、連桿一5、連桿二4、連桿三6、連桿四13、連桿五14、連桿六15、萬向輪一7、萬向輪二16、端部軸一8、端部軸二12、傳遞軸一9、傳遞軸二11、端部齒輪一21、端部齒輪二17、傳遞齒輪一20、傳遞齒輪二19、電機二22、車輪二23、四組軸承18組成。其中，連桿一5和連桿四13為輸入連桿，連桿二4和連桿五14為中間連桿，連桿三6和連桿六15為輸出連桿，端部齒輪一21和端部齒輪二17為輸出齒輪，端部軸一8和端部軸二12為輸出齒輪的輪軸，電機一3和電機二22為主電機。

電機一3、四組軸承18、電機二22固定在車體1上，電機一3驅(qū)動車輪一2轉(zhuǎn)動，電機二22驅(qū)動車輪二23轉(zhuǎn)動。端部軸一8、端部軸二12、傳遞軸一9、傳遞軸二11分別固定在四組軸承18上，四組軸承18固定在車體1上，連桿一5和端部齒輪一21共同固定在端部軸一8上，連桿一5和連桿二4鉸接在E處，連桿二4和連桿三6鉸接在F處，連桿三6和車體1鉸接在H處，連桿一5和連桿三6的桿長相等，連桿二4的桿長和連桿三6的H處到端部軸一8的距離相等，構(gòu)成鉸鏈平行四邊形機構(gòu)，萬向輪一7固定在連桿三6的G處，傳遞軸一9固定在軸承18上，傳遞齒輪一20固定在傳遞軸一9上，端部齒輪一21和傳遞齒輪一20嚙合。傳遞軸二11固定在軸承18上，連桿四13和端部齒輪二17共同固定在端部軸二12上，連桿四13和連桿五14鉸接在D處，連桿五14和連桿六15鉸接在C處，連桿六15和車體1鉸接在A處，連桿六15和連桿四13的桿長相等，連桿五14的桿長和連桿六15的A處到端部軸二12的距離相等，構(gòu)成鉸鏈平行四邊形機構(gòu)，萬向輪二16固定在連桿六15的B處，傳遞軸二11固定在軸承18上，傳遞齒輪二19固定在傳遞軸二11上，傳遞齒輪一20和傳遞齒輪二19嚙合，傳遞齒輪二19和端部齒輪二17嚙合，電機三10驅(qū)動傳遞軸二11轉(zhuǎn)動。

在自平衡機器人的車體1上設(shè)計兩套控制萬向輪的鉸鏈平行四邊形機構(gòu)，通過電機三10帶動齒輪嚙合傳動，控制兩個鉸鏈平行四邊形機構(gòu)同時運動。鉸鏈平行四邊形機構(gòu)存在兩個死點，電機三10驅(qū)動使∠EFH＝0°時，兩個萬向輪和兩個車輪同時著地，自平衡機器人切換成四輪差速運動狀態(tài)，當電機三10驅(qū)動使∠EFH＝180°時，兩個萬向輪同時離開地面，只有兩個車輪著地，自平衡機器人切換成雙輪自平衡狀態(tài)。根據(jù)不同的運動狀態(tài)，電機三10將鉸鏈平行四邊形機構(gòu)驅(qū)動到兩個死點位置，當鉸鏈平行四邊形機構(gòu)被驅(qū)動到死點位置后，電機三10就不再需要輸出扭矩，能夠節(jié)約能量，降低成本。

第二種實施方式：

結(jié)合圖6所示，以傳動機構(gòu)為同步帶傳動機構(gòu)，兩個鉸鏈平行四邊形結(jié)構(gòu)同向設(shè)置的狀態(tài)切換裝置為例，與第一種實施方式不同的是，傳動機構(gòu)采用同步帶傳動機構(gòu)，電機三10的皮帶輪通過第一同步帶26帶動第一同步帶輪24，電機三10的皮帶輪通過第二同步帶27帶動換向輪28，同時將第二同步帶輪25設(shè)置在第二同步帶27的外側(cè)，并且第二同步帶輪25位于電機三10的皮帶輪和換向輪28之間。增加了一個換向輪28，可以改變第二同步帶輪25的轉(zhuǎn)動方向，從而能夠?qū)崿F(xiàn)兩個萬向輪的同時著地和同時離地的狀態(tài)。