一種輪履復合式底盤結構的制作方法

本發明屬于機器人領域，具體涉及一種輪履復合式底盤結構。

背景技術：

由于實際應用場合的不同，移動機構的設計多種多樣，主要包括：輪式、履帶式、腿式、蛇形式等，不同的機構都有各自的優缺點。輪式機構結構簡單、控制方便、移動靈活，并且技術成熟，是最常使用的移動機構，但它對復雜地形的適應能力一般；履帶式機構因為和地面有更大的作用面，可以在野外和一些惡劣環境下進行作業，具有較高的地面適應能力，但它的靈活性相對于輪式機構較差，并且驅動效率有所降低。由此可見，采用單一移動機構設計的底盤，對復雜多變的環境適應能力一般。

為了提高底盤在不可預測的非結構工作環境中的效率和適應能力，復合式底盤是研究的主要方向。學位論文《一種輪履復合救援機器人底盤的動力學分析與優化》（天津理工大學，李浩，出版日2015年1月1日）公開了一種由輪履復合式變體輪構成的輪履復合式底盤，主要包括驅動主輪、可重構履帶、伸展機構及傳動機構等組成。為了實現輪履結構轉換，變體輪外側還包覆有可重構橡膠履帶。變體輪通常情況下以輪式狀態運行，當工作環境改變時，通過內部電機驅動伸展機構從而將外側可重構履帶撐開，使得變體輪變為類三角履帶式結構。但是由于輪履復合式變體輪的結構復雜，材料強度要求高，因而加工成本昂貴。此外，輪履切換的速度較慢，不能適應比賽的實時要求，其輪式結構普通，也不能實現全方位移動，靈活性較差。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種輪履復合式底盤結構，克服了現有輪履復合式底盤結構復雜、切換速度較慢、不能實現全方位移動、靈活性較差等問題。

本發明的技術解決方案是：一種輪履復合式底盤結構，包括一個履帶底盤、四個電動推桿升降機構、四個麥克納姆輪移動機構和一個全方位移動平臺框架，所述全方位移動平臺框架固定在履帶底盤上，四個電動推桿升降機構的推桿頂端分別固定在全方位移動平臺框架上，四個麥克納姆輪移動機構分別與四個電動推桿升降機構固連，通過電動推桿的伸長和收縮，使得麥克納姆輪移動機構接觸和離開地面。

所述履帶底盤包括兩條橡膠履帶、p個承重輪、兩個驅動輪、一個履帶底盤框架、兩個直流無刷電機、兩個驅動輪車軸和兩個從動輪，其中p≥4，履帶底盤框架兩側分別設有一個直流無刷電機，每個直流無刷電機通過一個驅動輪車軸連接一個驅動輪，所述驅動輪位于履帶底盤框架的一端，履帶底盤框架的另一端通過轉軸與從動輪轉動連接，同一側的驅動輪和從動輪之間的履帶底盤框架上通過轉軸分布p/2個承重輪，橡膠履帶套在同一側的驅動輪和從動輪的外部，并齒合聯動；所述履帶底盤框架上固連全方位移動平臺框架。

所述全方位移動平臺框架包括底部框架和四個矩形框架，四個矩形框架固定在底部框架的四個角頂面，底部框架固定在履帶底盤框架上，四個電動推桿升降機構分別與四個矩形框架固連。

所述電動推桿升降機構包括一個底盤固定鈑金件、一個電推上基座、四根麥輪定位柱、四個直線法蘭軸承、四個麥輪定位基座、一個麥輪固定板、一個電推下基座和一個電動推桿，自上向下依次平行間隔設置底盤固定鈑金件、麥輪固定板和電推下基座，底盤固定鈑金件中心設有第一通孔，電推上基座穿過所述第一通孔與電動推桿固連，麥輪固定板中心設有第二通孔，電動推桿穿過第二通孔與電推下基座固連，四根麥輪定位柱環繞電動推桿分布，麥輪定位柱底部通過麥輪定位基座與麥克納姆輪移動機構固連，麥輪定位柱頂部穿過麥輪固定板靠近底盤固定鈑金件，直線法蘭軸承滑動套設于所述麥輪定位柱上，并與麥輪固定板固連；底盤固定鈑金件與全方位移動平臺框架的矩形框架頂面固連，麥輪固定板與矩形框架底面固連，麥克納姆輪移動機構固定在電推下基座的底面。

所述底盤固定鈑金件為禮帽形；電推上基座包括底板和凸臺，凸臺位于底板中心，底板與底盤固定鈑金件底面固連，凸臺穿過底盤固定鈑金件的第一通孔，電動推桿頂面接觸底板，螺栓依次穿過凸臺和底板后與電動推桿固連。

所述麥克納姆輪移動機構包括底盤電機、電機盒、電機盒上蓋、麥輪上殼、麥克納姆輪、麥輪電機基座、麥輪車軸、兩個法蘭軸承和兩個麥輪側支撐架，底盤電機設置在電機盒內，底盤電機輸出軸伸出電機盒，電機盒和電機盒上蓋用于保護底盤電機，麥輪上殼為倒u形，麥克納姆輪設置在麥輪上殼下方，麥輪上殼兩側分別固連麥輪側支撐架，位于內側的麥輪側支撐架外壁固連麥輪電機基座，麥克納姆輪通過麥輪車軸與底盤電機轉動連接，法蘭軸承套在麥輪車軸上，用于支撐麥輪車軸旋轉，并限制其軸向和徑向的移動；麥輪上殼頂面固連電推下基座。

所述電機盒固連在麥輪電機基座外壁，底盤電機的輸出軸穿過麥輪電機基座與麥輪車軸固連。

本發明與現有技術相比，其顯著優點在于：（1）輪履切換的結構簡單，更換部件容易，制造成本低；（2）由于電動推桿運動簡單，輪履切換的速度快，實時性好；（3）輪式機構采用麥克納姆輪，可實現全方位移動，靈活性好。

附圖說明

圖1是本發明輪履復合式底盤的整體結構示意圖。

圖2是本發明輪履復合式底盤的仰視圖。

圖3是本發明輪履復合式底盤的履帶底盤的結構示意圖。

圖4是本發明輪履復合式底盤的全方位移動平臺框架的結構示意圖。

圖5是本發明輪履復合式底盤的升降機構和移動機構的結構示意圖。

圖6是本發明輪履復合式底盤的移動機構的局部放大圖。

圖中，履帶底盤1，電動推桿升降機構2，麥克納姆輪移動機構3，全方位移動平臺框架4，底盤固定鈑金件5，電推上基座6，麥輪定位柱7，橡膠履帶8，麥輪側支撐架9，直線法蘭軸承10，電機盒11，電機盒上蓋12，電動推桿13，承重輪14，驅動輪15，麥輪定位基座16，履帶底盤框架17，麥輪上殼18，直流無刷電機19，麥克納姆輪20，履帶驅動輪車軸21，麥輪固定板22，從動輪23，電推下基座24，麥輪電機基座25，法蘭軸承26，麥輪車軸27。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。

結合圖1～2，本發明提出一種輪履復合式底盤結構，可以進行底盤移動機構的切換，包括一個履帶底盤1、四個電動推桿升降機構2、四個麥克納姆輪移動機構3和一個全方位移動平臺框架4，所述全方位移動平臺框架4通過螺釘固定在履帶底盤1上，四個電動推桿升降機構2的推桿頂端分別通過螺栓固定在全方位移動平臺框架4上，四個麥克納姆輪移動機構3分別與四個電動推桿升降機構2通過螺栓固連，通過電動推桿的伸長和收縮，使得麥克納姆輪移動機構3接觸和離開地面。

結合圖2～3，所述履帶底盤1包括兩條橡膠履帶8、八個承重輪14、兩個驅動輪15、一個履帶底盤框架17、兩個直流無刷電機19、兩個驅動輪車軸21和兩個從動輪23，履帶底盤框架17兩側分別設有一個直流無刷電機19，每個直流無刷電機19通過一個驅動輪車軸21連接一個驅動輪15，所述驅動輪15位于履帶底盤框架17的一端，履帶底盤框架17的另一端通過轉軸與從動輪23轉動連接，同一側的驅動輪15和從動輪23之間的履帶底盤框架17上通過轉軸分布四個承重輪14，橡膠履帶8套在同一側的驅動輪15和從動輪11的外部，并齒合聯動；所述履帶底盤框架17上通過螺釘固連全方位移動平臺框架4。

結合圖4～5，全方位移動平臺框架4為鋁合金材質結構件，包括底部框架和四個矩形框架，四個矩形框架焊接固定在底部框架的四個角頂面，并預留螺紋孔用于安裝底盤固定鈑金件5和麥輪固定板22，底部框架通過螺釘固定在履帶底盤框架17上，四個電動推桿升降機構2分別通過螺栓與四個矩形框架固連。

結合圖5～6，所述電動推桿升降機構2包括一個底盤固定鈑金件5、一個電推上基座6、四根麥輪定位柱7、四個直線法蘭軸承10、四個麥輪定位基座16、一個麥輪固定板22、一個電推下基座24和一個電動推桿13，自上向下依次平行間隔設置底盤固定鈑金件5、麥輪固定板22和電推下基座24，底盤固定鈑金件5中心設有第一通孔，電推上基座6穿過所述第一通孔與電動推桿13通過螺釘固連，麥輪固定板22中心設有第二通孔，電動推桿13穿過第二通孔與電推下基座24通過螺栓固連，四根麥輪定位柱7環繞電動推桿13分布，麥輪定位柱7底部通過麥輪定位基座16與麥克納姆輪移動機構3固連，所述麥輪定位基座16通過螺釘將麥輪定位柱7固定，并防止旋轉。麥輪定位柱7頂部穿過麥輪固定板22靠近底盤固定鈑金件5，直線法蘭軸承10滑動套設于所述麥輪定位柱7上，并與麥輪固定板22通過螺栓固連。底盤固定鈑金件5與全方位移動平臺框架4的矩形框架頂面通過螺栓固連，麥輪固定板22與矩形框架底面通過螺栓固連，麥克納姆輪移動機構3通過螺栓固定在電推下基座24的底面。

所述底盤固定鈑金件5為禮帽形。電推上基座6包括底板和凸臺，凸臺位于底板中心，兩者一體加工，底板與底盤固定鈑金件5底面固連，凸臺穿過底盤固定鈑金件5的第一通孔，電動推桿13頂面接觸底板，螺栓依次穿過凸臺和底板后與電動推桿13固連。

所述麥克納姆輪移動機構3包括底盤電機、電機盒11、電機盒上蓋12、麥輪上殼18、麥克納姆輪20、麥輪電機基座25、麥輪車軸27、兩個法蘭軸承26和兩個麥輪側支撐架9，底盤電機設置在電機盒11內，底盤電機輸出軸伸出電機盒11，電機盒11和電機盒上蓋12用于保護底盤電機，防止外物碰撞以及粉塵進入，提高電機使用壽命。麥輪上殼18為倒u形，麥克納姆輪20設置在麥輪上殼18下方，麥輪上殼18兩側分別固連麥輪側支撐架9，位于內側的麥輪側支撐架9外壁固連麥輪電機基座25，麥克納姆輪20通過麥輪車軸27與底盤電機轉動連接，法蘭軸承26套在麥輪車軸27上，用于支撐麥輪車軸27旋轉，并限制其軸向和徑向的移動；麥輪上殼18頂面固連電推下基座24；所述電機盒11固連在麥輪電機基座25外壁，底盤電機的輸出軸穿過麥輪電機基座25與麥輪車軸27固連。

工作過程：

在輪履復合式底盤結構實際移動過程中，操作手根據路面情況，靈活切換移動機構。當路面平整，或僅有較小的坡度時，電動推桿13伸出，此時由于推桿和底盤固定鈑金件5連接在一起，保持不動，電動推桿13的主體帶動麥克納姆輪20向下運動，并將履帶底盤1撐離地面。此時輪履復合式底盤結構通過四個麥克納姆輪20實現全方位移動，具有極高的靈活性。當路面凸凹不平，或者有溝壑時，電動推桿13收起，橡膠履帶8接觸地面。此時輪履復合式底盤結構通過橡膠履帶8進行移動，并與地面有較大的接觸面積和較強的摩擦力，適合爬坡以及一些不規則的路面。通過這種履帶和麥克納姆輪移動機構的切換，既可以保證輪履復合式底盤結構在比賽時的靈活性，也能保證輪履復合式底盤結構在遇到復雜路面時順利通過，完成既定任務。

本發明的優點在于：輪履切換的結構簡單，更換部件容易，制造成本低。由于電動推桿運動簡單，輪履切換的速度快，實時性好。輪式機構采用麥克納姆輪，可實現全方位移動，靈活性好。