齒條機構變形減震行走部及具有其的消防移動平臺的制作方法

本發明涉及機器人技術領域，尤其涉及一種齒條機構變形減震行走部及具有其的消防移動平臺，可用于設計消防機器人。

背景技術：

應用于消防救援、探測偵查等領域的移動機器人，需要面臨復雜的地形環境，因此要求機器人應具有良好的地形適應性、通過性以及運動穩定性。以消防機器人為例，一些消防機器人要完成火災、危化爆炸現場的環境探測與取樣工作，這樣消防機器人需要進入地形復雜的爆炸與火災現場，這樣就要求消防機器人具有良好的地形通過性。有些地形要求要機器人具有較高的凈空高度，以防止障礙卡阻機器人底盤；有些地形要求機器人具有較低的重心位置，增加機器人的接地以提供良好的穩定性，如攀爬斜坡時。而目前的機器人行走部不能根據地形的變化而調整姿態，因此越障能力與地形通過性受到影響。如專利(專利號：200810023553.3)提出的一種搖桿式四輪機器人，其具有被動適應地形的性能，但是其行走部為固定的行走部，不能根據地形的需要調整其夾角。當所述機器人攀爬大坡度的斜坡時，因重心位置較高，容易發生翻滾；當所述機器人從中間跨過較高障礙物時，若凈空高度小于障礙物，則無法通過或發生卡阻。若可根據地形障礙的特征，機器人(如消防機器人)移動平臺的行走部可主動地改變其夾角、形狀，以改變機器人移動平臺的整體高度、重心高度、接地尺寸、凈空高度，則可提高采用這種行走部的移動平臺的地形通過性、適應性與運動穩定性。同時,在復雜的地形條件下，路面往往比較顛簸，移動平臺在通過時會受到較大的沖擊力，這樣將會影響機器人所攜帶的儀器的性能，也在一定程度上影響所采集樣本的穩定性。若移動平臺具有減震功能，就能吸收一定的沖擊，從而提高自身運動平穩性，降低故障率以及延長使用壽命，并能為檢測、取樣提供較平穩的平臺。

目前用于火災、危化爆炸現場的環境探測與取樣工作的消防機器人，未進行具有減震功能的可變形行走部的設計，因而，設計一種具有減震功能的可變形的機器人行走部及采用該行走部設計的移動平臺尤其是消防移動平臺很有意義。

技術實現要素：

本發明旨在解決現有技術中存在的技術問題。為此，本發明的一個目的在于提出一種齒條機構變形減震行走部及具有其的消防移動平臺，該行走部可根據通過地形的需要主動變形，使采用其的消防移動平臺可以調節整體高度、凈空高度、重心位置，調節其接地長度，與此同時具有減震功能，以提高適應不同地形的能力。

本發明的具體技術方案為：一種齒條機構變形減震行走部，包括：機架；周轉輪系組件，所述周轉輪系組件為兩個，且呈對稱布置，所述周轉輪系組件包括：太陽輪，所述太陽輪與所述機架可樞轉地相連；轉臂，所述轉臂與所述太陽輪同軸線地可樞轉地相連；行星輪，所述行星輪與所述轉臂可樞轉地相連，且所述行星輪與所述太陽輪相嚙合；減震元件，所述減震元件分別與所述機架和所述轉臂相連；調角裝置，所述調角裝置包括：雙面齒條，所述雙面齒條兩側均設有齒，所述雙面齒條處于兩個所述太陽輪之間并與兩個所述太陽輪嚙合，且所述雙面齒條與所述機架構成移動副；螺桿，所述螺桿與所述雙面齒條以螺紋副相連，所述螺桿與所述機架可樞轉地相連；螺桿驅動件，所述螺桿驅動件與所述螺桿相連并驅動所述螺桿轉動；行走組件，所述行走組件為兩個，兩個所述行走組件分別與兩個所述行星輪相連。

作為優選，本發明的齒條機構變形減震行走部，所述減震元件為彈簧減震器，所述彈簧減震器兩端分別與所述機架和所述轉臂相鉸連。

作為優選，本發明的齒條機構變形減震行走部，所述調角裝置的所述螺桿驅動件為電機，或液壓馬達，或經過減速的電機，或經過減速的液壓馬達。

作為優選，本發明的齒條機構變形減震行走部，所述機架與所述雙面齒條上均設有導向件且相互導向；所述機架與所述雙面齒條間設有直線導軌組件，所述直線導軌組件包括導軌體和滑塊，所述導軌體與所述機架相連，所述滑塊與所述雙面齒條相連，所述滑塊卡套在所述導軌體上。

可選的，本發明的齒條機構變形減震行走部，所述周轉輪系組件為內外兩層平行結構，所述太陽輪為雙聯齒輪，所述行星輪為雙聯齒輪，兩個所述雙面齒條之間設有連接塊并通過所述連接塊相連，且所述連接塊上設有螺母，所述螺桿與所述螺母通過螺紋副連接。

可選的，本發明的齒條機構變形減震行走部，所述行走組件為輪式行走組件，所述輪式行走組件包括：輪式行走部架，所述輪式行走部架與所述行星輪相連；車輪組件，所述車輪組件與所述行走部架相連；車輪驅動件，所述車輪驅動件與所述車輪組件相連，并驅動所述車輪組件轉動。

可選的，本發明的齒條機構變形減震行走部，所述行走組件為履帶式行走組件，其包括：履帶架，所述履帶架與所述行星輪相連；履帶輪，所述履帶輪與所述履帶架相連，且所述履帶輪包括：驅動履帶輪，所述驅動履帶輪與所述履帶架相連；從動履帶輪，所述從動履帶輪與所述履帶架相連；履帶，所述履帶包絡在驅動履帶輪與所述從動履帶輪外，并與驅動履帶輪相嚙合；履帶輪驅動件，所述履帶輪驅動件與所述驅動履帶輪相連，并驅動所述驅動履帶輪轉動。

通過上述技術方案，所述調角裝置的所述螺桿驅動件驅動所述螺桿轉動，所述螺桿驅動所述螺母及所述雙面齒條沿著所述機架上下方向移動，所述雙面齒條可帶動與所述雙面齒條相嚙合的兩個所述太陽輪轉動，并帶動與所述太陽輪相嚙合的所述行星輪作自轉運動，同時，因為所述轉臂分別與所述太陽輪和所述行星輪可樞轉的相連，所以所述行星輪還能繞著所述太陽輪作公轉運動。又因所述機架和所述轉臂之間設有所述減震元件，若將所述減震元件視為不變形時，所述周轉輪系可視為定軸輪系。因此通過所述調角裝置驅動所述太陽輪轉動時，所述太陽輪帶動所述行星輪轉動，從而帶動與所述行星輪相連的所述行走組件轉動。因為所述周轉輪系組件為兩個，且呈對稱布置，因此，實現了兩個所述行走組件同時反向擺動，從而實現了兩個所述行走組件的夾角的調節，也達到了該行走部實現變形的目的。而正常情況下，連接于所述機架和所述轉臂之間的所述減震元件彈性地限制了所述轉臂的轉動。當所述調角裝置不動作，則所述太陽輪不轉動，當所述行走組件受到外力作用，如在起伏顛簸地形上運動時，此時所述行走組件帶動所述行星輪以所述轉臂為支撐轉動，因為所述太陽輪不轉動，因此所述行星輪與所述太陽輪嚙合轉動，并帶動所述轉臂繞所述太陽輪中心轉動，從而所述轉臂壓縮所述減震元件，因此所述減震元件對所述轉臂及所述行星輪具有一定的緩沖減震作用，使得所述行走組件可在一定范圍內做具有一定阻尼的轉動，因此，根據本發明的行走部具有緩沖減震作用。

可選的，本發明的所述周轉輪系組件為內外兩層平行結構，使其在寬度方向的受力更為均衡，這樣增加了所述周轉輪系組件的強度，且便于結構的設計。

可選的，本發明的齒條機構變形減震行走部的所述行走組件為輪式行走組件，這樣可設計成具有減震功能的輪式變形行走部。通過控制所述調角裝置可實現兩個所述輪式行走組件的夾角調節，也可調節其高度以及其重心位置的高度；提高了其地形通過性、適應性與穩定性；采用本發明的技術方案，可使其具有緩沖減震作用。

可選的，本發明的齒條機構變形減震行走部的所述行走組件為履帶式行走組件，這樣可設計成具有減震功能的履帶式變形行走部。通過控制所述調角裝置可實現兩個所述履帶式行走組件的夾角調節，也改變了其高度及重心高度，改變了由兩個所述履帶式行走組件組成的形狀，提高了履帶式行走部的地形適應性、通過性以及穩定性。

此外，本發明還提出了一種消防移動平臺，其包括：主車體、兩個所述的齒條機構變形減震行走部，且兩個所述的齒條機構變形減震行走部的所述機架分別于所述主車體的兩側相連。

通過上述技術方案，所述移動平臺可以為輪式消防移動平臺，也可以為履帶式消防移動平臺，由于使用所述的齒條機構變形減震行走部的緣故，能實現消防移動平臺的底盤高度和重心位置隨著所述行走部夾角的變化而調節，這樣所述消防移動平臺便能根據所通過的地形的需要調節底盤、凈空、重心高度，以及消防移動平臺的整體長度，同時由于行走部具有減震功能，所以消防移動平臺的地形通過性、適應性與運動穩定性得以提高。

采用本發明的技術方案將能獲得以下有益效果：(1)采用所述調角裝置、所述周轉輪系組件，實現了所述行走部的兩個所述行走組件夾角以及所述行走部高度的調節；(2)采用所述減震元件，實現了所述行走部在起伏地面具有減震功能；(3)采用所述行走部的移動平臺實現了移動平臺的底盤高度以及車身長度的調節，從而提高了移動平臺的地形通過性和適應性；(4)采用此技術方案可以設計具有減震功能且底盤高度和車身長度可調的消防機器人和其他領域的移動機器人，以及其他移動設備。

附圖說明

圖1是根據本發明實施例的行走部的原理示意圖；

圖2是圖1所示行走部的減震原理示意圖；

圖3是圖1所示原理圖所設計的輪式行走部的立體示意圖；

圖4是圖3所示輪式行走部部分結構爆炸立體示意圖；

圖5是圖3所示輪式行走部兩行走組件夾角180度時的示意圖；

圖6是圖3所示輪式行走部兩行走組件某一夾角狀態時的示意圖；

圖7是根據本發明實施例的履帶式行走部的立體示意圖；

圖8是圖7所示履帶式行走部的高位時的示意圖；

圖9是圖7所示履帶式行走部的低位時的示意圖；

圖10是采用圖3所示行走部的輪式消防移動平臺的立體示意圖；

圖11是采用圖7所示行走部的履帶式消防移動平臺的立體示意圖；

圖12是圖10所示的輪式移動平臺較小高度通過低矮障礙時的示意圖；

圖13是圖10所示的輪式移動平臺通過行走部變形后通過較高障礙時的示意圖；

圖14是具有圖10所示移動平臺的消防機器人的立體示意圖；

附圖標記：

1000行走部；2000主車體；

1機架；

11側板；

111導軌體；112減震連接孔；113太陽輪安裝孔；

12頂蓋；

2周轉輪系組件；

201第一周轉輪系組件；202第二周轉輪系組件；

21太陽輪；

22轉臂；

221太陽輪軸孔；222減震元件連接孔；223開口長孔；

23行星輪；

24減震元件；

25太陽輪軸；

26行星輪軸；

27法蘭盤；

271軸座孔；

3調角裝置；

31雙面齒條；

311滑塊；

32螺桿；

33螺桿驅動件；

34連接塊；

35螺母；

4行走組件；

41輪式行走組件；

411輪式行走部架；412車輪組件；413花鼓勾片；

42履帶式行走組件；

421履帶架；

422履帶輪；

4221驅動履帶輪；4222從動履帶輪；

423履帶；

424履帶輪驅動件；

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例，通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。

下面結合圖1至圖14詳細描述根據本發明實施例的齒條機構變形減震行走部1000，該行走部1000可用于移動平臺，但不限于此。

一種齒條機構變形減震行走部，圖1、圖2是行走部1000的原理示意圖，圖1顯示了行走部1000的原理組成，圖2是行走部1000減震的原理圖，在圖3、圖4的實施例中，齒條機構變形減震行走部包括：機架1；周轉輪系組件2，周轉輪系組件2為兩個，分別為第一周轉輪系組件201和第二周轉輪系組件202，周轉輪系組件2包括：太陽輪21，太陽輪21與機架1可樞轉地相連；轉臂22，轉臂22與太陽輪21同軸線地可樞轉地相連；行星輪23，行星輪23與轉臂22可樞轉地相連，且行星輪23與太陽輪21相嚙合；減震元件24，減震元件24分別與機架1和轉臂22可樞轉的相連；調角裝置3，調角裝置3包括：雙面齒條31，雙面齒條31兩側均設有齒，雙面齒條31處于兩個太陽輪21之間與兩個太陽輪21嚙合，且雙面齒條31與機架1構成移動副；螺桿32，螺桿32與雙面齒條31以螺紋副相連，螺桿32與機架1可樞轉地相連；螺桿驅動件33，螺桿驅動件33與螺桿32相連并驅動螺桿32轉動；行走組件4，所述行走組件4為兩個，兩個行走組件4分別與兩個行星輪23相連；圖3、圖4所示的實施例中，兩個行星輪的24的齒數和模數相等。在其他的一些實施例中，兩個行星輪23的齒數不相等；若兩個行星輪23的齒數不相等，則在行走部變形時，兩個行走組件4擺動的角度不同。

根據本發明的一些實施例，如圖3、圖4所示，機架1包括：側板11，側板11為兩個且呈對稱布置，且兩個側板11上對稱開有兩個孔與兩個太陽輪21相連，兩個側板11與兩個太陽輪21可樞轉地相連，側板11上設有連接減震元件24的減震連接孔112；頂蓋12，頂蓋12兩端分別與兩個側板11通過螺紋連接件連接，頂蓋12與兩個側板11構成框狀結構，頂蓋12上還設有螺桿驅動件33連接接口。

作為可選的技術方案，根據本發明的一些實施例，周轉輪系組件2為內外兩層平行結構，這樣該行走部1000在寬度方向的受力更為均衡，同時增加了周轉輪系組件2的強度，且更便于結構的設計。如圖3、圖4所示，周轉輪系組件2的太陽輪21置于兩個側板11之間；周轉輪系組件2的太陽輪21為雙聯齒輪，行星輪23為雙聯齒輪。為了實現周轉輪系組件2內外兩層結構的平行，兩個雙面齒條31之間還設有連接塊34，連接塊34與雙面齒條31相連，且連接塊34與螺桿32間設有螺母35，螺桿32與螺母35通過螺紋副連接，且螺母35與連接塊34相連。螺桿32在螺桿驅動件33的驅動下，帶動雙面齒條31沿著側板11直線運動。周轉輪系組件2的轉臂22亦呈框狀雙層結構，一端設有太陽輪軸孔221，一端設有減震元件連接孔222及安裝行星輪用的開口長孔223。周轉輪系組件2還包括太陽輪軸25，太陽輪軸25與太陽輪21通過鍵相連，且太陽輪軸25兩端伸出轉臂22的兩側的太陽輪軸孔221，并支撐在兩側板11上開有的太陽輪安裝孔113內，伸出兩側板11。太陽輪軸25兩端設有軸肩，兩個所述軸肩與兩個側板11內側接觸，太陽輪軸25軸端設有外螺紋，通過螺母對太陽輪軸25相對兩個側板11進行軸向限位。周轉輪系組件2還包括行星輪軸26、軸座法蘭盤27，行星輪軸26與行星輪23通過鍵同軸線的相連，行星輪軸26兩端設有外螺紋且伸出轉臂22的開口長孔223；軸座法蘭盤27中間設有軸座孔271，當行星輪軸26兩端伸出轉臂22的開口長孔223后，軸座法蘭盤27通過軸座孔271套在行星輪軸26的伸出端上，并將軸座法蘭盤27與側板11通過螺紋連接件連接，因行星輪軸26軸端設有外螺紋，可通過螺母將行星輪軸26與軸座法蘭盤27鎖緊限位。

根據本發明的其他實施例，所述周轉輪系組件為單層結構，所述太陽輪、所述行星輪以及所述雙面齒條布置在行走部的一側，所述雙面齒條上設有螺紋孔，所述螺桿與所述螺紋孔配合；這種方案適用于強度要求不高的場合的行走部的設計。

在圖3、圖4所示的實施例中，周轉輪系組件2的減震元件24為彈簧減震器，彈簧減震器兩端分別與機架1的側板11的減震連接孔112和轉臂22的減震元件連接孔222相鉸連。

可選的，根據本發明實施例，螺桿驅動件33為電機，也可以為液壓馬達或經過減速的電機與液壓馬達，在如圖3所示的實施例中螺桿驅動件33用的是經過減速的電機。

進一步的，機架1的側板11與雙面齒條31上均設有導向件且互相導向，具體而言，如圖3、圖4所示的實施例中，機架1的側板11和雙面齒條31之間還設有導軌體111和滑塊311，其中，導軌體111連在機架1的側板11內側，滑塊311與雙面齒條31相連，進一步的，滑塊311卡套在導軌體111上，滑塊311可以沿著導軌體111直線運功，又因為滑塊311與雙面齒條31焊接，導軌體111與側板11通過螺栓相連，這樣，雙面齒條31可以沿著側板11直線運動。

通過上述技術方案，調角裝置3的螺桿驅動件33驅動螺桿32轉動，螺桿32驅動螺母35及雙面齒條31沿著機架1上下方向移動，雙面齒條31可帶動兩個與雙面齒條31相嚙合的太陽輪21轉動，帶動與太陽輪21相嚙合的行星輪23作自轉運動，同時，因為轉臂22分別與太陽輪21和行星輪23可樞轉的相連，所以行星輪23還能繞著太陽輪21作公轉運動。又因機架1和轉臂22之間設有減震元件24，若將減震元件24視為不變形時，周轉輪系可視為定軸輪系。因此通過調角裝置3驅動太陽輪21轉動時，太陽輪21帶動行星輪23轉動，從而帶動與行星輪23相連的行走組件4轉動。因為周轉輪系組件2為兩個，且呈對稱布置，因此，實現了兩個行走組件4同時反向擺動，從而實現了兩個行走組件4的夾角的調節，也達到了該行走部1000實現變形的目的。而正常情況下，連接于機架1和轉臂22之間的減震元件24彈性地限制了轉臂22的轉動。當調角裝置3不動作，則太陽輪21不轉動，當行走組件4受到外力作用，如在起伏顛簸地形上運動時，此時行走組件4帶動行星輪23以轉臂22為支撐轉動，因為太陽輪21不轉動，因此行星輪23與太陽輪21嚙合轉動，并帶動轉臂22繞太陽輪21中心轉動，從而轉臂22壓縮減震元件24，因此減震元件24對轉臂22及行星輪23具有一定的緩沖減震作用，使得行走組件4可在一定范圍內做具有一定阻尼的轉動，因此，根據本發明的行走部1000具有緩沖減震作用。

根據本發明的一些實施例，行走組件4為輪式行走組件41，如圖3所示，輪式行走組件41包括輪式行走部架411，輪式行走部架411與行星輪23相連，在圖3所示的實施例中，輪式行走部架411底部開有叉口；車輪組件412，車輪組件412與輪式行走部架411相連，在圖3所示的實施例中，車輪組件412通過輪式行走部架411底部的叉口與輪式行走部架411相連，在本實施例中車輪組件412為輪轂電機；花鼓勾片413，花鼓勾片413套在輪轂電機外側，且用螺母鎖死，防止車輪組件413偏移；在圖3所示的實施例中，輪式行走部架411與行星輪23做成一體。在其他的一些實施例中，車輪組件412為普通的車輪，并安裝經過減速的電機以驅動車輪組件。

通過上述技術方案，齒條機構變形減震行走部1000的行走組件4為輪式行走組件41，這樣可設計成如圖3所示的具有減震功能的輪式變形行走部1000。通過控制調角裝置3可實現兩個輪式行走組件41的夾角調節，也可調節其高度以及其重心位置的高度；提高了其地形通過性、適應性與穩定性；采用本發明的技術方案，可使其具有緩沖減震作用。

如圖5、圖6所示，圖5是輪式行走部夾角呈180度的狀態示意圖，此時，行走部的長度最大，且重心較低；圖6是輪式行走部夾角達到較小時的狀態示意圖，此時，輪式行走部的長度最小，其重心較高。在另外的一些實施例中，在一些設計中，輪式行走部的輪式行走組件41在調角裝置3的驅動下可在圖5所示的位置向上、向下兩個方向擺動。

根據本發明的另一實施例，行走組件4還可以為履帶式行走組件42，在圖7所示的實施例中，履帶式行走組件42包括：履帶架421，履帶架421與行星輪23相連；履帶輪422，履帶輪422與履帶架421相連，履帶輪422包括驅動履帶輪4221和從動履帶輪4222；履帶423，履帶423包絡在履帶輪422外，并與驅動履帶輪4221相嚙合；履帶輪驅動件424，履帶輪驅動件424與驅動履帶輪4221相連，并驅動驅動履帶輪4221轉動。圖7所示的實施例中，履帶輪驅動件424與驅動履帶輪4221間采用了撓性件傳動，具體的，在本發明圖7所示的實施例中，所述撓性件傳動采用了鏈條傳動，在其他的一些實施例中，所述撓性件傳動也可采用同步帶傳動。在其他一些實施例中，履帶輪驅動件424與驅動履帶輪4221間還可以采用同軸相連傳動或齒輪傳動。

在圖7所示的實施例中，與圖3、圖4所示的輪式行走組件41和行星輪23的連接方式類似的，將履帶式行走組件42與行星輪23相連。具體的，如圖7所示的實施例，履帶架421可以和行星輪23加工成一體。在另外一些實施例中，履帶架421和行星輪23還可以焊在一起或者用螺栓連接在一些。

通過上述技術方案，齒條機構變形減震行走部1000的行走組件4為履帶式行走組件42，這樣可設計成具有減震功能的履帶式變形行走部。通過控制調角裝置3可實現兩個履帶式行走組件42的夾角調節，也改變了其高度及重心高度，改變了由兩個履帶式行走組件42組成的形狀，提高了履帶式行走部1000的地形適應性、通過性以及穩定性。

圖8、圖9是履帶式行走組件在兩個履帶單元處于不同夾角下的狀態圖，圖8中，本發明的履帶式行走部的接地長度較小，便于轉向，此時重心較高；圖9中，本發明的履帶式行走部的接地長度較大，便于通過松軟地形以及溝道等地形，此時履帶式行走部重心低，也可獲得較好的穩定性。

本發明還提出了一種消防移動平臺，如圖10、11所示，根據本發明的一些實施例，本發明的移動平臺包括主車體2000；齒條機構變形減震行走部1000，行走部1000為兩個，且分別設在主車體2000兩側并與主車體2000相連，具體的，在本實施例中兩個行走部1000與主車體2000通過螺紋連接件相連。

通過上述技術方案，所述移動平臺可以為輪式消防移動平臺，也可以為履帶式消防移動平臺，由于使用所述的齒條機構變形減震行走部的緣故，能實現消防移動平臺的底盤高度和重心位置隨著所述行走部夾角的變化而調節，這樣所述消防移動平臺便能根據所通過的地形的需要調節底盤、重心高度，以及消防移動平臺的整體長度，同時由于行走部具有減震功能，所以消防移動平臺的地形通過性、適應性與運動穩定性得以提高。

如圖12、圖13所示，圖12是具有輪式行走部的消防移動平臺以較小的高度通過較低障礙時的示意圖，圖13展示了具有輪式行走部1000的移動平臺調節行走部以獲得較大凈空高度，通過較高障礙時的示意圖，由兩張圖可以看出，具有輪式行走部1000的消防移動平臺可以通過調節凈空高度來適應具有高低不平障礙的路面。同樣，可以通過調整行走部的高度來調整消防移動平臺的重心高度，比如在低重心時攀爬斜坡會提高消防移動平臺穩定性。

此外，使用了齒條機構變形減震行走部1000的移動平臺還可以用于設計具有減震功能的齒條機構變形消防機器人和其他領域移動機器人及其他移動設備，圖14就是應用齒條機構變形減震行走部1000設計的一種用于危化現場環境探測的消防機器人的結構示意圖。

對于移動平臺、機器人和其他移動設備的其他構成，已為現有技術，且為本領域的普通技術人員熟知，故不再詳細描述。

盡管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的范圍由權利要求及其等同物限定。