本發(fā)明涉及一種復(fù)合輪式機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

目前，國內(nèi)爬梯機(jī)器人大致分為步行式爬樓機(jī)器人，履帶式結(jié)構(gòu)機(jī)器人，輪組式爬樓梯機(jī)器人三種，但是均含有一定的問題，遲遲不能推向市場。

步行式爬樓機(jī)器人一般是通過仿生學(xué)達(dá)到爬臺階的目的，運(yùn)行平穩(wěn)，適合多種樓梯結(jié)構(gòu)，但是人或動物在行走或爬臺階過程中有大量的關(guān)節(jié)和肌肉參與協(xié)調(diào)，以保證身體的平衡，此外人或動物還可以通過自己的感官判斷樓梯的踏步來確定自己的步距和步高參數(shù)，然而普通腿式機(jī)器人則難以做到對重心的穩(wěn)定控制這一點(diǎn)，步行式爬樓機(jī)器人對控制要求極高，操作復(fù)雜，在平地上運(yùn)行緩慢，效率低。

履帶式結(jié)構(gòu)機(jī)器人直接利用履帶傳動達(dá)到爬行的目的，傳動效率高，重心高度穩(wěn)定，地形范圍較廣，但重量較大，在爬樓過程中對樓梯邊緣損壞程度較大，轉(zhuǎn)向不方便。

輪組式爬樓機(jī)器人直接利用車輪轉(zhuǎn)動達(dá)到爬行的目的，運(yùn)動靈活，但是上下樓運(yùn)動平穩(wěn)性不高，重心起伏較大，體積較大，要在爬行臺階的過程中同步轉(zhuǎn)動，并且像在平整地面上的運(yùn)動一樣達(dá)到重心平穩(wěn)是很困難的，不適合在普通復(fù)雜的住宅樓使用。

綜上所述，國外產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價昂貴，國內(nèi)研究相對較晚，但是受控制，體積，穩(wěn)定性限制，產(chǎn)品遲遲未投入市場，所以，急需研究一種結(jié)構(gòu)簡單，體積小，易于控制和生產(chǎn)，功能多樣，適應(yīng)于多種復(fù)雜的環(huán)境的爬樓梯裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的問題是提供一種復(fù)合輪式機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

復(fù)合輪式機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，包括底盤、大功率電機(jī)、控制器和四個復(fù)合輪式機(jī)構(gòu)，所述大功率電機(jī)固定于所述底盤上，所述復(fù)合輪式機(jī)構(gòu)包括一個十字行星架、兩個主動輪和兩個從動輪，所述主動輪和所述從動輪間隔設(shè)于所述十字行星架的架桿端部，所述大功率電機(jī)通過傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動所述十字行星架，所述主動輪分別通過小功率電機(jī)驅(qū)動，所述底盤兩側(cè)相對的兩個所述十字行星架之間通過同步軸連接，所述同步軸上設(shè)有電刷開關(guān)，所述電刷開關(guān)包括定子和轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子套設(shè)于所述同步軸上，所述定子通過導(dǎo)線連接所述控制器，所述轉(zhuǎn)子通過導(dǎo)線連接所述小功率電機(jī)。

所述傳動機(jī)構(gòu)包括一組鏈傳動機(jī)構(gòu)，所述鏈傳動機(jī)構(gòu)包括固定于所述大功率電機(jī)的輸出軸端部的鏈輪、分別固定于所述底盤同側(cè)兩個所述十字行星架中心的鏈輪以及鏈條。

所述小功率電機(jī)固定于所述十字行星架的架桿上，所述小功率電機(jī)通過帶輪傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動所述主動輪。

所述底盤一側(cè)的兩個所述十字行星架上的小功率電機(jī)由一個單片機(jī)控制，所述底盤另一側(cè)的兩個所述十字行星架上的小功率電機(jī)由另一個單片機(jī)控制。

所述帶輪傳動機(jī)構(gòu)包括大同步輪、小同步輪和同步帶，所述小同步輪與所述小功率電機(jī)的輸出軸固定，所述大同步輪與所述主動輪固定。

所述同步軸為空心軸，所述轉(zhuǎn)子通過穿過空心軸的導(dǎo)線連接所述小功率電機(jī)。

所述十字行星架的架桿長度相等。

位于所述底盤前部的十字行星架上的主動輪連線與位于所述底盤后部的十字行星架上的主動輪連線垂直。

位于所述底盤左右兩側(cè)的所述十字行星架上所述主動輪和所述從動輪的布置均相同。

所述主動輪外表設(shè)有防滑裝置。

本發(fā)明具有使用范圍廣，體積小，穩(wěn)定性高，易于控制和生產(chǎn)，功能多樣優(yōu)點(diǎn)，解決機(jī)器人在執(zhí)行命令時所面臨的的上下樓梯，溝壑，斜坡，草地等復(fù)雜地形問題。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的復(fù)合輪式結(jié)構(gòu)安裝后視圖；

圖3是本發(fā)明的復(fù)合輪式結(jié)構(gòu)安裝正視圖；

圖4是本發(fā)明復(fù)合輪式結(jié)構(gòu)爆炸圖；

圖5是本發(fā)明底盤結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明底盤結(jié)構(gòu)爆炸圖；

圖7是本發(fā)明復(fù)合輪式結(jié)構(gòu)電機(jī)連接示意圖；

圖8是本發(fā)明大功率電機(jī)連接示意圖；

圖9是本發(fā)明上下樓驅(qū)動方式示意圖；

圖10是本發(fā)明溝壑驅(qū)動方式示意圖；

圖11是本發(fā)明水平直線運(yùn)動示意圖；

圖12是本發(fā)明斜坡驅(qū)動方式示意圖；

圖13是本發(fā)明水平轉(zhuǎn)向驅(qū)動示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1至圖6所示，復(fù)合輪式機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，包括底盤10、大功率電機(jī)8、控制器和四個復(fù)合輪式機(jī)構(gòu)，大功率電機(jī)8安裝在機(jī)架9上，機(jī)架9安裝在底盤10上，四個復(fù)合輪式機(jī)構(gòu)兩兩一組對稱設(shè)置在車體底部兩側(cè)，所述復(fù)合輪式機(jī)構(gòu)包括一個十字行星架2、兩個主動輪6和兩個從動輪7，所述主動輪和所述從動輪間隔設(shè)于所述十字行星架的架桿端部，大功率電機(jī)和控制器連接，所述大功率電機(jī)通過傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動所述十字行星架，所述主動輪分別通過小功率電機(jī)1驅(qū)動，所述底盤兩側(cè)相對的兩個所述十字行星架之間通過同步軸11連接，所述同步軸上設(shè)有電刷開關(guān)12，所述電刷開關(guān)包括定子和轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子套設(shè)于所述同步軸上，所述定子通過導(dǎo)線連接所述控制器，所述轉(zhuǎn)子通過導(dǎo)線連接所述小功率電機(jī)。

位于所述底盤前部的十字行星架上的主動輪連線與位于所述底盤后部的十字行星架上的主動輪連線垂直。位于所述底盤左右兩側(cè)的所述十字行星架上所述主動輪和所述從動輪的布置均相同。

所述傳動機(jī)構(gòu)包括一組鏈傳動機(jī)構(gòu)，所述鏈傳動機(jī)構(gòu)包括固定于所述大功率電機(jī)的輸出軸端部的鏈輪、分別固定于所述底盤同側(cè)兩個所述十字行星架中心的鏈輪以及鏈條14。分別固定于所述底盤同側(cè)兩個所述十字行星架中心的鏈輪安裝在兩同步軸11上，四個復(fù)合輪式結(jié)構(gòu)分別安裝在車體兩側(cè)，兩兩對稱安裝。

所述小功率電機(jī)固定于所述十字行星架的架桿上，所述小功率電機(jī)通過帶輪傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動所述主動輪。

所述底盤一側(cè)的兩個所述十字行星架上的小功率電機(jī)由一個單片機(jī)控制，所述底盤另一側(cè)的兩個所述十字行星架上的小功率電機(jī)由另一個單片機(jī)控制。通過單片機(jī)控制，車體左側(cè)4個小功率電機(jī)通過一個單片機(jī)控制，車體右側(cè)通過另一個單片機(jī)控制。當(dāng)同時經(jīng)過兩側(cè)單片機(jī)控制轉(zhuǎn)向相反，即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能。

所述帶輪傳動機(jī)構(gòu)包括大同步輪5、小同步輪3和同步帶4，所述小同步輪與所述小功率電機(jī)的輸出軸固定，所述大同步輪與所述主動輪固定。

圖7所示為復(fù)合輪式行星輪、小功率電機(jī)、同步輪和同步帶安裝位置。圖8所示為四個復(fù)合輪式結(jié)構(gòu)的安裝位置和大功率電機(jī)，鏈和鏈輪的安裝位置。

結(jié)合圖9，本發(fā)明上下樓驅(qū)動原理，電源控制部分發(fā)出電信號，直接驅(qū)動大功率電機(jī)8，大功率電機(jī)8輸出軸通過鏈14傳動，傳遞至鏈輪13，鏈輪13與同步軸11同步順時針周轉(zhuǎn)，復(fù)合輪式結(jié)構(gòu)跟隨同步軸11同步周轉(zhuǎn)。其中，每次著地的行星輪均與樓梯臺面寬度中線處接觸，根據(jù)周轉(zhuǎn)方向，相繼著地，車體實(shí)現(xiàn)上樓驅(qū)動。同理，下樓驅(qū)動方式即上述所有方向均反方向運(yùn)行即可，不再贅述。

本發(fā)明上下樓驅(qū)動時，電源控制部分控制大功率電機(jī)轉(zhuǎn)動，小鏈輪安裝在輸出軸上，通過鏈傳動傳遞至大連輪，鏈輪安裝在同步軸上，復(fù)合輪式機(jī)構(gòu)分別安裝在同步軸兩側(cè)，實(shí)現(xiàn)復(fù)合輪式機(jī)構(gòu)周轉(zhuǎn)，行星輪著地點(diǎn)均與與樓梯結(jié)構(gòu)水平位置寬度中心處結(jié)合，實(shí)現(xiàn)上下樓驅(qū)動。

結(jié)合圖10，本發(fā)明溝壑環(huán)境驅(qū)動方式與上下樓驅(qū)動方式類似不再贅述。

結(jié)合圖11，本發(fā)明水平直線驅(qū)動方式，其工作原理如下：電源控制部分發(fā)出電信號，電源控制部分通過導(dǎo)線控制電刷開關(guān)通電，經(jīng)過電刷開關(guān)12驅(qū)動小功率電機(jī)1轉(zhuǎn)動，再經(jīng)過同步帶4傳動，驅(qū)動主動輪6周轉(zhuǎn)。車體右側(cè)兩個著地主動輪6順時針(方向是從外向車體未正方向，以下均采用此標(biāo)準(zhǔn))周轉(zhuǎn)，底盤10左側(cè)兩個著地主動輪6逆時針方向周轉(zhuǎn)。底盤10著地四個從動輪7也跟隨周轉(zhuǎn)，致使底盤10直線前進(jìn)。安裝在小功率電機(jī)輸出軸上的同步輪通過帶傳動驅(qū)動大同步輪，大同步輪安裝在行星輪上，進(jìn)而驅(qū)動主動輪周轉(zhuǎn)。四個著地主動輪周轉(zhuǎn)，另外四個著地從動輪跟隨周轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)水平直線前進(jìn)驅(qū)動。直線倒退只需使上述旋轉(zhuǎn)方向均相反即可，不再贅述。

結(jié)合圖12，本發(fā)明斜坡驅(qū)動方式與水平直線驅(qū)動方式類似，不再贅述。

結(jié)合圖13，詳細(xì)說明本發(fā)明水平轉(zhuǎn)向驅(qū)動方式，其工作原理在于：電源控制部分發(fā)出電信號，經(jīng)過電刷開關(guān)12驅(qū)動小功率電機(jī)1轉(zhuǎn)動，在經(jīng)過同步帶4傳動，驅(qū)動主動輪6周轉(zhuǎn)。底盤10右側(cè)兩個著地主動輪6順時針周轉(zhuǎn)，車體左側(cè)兩個著地主動輪6也順時針周轉(zhuǎn)。其他著地從動輪輪7跟隨周轉(zhuǎn)，致使底盤10圍繞中心位置左轉(zhuǎn)向。右轉(zhuǎn)向只需將上述旋轉(zhuǎn)方向均相反即可，不再贅述。

本發(fā)明能夠使機(jī)器人快速穩(wěn)定的上下樓梯，能夠在樓梯、平地、溝壑、斜坡等等復(fù)雜環(huán)境中運(yùn)行，而且靈活性、機(jī)動性、效率高；復(fù)合輪式結(jié)構(gòu)能夠提高運(yùn)動越障等的生存能力，并含有多種運(yùn)動模式，適用于多種復(fù)雜的環(huán)境；結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，易于生產(chǎn)，便于操縱，運(yùn)動性能良好。

采用以上驅(qū)動方案，具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明采用多種運(yùn)行模式配合運(yùn)行，能夠?qū)崿F(xiàn)樓梯、溝壑、斜坡、草坪等等的復(fù)雜地形，提高了生存能力。

2、本發(fā)明采用四個結(jié)構(gòu)相同的行星輪均步在十字行星架上，四個十字行星架均步在車體上，達(dá)到運(yùn)動平穩(wěn)、抗沖擊和抗震的效果。

3、本發(fā)明質(zhì)量小，尺寸小，承載能力巨大，傳動效率高，能夠搭載多樣的需求功能，使產(chǎn)品功能更加的多樣化，功能更加強(qiáng)大，提高機(jī)器人的協(xié)調(diào)性。

4、本發(fā)明采用電刷開關(guān)與同步軸配合的方式，當(dāng)上下樓驅(qū)動時，水平驅(qū)動導(dǎo)線通過同步軸經(jīng)過電刷開關(guān)轉(zhuǎn)換，解決了導(dǎo)線纏繞的問題，具有低成本，高效率的優(yōu)點(diǎn)。

5、本發(fā)明采用主動輪呈180度對稱安裝，前后十字行星架呈90度安裝，解決了重力慣性下滑的問題。

6、本發(fā)明采用大功率電機(jī)通過鏈驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)了上下樓的功能，通過小功率電機(jī)通過帶傳動驅(qū)動行星輪的方式，實(shí)現(xiàn)直線，轉(zhuǎn)向等功能，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，易于生產(chǎn)，可廣泛應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)日常生活和特殊環(huán)境。

7、本發(fā)明上下樓驅(qū)動采用鏈傳動方式，具有承載能力高，適用于惡劣的工作環(huán)境，能保證準(zhǔn)確的平均傳動比的優(yōu)點(diǎn)。采用帶傳動直接驅(qū)動行星輪，具有效率高，緩和載荷沖擊，運(yùn)行平穩(wěn)，無噪聲，減緩沖擊和振動的特點(diǎn)。