專利名稱：可變式機器人行走機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機器人行走機構(gòu)，尤其是能夠適應(yīng)多變路面環(huán)境和翻越障礙的移動機器人行走機構(gòu)。
背景技術(shù)：
隨著機器人技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也變得越來越廣泛。移動機器人不僅在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、醫(yī)療等行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，而且在搜捕、救援、輻射和空間領(lǐng)域等有害與危險場合得到很好的應(yīng)用。移動機器人的應(yīng)用和研究對提高勞動生產(chǎn)率、推動科技發(fā)展具有重要意義，同時也成為衡量一個國家制造業(yè)水平的重要標志。移動機器人應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴大，機器人要完成任務(wù)亦呈復(fù)雜化和多樣化。目前，移動機器人有三種常見的行走機構(gòu)，即輪式、足式和履帶式。輪式移動機器人的特點是承載能力大、移動速度快、能耗較少，但其運動穩(wěn)定性與受到路面的路況限制，若路面凹凸不平，輪式移動機器人的快速移動能力也難于發(fā)揮；足式移動機器人可以像人或動物一樣在崎嶇不平的地面上行走，缺點是機器人自由度多、控制復(fù)雜、行走速度低和承載能力差；履帶式移動機器人有著特殊的機械結(jié)構(gòu)，具備更大的作用面，雖然可以適應(yīng)各種復(fù)雜多樣的路面，但摩擦阻力較大，機械效率低。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決移動機器人行走機構(gòu)的不足，本發(fā)明提供了一種具備三種工作模式且能適應(yīng)多變環(huán)境的移動機器人行走機構(gòu)，可保證高機械效率的情況下選擇最優(yōu)行走機構(gòu)以適應(yīng)不同場合移動。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是可變式行走機構(gòu)內(nèi)部通過減速齒輪箱的輸出齒輪與傳動內(nèi)軸連接，傳動內(nèi)軸同時連接履帶式結(jié)構(gòu)和輪式結(jié)構(gòu)。由于兩個結(jié)構(gòu)模塊動力由一個直流電機提供，保證軸的旋轉(zhuǎn)力同時傳遞到履帶驅(qū)動輪和輪子上，實現(xiàn)同軸控制。傳動外軸使用螺釘與履帶式結(jié)構(gòu)的支架外側(cè)部分固連，通過兩組齒輪減速實現(xiàn)履帶式結(jié)構(gòu)的擺動。內(nèi)外傳動軸采用同心軸設(shè)計,通過滾動軸承相套，由傳動軸、減速箱和齒輪構(gòu)成可變式行走機構(gòu)的主動力系統(tǒng)，保證整個機構(gòu)正常平穩(wěn)的工作。上述的一種可變式行走機構(gòu)，其中，所述的履帶式結(jié)構(gòu)模塊由履帶驅(qū)動輪、履帶導(dǎo)向輪、橡膠履帶和履帶輔助輪及伸長機構(gòu)構(gòu)成，主要用于崎嶇不平的路面和障礙翻越。其中，橡膠履帶有減震作用和伸縮性，配合履帶支架內(nèi)的四桿機構(gòu)可保證履帶與地面之間的線接觸，為在復(fù)雜路面下機器人系統(tǒng)穩(wěn)定性提供保證。上述的一種可變式行走機構(gòu)，其中，所述的輪式結(jié)構(gòu)可以在平緩的路面上高速移動，這時的履帶式結(jié)構(gòu)擺高呈待機狀態(tài)。整個行走機構(gòu)在傳動內(nèi)外軸協(xié)同作用下，實現(xiàn)了機器人移動的最優(yōu)配置。上述的一種可變式行走機構(gòu)，其中，所述的履帶式結(jié)構(gòu)模塊中的伸長機構(gòu)由舵機、四桿伸縮機構(gòu)、履帶輔助輪和支架構(gòu)成。當可變式行走機構(gòu)采用履帶式結(jié)構(gòu)移動時，舵機帶動四桿機構(gòu)伸長，配合履帶驅(qū)動輪增大履帶與地面之間的接觸面積，實現(xiàn)面接觸；當采用輪式結(jié)構(gòu)移動時，舵機帶動四桿機構(gòu)縮回，整個過程利用機構(gòu)的自鎖性。本發(fā)明所述的可變式行走機構(gòu)對應(yīng)的移動機器人可以采用三種工作模式。在平坦的路面上使用輪式結(jié)構(gòu)移動，同時履帶式結(jié)構(gòu)擺臂升高，伸長機構(gòu)縮回。此時的輪式模式可以高速、低耗的工作；在崎嶇的路面上使用履帶式結(jié)構(gòu)移動，同時履帶式結(jié)構(gòu)擺臂降低，伸長機構(gòu)伸長。此時的履帶式模式可以平穩(wěn)的工作；在遇到障礙使用履帶式結(jié)構(gòu)配合擺臂移動，同時履帶式結(jié)構(gòu)擺臂擺動，伸長機構(gòu)縮回。此時采用帶擺臂履帶式模式可以實現(xiàn)翻越障礙。本發(fā)明的優(yōu)點是1.設(shè)計的行走機構(gòu)機械傳動部件簡單，保證結(jié)構(gòu)緊湊性同時還具備高效傳動效率，能夠滿足機器人模塊化設(shè)計的需求。2.適應(yīng)環(huán)境的能力強，綜合機械效率高。3.傳動雙軸的設(shè)計，合理的將兩類行走機構(gòu)有機的結(jié)合，并在履帶機構(gòu)內(nèi)增加可伸長的履帶輔助輪，最大限度的增加了機構(gòu)與地面之間的摩擦力，保證移動的平穩(wěn)性。4.應(yīng)用廣泛，可變行走機構(gòu)能夠在軍事偵查、星球勘探等領(lǐng)域中滿足各類應(yīng)用的需要。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)2是本發(fā)明的動力傳動結(jié)構(gòu)3是本發(fā)明應(yīng)用于移動機器人裝配中I履帶導(dǎo)向輪，2螺釘1，3履帶輔助輪支撐架，4連桿1，5連桿11，6電機1，7履帶，8平鍵I，9傳動外軸，10傳動內(nèi)軸，11履帶驅(qū)動輪，12輪子，13履帶支架，14履帶輔助輪，15心軸，16聯(lián)軸器，17電機II，18減速箱，19固定架，20齒輪，21平鍵II，22軸承蓋，23密封氈圈，24滾動軸承，25機架I，26機架II，27套筒I，28套筒II，29螺栓，30螺釘1具體實施例方式下面根據(jù)圖1-圖3對本發(fā)明的具體實施方式
進行詳細描述。在圖1中，傳動內(nèi)軸(10)通過平鍵I (8)直接與履帶式結(jié)構(gòu)的履帶驅(qū)動輪(11)和輪式結(jié)構(gòu)輪子(12)連接，履帶(7)包覆在履帶驅(qū)動輪(11)和履帶導(dǎo)向輪(I)，兩輪通過心軸(15)固定于履帶支架(13)上；傳動外軸(9)通過螺釘I (2)與履帶支架(13)固連，用以實現(xiàn)履帶式結(jié)構(gòu)的擺動。履帶式結(jié)構(gòu)中的履帶輔助輪(14)連接履帶輔助輪支撐架(3)并與連桿I (4)，連桿II (5)通過銷釘與電機I (6)串接，構(gòu)成一組四桿機構(gòu)，電機I為保證履帶輔助輪(14)平穩(wěn)的伸長和收縮，一般選用轉(zhuǎn)速低扭矩大的電機。在圖2中，電機II (17)通過聯(lián)軸器(16)直接連接減速箱(18)的輸入端，減速箱
(18)的輸出端通過聯(lián)軸器連接傳動內(nèi)軸(10)，簡單可靠的連接保證履帶和輪子動力傳輸?shù)姆€(wěn)定。與此同時，另一電機也通過聯(lián)軸器(16)連接減速箱(18)，減速箱的輸出端裝有齒輪(20)并通過平鍵1(21)固定，齒輪與齒輪軸的傳動外軸(9)配合傳動，實現(xiàn)了履帶支架的擺動。所有的電機和減速箱安裝在設(shè)計有凹槽的固定架(19)上，傳動外軸與固定架之間、兩同心軸傳動外軸和傳動內(nèi)軸之間都裝有滾動軸承(24)，在減小兩軸之間的摩擦的同時也保證其相互獨立工作。傳動軸外側(cè)的伸出端具有軸承蓋(22)和密封氈圈(23)，在保證軸固定同時起到良好密封作用，使得動力傳輸結(jié)構(gòu)穩(wěn)定工作。在圖3中，移動機器人的機架1(25)和機架11(26)內(nèi)部固定輸出動力的電機II (17)，兩機架之間采用螺栓(29)固連。電機II通過齒輪(20)與減速箱(18)的輸入端相連，齒輪(20)通過平鍵II (21)與減速箱輸出端(18)定位固定。減速箱輸出端則通過聯(lián)軸器(16)直接與傳動內(nèi)軸(10)和通過齒輪與傳動外軸(9)連接，傳動外軸與機架1(25)之間采用軸承蓋(22)和滾動軸承(24)進行定位，軸承蓋內(nèi)裝有密封氈圈(23)，在固定軸的同時也起到良好的密封作用，使得動力傳輸結(jié)構(gòu)可以穩(wěn)定的工作。傳動外軸(9)與傳動內(nèi)軸(10)通過滾動軸承(24)和套筒I (27)定位連接，可以實現(xiàn)同心傳動的摩擦力最小。傳動內(nèi)軸(10)通過平鍵1(8)直接與履帶式結(jié)構(gòu)的履帶驅(qū)動輪(11)和輪式結(jié)構(gòu)的輪子(12)連接，履帶(7)包覆在履帶驅(qū)動輪(11)和履帶導(dǎo)向輪(I)，兩輪通過心軸(15)固定于履帶支架(13)上；傳動外軸(9)通過螺釘1(2)與履帶支架(13)固連，用以實現(xiàn)履帶式結(jié)構(gòu)的上下擺動。履帶式結(jié)構(gòu)中的履帶輔助輪(14)連接履帶輔助輪支撐架(3)并與連桿1(4)，連桿11(5)通過銷釘與電機1(6)串接，構(gòu)成一組四桿機構(gòu)。外側(cè)機構(gòu)與機架之間裝有套筒11(28)定位，并使用螺釘11(30)固定。當采用輪式移動時，傳動外軸(9)傳遞動力將履帶式機構(gòu)擺高，此時機器人可高速穩(wěn)定通過平整路面；當采用履帶式移動時，傳動外軸(9)傳遞動力將履帶式機構(gòu)擺低，同時電機I (6)通過四桿機構(gòu)將履帶輔助輪(14)向外伸出，實現(xiàn)履帶與地面之間面接觸，此時機器人可平穩(wěn)通過崎嶇不平的路面；當遇到障礙物或樓梯時，傳動外軸(9)傳遞動力將履帶式機構(gòu)調(diào)整到合適的角度，同時履帶輔助輪(14)向內(nèi)收縮，此時機器人具備翻越障礙能力。
權(quán)利要求
1.一種可變式機器人行走機構(gòu)，通過內(nèi)外傳動軸連接履帶式結(jié)構(gòu)與輪式結(jié)構(gòu)，其特征是通過機構(gòu)變換實現(xiàn)履帶式和輪式結(jié)構(gòu)切換，能夠選擇最優(yōu)行走機構(gòu)以適應(yīng)不同場合移動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變式行走機構(gòu)，其特征是所述內(nèi)外傳動軸為同心軸，采用不同動力驅(qū)動控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變式行走機構(gòu)，其特征是所述履帶式結(jié)構(gòu)部分可通過履帶輔助輪改變履帶形態(tài)，保證行走中的穩(wěn)定性。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可變式行走機構(gòu)，其特征是所述的履帶式結(jié)構(gòu)直徑小于輪式結(jié)構(gòu)直徑，保證輪式結(jié)構(gòu)移動中輪子與地面之間線接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的可變式行走機構(gòu)，其特征是所述的行走機構(gòu)能夠根據(jù)任務(wù)需求切換機械結(jié)構(gòu)，具備三種工作方式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可變式機器人行走機構(gòu)，解決了單一行走機構(gòu)存在缺點。其傳動鏈部分采用同心軸控制，傳動內(nèi)軸通過平鍵直接與履帶式結(jié)構(gòu)中履帶驅(qū)動輪和輪式結(jié)構(gòu)中輪子連接。履帶包覆履帶驅(qū)動輪和導(dǎo)向輪，兩輪通過心軸固定于履帶支架中；傳動外軸通過螺釘與履帶支架固連，實現(xiàn)履帶式結(jié)構(gòu)的擺動。履帶式結(jié)構(gòu)中履帶輔助輪固定于履帶輔助輪支撐架上，與兩連桿通過銷釘與電機串接，構(gòu)成一組四桿機構(gòu)。本發(fā)明的機械結(jié)構(gòu)簡單、傳動效率高、適應(yīng)能力強，可適用于不同狀況的路面，應(yīng)用前景廣闊。
文檔編號B62D57/02GK103010325SQ201210544229
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者賈慶軒, 李侃, 陳鋼, 孫漢旭, 禇明 申請人:北京郵電大學(xué)