專利名稱：一種輪履式越障機構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及地面移動機器人行走機構，具體地說是一種輪履式越障機構。
背景技術：
由于履帶機構適合在樓梯(斜坡、障礙物)上應用，輪子適合在平地上應用，在障 礙及平地環(huán)境下實現(xiàn)履帶和輪子的切換將有助于提高機器人在地面上的移動效率和在樓 梯(斜坡、障礙物)環(huán)境中的越障能力。機器人在上下樓梯、斜坡及跨越障礙過程中，往往 還需要具有一定的機構變形能力，以降低在樓梯(斜坡、障礙物)上的重心，增大接觸面積 等。目前，現(xiàn)有的移動機器人的行走機構為了滿足這些指標要求，往往采用多電機，多折履 帶及輔助支撐輪式結構，這種結構的行走機構過于笨重，在障礙物上的穩(wěn)定性也較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種越障平穩(wěn)、移動效率高的輪履式越障機構。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的本發(fā)明由結構相同的兩部分組成，每部分包括一組驅(qū)動輪組、三組從動輪組及兩 個彈性支撐臂，其中第一彈性支撐臂的兩端分別連接驅(qū)動輪組及第二從動輪組，第二彈性 支撐臂的兩端分別連接第一、三從動輪組，第二彈性支撐臂可相對擺動地通過主輪軸的一 端與第一彈性支撐臂相連，主輪軸的另一端分別連接另一部分中的兩個彈性支撐臂；所述 兩部分的第一彈性支撐臂之間設有連接支架，在連接支架上分別設有行走電機及驅(qū)動第二 彈性支撐臂擺動的擺動機構，行走電機與驅(qū)動輪組相連；所述驅(qū)動輪組及第一 三從動輪 組之間通過履帶相連接。其中所述第一彈性支撐臂包括套筒、軸芯及彈簧，其中軸芯的兩端分別插設有與 驅(qū)動輪組及第二從動輪組相連接的套筒，套筒內(nèi)容置有彈簧，彈簧的兩端分別抵接在軸芯 及套筒內(nèi)表面上；所述軸芯通過軸承與主輪軸的一端相連接；所述第二彈性支撐臂包括套 筒、軸芯及彈簧，其中軸芯的兩端分別插設有與第一、三從動輪組相連接的套筒，套筒內(nèi)容 置有彈簧，彈簧的兩端分別抵接在軸芯及套筒內(nèi)表面上；所述軸芯與主輪軸的一端固接； 套筒為半封閉的圓筒，所述軸芯的徑向截面為半圓形，第一、二彈性支撐臂通過各自的軸芯 相連接且處于同一平面內(nèi)；所述驅(qū)動輪組包括履帶導引輪、支架、輪軸及兩個驅(qū)動輪，其中 支架與第一彈性支撐臂相連，輪軸的兩端通過軸承安裝在支架上，其中一端由支架穿出、與 行走電機的輸出軸相連接；所述輪軸上鍵連接有履帶導引輪及兩個驅(qū)動輪，履帶導引輪位 于兩個驅(qū)動輪之間、與履帶相連接；所述第一 三從動輪組結構相同，包括履帶導引輪、支 架、輪軸及兩個從動輪，其中支架與第一彈性支撐臂或第二彈性支撐臂相連，輪軸的兩端通 過軸承安裝在支架上；所述兩個從動輪通過軸承安裝在輪軸上，在兩個從動輪之間設有與 輪軸鍵連接的履帶導引輪，該履帶導引輪與履帶相連接；履帶導引輪的半徑與履帶的厚度 之和小于驅(qū)動輪或從動輪的半徑；所述擺動裝置包括擺動電機、蝸桿及蝸輪，其中擺動電機 安裝在連接支架上，擺動電機的輸出軸上連接有蝸桿，在主輪軸上鍵連接有與蝸桿相嚙合的蝸輪。本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果為1.本發(fā)明采用驅(qū)動輪、從動輪與履帶相結合的方式，使得載體在平地之間利用輪 子進行行走，提高移動效率；在障礙物之間使用履帶方式進行行走，保證了越障過程中的穩(wěn) 定性及安全性，兩種行走方式自動切換。2.本發(fā)明能夠保證載體在平地和坡面上都能保持水平狀態(tài)，同時增大了在障礙物 上的接地面積。3.本發(fā)明在爬樓或越障過程中具有較大的支撐面，從而保證了載體的安全。4.本發(fā)明結構簡單，適合于翻越臺階、樓梯、斜坡等障礙，適用范圍廣。


圖1為本發(fā)明的主視圖；圖2為本發(fā)明驅(qū)動輪組或從動輪組的結構示意圖；圖3為本發(fā)明彈性支撐臂的結構示意圖；圖4為本發(fā)明兩彈性支撐臂的連接示意圖；圖5為本發(fā)明的立體結構示意圖；圖6為本發(fā)明第一彈性支撐臂(固定臂)與連接支架的連接示意圖；圖7為本發(fā)明第二彈性支撐臂(擺動臂)與擺動裝置的結構原理圖；圖8為本發(fā)明在樓梯上的變形示意圖；其中1為第一彈性支撐臂，2為第二彈性支撐臂，3為驅(qū)動輪組，4為第一從動輪 組，5為第二從動輪組，6為第三從動輪組，7為履帶，8為驅(qū)動輪，9為從動輪，10為履帶導引 輪，11為支架，12為輪軸，13為套筒，14為彈簧，15軸芯，16為行走電機，17為連接支架，18 為主輪軸，19為擺動電機，20為蝸桿，21為蝸輪。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳述。 如圖1 7所示，本發(fā)明由結構相同的兩部分組成，每部分包括一條履帶7、一組驅(qū) 動輪組3、第一 三從動輪組4 6及第一、二彈性支撐臂1、2，其中第一彈性支撐臂1的兩 端分別連接驅(qū)動輪組3及第二從動輪組5，第二彈性支撐臂2的兩端分別連接第一、三從動 輪組4、6，驅(qū)動輪組3及第一 三從動輪組4 6之間通過履帶7相連接；第一彈性支撐臂 1包括套筒13、軸芯15及彈簧14，其中軸芯15的兩端分別插設有套筒13，套筒13內(nèi)容置 有彈簧14，彈簧14的兩端分別抵接在軸芯15及套筒內(nèi)表面上；套筒13為半封閉的圓筒， 軸芯15的徑向截面為半圓形。第二彈性支撐臂2的結構與第一彈性支撐臂1的結構近似， 區(qū)別在于第二彈性支撐臂2的軸芯15與第一彈性支撐臂1的軸芯15分別為一個圓的兩 半，兩軸芯組合成的圓直徑略小于套筒13的內(nèi)徑，以保證軸芯15相對于套筒13沿軸向移 動。兩部分中的第二彈性支撐臂2通過主輪軸18相連接，主輪軸18分別與兩部分中第二 彈性支撐臂2的軸芯15固接、并穿過第二彈性支撐臂2的軸芯15通過軸承與第一彈性支 撐臂1的軸芯相連，使得第二彈性支撐臂2相對于第一彈性支撐臂1可擺動且第一、二彈性 支撐臂1、2處于同一平面內(nèi)。在兩部分中的第一彈性支撐臂1的軸芯15之間還固接有兩個連接支架17，分別位于主輪軸18的兩側；連接支架17上分別設有行走電機16及驅(qū)動第 二彈性支撐臂2擺動的擺動機構，其中行走電機16固接在靠近驅(qū)動輪組的連接支架上；擺 動裝置包括擺動電機19、蝸桿20及蝸輪21，擺動電機19安裝在靠近第二從動輪組5的連 接支架上，擺動電機19的輸出軸上連接有蝸桿20，在主輪軸18上鍵連接有與蝸桿20相嚙 合的蝸輪21。驅(qū)動輪組3包括履帶導引輪10、支架11、輪軸12及兩個驅(qū)動輪8，其中支架 11與第一彈性支撐臂1 一端(位于圖1中左下側)的套筒13相連接，輪軸12的兩端通過 軸承安裝在支架11上，其中一端由支架11穿出、與行走電機16的輸出軸相連接；所述輪軸 12上鍵連接有履帶導引輪10及兩個驅(qū)動輪8，履帶導引輪10位于兩個驅(qū)動輪8之間、與履 帶7相連接。第一 三從動輪組4 6結構相同，包括履帶導引輪10、支架11、輪軸12及 兩個從動輪9，其中第一從動輪組4中的支架11與第二彈性支撐臂2 —端(位于圖1中左 上側)的套筒13相連接、第二從動輪組5中的支架11與第一彈性支撐臂1另一端(位于 圖1中右上側)的套筒13相連接、第三從動輪組6中的支架11與第二彈性支撐臂2另一 端(位于圖1中右下側)的套筒13相連接，輪軸12的兩端通過軸承安裝在支架11上；所 述兩個從動輪9通過軸承安裝在輪軸12上，在兩個從動輪9之間設有與輪軸12鍵連接的 履帶導引輪10，該履帶導引輪10與履帶7相連接。履帶導引輪10的半徑與履帶7的厚度 之和小于驅(qū)動輪8或從動輪9的半徑。本發(fā)明的工作原理為本發(fā)明與驅(qū)動輪組3及第二從動輪組5相連接的第一彈性支撐臂1為“固定臂”， 與第一、三從動輪組4、6相連接的第二彈性支撐臂2為“擺動臂”，載體固定在連接支架17 上；由于履帶導引輪半徑與履帶厚度之和略小于驅(qū)動輪8及從動輪9的半徑，因此，當本發(fā) 明越障機械承載著載體在平地上行走時，兩部分中驅(qū)動輪組3中的共計四個驅(qū)動輪8及兩 部分中第三從動輪組6中的共計四個從動輪9與地面接觸，兩部分中的行走電機16同步 工作，驅(qū)動四個驅(qū)動輪8轉動，利用輪子行走；當需要爬樓梯或越障時，如圖8所示，由于載 體的策略作用，自動切換到履帶行走的方式；在爬樓或越障過程中，擺動電機19工作，驅(qū)動 蝸桿20轉動，通過蝸桿20與蝸輪21的嚙合帶動主動軸18擺動，由于主動軸18與第二彈 性支撐臂2的軸芯15固接、與第一彈性支撐臂1的軸芯15通過軸承連接，因此，第二彈性 支撐臂2隨著主輪軸18 —起相對于第一彈性支撐臂1擺動，通過第二彈性支撐臂(擺動 臂)的擺動帶動履帶7變形，從而在增加載體接地面積的同時降低了載體的重心，增強了越 障過程中的穩(wěn)定性和安全性；同時，兩部分中的行走電機16同步工作，通過履帶導引輪10 帶動履帶轉動，使載有載體的本發(fā)明越障機構進行爬樓或越障礙；由于第一、二彈性支撐臂 1、2兩端套筒內(nèi)的彈簧作用，使得不論第二彈性支撐臂擺動到什么位置，履帶都能在不受外 力作用的情況下保持張緊。
權利要求
1.一種輪履式越障機構，其特征在于由結構相同的兩部分組成，每部分包括一組驅(qū) 動輪組、三組從動輪組及兩個彈性支撐臂，其中第一彈性支撐臂(1)的兩端分別連接驅(qū)動 輪組C3)及第二從動輪組(5)，第二彈性支撐臂O)的兩端分別連接第一、三從動輪組(4、 6)，第二彈性支撐臂( 可相對擺動地通過主輪軸(18)的一端與第一彈性支撐臂(1)相 連，主輪軸(18)的另一端分別連接另一部分中的兩個彈性支撐臂；所述兩部分的第一彈性 支撐臂(1)之間設有連接支架(17)，在連接支架(17)上分別設有行走電機(16)及驅(qū)動第 二彈性支撐臂⑵擺動的擺動機構，行走電機(16)與驅(qū)動輪組(3)相連；所述驅(qū)動輪組⑶ 及第一 三從動輪組G 6)之間通過履帶(7)相連接。
2.按權利要求1所述的輪履式越障機構，其特征在于所述第一彈性支撐臂(1)包括 套筒(13)、軸芯(15)及彈簧(14)，其中軸芯(15)的兩端分別插設有與驅(qū)動輪組(3)及第 二從動輪組( 相連接的套筒(13)，套筒(1 內(nèi)容置有彈簧(14)，彈簧(14)的兩端分別 抵接在軸芯(1 及套筒內(nèi)表面上；所述軸芯(1 通過軸承與主輪軸(18)的一端相連接。
3.按權利要求1所述的輪履式越障機構，其特征在于所述第二彈性支撐臂(2)包括 套筒(13)、軸芯(1 及彈簧(14)，其中軸芯(1 的兩端分別插設有與第一、三從動輪組 (4,6)相連接的套筒(Π)，套筒(13)內(nèi)容置有彈簧(14)，彈簧(14)的兩端分別抵接在軸芯 (15)及套筒內(nèi)表面上；所述軸芯(1 與主輪軸(18)的一端固接。
4.按權利要求2或3所述的輪履式越障機構，其特征在于所述套筒(13)為半封閉的 圓筒，所述軸芯(15)的徑向截面為半圓形，第一、二彈性支撐臂(1、2)通過各自的軸芯(15) 相連接且處于同一平面內(nèi)。
5.按權利要求1所述的輪履式越障機構，其特征在于所述驅(qū)動輪組(3)包括履帶導 引輪(10)、支架(11)、輪軸(12)及兩個驅(qū)動輪(8)，其中支架(11)與第一彈性支撐臂(1) 相連，輪軸(1 的兩端通過軸承安裝在支架(11)上，其中一端由支架(11)穿出、與行走電 機(16)的輸出軸相連接；所述輪軸(1 上鍵連接有履帶導引輪(10)及兩個驅(qū)動輪(8)， 履帶導引輪(10)位于兩個驅(qū)動輪(8)之間、與履帶(7)相連接。
6.按權利要求1所述的輪履式越障機構，其特征在于所述第一 三從動輪組G 6) 結構相同，包括履帶導引輪(10)、支架(11)、輪軸(12)及兩個從動輪(9)，其中支架(11) 與第一彈性支撐臂(1)或第二彈性支撐臂( 相連，輪軸(1 的兩端通過軸承安裝在支架 (11)上；所述兩個從動輪(9)通過軸承安裝在輪軸(1 上，在兩個從動輪(9)之間設有與 輪軸(12)鍵連接的履帶導引輪(10)，該履帶導引輪(10)與履帶(7)相連接。
7.按權利要求5或6所述的輪履式越障機構，其特征在于所述履帶導引輪(10)的半 徑與履帶(7)的厚度之和小于驅(qū)動輪(8)或從動輪(9)的半徑。
8.按權利要求1所述的輪履式越障機構，其特征在于所述擺動裝置包括擺動電機 (19)、蝸桿(20)及蝸輪(21)，其中擺動電機(19)安裝在連接支架(17)上，擺動電機(19) 的輸出軸上連接有蝸桿(20)，在主輪軸(18)上鍵連接有與蝸桿00)相嚙合的蝸輪01)。
全文摘要
本發(fā)明涉及地面移動機器人行走機構，具體地說是一種輪履式越障機構，由結構相同的兩部分組成，每部分包括一組驅(qū)動輪組、三組從動輪組及兩個彈性支撐臂，其中第一彈性支撐臂的兩端分別連接驅(qū)動輪組及從動輪組，第二彈性支撐臂的兩端分別連接從動輪組，第二彈性支撐臂可相對擺動地與第一彈性支撐臂相連，主輪軸的另一端分別連接另一部分中的兩個彈性支撐臂；兩部分的第一彈性支撐臂之間設有連接支架，在連接支架上分別設有行走電機及擺動機構，行走電機與驅(qū)動輪組相連；驅(qū)動輪組及從動輪組之間通過履帶相連接。本發(fā)明在平地利用輪子行走，提高移動效率；在障礙物使用履帶行走，保證了越障過程中的穩(wěn)定性及安全性，兩種行走方式自動切換。
文檔編號B62D55/02GK102114876SQ200910249028
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權日2009年12月30日
發(fā)明者劉敏杰, 姚辰, 徐梁, 智迪, 李小凡, 王 忠, 王挺, 羅宇 申請人:中國科學院沈陽自動化研究所