一種用于地面機(jī)器人的多角輪的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種步行機(jī)構(gòu)，特別涉及一種用于地面機(jī)器人的多角輪。
【背景技術(shù)】
[0002]翻爬臺(tái)階能力是衡量地面機(jī)器人越障能力的重要標(biāo)準(zhǔn)。比如在建筑物內(nèi)，能上下樓梯就意味著能到達(dá)樓房內(nèi)任意一個(gè)地點(diǎn)。履帶式機(jī)器人越障能力強(qiáng)，甚至可以上下樓梯，但在復(fù)雜地面比如碎石、泥土、冰雪、草地上行進(jìn)時(shí)，履帶極易被堵塞、纏繞，造成失效。并且履帶驅(qū)動(dòng)增大了行走機(jī)構(gòu)復(fù)雜性，增大了機(jī)器人重量。相對而言，輪式機(jī)器人不易粘附石塊、煤渣，因此不易被堵塞，但其缺點(diǎn)是只能爬上高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于車輪直徑的臺(tái)階。作為對輪式機(jī)器人的改進(jìn)，有人提出過一種五星輪結(jié)構(gòu)，能有效提高越障能力，但在平地上行進(jìn)時(shí)，由于四個(gè)輪子很難做到步調(diào)一致，所以車輛會(huì)十分顛簸；即便設(shè)法使四個(gè)車輪做到步調(diào)一致，在低速行進(jìn)時(shí)，車體重心也會(huì)不斷上下移動(dòng)，影響穩(wěn)定性。還有人提出過一種可變直徑的半步行輪結(jié)構(gòu)，在松軟土壤上采用步行輪方式，以獲得較小的滾動(dòng)阻力和較大的驅(qū)動(dòng)力；在硬路面上采用圓形輪子方式以獲得良好的平順性。但這種方式并沒有有效提高輪子的越障能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，將圓形輪與多角輪的方式相結(jié)合，提供了一種用于地面機(jī)器人的多角輪裝置。其結(jié)構(gòu)包括多角輪轂，從動(dòng)錐齒輪，螺桿，連桿，螺母，腳桿和主動(dòng)錐齒輪。
[0004]所述多角輪轂為N角星形骨架，起支撐整個(gè)輪子作用，行走電機(jī)減速器可連接多角輪轂中心。N角星每個(gè)角尖端為半圓形。N的值可根據(jù)機(jī)器人自身情況和作業(yè)環(huán)境而定，優(yōu)選地，5彡N彡10。
[0005]所述從動(dòng)錐齒輪固定在螺桿的一頭，每根螺桿通過軸承支架固定在多角輪轂的一個(gè)角上，但可自由轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，對于一個(gè)多角輪來說，螺桿和從動(dòng)錐齒輪各有N個(gè)。
[0006]螺桿與螺母是螺紋連接，連桿的一端與螺母的一端通過鉸鏈連接，連桿的另一端與腳桿的中部通過鉸鏈連接。腳桿通過鉸鏈連接于尖端的半圓形的一端。螺母、連桿與腳桿構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。螺母充當(dāng)滑塊，為主動(dòng)件，腳桿充當(dāng)曲柄。而連桿和腳桿對稱布置于多角輪轂的一個(gè)角兩側(cè)，因此，對于一個(gè)多角輪來說，螺母共有N個(gè)，連桿和腳桿都各有2XN個(gè)。
[0007]腳桿為圓弧形，2 X N個(gè)腳桿可構(gòu)成整個(gè)圓周。
[0008]主動(dòng)錐齒輪與N個(gè)從動(dòng)錐齒輪是同時(shí)嚙合的，可由切換電機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)錐齒輪以一定方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使所有從動(dòng)錐齒輪帶動(dòng)螺桿以一定方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使螺母向圓心靠近或遠(yuǎn)離，從而帶動(dòng)連桿和腳桿向多角輪轂的角收攏或張開。其收攏幅度根據(jù)地面工況而定，優(yōu)選地，在平順路面上行走時(shí)，腳桿處于完全張開狀態(tài)，路面越崎嶇，或需要翻越的臺(tái)階越高，腳桿收攏程度越大。如果多角輪被特殊地形卡住，可通過控制腳桿的張開與收攏，使輪子掙脫障礙物，越過卡死點(diǎn)。
[0009]故本發(fā)明的用于地面機(jī)器人的多角輪裝置同時(shí)兼顧了地面機(jī)器人在平坦路面行進(jìn)時(shí)的平順性、穩(wěn)定性，有利于機(jī)器人上配備的傳感器高效工作，以及在崎嶇路面的翻越障礙能力，使之能爬上接近輪子直徑一半高度的臺(tái)階。機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單，切換方便，實(shí)用可靠的優(yōu)點(diǎn)，具有推廣前途。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于地面機(jī)器人的多角輪處于圓形輪工作狀態(tài)的立體圖
[0011]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于地面機(jī)器人的多角輪處于多角輪工作狀態(tài)的立體圖
【具體實(shí)施方式】
[0012]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，但不作為對本發(fā)明的限定。
[0013]如圖1和圖2所示，一種用于地面機(jī)器人的多角輪包括多角輪轂1，從動(dòng)錐齒輪2，螺桿3，連桿4，螺母5，腳桿6和主動(dòng)錐齒輪7。
[0014]所述多角輪轂I為N角星形骨架，起支撐整個(gè)輪子作用，行走電機(jī)減速器可連接多角輪轂中心從而驅(qū)動(dòng)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)(驅(qū)動(dòng)方式不為發(fā)明點(diǎn)，因此圖中未示出)。N角星每個(gè)角尖端101為半圓形。
[0015]所述從動(dòng)錐齒輪2固定在螺桿3的一頭，每根螺桿3通過軸承支架固定在多角輪轂I的一個(gè)角上，但可自由轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，對于一個(gè)多角輪來說，螺桿3和從動(dòng)錐齒輪2各有時(shí)。
[0016]螺桿3與螺母5是螺紋連接，連桿4的一端與螺母5的一端通過鉸鏈連接，連桿4的另一端與腳桿6的中部通過鉸鏈連接。腳桿6通過鉸鏈連接于尖端101的半圓形的一端。螺母5、連桿4與腳桿6構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。螺母5充當(dāng)滑塊，為主動(dòng)件，腳桿6充當(dāng)曲柄。而連桿4和腳桿6對稱布置于多角輪轂I的一個(gè)角兩側(cè)，因此，對于一個(gè)多角輪來說，螺母5共有N個(gè)，連桿4和腳桿6都各有2 XN個(gè)。
[0017]腳桿6為圓弧形，2*N個(gè)腳桿6可構(gòu)成整個(gè)圓周。
[0018]主動(dòng)錐齒輪7與N個(gè)從動(dòng)錐齒輪2是同時(shí)嚙合的，可由切換電機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)錐齒輪7 (驅(qū)動(dòng)方式不為發(fā)明點(diǎn)，因此圖中未示出)。
[0019]以下說明該多角輪的運(yùn)行原理。在平地上行走時(shí)，如圖1所示，螺母5處于距輪子圓心較遠(yuǎn)處，2 XN個(gè)腳桿6處于張開狀態(tài)，共同構(gòu)成整個(gè)圓周，多角輪像普通圓形輪一樣工作。在崎嶇路面上行走，或需要爬上臺(tái)階時(shí)，控制切換電機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)錐齒輪7以一定方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使所有從動(dòng)錐齒輪2帶動(dòng)螺桿3以一定方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使螺母5向圓心方向靠近，從而帶動(dòng)連桿4和腳桿6向多角輪轂I的角收攏。其收攏幅度根據(jù)地面工況而定。此時(shí)多角輪的狀態(tài)如圖2所示，只有尖端101與地面和障礙物接觸，其半圓形結(jié)構(gòu)有利于翻越障礙物，尤其是爬上臺(tái)階?；謴?fù)平地工況后，只要讓切換電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，反向進(jìn)行上述過程以恢復(fù)圖1所示狀態(tài)即可。
[0020]如果多角輪被特殊地形卡住，可通過控制腳桿6的張開與收攏，使輪子掙脫障礙物，越過卡死點(diǎn)。
[0021]以上所述的實(shí)施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的【具體實(shí)施方式】的一種，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)進(jìn)行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于地面機(jī)器人的多角輪，其特征在于包括多角輪轂，從動(dòng)錐齒輪，螺桿，連桿，螺母，腳桿和主動(dòng)錐齒輪；多角輪轂支撐整個(gè)輪子，從動(dòng)錐齒輪固定在螺桿的一頭，每根螺桿通過軸承支架固定在多角輪轂的一個(gè)角上；螺桿與螺母是螺紋連接，連桿的一端與螺母通過鉸鏈連接，另一端與腳桿的中部通過鉸鏈連接；腳桿通過鉸鏈連接于多角輪轂尖端的一端；螺母、連桿與腳桿構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，螺母充當(dāng)滑塊，為主動(dòng)件，腳桿充當(dāng)曲柄。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于地面機(jī)器人的多角輪裝置，其特征在于主動(dòng)錐齒輪與所有從動(dòng)錐齒輪是同時(shí)嚙合的。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于地面機(jī)器人的多角輪裝置，其特征在于腳桿為圓弧形，所有腳桿可構(gòu)成整個(gè)圓周。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于地面機(jī)器人的多角輪裝置，其特征在于多角輪轂的尖端都為半圓形結(jié)構(gòu)，圓弧朝外。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于地面機(jī)器人的多角輪裝置，其特征在于在平地上行走時(shí)，螺母處于距輪子圓心較遠(yuǎn)處，所有腳桿構(gòu)成整個(gè)圓，多角輪像普通圓形輪一樣工作；在崎嶇路面上行走，或需要爬上臺(tái)階時(shí)，控制切換電機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)錐齒輪以一定方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使所有從動(dòng)錐齒輪帶動(dòng)螺桿以一定方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使螺母向圓心方向靠近，從而帶動(dòng)連桿和腳桿向多角輪轂的角收攏；此時(shí)，只有多角輪轂的尖端與地面和障礙物接觸，其半圓形結(jié)構(gòu)有利于爬上障礙物；恢復(fù)平地工況后，只要讓切換電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，反向進(jìn)行上述過程即可。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于腳桿的收攏幅度根據(jù)地面工況而定。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于如果多角輪被特殊地形卡住，可通過控制腳桿的張開與收攏，使輪子掙脫障礙物，越過卡死點(diǎn)。
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種用于地面機(jī)器人的多角輪裝置。包括多角輪轂，從動(dòng)錐齒輪，螺桿，連桿，螺母，腳桿和主動(dòng)錐齒輪。多角輪轂支撐整個(gè)輪子，從動(dòng)錐齒輪固定在螺桿的一頭，螺桿通過軸承支架固定在多角輪轂的一個(gè)角上。螺桿與螺母是螺紋連接，連桿的一端與螺母通過鉸鏈連接，另一端與腳桿的中部通過鉸鏈連接。腳桿通過鉸鏈連接于多角輪轂尖端的半圓形的一端。螺母、連桿與腳桿構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。在平地上行走時(shí)，多角輪像普通圓形輪一樣工作。需要爬上臺(tái)階時(shí)，驅(qū)動(dòng)主動(dòng)錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使從動(dòng)錐齒輪帶動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使螺母向圓心靠近，帶動(dòng)連桿和腳桿向多角輪轂的角收攏。此時(shí)，只有多角輪轂尖端與地面和障礙物接觸，其半圓形結(jié)構(gòu)有利于爬上障礙物。
【IPC分類】B60B19/00
【公開號(hào)】CN105150763
【申請?zhí)枴緾N201510406706
【發(fā)明人】高峻峣, 趙靖超, 趙方舟, 李鑫, 徐喆, 曹浩翔, 劉軼, 石選陽, 陸豪健
【申請人】北京理工大學(xué)
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年9月22日