專利名稱：可展輪式移動機器人的制作方法
可展輪式移動機器人
技術領域：
本發明涉及一種機器人，特別涉及一種可展輪式移動機器人。背景技術：
各種地面移動機構(輪式、腿式、履帶式)在快速性、平穩性、越障性等方面各有長短。雖然輪式移動機構移動快速、平穩，但其越障性能較差。如果能設計出越障性能好的輪式移動機構，那么輪式移動機器人的應用范圍將在更大程度上得以提高。國內外對于移動機器人的移動系統研究比較多，但對于移動機構本身尤其是輪式移動機構的改進方面研究尚處于起步階段。其中，北京航空航天大學提出了一種適用于可變直徑輪的擺動變直徑輪架。所述輪架由輪輻、彈性變形件和輪腳板組成。彈性變形件安裝在輪輻和輪腳板之間，所述變直徑機構通過兩側的輪輻與中間的輪輻產生相對轉動，帶動彈性變形件在圓周方向上產生螺旋扭轉，使輪腳張開或合攏，從而實現車輪的輪徑可變， 在中國專利第200910078938. 4號中有所述及。中國專利號為200620028478. 6闡述了吉林大學研制的復式步行輪機構，所述機構適應了沙地等松軟的地面，但是由于機構的伸縮比有限，所述機構的越障性能不能達到較滿意的效果。因此，目前的移動機器人能高速高效的行走但越障能力不足，能越過障礙但行進卻很緩慢，并且穩定性不足。
發明內容鑒于上述狀況，有必要提供一種越障能力較好的可展輪式移動機器人。一種可展輪式移動機器人，包括車架；擺動懸架組件，與所述車架連接且相對所述車架可擺動；四個驅動軸組件，分別可轉動地連接于所述擺動懸架組件的兩端；四個車輪組，分別固定連接于所述四個驅動軸組件，使所述車輪組能夠相對于所述車架轉動，每個車輪組包括正常車輪，為掏空的圓柱形；三個可展輪緣，每個可展輪緣為弓形，且具有一個中心軸承孔及一個邊緣軸承孔；三個二叉桿，圍繞所述正常車輪的軸心設置，每個二叉桿具有兩個自由端及一個彎折部，所述彎折部可轉動地連接于所述正常車輪的外側，所述每個二叉桿的兩個自由端分別與其中一個可展輪緣的中心軸承孔及相鄰可展輪緣的邊緣軸承孔可轉動地連接，使所述三個二叉桿與所述三個可展輪緣實現聯動；驅動件，驅動所述三個二叉桿繞各自的彎折部中心轉動。上述可展輪式移動機器人的車輪組的可展輪緣可伸出正常車輪的輪緣外，使得車輪組可輕易越過亂石堆、沙礫、臺階等特殊地形，從而快速地在崎嶇的路面行駛，因此，上述可展輪式移動機器人的越障能力較好。進一步地，所述三個二叉桿圍繞所述正常車輪的軸心均勻分布，所述三個可展輪緣可圍成與所述正常車輪的輪緣相等的圓。進一步地，所述擺動懸架組件包括支承座，與所述車架固定連接；轉軸，固定地穿設所述支承座；擺臂，可轉動地套設于所述轉軸上。
進一步地，每個驅動軸組件包括驅動軸，其一端與所述正常車輪固定連接；導電滑環，套設于所述驅動軸上；軸承座，可轉動地套設于所述驅動軸上；聯軸器，與所述驅動軸遠離所述正常車輪的一端固定連接；行走電機，其驅動軸與所述聯軸器連接，用于驅動所述驅動軸轉動；及行走電機座，套設于所述行走電機上，所述軸承座及所述行走電機座均與所述擺臂的一端固定連接。進一步地，所述可展輪式移動機器人還包括傳動機構，所述傳動機構包括從動齒輪，可轉動地連接于所述正常車輪的軸心處；三叉桿，其中部與所述從動齒輪固定連接，所述三叉桿具有三個自由端；三個連桿，每個連桿的一個自由端與一個所述可展輪緣的中心軸承孔可轉動地連接，另一個自由端與所述三個叉桿的一個自由端可轉動地連接；主動齒輪，可轉動地連接于所述正常車輪的一側，且與所述從動齒輪相嚙合，所述驅動件固定在正常車輪上，且其驅動軸與所述主動齒輪固定連接，從而帶動所述從動齒輪旋轉。進一步地，所述三個可展輪緣均開設有減重孔。進一步地，所述每個車輪組還包括傳動機構，所述傳動機構包括三個傳動齒輪組，每一個傳動齒輪組包括末端齒輪及與所述末端齒輪相嚙合的過渡齒輪，所述末端齒輪固定于所述彎折部上，所述過渡齒輪可轉動地設于所述正常車輪的一側；主動齒輪，可轉動地設于所述正常車輪的軸心處，且同時與三個過渡齒輪相嚙合， 所述驅動件的驅動軸穿設所述正常車輪且與所述主動齒輪固定連接，從而驅動所述主動齒輪旋轉。進一步地，所述每個車輪組還包括傳動機構，所述傳動機構包括三個同步帶輪，每個同步帶輪固定于一個所述二叉桿的彎折部，且可轉動地設于所述正常車輪的一側；同步帶，套設于所述三個同步帶輪上，且帶動所述三個同步帶輪同步轉動；傳動齒輪組，其中一個傳動齒輪與所述三個同步帶輪中的一個同軸連接，所述驅動件通過所述齒輪組嚙合，把動力傳到與所述傳動齒輪同軸的同步帶輪上。本發明的優點在于(1)上述可展輪式移動機器人的車輪組實際上是由兩部分組成，一部分是可折展車輪一部分是正常車輪，故車輪可在常規路面上穩定快速行走，并且在遇到正常車輪無法跨越的障礙時，可展輪緣展開來幫助輔助跨越障礙。(2)上述可展輪式移動機器人的車輪組與車架通過擺動懸架組件連接，使驅動軸可相對車架有一定范圍的旋轉角度，這樣不僅能保證移動機器人對地面有一定的適應性并且在單個車輪組遇到障礙的情況下，能保證四個車輪組同時著地，提高了可展輪式移動機器人的地面附著性。
圖1為本發明實施例一的可展輪式移動機器人的立體圖；圖2為圖1所示的可展輪式移動機器人的擺動懸架組件的分解圖；圖3為圖1所示的可展輪式移動機器人的驅動軸組件的分解圖；圖4為圖1所示的可展輪式移動機器人的車輪組的展開狀態圖；圖5為圖1所示的可展輪式移動機器人的車輪組的折疊狀態圖；圖6為實施例二的車輪組的結構示意圖；圖7為實施例三的車輪組的結構示意圖。
具體實施方式
下面主要結合
本發明的具體實施方式
。請參閱圖1，本實施例的可展輪式移動機器人10包括車架101、擺動懸架組件102、 驅動軸組件103及車輪組104。其中，擺動懸架組件102通過轉軸與車架101相連。驅動軸組件103為四個，且分別可轉動地連接于擺動懸架組件102的兩端。車輪組為四個，且分別固定連接于四個驅動軸組件102。具體的，車架101包括上車架1011、下車架1012及支撐桿1013。下車架1012及下車架1012均為板狀結構。支撐桿1013為多個，且兩端分別與上車架1011及下車架1012 固定連接，使上車架1011、下車架1012及支撐桿1013共同形成一個中空的框架。請參閱圖2，擺動懸架組件102包括支承座1021、轉軸IOM及擺臂1025。支承座 1201與車架101固定連接。轉軸IOM固定地穿設支承座1201。擺臂1205可轉動地套設于轉軸1024上。具體的，支撐座1201大致為倒T型，其頂端與車架101的上車架1011固定連接， 底端的外邊緣設有一個套筒1022及兩個限位柱1023。套筒1022位于兩個限位柱1023之間。轉軸IOM穿設套筒1022，且通過螺紋鎖固件鎖緊。擺臂1025大致為弓形，其彎曲的兩端分別與兩個限位柱1023相抵接，可使擺臂1025左右擺動。擺臂1023的中部通過軸承 1026可轉動地套設于轉軸IOM上。需要說明的，擺動懸架組件102不限于上述結構，也可為其它結構，例如，與車架 101的下車架1012可轉動連接的兩塊限位板，每一塊限位板分別與一個驅動軸組件103連接。請參閱圖3，每個驅動軸組件103包括驅動軸1031、導電滑環1032、軸承座1034、 聯軸器1035、行走電機1036及行走電機座1037。驅動軸1031的一端與車輪組104的正常車輪110固定連接。導電滑環1032套設于驅動軸1031上。軸承座1034可轉動地套設于驅動軸1031上。聯軸器1035與驅動軸1031遠離正常車輪110的一端固定連接。行走電機1036的驅動軸與聯軸器1035連接，用于驅動驅動軸1031轉動。行走電機座1037套設于行走電機1036上，軸承座1034及行走電機座1037均與擺動懸架組件102的擺臂1025 的一端固定連接。具體的，軸承座1034通過軸承1033與驅動軸1031可轉動地連接。需要說明的是，驅動軸組件103不限于上述結構，也可為其它結構，例如，為了減少機器人寬度方向的尺寸，行走電機1036也可以偏置放置，即通過一對齒輪傳動把動力傳到驅動軸上。請參閱圖4及圖5，本實施例的車輪組104的包括正常車輪110、可展輪緣120、二叉桿130、驅動件140及傳動機構150 (含主動齒輪157、被動齒輪151、二叉桿155、三叉桿 153)；由于所述機構呈中心對稱布置，可分為三個支鏈，每個支鏈由可展輪緣120及與可展輪緣120相連的兩個二叉桿130構成；旋轉的三叉桿153帶動每個連桿155轉動，實現可展輪緣120的伸出和折疊。所述車輪組104的運動機構為單自由度，動力由中心的旋轉三叉桿提供。正常車輪110為圓柱形，其一側的中部設有一個圓形的輪轂111。正常車輪110上開始有多個減重孔113。多個減重孔113圍繞輪轂111均勻分布。在本實施例中，可展輪緣120為三個。每個可展輪緣120為弓形，且具有一個中心軸承孔121及一個邊緣軸承孔123。中心軸承孔121位于可展輪緣120的中心。邊緣軸承孔123位于可展輪緣120的圓弧的端部。每個可展輪緣120還開設有減重孔125。減重孔 125大致為三角形。在本實施例中，二叉桿130為三個，圍繞正常車輪110的軸心設置。每個二叉桿 130大致為V形，其具有兩個自由端(圖未標)及一個彎折部(圖未標)。彎折部可轉動地連接于正常車輪110的輪轂111的邊緣。每個二叉桿130的兩個自由端分別與其中一個可展輪緣120的中心軸承孔121及相鄰可展輪緣的邊緣軸承孔123可轉動地連接，使三個二叉桿130與三個可展輪緣120聯動起來。具體在本實施例中，三個二叉桿130圍繞正常車輪110的軸心均勻分布；三個可展輪緣120收縮后可圍成與正常車輪110的輪緣相等的圓。驅動件140驅動三個二叉桿130繞各自的彎折部轉動。驅動件140可為伺服電機、 步進電機、旋轉氣缸等。具體在本實施例中，驅動件140為伺服電機。傳動機構150包括從動齒輪151、三叉桿153、三個連桿155及主動齒輪157。從動齒輪151可轉動地連接于正常車輪110的輪轂111上，且位于正常車輪110的軸心處。三叉桿153的中部與從動齒輪151的轉軸固定連接。三個叉桿153大致為三叉星狀，其具有三個自由端(圖未標)。每個連桿155的一個自由端與一個可展輪緣120的中心軸承孔121 轉動連接，另一個自由端與三個叉桿153的一個自由端可轉動地連接。具體在本實施例中， 三叉桿153的三個自由端分別與連桿155的自由端連接。主動齒輪157可轉動地連接于正常車輪110的輪轂111上，且與從動齒輪151相嚙合。驅動件140的驅動軸穿設正常車輪 110，且與所主動齒輪157固定連接，從而驅動從動齒輪151旋轉。當車輪組104在平坦的路上行駛時，三個可展輪緣120收縮于正常車輪110的一側，此時，正常車輪Iio的輪緣與路面接觸，從而可在平地上穩定快速行駛。當車輪組104 在諸如亂石堆、沙礫、臺階等特殊地形時，驅動件140驅動主動齒輪157旋轉，主動齒輪157 與從動齒輪151相嚙合從而帶動從動齒輪151旋轉，從動齒輪151與三叉桿153固定連接而使三叉桿153轉動，三叉桿153通過連桿155帶動可展輪緣120的中心軸承孔121轉動， 并使二叉桿130聯動，二叉桿130與可展輪緣120的一個輪緣端123可轉動地連接，從而使可展輪緣120伸出正常車輪110輪緣外，使可展輪緣120與地面接觸，正常車輪110懸空。 此時，可展輪緣120可輕易越過亂石堆、沙礫、臺階等特殊地形，從而快速地在崎嶇的路面行駛。如果將可展輪緣120收縮于正常車輪110的輪緣內，則驅動件140驅動主動齒輪157 反向旋轉即可。上述車輪組104的可展輪緣120可伸出正常車輪110的輪緣外，使得車輪組104 可輕易越過亂石堆、沙礫、臺階等特殊地形，從而快速地在崎嶇的路面行駛，因此，上述可展輪式移動機器人100的越障能力較好。并且，可展輪緣120的剛性好，且采用設于正常車輪110上的二叉桿130驅動，其支撐強度高，可大大提高可展輪式移動機器人100的承載能力。可以理解，二叉桿130不限于三個，也可為三個以上，同時，可設置同樣數目的可展輪緣120，即三叉桿153可采用四叉桿、五叉桿、六叉桿等替代。三個可展輪緣120收縮時，不限于圍成一個與正常車輪110的輪緣相等的圓，只需所述可展輪緣120收縮于正常車輪110的輪緣內即可。參見圖6，實施例二的車輪組204與實施例一的車輪組104基本相似，其不同之處在于車輪組204的傳動機構250與車輪組104的傳動機構150。傳動機構250包括三個傳動齒輪組(圖未標)及一個主動齒輪257。每一個傳動齒輪組包括末端齒輪251及與末端齒輪相嚙合的過渡齒輪252。末端齒輪251固定于一個二叉桿230的彎折部上。過渡齒輪252可轉動地連接于正常車輪210的一側。主動齒輪257可轉動地連接于正常車輪210 的軸心處，且同時與三個過渡齒輪252相嚙合。驅動件(圖未示)的驅動軸穿設正常車輪 210且與主動齒輪257固定連接，從而驅動主動齒輪257旋轉。參見圖7，實施例三的車輪組304與實施例一的車輪組104基本相似，其不同之處在于車輪組304的傳動機構350與車輪組104的傳動機構150。傳動機構350包括三個同步帶輪351、同步帶353及齒輪傳動組357。每個同步帶輪351固定于一個二叉桿330的彎折部，且可轉動地連接于正常車輪310的一側。同步帶353連接于三個同步帶輪351上， 且帶動三個同步帶輪351同步轉動。傳動齒輪組357中的一個與三個同步帶輪351中的一個同軸連接。驅動件通過傳動齒輪組357傳動，把動力傳到與傳動齒輪357同軸的同步帶輪351上。可以理解，實施例三的同步帶輪可替代為鏈輪。以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種可展輪式移動機器人，其特征在于，包括 車架；擺動懸架組件，與所述車架連接且相對所述車架可擺動； 四個驅動軸組件，分別可轉動地連接于所述擺動懸架組件的兩端； 四個車輪組，分別固定連接于所述四個驅動軸組件，使所述車輪組能夠相對于所述車架轉動，每個車輪組包括正常車輪，為掏空的圓柱形；三個可展輪緣，每個可展輪緣為弓形，且具有一個中心軸承孔及一個邊緣軸承孔； 三個二叉桿，圍繞所述正常車輪的軸心設置，每個二叉桿具有兩個自由端及一個彎折部，所述彎折部可轉動地連接于所述正常車輪的外側，所述每個二叉桿的兩個自由端分別與其中一個可展輪緣的中心軸承孔及相鄰可展輪緣的邊緣軸承孔可轉動地連接，使所述三個二叉桿與所述三個可展輪緣實現聯動；驅動件，驅動所述三個二叉桿繞各自的彎折部中心轉動。
2.如權利要求1所述的可展輪式移動機器人，其特征在于，所述三個二叉桿圍繞所述正常車輪的軸心均勻分布，所述三個可展輪緣可圍成與所述正常車輪的輪緣相等的圓。
3.如權利要求1所述的可展輪式移動機器人，其特征在于，所述擺動懸架組件組件包括支承座，與所述車架固定連接； 轉軸，固定地穿設所述支承座； 擺臂，可轉動地套設于所述轉軸上。
4.如權利要求3所述的可展輪式移動機器人，其特征在于，每個驅動軸組件包括 驅動軸，其一端與所述正常車輪固定連接；導電滑環，套設于所述驅動軸上； 軸承座，可轉動地套設于所述驅動軸上； 聯軸器，與所述驅動軸遠離所述正常車輪的一端固定連接； 行走電機，其驅動軸與所述聯軸器連接，用于驅動所述驅動軸轉動；及行走電機座，套設于所述行走電機上，所述軸承座及所述行走電機座均與所述擺臂的一端固定連接。
5.如權利要求1所述的可展輪式移動機器人，其特征在于，所述每個車輪組還包括傳動機構，所述傳動機構包括從動齒輪，可轉動地連接于所述正常車輪的軸心處； 三叉桿，其中部與所述從動齒輪固定連接，所述三叉桿具有三個自由端； 三個連桿，每個連桿的一個自由端與一個所述可展輪緣的中心軸承孔可轉動地連接， 另一個自由端與所述三個叉桿的一個自由端可轉動地連接；主動齒輪，可轉動地連接于所述正常車輪的一側，且與所述從動齒輪相嚙合，所述驅動件固定在正常車輪上，且其驅動軸與所述主動齒輪固定連接，從而帶動所述從動齒輪旋轉。
6.如權利要求1所述的可展輪式移動機器人，其特征在于，所述三個可展輪緣均開設有減重孔。
7.如權利要求1所述的可展輪式移動機器人，其特征在于，所述每個車輪組還包括傳動機構，所述傳動機構包括三個傳動齒輪組，每一個傳動齒輪組包括末端齒輪及與所述末端齒輪相嚙合的過渡齒輪，所述末端齒輪固定于所述彎折部上，所述過渡齒輪可轉動地設于所述正常車輪的一側；主動齒輪，可轉動地設于所述正常車輪的軸心處，且同時與三個過渡齒輪相嚙合，所述驅動件的驅動軸穿設所述正常車輪且與所述主動齒輪固定連接，從而驅動所述主動齒輪旋轉。
8.如權利要求1所述的可展輪式移動機器人，其特征在于，所述可展輪式移動機器人還包括傳動機構，所述傳動機構包括三個同步帶輪，每個同步帶輪固定于一個所述二叉桿的彎折部，且可轉動地設于所述正常車輪的一側；同步帶，套設于所述三個同步帶輪上，且帶動所述三個同步帶輪同步轉動；及傳動齒輪組，其中一個傳動齒輪與所述三個同步帶輪中的一個同軸連接，所述驅動件通過所述齒輪組嚙合，把動力傳到與所述傳動齒輪同軸的同步帶輪上。
全文摘要
一種可展輪式移動機器人，包括車架、能相對車架擺動的擺動懸架組件、分別可轉動地連接于擺動懸架組件兩端的四個驅動軸組件、分別固定連接于四個驅動軸組件，使車輪組相對于車架可轉動的四個車輪組。每個車輪組包括圓柱形的正常車輪、三個可展輪緣、三個二叉桿及驅動件。每個可展輪緣為弓形，且具有兩個軸承孔。三個二叉桿圍繞正常車輪的軸心設置，每個二叉桿具有兩個自由端及一個彎折部，彎折部可轉動地連接于正常車輪的外側，每個二叉桿的兩個自由端分別與其中一個可展輪緣中間軸承孔及相鄰可展輪緣的邊緣軸承孔可轉動地連接。驅動件驅動三個二叉桿繞各自的彎折部中心轉動。上述可展輪式移動機器人的越障能力較好。
文檔編號B60B19/00GK102328704SQ20111021177
公開日2012年1月25日 申請日期2011年7月27日 優先權日2011年7月27日
發明者宋章軍, 張建偉, 張朋, 張立偉, 胡穎, 鄭蘭 申請人:中國科學院深圳先進技術研究院