本實(shí)用新型涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種欠驅(qū)動(dòng)變形輪式越障機(jī)器人。

背景技術(shù)：

目前常見輪式越障機(jī)器人大都是在車輪的基礎(chǔ)上賦予其變形能力從而使其具有越障能力。

中國專利CN103407327A提出一種單自由度變形車輪，該單自由度變形車輪主要由：輪板、輪輞、輪轂、曲柄、曲柄連桿、輻條構(gòu)成。輪輞通過輻條與輪轂套管配合，輪轂插桿插入輪輞、輪轂套管中，輪板布置于輪輞上，通過曲柄、曲柄連桿連接，組成該單自由度變形車輪的機(jī)構(gòu)部分。在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下，曲柄帶動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)變形，實(shí)現(xiàn)該車輪有效輪徑變化。但該車輪在變形前后外形仍然保持輪形，輪形結(jié)構(gòu)限制了其越障能力。

中國專利CN203958366U公開了“一種欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)越障輪系”，其結(jié)構(gòu)為多臂星形輪系，包括齒輪箱、輪架軸、中軸、小軸和車輪，輪架軸通過軸承設(shè)置在齒輪箱上，在輪架軸上固定套裝有大齒輪；所述中軸和小軸固定在齒輪箱內(nèi)，在中軸上活動(dòng)套裝有中齒輪，在小軸上活動(dòng)套裝有小齒輪，所述小齒輪、中齒輪和大齒輪均設(shè)置在齒輪箱內(nèi)；車輪與小齒輪數(shù)量相同，且與小齒輪固定連接，大齒輪與中齒輪相嚙合，中齒輪與小齒輪相嚙合；其在運(yùn)行的過程中，可以越過路上的障礙，也可以實(shí)現(xiàn)爬樓梯的功能。但其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，三個(gè)獨(dú)立的輪子降低了它的能量利用效率并且增加了輪系自身的質(zhì)量。

綜上所述，輪式越障機(jī)器人速度快、運(yùn)動(dòng)噪聲低，但目前常見的輪式越障機(jī)器人大都是在輪子的基礎(chǔ)上加上復(fù)雜的變形機(jī)構(gòu)以及控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制繁瑣，且成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題：本實(shí)用新型的目的在于克服上述不足，提供一種由單電機(jī)驅(qū)動(dòng)的同時(shí)具有變形與滾動(dòng)能力的輪式越障機(jī)器人。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案：一種欠驅(qū)動(dòng)變形輪式越障機(jī)器人包括車身、左輪系與右輪系。

所述車身外形呈“T”字型，左輪系與右輪系均為單動(dòng)力可變形輪系；左輪系、右輪系與車身形成轉(zhuǎn)動(dòng)配合。

所述車身由車體外殼，電機(jī)，左支撐座和右支撐座構(gòu)成；其中電機(jī)與車體外殼實(shí)現(xiàn)固定連接，左支撐座、右支撐座與車體外殼形成固定連接；電機(jī)的輸出軸通過軸承與左支撐座、右支撐座形成轉(zhuǎn)動(dòng)配合，左支撐座、右支撐座對(duì)左輪系和右輪系的輸入軸以及電機(jī)的輸出軸起到支撐作用。

所述的左輪系由輪轂部分，曲柄滑塊部分和輸入軸部分組成。

所述左輪系中部件的連接方式為：輪轂部分與輸入軸部分轉(zhuǎn)動(dòng)連接，曲柄滑塊部分與輸入軸部分固定連接。

所述的輪轂部分由輪盤1、輪盤2、連接軸1、連接軸2、連接軸3以及軸承1、軸承2構(gòu)成；輪盤1與輪盤2通過連接軸1、連接軸2、連接軸3形成固定連接；連接軸1、連接軸2、連接軸3在形狀以及機(jī)械機(jī)構(gòu)上完全相同；軸承1與輪盤1實(shí)現(xiàn)固定連接，軸承2與輪盤2實(shí)現(xiàn)固定連接。

所述的曲柄滑塊部分由曲柄、第一連桿、第二連桿、第三連桿、第一鉤爪、第二鉤爪、第三鉤爪、第一滑塊導(dǎo)軌、第二滑塊導(dǎo)軌、第三滑塊導(dǎo)軌、第一限位螺栓、第二限位螺栓和第三限位螺栓、滾動(dòng)軸承、推力軸承、軸1、軸2構(gòu)成。

以曲柄與第一連桿、第一鉤爪、第一滑塊導(dǎo)軌、第一限位螺栓的連接方式為例，曲柄與第一連桿形成轉(zhuǎn)動(dòng)連接；第一連桿與第一鉤爪之間形成轉(zhuǎn)動(dòng)連接；第一滑塊導(dǎo)軌與輪盤1形成固定連接。

所述的曲柄滑塊部分中，第一連桿、第二連桿、第三連桿的零件形狀以及裝配方式完全相同；第一鉤爪、第二鉤爪、第三鉤爪的零件形狀以及裝配方式完全相同；第一滑塊導(dǎo)軌、第二滑塊導(dǎo)軌、第三滑塊導(dǎo)軌的零件形狀以及裝配方式完全相同；第一限位螺栓、第二限位螺栓、第三限位螺栓的零件形狀以及裝配方式完全相同；滾動(dòng)軸承、推力軸承均為標(biāo)準(zhǔn)件。

所述的輸入軸部分由主軸，軸套，套筒1和套筒2構(gòu)成；主軸上開有鍵槽，主軸與曲柄之間通過鍵實(shí)現(xiàn)固定連接，軸套、套筒1、套筒2均套在主軸上通過階梯軸實(shí)現(xiàn)軸向定位。

右輪系與左輪系的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及裝配方式完全相同。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)比較，其優(yōu)點(diǎn)和有益成果是：

本實(shí)用新型創(chuàng)造性的將欠驅(qū)動(dòng)原理融入到車輪輪系之中，實(shí)現(xiàn)了單電機(jī)同時(shí)控制車輪變形以及滾動(dòng)的功能。

本實(shí)用新型所述的欠驅(qū)動(dòng)輪式越障機(jī)器人具有較強(qiáng)的地面適應(yīng)能力，當(dāng)其在平坦的路面上前進(jìn)時(shí)，車輪整周回轉(zhuǎn)向前滾動(dòng)，當(dāng)其在地面上遇到障礙物時(shí)，可控制車輪變形為鉤爪模式達(dá)到翻越障礙物的目的。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有研究技術(shù)相比，提供一種機(jī)械結(jié)構(gòu)較為簡單且制造成本較低的欠驅(qū)動(dòng)變形輪式越障機(jī)器人。

附圖說明

圖1一種欠驅(qū)動(dòng)變形輪式越障機(jī)器人整體三維圖；

圖2車身整體三維圖；

圖3左輪系整體三維圖；

圖4左輪系中輪轂部分整體三維圖；

圖5左輪系中曲柄滑塊部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6左輪系中輸入軸部分示意圖；

圖7欠驅(qū)動(dòng)變形輪式越障機(jī)器人變形過程分解圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明

如圖1所示，一種欠驅(qū)動(dòng)變形輪式越障機(jī)器人由車身A和左輪系B、右輪系C組成；左輪系B、右輪系C的輸入軸與車身A的電機(jī)軸通過軸承以及聯(lián)軸器形成轉(zhuǎn)動(dòng)副連接。

如圖2所示，車身A由車體外殼A-1、電機(jī)A-2、左支撐座A-3、右支撐座A-4構(gòu)成。其中電機(jī)A-2本身具有安裝孔，與車體外殼A-1實(shí)現(xiàn)固定連接；左支撐座A-3、右支撐座A-4通過螺栓與車體外殼實(shí)現(xiàn)固定連接。左支撐座A-3、右支撐座A-4對(duì)左輪系B和右輪系C的輸入軸以及電機(jī)A-2的輸出軸起到支撐作用。

如圖3所示，左輪系B由輪轂部分B-1、曲柄滑塊部分B-2、輸入軸部分B-3組成。其中輪轂部分B-1與輸入軸部分B-3通過軸承實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)連接；曲柄滑塊部分B-2與輸入軸部分B-3通過鍵實(shí)現(xiàn)固定連接。

如圖4所示,輪轂部分B-1由輪盤1B-1-1、輪盤2B-1-2、連接軸1B-1-3、連接軸2B-1-4、連接軸3B-1-5以及軸承1B-1-6、軸承2B-1-7構(gòu)成；連接軸1B-1-3、連接軸2B-1-4、連接軸3B-1-5在形狀以及機(jī)械機(jī)構(gòu)上完全相同；輪盤1B-1-1與輪盤2B-1-2、連接軸1B-1-3、連接軸2B-1-4、連接軸3B-1-5通過螺栓形成固定連接；軸承1B-1-6與輪盤1B-1-1實(shí)現(xiàn)固定連接；軸承2B-1-7與輪盤2B-1-2固定連接。輪盤B-1-1、輪盤B-1-2的中心開有軸承孔用以裝軸承，輪盤B-1-1、輪盤B-1-2與輸入軸B-2之間通過軸承形成轉(zhuǎn)動(dòng)副連接。

如圖5所示，曲柄滑塊部分B-2由曲柄B-2-1、第一連桿B-2-2、第二連桿B-2-3、第三連桿B-2-4、第一鉤爪B-2-5、第二鉤爪B-2-6、第三鉤爪B-2-7、第一滑塊導(dǎo)軌B-2-8、第二滑塊導(dǎo)軌B-2-9、第三滑塊導(dǎo)軌B-2-10、第一限位螺栓B-2-11、第二限位螺栓B-2-12、第三限位螺栓B-2-13、滾動(dòng)軸承B-2-14、推力軸承B-2-15、軸1B-2-16、軸2B-2-17構(gòu)成。

以曲柄B-2-1與第一連桿B-2-2、第一鉤爪B-2-5、第一滑塊導(dǎo)軌B-2-8、第一限位螺栓B-2-11的連接方式為例，曲柄B-2-1與第一連桿B-2-2通過軸1B-2-16以及滾動(dòng)軸承B-2-14、推力軸承B-2-15形成轉(zhuǎn)動(dòng)副連接。第一連桿B-2-2與第一鉤爪B-2-5之間通過軸2B-2-17以及滾動(dòng)軸承B-2-14、推力軸承B-2-15形成轉(zhuǎn)動(dòng)副連接。第一滑塊導(dǎo)軌B-2-8通過螺栓與輪盤1B-1-1形成固定連接，其中滑塊可在其導(dǎo)軌上自由滑動(dòng)；第一鉤爪B-2-5與安裝在輪盤1B-1-1上的第一滑塊導(dǎo)軌B-2-8形成固定連接。第一限位螺栓B-2-11穿過第一滑塊導(dǎo)軌B-2-8與輪盤1B-1-1形成固定連接。

在曲柄滑塊部分B-2中，第一連桿B-2-2、第二連桿B-2-3、第三連桿B-2-4的零件形狀以及裝配方式完全相同；第一鉤爪B-2-5、第二鉤爪B-2-6、第三鉤爪B-2-7的零件形狀以及裝配方式完全相同；第一滑塊導(dǎo)軌B-2-8、第二滑塊導(dǎo)軌B-2-9、第三滑塊導(dǎo)軌B-2-10的零件形狀以及裝配方式完全相同；第一限位螺栓B-2-11、第二限位螺栓B-2-12、第三限位螺栓B-2-13的零件形狀以及裝配方式完全相同。

如圖6所示，輸入軸部分B-3由主軸B-3-1，軸套B-3-2，套筒1B-3-3和套筒2B-3-4構(gòu)成；主軸B-3-1上開有鍵槽，主軸B-3-1與曲柄B-2-1之間通過鍵實(shí)現(xiàn)固定連接，軸套B-3-2、套筒1B-3-3、套筒2B-3-4均套在主軸B-3-1上通過階梯軸實(shí)現(xiàn)軸向定位。

右輪系C與左輪系B的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及裝配方式完全相同。

圖7為欠驅(qū)動(dòng)變形輪式越障機(jī)器人變形過程分解圖。車子在滾動(dòng)前進(jìn)過程中，可以通過控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來反轉(zhuǎn)車身以及控制輪系中鉤爪的伸縮。

圖7(a)至圖7(d)為該機(jī)器人從鉤爪模式變形為車輪模式的示意圖，當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)，曲柄帶動(dòng)滑塊導(dǎo)軌上的鉤爪縮回輪轂內(nèi)部，左、右輪系變?yōu)閳A形進(jìn)行滾動(dòng)前進(jìn)。

反之，圖7(d)至圖7(a)為該機(jī)器人從車輪模式變形為鉤爪模式的示意圖。當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)，曲柄帶動(dòng)滑塊導(dǎo)軌上鉤爪的伸出輪轂外部，當(dāng)鉤爪接觸到限位螺栓，由于受到電機(jī)扭矩的作用，鉤爪在到達(dá)限位螺栓的位置后，相當(dāng)于與輪盤固連為一體，此時(shí)整個(gè)左、右輪系變形為鉤爪模式，可翻越一定高度的障礙。