專利名稱：一種輪足結合全地形行駛機器人行駛裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種機器人探測工程技術領域的裝置，具體是一種輪足結合式全地形機器人行駛裝置。
背景技術：
隨著科技的進步，社會的發展，人們所探究的領域在不斷的擴大，在這些活動中機器人的作用變得越來越重要，尤其是很多人類無法涉入的特殊的地形，比如地震后的現場，火星探測的表面。所以近些年來，越來越多的人開始設想并發明機器人可能的行走方式，但主要形式可歸結為兩類，即輪式和腿式。純輪式由于依靠輪子前進，故移動速度快，易操作控制；但以輪子為主體也導致其對路面要求較高，易陷入沼澤，且避障越障能力差。而腿式機器人一般采用兩節連桿串聯形式，中間設一個關節，它模仿人腿的運動，可以跨越障礙物，又由于·與地面接觸面積大，故可走過沙地、沼澤等特殊路面；但同時也存在著速度慢、且較難控制等缺點。我們所發明的輪足結合全地形行駛機器人行駛裝置是一種采用將兩者結合起來的運動方式的機器人行駛裝置，克服了純輪式避障越障能力差和純腿式速度慢、難控制的缺點，可較易地通過障礙地帶且移動速度快，將兩者機構的優劣勢互補，應用前景廣，可替代絕大多數的機器人行駛裝置，尤其是對特殊地形通過性要求比較高的機器人。經對現有技術的文獻檢索發現，劉愛華等人在《機器人》2008年第06期，撰文“一種輪足復合式爬壁機器人機構建模與分析”，該文介紹了一種輪足結合的機器人形式裝置的設計方案，并完成了對其的三維建模。但是，該機器人行駛裝置依然依靠步行的方式進行前進并通過各種不同地面，行駛速度較慢，而且其通過性不能實現自主調節，效率較低，故不能適用于更廣泛的場合。

發明內容
本發明的目的在于克服現有的機器人普遍形式裝置上的不足，提供一種有效可靠的輪足結合式全地形機器人行駛裝置，不僅有較高的自主通過性，而且行駛速度較快，可以快速有效地通過不同地面，并且結構簡潔，運動靈活方便，制作成本低，適用于多種場合。本發明是通過以下技術方案實現的本發明所述的一種輪足結合全地形行駛機器人行駛裝置，包括三個運動單元組，分別是第一大臂組，第二大臂組，三角行星臂組，其中，第一大臂組通過第一大臂階梯軸組中的階梯軸與第二大臂組相連接，第二大臂組通過大臂階梯軸組中的階梯軸與三角行星臂組相連接；整個裝置共有三套齒輪組平行的分布于這三套運動單元組間，并實現傳動，從而實現該裝置的功能。所述的第一大臂組包括第一大臂側壁，齒輪，第一大臂階梯軸組，其中，第一大臂階梯軸組包括第一階梯軸，第二階梯軸和第三階梯軸，第一階梯軸上通過軸承連接三個齒輪，第二階梯軸上通過軸承連接兩個齒輪，第三階梯軸上通過軸承連接兩個齒輪，在階梯軸兩側平行連接了兩個第一大臂側壁，并用螺母在各階梯軸端部處緊固，其中，第一大臂側壁與該側壁外的第一階梯軸上的齒輪固連。階梯軸上的齒輪分別屬于三套齒輪組傳動系統。所述的第二大臂組包括第二大臂側壁，齒輪，第二大臂階梯軸組，階梯軸套，其中，第二大臂階梯軸組包括第四階梯軸，第五階梯軸，第四階梯軸通過軸承連接一個齒輪，第五階梯軸通過階梯軸套連接一個齒輪，階梯軸套分別與第五階梯軸和齒輪緊固，兩個第二大臂側壁被平行地連接在階梯軸套外，其中，靠近三角行星臂組的第二大臂側壁的一端與第一大臂組中的第三階梯軸上的一個齒輪固連，另一端通過法蘭軸承與第五階梯軸連接，另一個第二大臂側壁一端通過軸承與第三階梯軸相連，另一端通過法蘭軸承與第五階梯軸相連，并用螺栓螺母在各階梯軸端部處進行緊固。所述的三角行星臂組包括三角行星臂側壁，三角行星臂階梯軸組，階梯軸套，齒 輪，以及滑輪，其中三角行星臂階梯軸組包括第六階梯軸，第七階梯軸，兩個三角行星臂側壁通過法蘭軸承與第五階梯軸相連，一個齒輪通過階梯軸套與第五階梯軸相連，該階梯軸套分別與第五階梯軸和該齒輪固連，第六階梯軸通過軸承和齒輪相連，第七階梯軸通過軸承和齒輪及滑輪相連，且第七階梯軸上的齒輪和滑輪固連，并在各階梯軸的端部進行緊固，其中，三角行星臂組中的齒輪與第二大臂組中的齒輪屬于同一套齒輪組傳動系統。所述的第一大臂組中與第二大臂側壁相連接的齒輪上布有與該第二大臂側壁同軸的螺孔，并通過螺栓及螺母相連，使得第二大臂與該齒輪繞第三階梯軸同步轉動。所述的三角行星臂組的第七階梯軸上的滑輪與齒輪有同軸的螺孔，通過螺栓及螺母相連，使得滑輪與該齒輪繞第七階梯軸同步轉動，且滑輪直徑大于齒輪直徑。與現有技術相比，本發明的有益效果是通過將輪式與足式行駛方式相結合可以既保持該裝置非常高的自適應性和通過性，又能保證其較快的行駛速度，并且該裝置結構簡單可靠，靈活性高，適用性強。


圖I是本發明裝置總體組成連接示意圖；圖2為第一大臂組的組成連接示意圖；圖3為第二大臂組的組成連接示意圖；圖4為三角行星臂組的組成連接示意圖；圖中齒輪1，齒輪2，齒輪3，齒輪4，第一大臂側壁5，第七階梯軸6，滑輪7，齒輪8，第六階梯軸9，第五階梯軸10，三角行星臂側壁11，階梯軸套12，齒輪13，三角行星臂側壁14，齒輪15，第二大臂側壁16，階梯軸套17，齒輪18，第二大臂側壁19，齒輪20，第四階梯軸21，齒輪22，第三階梯軸23，第一大臂側壁24，齒輪25，第二階梯軸26，齒輪27，第一階梯軸28。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的實例作詳細的說明本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例實施例
如圖I，本實例包括三個運動單元組，分別是第一大臂組，第二大臂組，三角行星臂組，每兩個相連的運動單元組之間互相連接，其中，第一大臂組通過階梯軸和第二大臂組相連接，并且第二大臂側壁與第三階梯軸上的相鄰齒輪固連，第二大臂組通過第五階梯軸與三角行星臂組相連接。整個裝置共有三套齒輪組平行的分布于這三套運動單元組間，并實現傳動，從而實現該裝置的功能。圖I中，第一階梯軸28通過軸承分別與齒輪1，齒輪2，齒輪27相定位，同時分別與第一大臂側壁5、24連接，其中第一大臂側壁24與其外側的齒輪27關于第一階梯軸28同軸固定，且該齒輪27通過軸承與第一階梯軸28連接，第二階梯軸26通過軸承分別與齒輪3，齒輪25連接并與第一大臂側壁5、24連接，第三階梯軸23通過軸承分別與齒輪4，齒輪22連接并與第一大臂側壁5，第一大臂側壁24連接；靠近三角行星臂組的第二大臂側壁16通過螺栓組與第一大臂第三階梯軸23上的齒輪4相緊固，另一個第二大臂側壁19與第三階梯軸23通過法蘭軸承相連接，第四階梯軸21通過軸承與齒輪20相連，并分別與第二大臂側壁16、19相連，第五階梯軸10通過階梯軸套17與齒輪18同軸緊固相連，同時緊固階梯軸套17與第五階梯軸10，使齒輪18與第五階梯軸10同步轉動；第五階梯軸10通過 法蘭軸承分別與三角行星臂側壁11、14相連接，同時通過階梯軸套12和與其接觸的齒輪13相固接，使得第五階梯軸10與該齒輪13同步轉動，第六階梯軸9通過軸承與齒輪15相連接，第七階梯軸6通過軸承與齒輪8及滑輪7相連接，滑輪7與齒輪8緊固，使得滑輪7與齒輪8同步轉動。如圖2所示，所述的第一大臂組包括第一大臂側壁5、24，齒輪1、2、3、4、22、25、27，第一階梯軸28，第二階梯軸26和第三階梯軸23，其中，第一階梯軸28通過軸承分別連接齒輪I，齒輪2，齒輪27，第二階梯軸26通過軸承分別連接齒輪3，齒輪25，第三階梯軸23通過軸承分別連接齒輪4，齒輪22，在第一階梯軸28，第二階梯軸26，第三階梯軸23兩側分別套有第一大臂側壁5，第一大臂側壁24，并用螺母在各階梯軸端部處緊固，其中第一大臂側壁24外與該側壁外的第一階梯軸28上的齒輪27通過螺栓，螺母固連。其中，第一階梯軸28上的齒輪I，齒輪2，齒輪28分別屬于三套齒輪組傳動系統。如圖3所示，所述的第二大臂組包括第二大臂側壁16、19，齒輪18、20，第四階梯軸21，第五階梯軸10，階梯軸套17，其中，第四階梯軸21通過軸承連接齒輪20，第五階梯軸10通過階梯軸套17連接齒輪18，階梯軸套17同時與第五階梯軸10和齒輪18緊固，第二大臂側壁16，第二大臂側壁19平行地連接在第四階梯軸21外，其中，第二大臂側壁16的一端與第一大臂組中的第三階梯軸23上的齒輪4固連，另一端通過法蘭軸承與第五階梯軸10連接，第二大臂側壁19 一端通過軸承與第三階梯軸23相連，另一端通過法蘭軸承與第五階梯軸10相連，并用螺栓螺母在各階梯軸端部處進行緊固。圖3所示的第三階梯軸23上的齒輪4與齒輪22分別屬于兩套齒輪組傳動系統。所述的第一大臂組中與第二大臂側壁相連接的齒輪4上布有與該第二大臂側壁圍繞第三階梯軸23同軸的螺孔，并通過螺栓及螺母相連，使得第二大臂與齒輪4繞第三階梯軸23同步轉動。如圖4所示，所述的三角行星臂組包括三角行星臂側壁11、14，第六階梯軸9，第七階梯軸6，階梯軸套12，齒輪8、13、15，以及滑輪7，其中，三角行星臂側壁11和三角行星臂側壁14通過法蘭軸承分別與第五階梯軸10相連，齒輪13通過階梯軸套12與第五階梯軸10相連，該階梯軸套12分別于第五階梯軸10和齒輪13固連，第六階梯軸9通過軸承和齒輪15相連，第七階梯軸6通過軸承和齒輪8及滑輪7相連，且第七階梯軸6上的齒輪8和滑輪7固連，并用螺母在各階梯軸的端部進行緊固，其中，三角行星臂組中的所有齒輪8、13、15與第二大臂組中的齒輪18屬于同一套齒輪組傳動系統。所述的三角行星臂組的第七階梯軸6上的滑輪7與齒輪8有同軸的螺孔，通過螺栓及螺母相連，使得滑輪與該齒輪繞第七階梯軸6同步轉動，且滑輪7直徑大于齒輪8直徑。本實施例的工作過程在本實施例的機械臂組中，由三套運動單元組成第一大臂組，第二大臂組，三角行星臂組。三套運動單元協調配合完成整個機構的行走。本機構通過第一階梯軸28與機器人身體相連，齒輪1，齒輪2，齒輪27分別作為三個動力接受端，通過齒輪旋轉來控制整個 機構的動作及行走。其中，當齒輪27轉動時，整個機構繞第一階梯軸28轉動；當齒輪2轉動時，第二大臂組和三角行星臂組一起繞第三階梯軸23轉動；當齒輪I轉動時，通過齒輪組的傳動，使得在三角行星臂組外圈的三個滑輪同步轉動，來使得整個機構行走。其中，三角行星臂組可以圍繞第五階梯軸10自由轉動，而不受齒輪I所在齒輪傳動組傳動的影響，所以當機構在行駛過程中遇到障礙物或者溝壑時，可以在前進的同時通過三角行星臂組的翻轉來實現對障礙物的通過性。同時，齒輪2，齒輪27所分別在的齒輪傳動組可以調節機構的高度和姿態，從而可以更好的適應不同的地形，在三角行星臂組翻越障礙物的基礎上，提高該機構的通過能力。使用該輪足結合全地形行駛機器人行駛裝置，可以使機器人對各種復雜環境有很好的通過能力，且保持較高的速度，而且驅動電機可以布置在第一階梯軸的端部處，運動靈活，機械結構簡單，可操作性強，適用性廣。盡管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求
1.一種輪足結合全地形行駛機器人行駛裝置，其特征在于包括三個運動單元組，分別是第一大臂組，第二大臂組，三角行星臂組，其中，第一大臂組通過第一大臂階梯軸組中的階梯軸與第二大臂組相連接，第二大臂組通過大臂階梯軸組中的階梯軸與三角行星臂組相連接；整個裝置共有三套實現傳動的齒輪組平行的分布于這三套運動單元組間。
2.根據權利要求I所述的輪足結合全地形行駛機器人行駛裝置，其特征在于所述的第一大臂組包括第一大臂側壁(5、24)，齒輪(1、2、3、4、22、25、27)，第一階梯軸(28)，第二階梯軸(26 )和第三階梯軸(23 )，其中第一階梯軸(28 )通過軸承分別連接齒輪(I、2、27 )，第二階梯軸(26)通過軸承分別連接齒輪(3、25)，第三階梯軸(23)通過軸承分別連接齒輪(4、22)，在第一階梯軸(28)，第二階梯軸(26)，第三階梯軸(23)兩側分別套有第一大臂側壁(5)，第一大臂側壁(24)，并在各階梯軸端部處緊固，其中第一大臂側壁(24)外與該側壁外的第一階梯軸(28)上的齒輪(27)固連。
3.根據權利要求2所述的輪足結合全地形行駛機器人行駛裝置，其特征在于所述第一階梯軸(28)上的齒輪(1、2、28)分別屬于三套齒輪組傳動系統。
4.根據權利要求3所述的輪足結合全地形行駛機器人行駛裝置，其特征在于所述第三階梯軸(23)上的齒輪(4)與齒輪(22)分別屬于兩套齒輪組傳動系統。
5.根據權利要求2所述的輪足結合全地形行駛機器人行駛裝置，其特征在于所述的第二大臂組包括第二大臂側壁(16、19)，齒輪(18、20)，第四階梯軸(21、10、17)，其中第四階梯軸(21)通過軸承連接齒輪(20)，第五階梯軸(10)通過階梯軸套(17)連接齒輪(18)，階梯軸套(17)同時與第五階梯軸(10)和齒輪(18)緊固，第二大臂側壁(16)，第二大臂側壁(19)平行地連接在第四階梯軸(21)外，其中，第二大臂側壁(16)的一端與第一大臂組中的第三階梯軸(23)上的齒輪(4)固連，另一端通過法蘭軸承與第五階梯軸(10)連接，第二大臂側壁(19) 一端通過軸承與第三階梯軸(23)相連，另一端通過法蘭軸承與第五階梯軸(10)相連，并在各階梯軸端部處進行緊固。
6.根據權利要求5所述的輪足結合全地形行駛機器人行駛裝置，其特征在于所述的第一大臂組中與第二大臂側壁相連接的齒輪(4)上布有與該第二大臂側壁圍繞第三階梯軸(23)同軸的螺孔，并通過螺栓及螺母相連，使得第二大臂與齒輪(4)繞第三階梯軸(23)同步轉動。
7.根據權利要求1-5任一項所述的輪足結合全地形行駛機器人行駛裝置，其特征在于所述的三角行星臂組包括三角行星臂側壁(11、14)，第六階梯軸(9、6)，階梯軸套(12)，齒輪(8、13、15)，以及滑輪(7)，其中三角行星臂側壁(11和14)通過法蘭軸承分別與第五階梯軸(10)相連，齒輪(13)通過階梯軸套(12)與第五階梯軸(10)相連，該階梯軸套(12)分別于第五階梯軸(10)和齒輪(13)固連，第六階梯軸(9)通過軸承和齒輪(15)相連，第七階梯軸(6)通過軸承和齒輪(8)及滑輪(7)相連，且第七階梯軸(6)上的齒輪(8)和滑輪(7)固連，并用螺母在各階梯軸的端部進行緊固。
8.根據權利要求7所述的輪足結合全地形行駛機器人行駛裝置，其特征在于所述三角行星臂組中的所有齒輪(8、13、15)與第二大臂組中的齒輪(18)屬于同一套齒輪組傳動系統。
9.根據權利要求7所述的輪足結合全地形行駛機器人行駛裝置，其特征在于所述的三角行星臂組的第七階梯軸(6)上的滑輪(7)與齒輪(8)有同軸的螺孔，通過螺栓及螺母相連，使得滑輪與該齒輪繞第七階梯軸(6)同步轉動，且滑輪(7)直徑大于齒輪(8)直徑 。
全文摘要
本發明公開一種輪足結合全地形行駛機器人行駛裝置，包括三個運動單元組，分別是第一大臂組，第二大臂組，三角行星臂組，其中，第一大臂組通過第一大臂階梯軸組中的階梯軸與第二大臂組相連接，第二大臂組通過大臂階梯軸組中的階梯軸與三角行星臂組相連接；整個裝置共有三套齒輪組平行的分布于這三套運動單元組間，并實現傳動，從而實現該裝置的功能。本發明通過將輪式與足式行駛方式相結合可以既保持該裝置非常高的自適應性和通過性，又能保證其較快的行駛速度，并且該裝置結構簡單可靠，靈活性高，適用性強。
文檔編號B62D57/02GK102700644SQ201210187239
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月8日 優先權日2012年6月8日
發明者劉慶偉, 孫永斌, 孫逸倫, 費燕瓊, 鄭斌 申請人:上海交通大學