一種用于地面機器人的多角輪的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種步行機構(gòu)，特別涉及一種用于地面機器人的多角輪。
【背景技術(shù)】
[0002]翻爬臺階能力是衡量地面機器人越障能力的重要標準。比如在建筑物內(nèi)，能上下樓梯就意味著能到達樓房內(nèi)任意一個地點。履帶式機器人越障能力強，甚至可以上下樓梯，但在復(fù)雜地面比如碎石、泥土、冰雪、草地上行進時，履帶極易被堵塞、纏繞，造成失效。并且履帶驅(qū)動增大了行走機構(gòu)復(fù)雜性，增大了機器人重量。相對而言，輪式機器人不易粘附石塊、煤渣，因此不易被堵塞，但其缺點是只能爬上高度遠遠小于車輪直徑的臺階。作為對輪式機器人的改進，有人提出過一種五星輪結(jié)構(gòu)，能有效提高越障能力，但在平地上行進時，由于四個輪子很難做到步調(diào)一致，所以車輛會十分顛簸；即便設(shè)法使四個車輪做到步調(diào)一致，在低速行進時，車體重心也會不斷上下移動，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，以獲得較小的滾動阻力和較大的驅(qū)動力；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器人的多角輪裝置。其結(jié)構(gòu)包括多角輪轂，從動錐齒輪，螺桿，連桿，螺母，腳桿和主動錐齒輪。
[0004]所述多角輪轂為N角星形骨架，起支撐整個輪子作用，行走電機減速器可連接多角輪轂中心。N角星每個角尖端為半圓形。N的值可根據(jù)機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角上，但可自由轉(zhuǎn)動。因此，對于一個多角輪來說，螺桿和從動錐齒輪各有N個。
[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)成曲柄滑塊機構(gòu)。螺母充當滑塊，為主動件，腳桿充當曲柄。而連桿和腳桿對稱布置于多角輪轂的一個角兩側(cè)，因此，對于一個多角輪來說，螺母共有N個，連桿和腳桿都各有2XN個。
[0007]腳桿為圓弧形，2 X N個腳桿可構(gòu)成整個圓周。
[0008]主動錐齒輪與N個從動錐齒輪是同時嚙合的，可由切換電機驅(qū)動主動錐齒輪以一定方向轉(zhuǎn)動，從而使所有從動錐齒輪帶動螺桿以一定方向轉(zhuǎn)動，從而使螺母向圓心靠近或遠離，從而帶動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，腳桿處于完全張開狀態(tài)，路面越崎嶇，或需要翻越的臺階越高，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。
[0009]故本發(fā)明的用于地面機器人的多角輪裝置同時兼顧了地面機器人在平坦路面行進時的平順性、穩(wěn)定性，有利于機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階。機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單，切換方便，實用可靠的優(yōu)點，具有推廣前途。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明實施例提供的一種用于地面機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)明實施例提供的一種用于地面機器人的多角輪處于多角輪工作狀態(tài)的立體圖
【具體實施方式】
[0012]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步的詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限定。
[0013]如圖1和圖2所示，一種用于地面機器人的多角輪包括多角輪轂1，從動錐齒輪2，螺桿3，連桿4，螺母5，腳桿6和主動錐齒輪7。
[0014]所述多角輪轂I為N角星形骨架，起支撐整個輪子作用，行走電機減速器可連接多角輪轂中心從而驅(qū)動輪子轉(zhuǎn)動(驅(qū)動方式不為發(fā)明點，因此圖中未示出)。N角星每個角尖端101為半圓形。
[0015]所述從動錐齒輪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的一個角上，但可自由轉(zhuǎn)動。因此，對于一個多角輪來說，螺桿3和從動錐齒輪2各有時。
[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)成曲柄滑塊機構(gòu)。螺母5充當滑塊，為主動件，腳桿6充當曲柄。而連桿4和腳桿6對稱布置于多角輪轂I的一個角兩側(cè)，因此，對于一個多角輪來說，螺母5共有N個，連桿4和腳桿6都各有2 XN個。
[0017]腳桿6為圓弧形，2*N個腳桿6可構(gòu)成整個圓周。
[0018]主動錐齒輪7與N個從動錐齒輪2是同時嚙合的，可由切換電機驅(qū)動主動錐齒輪7 (驅(qū)動方式不為發(fā)明點，因此圖中未示出)。
[0019]以下說明該多角輪的運行原理。在平地上行走時，如圖1所示，螺母5處于距輪子圓心較遠處，2 XN個腳桿6處于張開狀態(tài)，共同構(gòu)成整個圓周，多角輪像普通圓形輪一樣工作。在崎嶇路面上行走，或需要爬上臺階時，控制切換電機驅(qū)動主動錐齒輪7以一定方向轉(zhuǎn)動，從而使所有從動錐齒輪2帶動螺桿3以一定方向轉(zhuǎn)動，從而使螺母5向圓心方向靠近，從而帶動連桿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，尤其是爬上臺階。恢復(fù)平地工況后，只要讓切換電機反向轉(zhuǎn)動，反向進行上述過程以恢復(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。
[0021]以上所述的實施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的【具體實施方式】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)進行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種用于地面機器人的多角輪，其特征在于包括多角輪轂，從動錐齒輪，螺桿，連桿，螺母，腳桿和主動錐齒輪；多角輪轂支撐整個輪子，從動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)成曲柄滑塊機構(gòu)，螺母充當滑塊，為主動件，腳桿充當曲柄。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于地面機器人的多角輪裝置，其特征在于主動錐齒輪與所有從動錐齒輪是同時嚙合的。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于地面機器人的多角輪裝置，其特征在于腳桿為圓弧形，所有腳桿可構(gòu)成整個圓周。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于地面機器人的多角輪裝置，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所述的用于地面機器人的多角輪裝置，其特征在于在平地上行走時，螺母處于距輪子圓心較遠處，所有腳桿構(gòu)成整個圓，多角輪像普通圓形輪一樣工作；在崎嶇路面上行走，或需要爬上臺階時，控制切換電機驅(qū)動主動錐齒輪以一定方向轉(zhuǎn)動，從而使所有從動錐齒輪帶動螺桿以一定方向轉(zhuǎn)動，從而使螺母向圓心方向靠近，從而帶動連桿和腳桿向多角輪轂的角收攏；此時，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，只要讓切換電機反向轉(zhuǎn)動，反向進行上述過程即可。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。
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種用于地面機器人的多角輪裝置。包括多角輪轂，從動錐齒輪，螺桿，連桿，螺母，腳桿和主動錐齒輪。多角輪轂支撐整個輪子，從動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)成曲柄滑塊機構(gòu)。在平地上行走時，多角輪像普通圓形輪一樣工作。需要爬上臺階時，驅(qū)動主動錐齒輪轉(zhuǎn)動，從而使從動錐齒輪帶動螺桿轉(zhuǎn)動，從而使螺母向圓心靠近，帶動連桿和腳桿向多角輪轂的角收攏。此時，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】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