本發(fā)明涉及野外輪式機(jī)器人，具體為一種快捷更換輪轂的野外輪式機(jī)器人及其更換方法。

背景技術(shù)：

1、非結(jié)構(gòu)地形環(huán)境下用于構(gòu)建全局地圖模型的野外輪式機(jī)器人，是一種集成了高精度定位技術(shù)、先進(jìn)環(huán)境感知傳感器與智能數(shù)據(jù)處理算法的創(chuàng)新型移動設(shè)備。這些機(jī)器人配備有激光雷達(dá)、攝像頭、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（ins）及輪式里程計(jì)等多模態(tài)傳感器，能夠在復(fù)雜多變的野外環(huán)境中自主導(dǎo)航，實(shí)時采集地形數(shù)據(jù)與環(huán)境特征。通過融合多種傳感器信息，并利用同步定位與地圖構(gòu)建（slam）技術(shù)，它們能夠動態(tài)構(gòu)建出詳盡、精確的全局地圖模型，不僅涵蓋地形起伏、障礙物分布，還能識別植被類型、土壤條件等環(huán)境細(xì)節(jié)。此類機(jī)器人不僅增強(qiáng)了野外探索與測繪的效率和精度，還為環(huán)境監(jiān)測、災(zāi)害評估、資源勘探等領(lǐng)域提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持與決策依據(jù)。

2、例如公告號cn114313059a的中國授權(quán)專利《一種多地形輪式巡檢機(jī)器人》，包括箱體、上搖桿和控制中心，箱體左右兩側(cè)對稱設(shè)置，均設(shè)有輪轂電機(jī)a、電機(jī)支架a、舵機(jī)a、舵機(jī)支架a、搖臂轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)、輪轂電機(jī)b、電機(jī)支架b、輪轂電機(jī)c、電機(jī)支架c、舵機(jī)c、舵機(jī)支架c；控制中心包括單片機(jī)、蓄電池、輪轂電機(jī)驅(qū)動器、上位機(jī),可以在不同的路面上行走，而不局限于城市道路，除此之外，還可以通過攝像頭、傳感器等對機(jī)器人的周邊環(huán)境進(jìn)行在線視頻監(jiān)控，以達(dá)到檢查環(huán)境的目的。

3、上述現(xiàn)有技術(shù)雖然能夠應(yīng)用在非結(jié)構(gòu)地形環(huán)境下構(gòu)建全局地圖模型，但是考慮到野外地形的復(fù)雜性，機(jī)器人輪轂易出現(xiàn)損壞的情況，而現(xiàn)有技術(shù)大多采用卡槽限位的方式，隨后通過多個螺母實(shí)現(xiàn)對輪轂的固定，雖然操作步驟少，但是輪轂重量體積較大，加上野外視線受限，難以將輪轂的卡槽與底座安裝盤對準(zhǔn)，費(fèi)時費(fèi)力，給機(jī)器人構(gòu)建全局地圖模型帶來阻礙，因此不滿足現(xiàn)有的需求，對此我們提出了一種快捷更換輪轂的野外輪式機(jī)器人及其更換方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種快捷更換輪轂的野外輪式機(jī)器人及其更換方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的輪式機(jī)器人在野外環(huán)境中輪轂更換難度大影響作業(yè)效率的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種快捷更換輪轂的野外輪式機(jī)器人，包括機(jī)器人底座，所述機(jī)器人底座兩側(cè)的前后端均安裝有延伸至外部的驅(qū)動軸；還包括：

3、輪轂安裝座，其固定安裝有驅(qū)動軸的外部，所述輪轂安裝座前端中心位置處的凹口中轉(zhuǎn)動安裝有調(diào)節(jié)螺母，所述輪轂安裝座內(nèi)部的后端轉(zhuǎn)動安裝有第一螺柱，所述第一螺柱的前端固定設(shè)置有第一轉(zhuǎn)軸，所述第一轉(zhuǎn)軸的前端固定設(shè)置有第二轉(zhuǎn)軸，且第二轉(zhuǎn)軸的前端與調(diào)節(jié)螺母相固定；

4、輪轂，其設(shè)置在所述輪轂安裝座的內(nèi)部，所述輪轂內(nèi)孔的中間位置處設(shè)有三個呈環(huán)形分布的限位卡槽，所述輪轂內(nèi)孔前端的上下設(shè)置有兩個對稱分布的定位槽；

5、加固盤，其設(shè)置在所述輪轂安裝座外部的后端，所述加固盤的后端設(shè)有六個呈環(huán)形分布的第一固定臂，所述第一固定臂的一端均安裝有延伸至輪轂安裝座內(nèi)部的第二固定臂，且第二固定臂與輪轂安裝座通過活動槽滑動限位；

6、第一導(dǎo)向槽，其設(shè)置在所述輪轂安裝座外部的中間位置處，且第一導(dǎo)向槽設(shè)有三個，所述第一導(dǎo)向槽的內(nèi)部均安裝有限位卡塊，且限位卡塊與第一導(dǎo)向槽滑動限位，所述限位卡塊與限位卡槽卡接配合；

7、第二導(dǎo)向槽，其設(shè)置在所述輪轂安裝座內(nèi)部的前端，第二導(dǎo)向槽設(shè)有兩個，且第二導(dǎo)向槽的方向互為相反，所述第二導(dǎo)向槽的內(nèi)部滑動限位有定位塊，所述定位塊的前端呈傾斜結(jié)構(gòu)，且定位塊與定位槽卡接配合。

8、優(yōu)選的，所述第一螺柱的外部安裝有活動塊，且第一螺柱的外螺紋與活動塊的內(nèi)螺孔相適配，所述第二固定臂位于輪轂安裝座內(nèi)部的一端與活動塊焊接固定。

9、優(yōu)選的，所述第一轉(zhuǎn)軸的外部固定安裝有主動錐齒輪，所述主動錐齒輪的外部設(shè)有三個呈環(huán)形分布的從動錐齒輪，且從動錐齒輪與主動錐齒輪嚙合連接，所述從動錐齒輪另一端的軸上固定安裝有第二螺柱，所述限位卡塊的內(nèi)部設(shè)有螺孔，第二螺柱延伸至螺孔的內(nèi)部，且第二螺柱與螺孔螺紋配合。

10、優(yōu)選的，所述第二轉(zhuǎn)軸的外壁上設(shè)有扇形齒環(huán)，所述定位塊的一端設(shè)置有u型槽，且第二轉(zhuǎn)軸貫穿于u型槽，所述u型槽的一側(cè)設(shè)置有齒條板，且齒條板與扇形齒環(huán)嚙合連接。

11、優(yōu)選的，所述定位塊另一端的兩側(cè)均固定設(shè)置有側(cè)板，且側(cè)板延伸至輪轂安裝座的空槽中，所述側(cè)板與輪轂安裝座的空槽之間安裝有彈簧，齒條板與扇形齒環(huán)嚙合狀態(tài)下由第二轉(zhuǎn)軸對定位塊進(jìn)行傳動，齒條板與扇形齒環(huán)失去嚙合下由彈簧對定位塊進(jìn)行支撐。

12、優(yōu)選的，所述機(jī)器人底座的兩側(cè)均設(shè)置有收納架，且收納架與機(jī)器人底座焊接固定，所述機(jī)器人底座的內(nèi)部安裝有支撐機(jī)構(gòu)，所述支撐機(jī)構(gòu)上端的一側(cè)固定設(shè)置有連接軸，且連接軸與收納架的內(nèi)側(cè)滑動連接，所述收納架的外壁上設(shè)置有滑槽，所述滑槽的外部安裝有轉(zhuǎn)輪，轉(zhuǎn)輪內(nèi)側(cè)的桿體上設(shè)有螺紋，且轉(zhuǎn)輪內(nèi)側(cè)的桿體與支撐機(jī)構(gòu)上端的另一側(cè)螺紋連接。

13、優(yōu)選的，所述支撐機(jī)構(gòu)的下端安裝有活動桿，活動桿的上端延伸至支撐機(jī)構(gòu)的內(nèi)部，且活動桿與支撐機(jī)構(gòu)螺紋連接，所述活動桿的底部固定設(shè)置有支撐座。

14、優(yōu)選的，所述調(diào)節(jié)螺母的內(nèi)部設(shè)有八角孔。

15、優(yōu)選的，所述機(jī)器人底座上端的兩側(cè)安裝有安裝架，兩個所述安裝架之間的上方安裝有探測器平臺，所述探測器平臺的上方轉(zhuǎn)動安裝有轉(zhuǎn)向座，所述轉(zhuǎn)向座的兩側(cè)固定安裝有激光雷達(dá)。

16、快捷更換輪轂的野外輪式機(jī)器人的更換方法，包括如下步驟：

17、步驟一、展開支撐機(jī)構(gòu)，反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪，降低對支撐機(jī)構(gòu)的夾緊力，令支撐機(jī)構(gòu)由水平轉(zhuǎn)化為垂直狀態(tài)，隨后根據(jù)需要更換輪轂的位置拉動支撐機(jī)構(gòu)，配合滑槽對支撐機(jī)構(gòu)的水平位置后進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪，對垂直狀態(tài)的支撐機(jī)構(gòu)進(jìn)行鎖緊，隨后轉(zhuǎn)動活動桿，螺紋配合下不斷的朝下方延伸，直至支撐座代替需要更換的輪轂與地面形成支撐；

18、步驟二、將輪轂的圓孔與輪轂安裝座對齊，直接將輪轂套接在輪轂安裝座的外部，套接過程中定位塊的傾斜面與輪轂圓孔壁接觸，將水平力轉(zhuǎn)化為垂直力，令定位塊延伸至第二導(dǎo)向槽的內(nèi)部，套接后工作人員轉(zhuǎn)動輪轂，輪轂在輪轂安裝座上轉(zhuǎn)動，當(dāng)定位槽與定位塊對齊后，在彈簧的支撐作用下，令定位塊延伸至定位槽的內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)輪轂位置的自動校準(zhǔn)；

19、步驟三、隨后使用工具轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺母，通過轉(zhuǎn)軸帶動主動錐齒輪旋轉(zhuǎn)，在與從動錐齒輪的嚙合下帶動第二螺柱轉(zhuǎn)動，在其外螺紋與限位卡塊內(nèi)螺孔的摩擦下，配合第一導(dǎo)向槽對限位卡塊的導(dǎo)向作用，使得三個限位卡塊同步延伸至輪轂的限位卡槽中，實(shí)現(xiàn)輪轂安裝座與輪轂的限位連接；

20、步驟四、與此同時轉(zhuǎn)軸同步帶動第一螺柱旋轉(zhuǎn)，其外螺紋與輪轂安裝座內(nèi)部后端的活動塊發(fā)生螺紋摩擦，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動，通過第一固定臂和第二固定臂帶動加固盤朝輪轂內(nèi)側(cè)方向移動，那么當(dāng)限位卡塊在縱向上與輪轂形成定位后，加固盤在橫向上對輪轂形成支撐。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

22、1、本發(fā)明獨(dú)立設(shè)計(jì)輪轂安裝座和輪轂，對輪轂進(jìn)行安裝時無需通過校準(zhǔn)安裝槽位置，需要將輪轂的圓孔與輪轂安裝座對齊，直接將輪轂套接在輪轂安裝座的外部，套接過程中定位塊的傾斜面與輪轂圓孔壁接觸，將水平力轉(zhuǎn)化為垂直力，令定位塊延伸至第二導(dǎo)向槽的內(nèi)部，輪轂套接后工作人員只需轉(zhuǎn)動輪轂，輪轂在輪轂安裝座上轉(zhuǎn)動，當(dāng)定位槽與定位塊對其后，在彈簧的支撐作用下，令定位塊延伸至定位槽的內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)輪轂位置的自動校準(zhǔn)，此時輪轂安裝座內(nèi)部的限位卡塊與輪轂的限位卡槽保持對其，工作人員使用工具轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺母，一方面通過轉(zhuǎn)軸帶動主動錐齒輪旋轉(zhuǎn)，在與從動錐齒輪的嚙合下帶動第二螺柱轉(zhuǎn)動，在其外螺紋與限位卡塊內(nèi)螺孔的摩擦下，配合第一導(dǎo)向槽對限位卡塊的導(dǎo)向作用，使得三個限位卡塊同步延伸至輪轂的限位卡槽中，實(shí)現(xiàn)輪轂安裝座與輪轂的限位連接，另一方面轉(zhuǎn)軸同步帶動第一螺柱旋轉(zhuǎn)，其外螺紋與輪轂安裝座內(nèi)部后端的活動塊發(fā)生螺紋摩擦，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動，通過第一固定臂和第二固定臂帶動加固盤朝輪轂內(nèi)側(cè)方向移動，那么當(dāng)限位卡塊在縱向上與輪轂形成定位后，加固盤在橫向上對輪轂形成支撐，從而確保輪轂安裝的牢固性和穩(wěn)定性，該輪轂更換結(jié)構(gòu)能夠有效提高輪式機(jī)器人野外應(yīng)急處理的工作效率，一方面無需精確對準(zhǔn)，以套接的方式對輪轂在輪轂安裝座上進(jìn)行放置，克服野外環(huán)境視線問題，以及解決輪轂重量體積大無法長時間抬起的問題，另一方面無需對多個螺母進(jìn)行旋轉(zhuǎn)操作，確保牢固性的前提下簡化安裝步驟。

23、2、本發(fā)明為避免定位塊受彈簧支撐，在輪轂的高速轉(zhuǎn)動下造成定位塊抖動進(jìn)而影響機(jī)器人底座移動穩(wěn)定性的問題，在對輪轂進(jìn)行更換過程中，第二轉(zhuǎn)軸上的扇形齒環(huán)不與定位塊u型槽中的齒條板相嚙合，整體由彈簧支撐，不影響定位塊輔助輪轂實(shí)現(xiàn)限位卡塊與限位卡槽的自動校準(zhǔn)，當(dāng)輪轂與輪轂安裝座定位后，工作人員轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺母的過程中，會帶動第二轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，從而帶動外部的扇形齒環(huán)轉(zhuǎn)動，當(dāng)扇形齒環(huán)與齒條板發(fā)生嚙合時，帶動定位塊朝第二導(dǎo)向槽內(nèi)部收縮，直至完全退出定位槽，該設(shè)計(jì)一方面確保輪轂更換后輪轂安裝座內(nèi)部的定位塊保持固定限位，不會因高速轉(zhuǎn)動出現(xiàn)抖動的情況，另一方面在對輪轂進(jìn)行更換的過程中不會對輪轂的退出造成阻礙，即反向轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺母的過程中，一方面令限位卡塊與限位卡槽分離，另一方面逐漸帶動定位塊朝外部移動，限位卡塊與限位卡槽完全分離后，定位塊僅移動至與第二導(dǎo)向槽的端面位置，輪轂退出后，小幅度繼續(xù)翻轉(zhuǎn)，令扇形齒環(huán)與齒條板分離，定位塊受到彈簧支撐自動彈出輪轂安裝座外部，為后續(xù)輪轂的更換提供前提保障。

24、3、本發(fā)明通過在機(jī)器人底座的兩側(cè)設(shè)置收納架，在對輪轂更換前，為確保機(jī)器人底座更換輪轂過程的穩(wěn)定性，預(yù)先反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪，螺紋摩擦下降低對支撐機(jī)構(gòu)的夾緊力，從而令支撐機(jī)構(gòu)能夠由水平轉(zhuǎn)化為垂直狀態(tài)，隨后根據(jù)需要更換輪的位置拉動支撐機(jī)構(gòu)，配合滑槽對支撐機(jī)構(gòu)的水平位置后進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪，對垂直狀態(tài)的支撐機(jī)構(gòu)進(jìn)行鎖緊，隨后轉(zhuǎn)動活動桿，由于活動桿的上端與支撐機(jī)構(gòu)通過螺紋連接，隨著活動桿的轉(zhuǎn)動，不斷的朝下方延伸，直至底座代替需要更換的輪轂與地面形成支撐，從而提高輪轂更換過程的穩(wěn)定性與便捷性。