專利名稱：一種用于輪履變結(jié)構(gòu)移動機器人的四連桿輪履變換機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明涉及一種輪履變換機構(gòu)，具體涉及一種用于輪履變結(jié)構(gòu)移動機器人的四連桿輪履變換機構(gòu)，屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
輪式移動機器人具有移動的快速性，而履帶式移動機器人的跨越障礙能力很強，即履帶式移動機器人對復(fù)雜地形具有很高的通過性能。將輪式、履帶式移動機器人的優(yōu)點結(jié)合在一起將大大有利于機器人技術(shù)的發(fā)展，高效的輪履變換機構(gòu)是輪式與履帶式運動機構(gòu)變換的關(guān)鍵技術(shù)。輪履變換機構(gòu)需要滿足可靠、低沉本和高效能的要求。專利文獻(xiàn)[公開號:CN101570216]提出了包括電動推桿、螺旋副機構(gòu)和四連桿機構(gòu)三種方案，在三種方案中，電動推桿和螺旋副機構(gòu)的設(shè)計方案較為簡單，四桿機構(gòu)具有剛度大、成本低、效率高、易于安裝維護等特點，但該四連桿機構(gòu)的設(shè)計分析較困難。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種用于輪履變結(jié)構(gòu)移動機器人的四連桿式輪履變換機構(gòu)，該機構(gòu)中采用兩套完全相同的四連桿機構(gòu)實現(xiàn)輪履變換，簡化了對四連桿機構(gòu)的設(shè)計分析過程；同時輪履變換機構(gòu)中的小腳輪組件能夠伸縮，能夠靈活地調(diào)整小腳輪與履帶的接觸點位置，可適用于多種不同形式的履帶。本發(fā)明的用于輪履變結(jié)構(gòu)移動機器人的四連桿輪履變換機，包括兩套相同的四連桿機構(gòu)、兩套小腳輪組件、蝸輪蝸桿電機A、齒輪組和四連桿驅(qū)動軸；每套四連桿機構(gòu)驅(qū)動一套小腳輪組件；所述四連桿機構(gòu)包括原動桿、連桿、從動桿和固定座，兩套四連桿機構(gòu)的安裝方式相同。所述蝸輪蝸桿電機A通過齒輪組將動力傳遞至四連桿驅(qū)動軸；所述原動桿的一端固接在四連桿驅(qū)動軸上，設(shè)該連接處的四連桿驅(qū)動軸的軸心為A點；另一端與連桿鉸接；連桿的另一端與從動桿在非端點處鉸接，設(shè)該鉸接點為C點；所述從動桿的一端連接小腳輪組件，另一端與固定座鉸接；所述固定座通過螺桿機器人箱體固接。所述小腳輪組件包括兩個小腳輪、蝸輪蝸桿電機B和兩套相同的伸縮機構(gòu)；所述兩個小腳輪同軸放置，蝸輪蝸桿電機B位于兩個小腳輪中間，蝸輪蝸桿電機B的安裝座與四連桿機構(gòu)中從動桿的端部固接；蝸輪蝸桿電機B的兩側(cè)均通過螺桿輸出動力，每個螺桿驅(qū)動一套伸縮機構(gòu)，每套伸縮機構(gòu)帶動一個小腳輪的伸縮。所述伸縮機構(gòu)包括深溝球軸承、導(dǎo)向筒B ;小腳輪的內(nèi)圓周面和深溝球軸承的外圈固接；導(dǎo)向筒B的一端與深溝球軸承的內(nèi)圈固接，導(dǎo)向筒B的內(nèi)圓周面上加工有與蝸輪蝸桿電機B的動力輸出螺桿相配合的內(nèi)螺紋，用于將螺桿的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為導(dǎo)向筒B的直線運動；所述渦輪蝸桿電機B兩側(cè)螺桿的螺紋旋向相反或兩側(cè)小腳輪上使用的導(dǎo)向筒B上內(nèi)螺紋的旋向相反。設(shè)所述輪履變換機構(gòu)展開時，所述從動桿與水平方向的夾角為a0，A點和C點的連線與從動桿之間的夾角為β O，則兩套四連桿機構(gòu)中原動桿之間的夾角為180+2 a所述小腳輪組件中，每套伸縮機構(gòu)還包括導(dǎo)向筒A ;所述導(dǎo)向筒A固定安裝在蝸輪蝸桿電機B上，且與導(dǎo)向筒B同軸；導(dǎo)向筒A的中心孔用于穿過蝸輪蝸桿電機B的輸出軸，在導(dǎo)向筒A中心孔的兩側(cè)沿其軸向?qū)ΨQ分別延伸有小導(dǎo)向筒a;所述導(dǎo)向筒B軸向端面上與兩個小導(dǎo)向筒a對應(yīng)的位置分別加工有小導(dǎo)向筒b ;所述兩個小導(dǎo)向筒a分別套裝與兩個小導(dǎo)向筒b中。所述導(dǎo)向筒A上的兩個小導(dǎo)向筒a的外圓周面上分別固定有滾珠保持架A ;所述導(dǎo)向筒B上兩個小導(dǎo)向筒b的內(nèi)圓周面上分別固定有滾珠保持架B。有益效果:(I)在本發(fā)明中，輪履變結(jié)構(gòu)中采用完全相同的雙四連桿結(jié)構(gòu)，通過簡單分析便可得到原動桿件夾角這一關(guān)鍵參數(shù)法，簡化了雙四連桿結(jié)構(gòu)的設(shè)計分析過程。(2)在本發(fā)明中，小腳輪可沿軸向外伸和內(nèi)收，這樣小腳輪可以靈活地調(diào)整與履帶的接觸點位置，這樣使得車體可適用于多種不同形式的履帶，或隨著履帶的周邊磨損等狀況及時調(diào)整接觸點的位置。


圖1為本發(fā)明的四連桿輪履變換機構(gòu)的示意圖；圖2為本發(fā)明的輪履變換機構(gòu)驅(qū)動部分示意圖；圖3為本發(fā)明的一組小腳輪示意圖；圖4是本發(fā)明的小腳輪組件的剖面圖；圖5是本發(fā)明的四連桿機構(gòu)的作圖法設(shè)計示意圖；圖6是本發(fā)明的四連桿機構(gòu)的解析法設(shè)計示意圖。其中:1-四連桿驅(qū)動軸，2-原動桿，3-連桿，4-從動桿，5-固定座，6_小腳輪，7_螺桿，8-渦輪蝸桿電機A,9-齒輪傳動，10-深溝球軸承，11-渦輪蝸桿電機B, 12-導(dǎo)向筒A,13-導(dǎo)向筒B，14-小導(dǎo)向筒a，15-小導(dǎo)向筒b。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。本實施提供一種用于輪履變結(jié)構(gòu)移動機器人的四連桿輪履變換機構(gòu)，其具體結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，包括兩套四連桿機構(gòu)、兩套小腳輪組件、蝸輪蝸桿電機AS、齒輪傳動9和四連桿驅(qū)動軸I。每套四連桿機構(gòu)驅(qū)動一套小腳輪組件。所述四連桿機構(gòu)包括原動桿2、連桿3、從動桿4和固定座5。兩套四連桿機構(gòu)的安裝方式相同，下面僅以一套四連桿機構(gòu)的安裝方式為例，對該輪履變換機構(gòu)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)介紹。蝸輪蝸桿減速電機AS通過齒輪傳動9將動力傳遞至四連桿驅(qū)動軸1，四連桿驅(qū)動軸I和外片行走輪驅(qū)動軸采用套軸方式，原動桿2的一端通過緊釘螺絲固連在四連桿驅(qū)動軸I上，設(shè)該連接處的軸心為A點(如圖5)，另一端與連桿3鉸接，設(shè)該鉸接點為B (如圖5)，連桿3的另一端與從動桿4在非端點處鉸接，設(shè)該鉸接點為C(如圖5)，從動桿4的一端連接小腳輪組件，另一端與固定座5鉸接，設(shè)該鉸接點為D (如圖5)。所述固定座5通過螺桿7固定在機器人箱體上。蝸輪蝸桿電機A8轉(zhuǎn)動時通過原動桿2帶動連桿3轉(zhuǎn)動，帶動從動桿4繞點D轉(zhuǎn)動，從而輪履變換機構(gòu)完成小腳輪組件的收縮或張開。由于蝸輪蝸桿電機AS本身具有自鎖性，履帶的反作用力不會造成輪履變換機構(gòu)的被動動作，輪履變換機構(gòu)的動作只受蝸輪蝸桿電機AS的主動控制。為了使輪履變換機器人更加穩(wěn)定協(xié)調(diào)地工作，兩套四連桿機構(gòu)在保障能夠展開到最大對稱角度和收縮到輪轂內(nèi)的基礎(chǔ)上，兩側(cè)的從動桿4最好在展開和收縮的動態(tài)過程中也能夠保持與豎直方向線的對稱。結(jié)合圖5說明本實施例中兩套四連桿機構(gòu)的設(shè)計機理，所述輪履變換機構(gòu)展開，即輪履變結(jié)構(gòu)移動機器人以履帶方式行走時，兩側(cè)四連桿機構(gòu)中的原動桿、連桿以及A點和C點的連線所組成的三角形在此靜態(tài)下是完全相等的，兩側(cè)的從動桿4與水平方向的夾角也相等，且在動態(tài)過程中上述兩個三角形任意時刻保持全等，因此可以通過兩套相同的四連桿機構(gòu)實現(xiàn)輪履變換。由于兩套四連桿機構(gòu)中的桿長參數(shù)完全相同，所以在設(shè)計時候只需要設(shè)計一套，然后確定兩套四連桿機構(gòu)中原動桿之間的夾角即可，這樣簡化了設(shè)計流程。通過以上分析可知，在兩套四連桿機構(gòu)的設(shè)計中，兩個原動桿間的夾角是設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)，本實施例中針對該夾角的設(shè)計提供了作圖法和解析法兩種設(shè)計方法。結(jié)合附圖5介紹兩個原動桿間夾角的解析法設(shè)計方法。輪履變換機構(gòu)完全展開時(由于兩側(cè)的從動桿與 水平方向的夾角在動態(tài)過程中始終相等，所以也可以選擇輪履變換展開為其它任一角度時進(jìn)行設(shè)計)。設(shè)從動桿與水平方向的夾角為CiyA點和C點的連線與從動桿之間的夾角為Ptl, A點與C點連線與A點與C’點連線間的夾角為Q1，兩個原動桿間的夾角設(shè)為θ2。由于三角形ABC與三角形A’B’ C’全等，則有ri = r2，所以θ1= θ2；根據(jù)五邊形A⑶C’D’的內(nèi)角和為540度，可以計算出Θ i = 180+2 aQ-2eQ，則兩個原動桿間的夾角應(yīng)選為180+2^-2 0^在Θ i確定的基礎(chǔ)上，通過解析法或作圖法設(shè)計出一側(cè)四連桿機構(gòu)的桿長參數(shù)，然后考慮機構(gòu)運動過程中的干涉問題，可以方便地設(shè)計出一套完整的四連桿輪履變換機構(gòu)。結(jié)合附圖6介紹兩個原動桿間夾角的作圖法設(shè)計方法。假設(shè)已設(shè)計出一套四連桿機構(gòu)，即圖6中的原動桿AB’，連桿B’C’，從動桿C’D’已知；然后以A點為圓心，以原動桿AB’的桿長作圓，從動桿C’D’沿著過A點的豎直直線鏡像得到從動桿⑶，再接著以C點為圓心，以連桿B’C’的長度作圓，該圓與以A點為圓心的圓的交點即為原動桿AB與連桿BC的交點B點，AB和AB’之間的夾角即為所求的夾角值。該輪履變換機構(gòu)中的小腳輪組件能夠外伸和內(nèi)收，以保證小腳輪可以靈活地調(diào)整與履帶的接觸點位置。所述小腳輪組件的結(jié)構(gòu)如圖3和圖4。兩套小腳輪組件的結(jié)構(gòu)相同，下面僅以一套為例對其進(jìn)行詳細(xì)介紹。小腳輪組件包括兩個小腳輪6、蝸輪蝸桿電機Bll和兩套相同的伸縮機構(gòu)；所述兩個小腳輪同軸放置，蝸輪蝸桿電機Bll位于兩個小腳輪6中間，蝸輪蝸桿電機Bll安裝在四連桿機構(gòu)中的從動桿4上；蝸輪蝸桿電機BI I的雙輸出軸上均是加工有螺紋的螺桿結(jié)構(gòu)，每個螺桿驅(qū)動一套伸縮機構(gòu)，每套伸縮機構(gòu)帶動一個小腳輪的伸縮。下面僅以一套伸縮機構(gòu)為例進(jìn)行具體介紹，所述伸縮機構(gòu)包括深溝球軸承10、導(dǎo)向筒B13。深溝球軸承10的外圈通過頂絲固接安裝在小腳輪6上，導(dǎo)向筒B13的一端通過螺釘固定安裝在深溝球軸承10的內(nèi)圈。導(dǎo)向筒B13的圓柱孔面上加工有與蝸輪蝸桿電機Bll的螺桿相配合的螺紋，從而將螺桿轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為導(dǎo)向筒B13的直線運動。導(dǎo)向筒A12固定連接在蝸輪蝸桿電機Bll上，導(dǎo)向筒A12的中心孔用于穿過蝸輪蝸桿電機Bll的輸出軸。在導(dǎo)向筒A12中心孔的兩側(cè)沿其軸向?qū)ΨQ分別延伸有小導(dǎo)向筒al4 ;所述導(dǎo)向筒B13軸向端面上與兩個小導(dǎo)向筒對應(yīng)的位置分別加工有小導(dǎo)向筒bl5 ;兩個小導(dǎo)向筒al4分別套裝與兩個小導(dǎo)向筒bl5中。在導(dǎo)向筒A12的兩個軸向小導(dǎo)向筒al4的外圓周面分別固定有滾珠保持架；在導(dǎo)向筒B13上的兩個小導(dǎo)向筒bl5的內(nèi)圓周面分別固定有滾珠保持架。圓形滾珠保持架用于將滑動變?yōu)闈L動，在圓柱滾珠保持架的作用下，導(dǎo)向筒B13和導(dǎo)向筒A12之間通過滾動摩擦完成軸向?qū)蜃饔谩u輪蝸桿電機Bll兩側(cè)螺桿的螺紋旋向相反或兩側(cè)小腳輪上的軸向?qū)蛲睟13上的螺紋旋向相反，當(dāng)渦輪蝸桿電機B11輸出動力時，通過兩側(cè)的導(dǎo)向筒B13帶動兩個小腳輪在軸向的同時伸縮和外張。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于輪履變結(jié)構(gòu)移動機器人的四連桿輪履變換機構(gòu)，其特征在于，包括兩套相同的四連桿機構(gòu)、兩套小腳輪組件、蝸輪蝸桿電機A (8)、齒輪組(9)和四連桿驅(qū)動軸(I);每套四連桿機構(gòu)驅(qū)動一套小腳輪組件；所述四連桿機構(gòu)包括原動桿(2)、連桿(3)、從動桿(4)和固定座(5),兩套四連桿機構(gòu)的安裝方式相同； 所述蝸輪蝸桿電機A (8)通過齒輪組(9)將動力傳遞至四連桿驅(qū)動軸(I);所述原動桿(2)的一端固接在四連桿驅(qū)動軸(I)上，設(shè)該連接處的四連桿驅(qū)動軸(I)的軸心為A點 ’另一端與連桿(3)鉸接；連桿(3)的另一端與從動桿(4)在非端點處鉸接，設(shè)該鉸接點為C點；所述從動桿(4)的一端連接小腳輪組件，另一端與固定座(5)鉸接；所述固定座(5)與機器人箱體固接； 所述小腳輪組件包括兩個小腳輪(6)、蝸輪蝸桿電機B (11)和兩套相同的伸縮機構(gòu)；所述兩個小腳輪同軸放置，蝸輪蝸桿電機B (11)位于兩個小腳輪(6 )中間，蝸輪蝸桿電機B(11)的安裝座與四連桿機構(gòu)中從動桿(5)的端部固接；蝸輪蝸桿電機B (11)的兩側(cè)均通過螺桿輸出動力，每個螺桿驅(qū)動一套伸縮機構(gòu)，每套伸縮機構(gòu)帶動一個小腳輪的伸縮； 所述伸縮機構(gòu)包括深溝球軸承(10)、導(dǎo)向筒B (13);小腳輪(6)的內(nèi)圓周面和深溝球軸承(10)的外圈固接；導(dǎo)向筒B (13)的一端與深溝球軸承(10)的內(nèi)圈固接，導(dǎo)向筒B (13)的內(nèi)圓周面上加工有與蝸輪蝸桿電機B (11)的動力輸出螺桿相配合的內(nèi)螺紋，用于將螺桿的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為導(dǎo)向筒B (13)的直線運動；所述渦輪蝸桿電機B (11)兩側(cè)螺桿的螺紋旋向相反或兩側(cè)小腳輪上使用的導(dǎo)向筒B (13)上內(nèi)螺紋的旋向相反。
2.按權(quán)利要求1所述的一種用于輪履變結(jié)構(gòu)移動機器人的雙四連桿輪履變換機構(gòu)，其特征在于，設(shè)所 述輪履變換機構(gòu)展開時，所述從動桿(4)與水平方向的夾角為α(ι，A點和C點的連線與從動桿(4)之間的夾角為Ptl，則兩套四連桿機構(gòu)中原動桿之間的夾角為180+2 ct 0_2 β Οο
3.按權(quán)利要求1所述的一種用于輪履變結(jié)構(gòu)移動機器人的四連桿輪履變換機構(gòu)，其特征在于，所述小腳輪組件中，每套伸縮機構(gòu)還包括導(dǎo)向筒A (12);所述導(dǎo)向筒A (12)固定安裝在蝸輪蝸桿電機B (11)上，且與導(dǎo)向筒B (13)同軸；導(dǎo)向筒A (12)的中心孔用于穿過蝸輪蝸桿電機B (11)的輸出軸，在導(dǎo)向筒A (12)中心孔的兩側(cè)沿其軸向?qū)ΨQ分別延伸有小導(dǎo)向筒a (14);所述導(dǎo)向筒B (13)軸向端面上與兩個小導(dǎo)向筒a (14)對應(yīng)的位置分別加工有小導(dǎo)向筒b (15);所述兩個小導(dǎo)向筒a (14)分別套裝與兩個小導(dǎo)向筒b (15)中。
4.按權(quán)利要求3所述的一種用于輪履變結(jié)構(gòu)移動機器人的四連桿輪履變換機構(gòu)，其特征在于，所述導(dǎo)向筒A (12)上的兩個小導(dǎo)向筒a (14)的外圓周面上分別固定有滾珠保持架A ;所述導(dǎo)向筒B (13)上兩個小導(dǎo)向筒b (15)的內(nèi)圓周面上分別固定有滾珠保持架B。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于輪履變結(jié)構(gòu)移動機器人的四連桿輪履變換機構(gòu)，包括兩套相同的四連桿機構(gòu)、兩套小腳輪組件、蝸輪蝸桿電機、齒輪傳動和驅(qū)動軸，每套四連桿機構(gòu)驅(qū)動一套小腳輪組件。由于兩套四連桿機構(gòu)完全相同，設(shè)計時，只需設(shè)計出其中一套四連桿機構(gòu)結(jié)構(gòu)，然后再確定兩套四連桿機構(gòu)中原動桿之間的夾角，極大簡化了四連桿式輪履變換機構(gòu)的設(shè)計過程。同時本發(fā)明小腳輪組件中的兩個小腳輪能夠伸縮，可以靈活地調(diào)整小腳輪與履帶的接觸點位置，從而可適用于多種不同形式的履帶，或隨著履帶的周邊磨損及時調(diào)整接觸點的位置。
文檔編號B62D55/04GK103085902SQ201310047258
公開日2013年5月8日 申請日期2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月6日
發(fā)明者高學(xué)山, 郭文增, 戴福全, 宗成國, 邵潔 申請人:北京理工大學(xué)