專利名稱：一種輪履式越障機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地面移動(dòng)機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，具體地說是一種輪履式越障機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
由于履帶機(jī)構(gòu)適合在樓梯(斜坡、障礙物)上應(yīng)用，輪子適合在平地上應(yīng)用，在障 礙及平地環(huán)境下實(shí)現(xiàn)履帶和輪子的切換將有助于提高機(jī)器人在地面上的移動(dòng)效率和在樓 梯(斜坡、障礙物)環(huán)境中的越障能力。機(jī)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(jī)構(gòu)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(dòng)機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)為了滿足這些指標(biāo)要求，往往采用多電機(jī)，多折履 帶及輔助支撐輪式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的行走機(jī)構(gòu)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(dòng)效率高的輪履式越障機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明由結(jié)構(gòu)相同的兩部分組成，每部分包括一組驅(qū)動(dòng)輪組、三組從動(dòng)輪組及兩 個(gè)彈性支撐臂，其中第一彈性支撐臂的兩端分別連接驅(qū)動(dòng)輪組及第二從動(dòng)輪組，第二彈性 支撐臂的兩端分別連接第一、三從動(dòng)輪組，第二彈性支撐臂可相對(duì)擺動(dòng)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(gè)彈性支撐臂；所述 兩部分的第一彈性支撐臂之間設(shè)有連接支架，在連接支架上分別設(shè)有行走電機(jī)及驅(qū)動(dòng)第二 彈性支撐臂擺動(dòng)的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，行走電機(jī)與驅(qū)動(dòng)輪組相連；所述驅(qū)動(dòng)輪組及第一 三從動(dòng)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(shè)有與 驅(qū)動(dòng)輪組及第二從動(dòng)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(shè)有與第一、三從動(dòng)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(dòng)輪組包括履帶導(dǎo)引輪、支架、輪軸及兩個(gè)驅(qū)動(dòng)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(jī)的輸出軸相連接；所述輪軸上鍵連接有履帶導(dǎo)引輪及兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，履帶導(dǎo)引輪位 于兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪之間、與履帶相連接；所述第一 三從動(dòng)輪組結(jié)構(gòu)相同，包括履帶導(dǎo)引輪、支 架、輪軸及兩個(gè)從動(dòng)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(gè)從動(dòng)輪通過軸承安裝在輪軸上，在兩個(gè)從動(dòng)輪之間設(shè)有與 輪軸鍵連接的履帶導(dǎo)引輪，該履帶導(dǎo)引輪與履帶相連接；履帶導(dǎo)引輪的半徑與履帶的厚度 之和小于驅(qū)動(dòng)輪或從動(dòng)輪的半徑；所述擺動(dòng)裝置包括擺動(dòng)電機(jī)、蝸桿及蝸輪，其中擺動(dòng)電機(jī) 安裝在連接支架上，擺動(dòng)電機(jī)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(diǎn)與積極效果為1.本發(fā)明采用驅(qū)動(dòng)輪、從動(dòng)輪與履帶相結(jié)合的方式，使得載體在平地之間利用輪 子進(jìn)行行走，提高移動(dòng)效率；在障礙物之間使用履帶方式進(jìn)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(dòng)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(shí)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(jié)構(gòu)簡單，適合于翻越臺(tái)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(dòng)輪組或從動(dòng)輪組的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明彈性支撐臂的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(dòng)臂)與擺動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)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(dòng)輪組，4為第一從動(dòng)輪 組，5為第二從動(dòng)輪組，6為第三從動(dòng)輪組，7為履帶，8為驅(qū)動(dòng)輪，9為從動(dòng)輪，10為履帶導(dǎo)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(jī)，17為連接支架，18 為主輪軸，19為擺動(dòng)電機(jī)，20為蝸桿，21為蝸輪。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。 如圖1 7所示，本發(fā)明由結(jié)構(gòu)相同的兩部分組成，每部分包括一條履帶7、一組驅(qū) 動(dòng)輪組3、第一 三從動(dòng)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(dòng)輪組3及第二從動(dòng)輪組5，第二彈性支撐臂2的兩端分別連接第一、三從動(dòng) 輪組4、6，驅(qū)動(dòng)輪組3及第一 三從動(dòng)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(shè)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(jié)構(gòu)與第一彈性支撐臂1的結(jié)構(gòu)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(gè)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(duì)于套筒13沿軸向移 動(dòng)。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(duì)于第一彈性支撐臂1可擺動(dòng)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(gè)連接支架17，分別位于主輪軸18的兩側(cè)；連接支架17上分別設(shè)有行走電機(jī)16及驅(qū)動(dòng)第 二彈性支撐臂2擺動(dòng)的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中行走電機(jī)16固接在靠近驅(qū)動(dòng)輪組的連接支架上；擺 動(dòng)裝置包括擺動(dòng)電機(jī)19、蝸桿20及蝸輪21，擺動(dòng)電機(jī)19安裝在靠近第二從動(dòng)輪組5的連 接支架上，擺動(dòng)電機(jī)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(dòng)輪組3包括履帶導(dǎo)引輪10、支架11、輪軸12及兩個(gè)驅(qū)動(dòng)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(cè))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(jī)16的輸出軸相連接；所述輪軸 12上鍵連接有履帶導(dǎo)引輪10及兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪8，履帶導(dǎo)引輪10位于兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪8之間、與履 帶7相連接。第一 三從動(dòng)輪組4 6結(jié)構(gòu)相同，包括履帶導(dǎo)引輪10、支架11、輪軸12及 兩個(gè)從動(dòng)輪9，其中第一從動(dòng)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(cè))的套筒13相連接、第二從動(dòng)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(cè))的套筒13相連接、第三從動(dòng)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(cè))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(gè)從動(dòng)輪9通過軸承安裝在輪軸12上，在兩個(gè)從動(dòng)輪9之間設(shè)有與輪軸12鍵連接的 履帶導(dǎo)引輪10，該履帶導(dǎo)引輪10與履帶7相連接。履帶導(dǎo)引輪10的半徑與履帶7的厚度 之和小于驅(qū)動(dòng)輪8或從動(dòng)輪9的半徑。本發(fā)明的工作原理為本發(fā)明與驅(qū)動(dòng)輪組3及第二從動(dòng)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(dòng)輪組4、6相連接的第二彈性支撐臂2為“擺動(dòng)臂”，載體固定在連接支架17 上；由于履帶導(dǎo)引輪半徑與履帶厚度之和略小于驅(qū)動(dòng)輪8及從動(dòng)輪9的半徑，因此，當(dāng)本發(fā) 明越障機(jī)械承載著載體在平地上行走時(shí)，兩部分中驅(qū)動(dòng)輪組3中的共計(jì)四個(gè)驅(qū)動(dòng)輪8及兩 部分中第三從動(dòng)輪組6中的共計(jì)四個(gè)從動(dòng)輪9與地面接觸，兩部分中的行走電機(jī)16同步 工作，驅(qū)動(dòng)四個(gè)驅(qū)動(dòng)輪8轉(zhuǎn)動(dòng)，利用輪子行走；當(dāng)需要爬樓梯或越障時(shí)，如圖8所示，由于載 體的策略作用，自動(dòng)切換到履帶行走的方式；在爬樓或越障過程中，擺動(dòng)電機(jī)19工作，驅(qū)動(dòng) 蝸桿20轉(zhuǎn)動(dòng)，通過蝸桿20與蝸輪21的嚙合帶動(dòng)主動(dòng)軸18擺動(dòng)，由于主動(dòng)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(duì)于第一彈性支撐臂1擺動(dòng)，通過第二彈性支撐臂(擺動(dòng) 臂)的擺動(dòng)帶動(dòng)履帶7變形，從而在增加載體接地面積的同時(shí)降低了載體的重心，增強(qiáng)了越 障過程中的穩(wěn)定性和安全性；同時(shí)，兩部分中的行走電機(jī)16同步工作，通過履帶導(dǎo)引輪10 帶動(dòng)履帶轉(zhuǎn)動(dòng)，使載有載體的本發(fā)明越障機(jī)構(gòu)進(jìn)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(dòng)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(quán)利要求
1.一種輪履式越障機(jī)構(gòu)，其特征在于由結(jié)構(gòu)相同的兩部分組成，每部分包括一組驅(qū) 動(dòng)輪組、三組從動(dòng)輪組及兩個(gè)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(dòng) 輪組C3)及第二從動(dòng)輪組(5)，第二彈性支撐臂O)的兩端分別連接第一、三從動(dòng)輪組(4、 6)，第二彈性支撐臂( 可相對(duì)擺動(dòng)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(gè)彈性支撐臂；所述兩部分的第一彈性 支撐臂(1)之間設(shè)有連接支架(17)，在連接支架(17)上分別設(shè)有行走電機(jī)(16)及驅(qū)動(dòng)第 二彈性支撐臂⑵擺動(dòng)的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，行走電機(jī)(16)與驅(qū)動(dòng)輪組(3)相連；所述驅(qū)動(dòng)輪組⑶ 及第一 三從動(dòng)輪組G 6)之間通過履帶(7)相連接。
2.按權(quán)利要求1所述的輪履式越障機(jī)構(gòu)，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(shè)有與驅(qū)動(dòng)輪組(3)及第 二從動(dòng)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(quán)利要求1所述的輪履式越障機(jī)構(gòu)，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(shè)有與第一、三從動(dòng)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(quán)利要求2或3所述的輪履式越障機(jī)構(gòu)，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(quán)利要求1所述的輪履式越障機(jī)構(gòu)，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)輪組(3)包括履帶導(dǎo) 引輪(10)、支架(11)、輪軸(12)及兩個(gè)驅(qū)動(dòng)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(jī)(16)的輸出軸相連接；所述輪軸(1 上鍵連接有履帶導(dǎo)引輪(10)及兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪(8)， 履帶導(dǎo)引輪(10)位于兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪(8)之間、與履帶(7)相連接。
6.按權(quán)利要求1所述的輪履式越障機(jī)構(gòu)，其特征在于所述第一 三從動(dòng)輪組G 6) 結(jié)構(gòu)相同，包括履帶導(dǎo)引輪(10)、支架(11)、輪軸(12)及兩個(gè)從動(dòng)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(gè)從動(dòng)輪(9)通過軸承安裝在輪軸(1 上，在兩個(gè)從動(dòng)輪(9)之間設(shè)有與 輪軸(12)鍵連接的履帶導(dǎo)引輪(10)，該履帶導(dǎo)引輪(10)與履帶(7)相連接。
7.按權(quán)利要求5或6所述的輪履式越障機(jī)構(gòu)，其特征在于所述履帶導(dǎo)引輪(10)的半 徑與履帶(7)的厚度之和小于驅(qū)動(dòng)輪(8)或從動(dòng)輪(9)的半徑。
8.按權(quán)利要求1所述的輪履式越障機(jī)構(gòu)，其特征在于所述擺動(dòng)裝置包括擺動(dòng)電機(jī) (19)、蝸桿(20)及蝸輪(21)，其中擺動(dòng)電機(jī)(19)安裝在連接支架(17)上，擺動(dòng)電機(jī)(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(dòng)機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，具體地說是一種輪履式越障機(jī)構(gòu)，由結(jié)構(gòu)相同的兩部分組成，每部分包括一組驅(qū)動(dòng)輪組、三組從動(dòng)輪組及兩個(gè)彈性支撐臂，其中第一彈性支撐臂的兩端分別連接驅(qū)動(dòng)輪組及從動(dòng)輪組，第二彈性支撐臂的兩端分別連接從動(dòng)輪組，第二彈性支撐臂可相對(duì)擺動(dòng)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(gè)彈性支撐臂；兩部分的第一彈性支撐臂之間設(shè)有連接支架，在連接支架上分別設(shè)有行走電機(jī)及擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，行走電機(jī)與驅(qū)動(dòng)輪組相連；驅(qū)動(dòng)輪組及從動(dòng)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(dòng)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(dòng)切換。
文檔編號(hào)B62D55/02GK102114876SQ200910249028
公開日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)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(qǐng)人:中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所