CN102700644B - 一种轮足结合全地形行驶机器人行驶装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种轮足结合全地形行驶机器人行驶装置，包括三个运动单元组，分别是第一大臂组，第二大臂组，三角行星臂组，其中，第一大臂组通过第一大臂阶梯轴组中的阶梯轴与第二大臂组相连接，第二大臂组通过大臂阶梯轴组中的阶梯轴与三角行星臂组相连接；整个装置共有三套齿轮组平行的分布于这三套运动单元组间，并实现传动，从而实现该装置的功能。本发明通过将轮式与足式行驶方式相结合可以既保持该装置非常高的自适应性和通过性，又能保证其较快的行驶速度，并且该装置结构简单可靠，灵活性高，适用性强。

Description

一种轮足结合全地形行驶机器人行驶装置
技术领域
本发明涉及的是一种机器人探测工程技术领域的装置，具体是一种轮足结合式全地形机器人行驶装置。
背景技术
随着科技的进步，社会的发展，人们所探究的领域在不断的扩大，在这些活动中机器人的作用变得越来越重要，尤其是很多人类无法涉入的特殊的地形，比如地震后的现场，火星探测的表面。
所以近些年来，越来越多的人开始设想并发明机器人可能的行走方式，但主要形式可归结为两类，即轮式和腿式。纯轮式由于依靠轮子前进，故移动速度快，易操作控制；但以轮子为主体也导致其对路面要求较高，易陷入沼泽，且避障越障能力差。而腿式机器人一般采用两节连杆串联形式，中间设一个关节，它模仿人腿的运动，可以跨越障碍物，又由于与地面接触面积大，故可走过沙地、沼泽等特殊路面；但同时也存在着速度慢、且较难控制等缺点。我们所发明的轮足结合全地形行驶机器人行驶装置是一种采用将两者结合起来的运动方式的机器人行驶装置，克服了纯轮式避障越障能力差和纯腿式速度慢、难控制的缺点，可较易地通过障碍地带且移动速度快，将两者机构的优劣势互补，应用前景广，可替代绝大多数的机器人行驶装置，尤其是对特殊地形通过性要求比较高的机器人。
经对现有技术的文献检索发现，刘爱华等人在《机器人》2008年第06期，撰文“一种轮足复合式爬壁机器人机构建模与分析”，该文介绍了一种轮足结合的机器人形式装置的设计方案，并完成了对其的三维建模。但是，该机器人行驶装置依然依靠步行的方式进行前进并通过各种不同地面，行驶速度较慢，而且其通过性不能实现自主调节，效率较低，故不能适用于更广泛的场合。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的机器人普遍形式装置上的不足，提供一种有效可靠的轮足结合式全地形机器人行驶装置，不仅有较高的自主通过性，而且行驶速度较快，可以快速有效地通过不同地面，并且结构简洁，运动灵活方便，制作成本低，适用于多种场合。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明所述的一种轮足结合全地形行驶机器人行驶装置，包括三个运动单元组，分别是第一大臂组，第二大臂组，三角行星臂组，其中，第一大臂组通过第一大臂阶梯轴组中的阶梯轴与第二大臂组相连接，第二大臂组通过大臂阶梯轴组中的阶梯轴与三角行星臂组相连接；整个装置共有三套齿轮组平行的分布于这三套运动单元组间，并实现传动，从而实现该装置的功能。
所述的第一大臂组包括第一大臂侧壁a，第一大臂侧壁b，第一～第七齿轮，第一大臂阶梯轴组，其中，第一大臂阶梯轴组包括：第一阶梯轴，第二阶梯轴和第三阶梯轴，第一阶梯轴上通过轴承连接第一～第三齿轮，第二阶梯轴上通过轴承连接第三、第六两个齿轮，第三阶梯轴上通过轴承连接第四、第五齿轮，在阶梯轴两侧平行连接了第一大臂侧壁a，第一大臂侧壁b，并用螺母在各阶梯轴端部处紧固，其中，第一大臂侧壁与该侧壁外的第一阶梯轴上的第七齿轮固连。阶梯轴上的第一、第二、第七齿轮分别属于三套齿轮组传动***。
所述的第二大臂组包括第二大臂侧壁a，第二大臂侧壁b，第八～第九齿轮，第二大臂阶梯轴组，阶梯轴套，其中，第二大臂阶梯轴组包括：第四阶梯轴，第五阶梯轴，第四阶梯轴通过轴承连接第九齿轮，第五阶梯轴通过阶梯轴套连接第八齿轮，阶梯轴套分别与第五阶梯轴和第八齿轮紧固，第二大臂侧壁a和第二大臂侧壁b被平行地连接在阶梯轴套外，其中，靠近三角行星臂组的第二大臂侧壁a的一端与第一大臂组中的第三阶梯轴上的第四齿轮固连，另一端通过法兰轴承与第五阶梯轴连接，第二大臂侧壁b一端通过轴承与第三阶梯轴相连，另一端通过法兰轴承与第五阶梯轴相连，并用螺栓螺母在各阶梯轴端部处进行紧固。
所述的三角行星臂组包括三角行星臂侧壁a，三角行星臂侧壁b，三角行星臂阶梯轴组，阶梯轴套，第十～第十二齿轮，以及滑轮，其中三角行星臂阶梯轴组包括：第六阶梯轴，第七阶梯轴，三角行星臂侧壁a和三角行星臂侧壁b通过法兰轴承与第五阶梯轴相连，第十一齿轮通过阶梯轴套与第五阶梯轴相连，该阶梯轴套分别与第五阶梯轴和第十一齿轮固连，第六阶梯轴通过轴承和第十二齿轮相连，第七阶梯轴通过轴承和第十齿轮及滑轮相连，且第七阶梯轴上的第十齿轮和滑轮固连，并在各阶梯轴的端部进行紧固，其中，三角行星臂组中的所有齿轮与第二大臂组中的第八齿轮属于同一套齿轮组传动***。
所述的第一大臂组中与第二大臂侧壁相连接的第四齿轮上布有与该第二大臂侧壁同轴的螺孔，并通过螺栓及螺母相连，使得第二大臂与该齿轮绕第三阶梯轴同步转动。
所述的三角行星臂组的第七阶梯轴上的滑轮与第十齿轮有同轴的螺孔，通过螺栓及螺母相连，使得滑轮与该齿轮绕第七阶梯轴同步转动，且滑轮直径大于第十齿轮直径。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过将轮式与足式行驶方式相结合可以既保持该装置非常高的自适应性和通过性，又能保证其较快的行驶速度，并且该装置结构简单可靠，灵活性高，适用性强。
附图说明
图1是本发明装置总体组成连接示意图；
图2为第一大臂组的组成连接示意图；
图3为第二大臂组的组成连接示意图；
图4为三角行星臂组的组成连接示意图；
图中：第一齿轮1，第二齿轮2，第三齿轮3，第四齿轮4，第一大臂侧壁a5，第七阶梯轴6，滑轮7，第十齿轮8，第六阶梯轴9，第五阶梯轴10，三角行星臂侧壁a11，阶梯轴套12，第十一齿轮13，三角行星臂侧壁b14，第十二齿轮15，第二大臂侧壁a16，阶梯轴套17，第八齿轮18，第二大臂侧壁b19，第九齿轮20，第四阶梯轴21，第五齿轮22，第三阶梯轴23，第一大臂侧壁b24，第六齿轮25，第二阶梯轴26，第七齿轮27，第一阶梯轴28。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实例作详细的说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例
实施例
如图1，本实例包括三个运动单元组，分别是第一大臂组，第二大臂组，三角行星臂组，每两个相连的运动单元组之间互相连接，其中，第一大臂组通过阶梯轴和第二大臂组相连接，并且第二大臂侧壁与第三阶梯轴上的相邻齿轮固连，第二大臂组通过第五阶梯轴与三角行星臂组相连接。整个装置共有三套齿轮组平行的分布于这三套运动单元组间，并实现传动，从而实现该装置的功能。
图1中，第一阶梯轴28通过轴承分别与第一齿轮1，第二齿轮2，第七齿轮27相定位，同时分别与第一大臂侧壁a5、第一大臂侧壁b24连接，其中第一大臂侧壁b24与其外侧的第七齿轮27关于第一阶梯轴28同轴固定，且该齿轮27通过轴承与第一阶梯轴28连接，第二阶梯轴26通过轴承分别与第三齿轮3，第六齿轮25连接并与第一大臂侧壁a5、第一大臂侧壁b24连接，第三阶梯轴23通过轴承分别与齿轮4，齿轮22连接并与第一大臂侧壁a5、第一大臂侧壁b24连接；靠近三角行星臂组的第二大臂侧壁a16通过螺栓组与第一大臂第三阶梯轴23上的第四齿轮4相紧固，另一个第二大臂侧壁b19与第三阶梯轴23通过法兰轴承相连接，第四阶梯轴21通过轴承与第九齿轮20相连，并分别与第二大臂侧壁a16、第二大臂侧壁b19相连，第五阶梯轴10通过阶梯轴套17与第八齿轮18同轴紧固相连，同时紧固阶梯轴套17与第五阶梯轴10，使第八齿轮18与第五阶梯轴10同步转动；第五阶梯轴10通过法兰轴承分别与三角行星臂侧壁a11、三角行星臂侧壁b14相连接，同时通过阶梯轴套12和与其接触的第十一齿轮13相固接，使得第五阶梯轴10与该第十一齿轮13同步转动，第六阶梯轴9通过轴承与第十二齿轮15相连接，第七阶梯轴6通过轴承与第十齿轮8及滑轮7相连接，滑轮7与第十齿轮8紧固，使得滑轮7与第十齿轮8同步转动。
如图2所示，所述的第一大臂组包括第一大臂侧壁a5，第一大臂侧壁b24，第一～第七齿轮1、2、3、4、22、25、27，第一阶梯轴28，第二阶梯轴26和第三阶梯轴23，其中，第一阶梯轴28通过轴承分别连接第一齿轮1，第二齿轮2，第七齿轮27，第二阶梯轴26通过轴承分别连接第三齿轮3、第六齿轮25，第三阶梯轴23通过轴承分别连接第四齿轮4、第五齿轮22，在第一阶梯轴28，第二阶梯轴26，第三阶梯轴23两侧分别套有第一大臂侧壁a5、第一大臂侧壁b24，并用螺母在各阶梯轴端部处紧固，其中第一大臂侧壁b24外与该侧壁外的第一阶梯轴28上的第七齿轮27通过螺栓，螺母固连。其中，第一阶梯轴28上的第一齿轮1，第二齿轮2，第七齿轮27分别属于三套齿轮组传动***。
如图3所示，所述的第二大臂组包括第二大臂侧壁a16、第二大臂侧壁b19，第八～第九齿轮18、20，第四阶梯轴21，第五阶梯轴10，阶梯轴套17，其中，第四阶梯轴21通过轴承连接第九齿轮20，第五阶梯轴10通过阶梯轴套17连接第八齿轮18，阶梯轴套17同时与第五阶梯轴10和第八齿轮18紧固，第二大臂侧壁a16，第二大臂侧壁b19平行地连接在第四阶梯轴21外，其中，第二大臂侧壁a16的一端与第一大臂组中的第三阶梯轴23上的第四齿轮4固连，另一端通过法兰轴承与第五阶梯轴10连接，第二大臂侧壁b19一端通过轴承与第三阶梯轴23相连，另一端通过法兰轴承与第五阶梯轴10相连，并用螺栓螺母在各阶梯轴端部处进行紧固。
图3所示的第三阶梯轴23上的第四齿轮4与第五齿轮22分别属于两套齿轮组传动***。
所述的第一大臂组中与第二大臂侧壁相连接的第四齿轮4上布有与该第二大臂侧壁围绕第三阶梯轴23同轴的螺孔，并通过螺栓及螺母相连，使得第二大臂与第四齿轮4绕第三阶梯轴23同步转动。
如图4所示，所述的三角行星臂组包括三角行星臂侧壁a11、三角行星臂侧壁b14，第六阶梯轴9，第七阶梯轴6，阶梯轴套12，第十～第十二齿轮8、13、15，以及滑轮7，其中，三角行星臂侧壁a11和三角行星臂侧壁b14通过法兰轴承分别与第五阶梯轴10相连，第十一齿轮13通过阶梯轴套12与第五阶梯轴10相连，该阶梯轴套12分别于第五阶梯轴10和第十一齿轮13固连，第六阶梯轴9通过轴承和第十二齿轮15相连，第七阶梯轴6通过轴承和第十齿轮8及滑轮7相连，且第七阶梯轴6上的第十齿轮8和滑轮7固连，并用螺母在各阶梯轴的端部进行紧固，其中，三角行星臂组中的所有齿轮8、13、15与第二大臂组中的第八齿轮18属于同一套齿轮组传动***。
所述的三角行星臂组的第七阶梯轴6上的滑轮7与第十齿轮8有同轴的螺孔，通过螺栓及螺母相连，使得滑轮与该齿轮绕第七阶梯轴6同步转动，且滑轮7直径大于第十齿轮8直径。
本实施例的工作过程：
在本实施例的机械臂组中，由三套运动单元组成：第一大臂组，第二大臂组，三角行星臂组。三套运动单元协调配合完成整个机构的行走。本机构通过第一阶梯轴28与机器人身体相连，第一齿轮1，第二齿轮2，第七齿轮27分别作为三个动力接受端，通过齿轮旋转来控制整个机构的动作及行走。其中，当第七齿轮27转动时，整个机构绕第一阶梯轴28转动；当第二齿轮2转动时，第二大臂组和三角行星臂组一起绕第三阶梯轴23转动；当第一齿轮1转动时，通过齿轮组的传动，使得在三角行星臂组外圈的三个滑轮同步转动，来使得整个机构行走。其中，三角行星臂组可以围绕第五阶梯轴10自由转动，而不受第一齿轮1所在齿轮传动组传动的影响，所以当机构在行驶过程中遇到障碍物或者沟壑时，可以在前进的同时通过三角行星臂组的翻转来实现对障碍物的通过性。同时，第二齿轮2，第七齿轮27所分别在的齿轮传动组可以调节机构的高度和姿态，从而可以更好的适应不同的地形，在三角行星臂组翻越障碍物的基础上，提高该机构的通过能力。
使用该轮足结合全地形行驶机器人行驶装置，可以使机器人对各种复杂环境有很好的通过能力，且保持较高的速度，而且驱动电机可以布置在第一阶梯轴的端部处，运动灵活，机械结构简单，可操作性强，适用性广。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种轮足结合全地形行驶机器人行驶装置，其特征在于包括三个运动单元组，分别是第一大臂组，第二大臂组，三角行星臂组，其中，第一大臂组通过第一大臂阶梯轴组中的阶梯轴与第二大臂组相连接，第二大臂组通过大臂阶梯轴组中的阶梯轴与三角行星臂组相连接；整个装置共有三套实现传动的齿轮组平行的分布于这三套运动单元组间；
所述的第一大臂组包括第一大臂侧壁a(5)，第一大臂侧壁b(24)，第一～第七齿轮(1、2、3、4、22、25、27)，第一阶梯轴(28)，第二阶梯轴(26)和第三阶梯轴(23)，其中：第一阶梯轴(28)通过轴承分别连接第一、第二、第七齿轮(1、2、27)，第二阶梯轴(26)通过轴承分别连接第三、第六齿轮(3、25)，第三阶梯轴(23)通过轴承分别连接第四、第五齿轮(4、22)，在第一阶梯轴(28)，第二阶梯轴(26)，第三阶梯轴(23)两侧分别套有第一大臂侧壁a(5)，第一大臂侧壁b(24)，并在各阶梯轴端部处紧固，其中第一大臂侧壁b(24)外与该侧壁外的第一阶梯轴(28)上的第七齿轮(27)固连；
所述的第二大臂组包括第二大臂侧壁a(16)，第二大臂侧壁b(19)，第八、第九齿轮(18、20)，第四阶梯轴(21)，第五阶梯轴(10)，阶梯轴套(17)，其中：第四阶梯轴(21)通过轴承连接第九齿轮(20)，第五阶梯轴(10)通过阶梯轴套(17)连接第八齿轮(18)，阶梯轴套(17)同时与第五阶梯轴(10)和第八齿轮(18)紧固，第二大臂侧壁a(16)，第二大臂侧壁b(19)平行地连接在第四阶梯轴(21)外，其中，第二大臂侧壁a(16)的一端与第一大臂组中的第三阶梯轴(23)上的第四齿轮(4)固连，另一端通过法兰轴承与第五阶梯轴(10)连接，第二大臂侧壁b(19)一端通过轴承与第三阶梯轴(23)相连，另一端通过法兰轴承与第五阶梯轴(10)相连，并在各阶梯轴端部处进行紧固；
所述的三角行星臂组包括三角行星臂侧壁a(11)、三角行星臂侧壁b(14)，第六阶梯轴(9)，第七阶梯轴(6)，阶梯轴套(12)，第十～第十二齿轮(8、13、15)，以及滑轮(7)，其中：三角行星臂侧壁a(11)、三角行星臂侧壁b(14)通过法兰轴承分别与第五阶梯轴(10)相连，第十一齿轮(13)通过阶梯轴套(12)与第五阶梯轴(10)相连，该阶梯轴套(12)分别于第五阶梯轴(10)和第十一齿轮(13)固连，第六阶梯轴(9)通过轴承和第十二齿轮(15)相连，第七阶梯轴(6)通过轴承和第十齿轮(8)及滑轮(7)相连，且第七阶梯轴(6)上的第十齿轮(8)和滑轮(7)固连，并用螺母在各阶梯轴的端部进行紧固。
2.根据权利要求1所述的轮足结合全地形行驶机器人行驶装置，其特征在于所述第一阶梯轴(28)上的第一、第二、第七齿轮(1、2、27)分别属于三套齿轮组传动***。
3.根据权利要求1所述的轮足结合全地形行驶机器人行驶装置，其特征在于所述第三阶梯轴(23)上的第四齿轮(4)与第五齿轮(22)分别属于两套齿轮组传动***。
4.根据权利要求1所述的轮足结合全地形行驶机器人行驶装置，其特征在于所述的第一大臂组中与第二大臂侧壁相连接的第四齿轮(4)上布有与该第二大臂侧壁围绕第三阶梯轴(23)同轴的螺孔，并通过螺栓及螺母相连，使得第二大臂与第四齿轮(4)绕第三阶梯轴(23)同步转动。
5.根据权利要求1所述的轮足结合全地形行驶机器人行驶装置，其特征在于所述三角行星臂组中的所有齿轮(8、13、15)与第二大臂组中的第八齿轮(18)属于同一套齿轮组传动***。
6.根据权利要求1所述的轮足结合全地形行驶机器人行驶装置，其特征在于所述的三角行星臂组的第七阶梯轴(6)上的滑轮(7)与第十齿轮(8)有同轴的螺孔，通过螺栓及螺母相连，使得滑轮与该齿轮绕第七阶梯轴(6)同步转动，且滑轮(7)直径大于第十齿轮(8)直径。
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