CN105292300A - 一种轮式行走机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种行走机构，具体涉及一种对复杂地形具有较强适应能力的轮式行走机构；包括底盘，电机，运动分配器，减速器和4个功能结构相同的行走模块；电机设置在底盘上，与运动分配器相连，提供驱动力，4个行走模块对称设置在底盘的两侧，运动分配器通过减速器与其中2个对称设置的行走模块连接；位于底盘同侧的2个行走模块通过摇臂结构连接；每个行走模块采用行星轮系实现欠驱动车轮结构；单侧悬架有两个副摇臂和一个主摇臂，这种主副摇臂相结合的方式保证了车体在遇到障碍物冲击时减小俯仰程度，确保移动机器人在行进过程中8个车轮均能够着地，运动更加平稳，提高悬架被动适应松软复杂地形能力，可提高其稳定性和越障能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种行走机构，具体涉及一种对复杂地形具有较强适应能力的轮式行走机构。
背景技术
某大型未爆弹药销毁机器人平台，是一种可应用于军队常规武器试验基地、试验靶场和公共安全领域的机器人通用平台，由于需要适应戈壁滩、碎石、丘陵、草原、山坡等各种复杂地形，并具有全方位运动和较强的越障、爬坡和跨沟能力，因此对行走机构的适应性提出了很高的要求。
常规行走机构的设计中，要求运动是确定的，机构具有确定运动条件：机构的自由度数(以F表示)等于机构给定的原动件数(以S表示)，在工作状态下，机构的自由度数应与原动件数相等，即F＝S。当机构的自由度数大于原动件数，即F＞S时，机构的运动是不确定的，这种机构称之为不确定机构，也称为欠驱动机构。欠驱动机构虽然机构的运动状态不确定，但满足最小阻尼定理，即机构运动受到最小阻尼的支配，可以避免最大的阻力方向，向着最小阻尼的方向运动，因此欠驱动行走机构具有形状自适应性，采用欠驱动行走机构的机器人平台具有地面环境的自适应性，简化***驱动控制体系和结构，同时能够适应复杂的地面环境。
发明内容
针对上述现有技术，本发明的目的在于提供一种对复杂地形具有较强适应能力的轮式行走机构，为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案。
一种轮式行走机构，包括底盘，电机，运动分配器，减速器和4个功能结构相同的行走模块；电机设置在底盘上，与运动分配器相连，提供驱动力，4个行走模块对称设置在底盘的两侧，运动分配器通过减速器与其中2个对称设置的行走模块连接；位于底盘同侧的2个行走模块通过摇臂结构连接。
所述行走模块包括：车轮、车轮轴、链条、链轮、副摇臂、第一副摇臂转轴和副摇臂底座；车轮安装在车轮轴上，车轮轴与减速器驱动轴连接，行走模块的2个车轮通过安装在车轮轴上的链轮和与链轮配合的链条传动；副摇臂安装在2个车轮轴上，连接2个车轮，行走模块通过副摇臂和副摇臂转轴固定在副摇臂底座上，副摇臂底座固定在底盘上。
位于底盘同侧的2个行走模块通过链条传动。
所述行走模块的2车轮的半径相等，2个车轮的中心距大于车轮的直径，小于两倍车轮的直径。
所述摇臂结构包括：主摇臂、副摇臂、主摇臂转轴、第一副摇臂转轴和第二副摇臂转轴；主摇臂与副摇臂连接，主摇臂中间设有主摇臂转轴，主摇臂转轴、第一副摇臂转轴和第二副摇臂转轴处于同一水平线上，主摇臂转轴的轴心到第一副摇臂转轴和第二副摇臂转轴的轴心的距离相等。
所述运动分配器采用摩擦片离合器及两侧锥齿轮传动实现，摩擦片离合器一侧通过花键传递动力轴运动，另一侧与锥齿轮相连并空套在传动轴上。
所述电机提供驱动力，电机通过运动分配器、驱动与减速器相连的行走模块，位于底盘同侧的2个行走模块再通过链条传动。
轮式行走机构行走遇到垂直或斜坡型障碍物时，靠近障碍物的车轮在同侧的三个车轮的驱动力作用下可以绕着主摇臂转轴转动，以便抬起靠近障碍物的车轮，使其能够沿着障碍物的表面运动，越过障碍物，后面的车轮依次越过障碍物，使整个轮式行走机构越过障碍物。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明采用的八轮欠驱动行走机构，单侧悬架有三个杆件组成等，两个副摇臂，一个主摇臂，这种主副摇臂相结合的方式保证了车体在遇到障碍物冲击时减小俯仰程度，确保移动机器人在行进过程中8个车轮均能够着地，运动更加平稳。提高悬架被动适应松软复杂地形能力，可提高其稳定性和越障能力。
附图说明
图1是本发明一种轮式行走机构结构示意图；
图2是本发明一种轮式行走机构行走模块放大示意图；
图3是本发明一种轮式行走机构行走机构越障示意图1；
图4是本发明一种轮式行走机构行走机构越障示意图2；
图5是本发明一种轮式行走机构行走机构越障示意图3；
图6是本发明一种轮式行走机构行走机构越障示意图4；
图7是本发明一种轮式行走机构行走机构三维示意图。
图中：1-底盘，2-主摇臂，3-电机，4-运动分配器，5-车轮轴，6-链条，7-副摇臂，8-链轮，9-减速器，10-车轮，11-副摇臂转轴，12-主摇臂转轴，13-第二副摇臂转轴，14-行走模块，15-副摇臂底座。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明一种轮式行走机构作详细说明。
如图1所示，本发明一种轮式行走机构，包括底盘1，电机3，运动分配器4，减速器9和4个功能结构相同的行走模块14；电机3设置在底盘1上，与运动分配器4相连，提供驱动力，运动分配器4采用摩擦片离合器及两侧锥齿轮传动实现，摩擦片离合器一侧通过花键传递动力轴运动，另一侧与锥齿轮相连并空套在传动轴上；4个行走模块14对称设置在底盘1的两侧，运动分配器4通过减速器9与其中2个对称设置的行走模块14连接，位于底盘1同侧的2个行走模块14通过摇臂结构连接。
每个行走模块14包括：车轮10、车轮轴5、链条6、链轮8、副摇臂7、副摇臂转轴11和副摇臂底座15；车轮10安装在车轮轴5上，车轮轴5与减速器9连接，每个行走模块的2个车轮10通过安装在车轮轴5上的链轮8和与其配合的链条6传动；副摇臂7安装在2个车轮轴5上，连接2个车轮10，2车轮10的半径相等，2个车轮10的中心距大于车轮10的直径，小于两倍车轮10的直径；行走模块14通过副摇臂7和副摇臂转轴11固定在副摇臂底座15上，副摇臂底座15固定在底盘1上。位于底盘1同侧的2个行走模块14通过链条6传动
如图2所示，所述摇臂结构包括：主摇臂2、副摇臂7、主摇臂转轴12、第一副摇臂转轴11和第二副摇臂转轴13；主摇臂2中间设有主摇臂转轴12，主摇臂转轴12、第一副摇臂转轴11和第二副摇臂转轴13处于同一水平线上，主摇臂转轴12的轴心到第一副摇臂转轴11和第二副摇臂转轴13的轴心的距离相等。
如图4至图6所示，工作时，电机3通过运动分配器4、驱动与减速器9相连的行走模块14，位于底盘1同侧的2个行走模块14再通过链条6传动；当移动机器人在水平路面上行走时，主摇臂2和副摇臂7的铰接结构不起作用，行走效率和普通的八轮机器人一样；当前方有垂直或斜坡型障碍物时，靠近障碍物的车轮10在后面三个车轮10的驱动力作用下可以绕着主摇臂转轴12转动，以便抬起靠近障碍物的车轮10轮，使其能够沿着障碍物的表面运动，越过障碍物，位于后面的车轮10依次越过障碍物，使整个行走机构越过障碍物。
在靠近障碍物的车轮10抬起的同时，主摇臂转轴12也随着上升，为了减小车身的上升高度，使车身尽可能的保持水平，设计了副摇臂转轴11，使车身的上升高度大大小于车轮10的上升高度；根据相似三角形原理(忽略轮胎的变形)，可知的车轮越过高度为H的越障时，副摇臂转轴11上升的高度约为H/2，相应的主摇臂转轴12上升高度约H/4，从而有效降低由于路面起伏而导致的车身上下运动，大大减小了越障所需要的力矩和功率。
Claims (8)
1.一种轮式行走机构，包括底盘(1)，电机(3)，运动分配器(4)，减速器(9)和4个功能结构相同的行走模块(14)；电机(3)设置在底盘(1)上，与运动分配器(4)相连，提供驱动力，4个行走模块(14)对称设置在底盘(1)的两侧，运动分配器(4)通过减速器(9)与其中2个对称设置的行走模块(14)连接；其特征在于：位于底盘(1)同侧的2个行走模块(14)通过摇臂结构连接。
2.根据权利要求1所述的轮式行走机构，其特征在于：所述行走模块(14)包括：车轮(10)、车轮轴(5)、链条(6)、链轮(8)、副摇臂(7)、第一副摇臂转轴(11)和副摇臂底座(15)；车轮(10)安装在车轮轴(5)上，车轮轴(5)与减速器(9)驱动轴连接，行走模块(14)的2个车轮(10)通过安装在车轮轴(5)上的链轮(8)和与链轮(8)配合的链条(6)传动；副摇臂(7)安装在2个车轮轴(5)上，连接2个车轮(10)，行走模块(14)通过副摇臂(7)和副摇臂转轴(11)固定在副摇臂底座(15)上，副摇臂底座(15)固定在底盘(1)上。
3.根据权利要求2所述的轮式行走机构，其特征在于：位于底盘(1)同侧的2个行走模块(14)通过链条(6)传动。
4.根据权利要求2所述的轮式行走机构，其特征在于：所述行走模块(14)的2车轮(10)的半径相等，2个车轮(10)的中心距大于车轮(10)的直径，小于两倍车轮(10)的直径。
5.根据权利要求1或2所述的轮式行走机构，其特征在于：所述摇臂结构包括：主摇臂(2)、副摇臂(7)、主摇臂转轴(12)、第一副摇臂转轴(11)和第二副摇臂转轴(13)；主摇臂(2)与副摇臂(7)连接，主摇臂(2)中间设有主摇臂转轴(12)，主摇臂转轴(12)、第一副摇臂转轴(11)和第二副摇臂转轴(13)处于同一水平线上，主摇臂转轴(12)的轴心到第一副摇臂转轴(11)和第二副摇臂转轴(13)的轴心的距离相等。
6.根据权利要求1或2所述的轮式行走机构，其特征在于：所述运动分配器(4)采用摩擦片离合器及两侧锥齿轮传动实现，摩擦片离合器一侧通过花键传递动力轴运动，另一侧与锥齿轮相连并空套在传动轴上。
7.根据权利要求2所述的轮式行走机构，其特征在于：所述电机(3)提供驱动力，电机(3)通过运动分配器(4)、驱动与减速器(9)相连的行走模块(14)，位于底盘(1)同侧的2个行走模块(14)再通过链条(6)传动。
8.根据权利要求5所述的轮式行走机构，其特征在于：轮式行走机构行走遇到垂直或斜坡型障碍物时，靠近障碍物的车轮(10)在同侧的三个车轮(10)的驱动力作用下可以绕着主摇臂转轴(12)转动，以便抬起靠近障碍物的车轮(10)，使其能够沿着障碍物的表面运动，越过障碍物，后面的车轮(10)依次越过障碍物，使整个轮式行走机构越过障碍物。
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