CN105197119A - 一种基于行星轮的星形越障轮 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种基于行星轮的星形越障轮，直流伺服电机通过联轴器直接与驱动轴进行连接，直接驱动驱动轴，通过齿轮传动将动力传递到安装有驱动轮的轴系，在驱动轮的驱动作用下，越障平台可以在路面上进行移动。同时基于行星轮的星形越障轮在空载情况下，在电机的驱动作用下，整个越障轮具有一定的翻转能力，应用于越障移动平台后，多个此越障轮配合使用，遇到障碍物时，在越障轮的驱动及与其配合越障轮的推力或拉力作用下，越障轮可以进行翻转，实现越障功能。本发明具有一定的路面通过能力，同时越障轮还具有绕传动轴转动的能力，有助于越障轮的翻转越障功能。

Description

一种基于行星轮的星形越障轮

技术领域

本发明涉及的是一种机器人，具体地说是机器人的越障机构。

背景技术

目前关于越障机器人、楼宇搜救机器人等移动平台的研究，主要有两种：履带式的行走机构，采用三角轮的爬楼机构。两种适应复杂地形的移动平台均有其各自的特点，履带式的行走机构具有较好的路面通过能力但灵活性较差，采用三角轮的爬楼机构使用较为方便，但是不能实现自主驱动。越障、爬楼等移动平台的路面通过能力及越障水平在一定程度上决定了其工作环境，因此对越障轮的研究具有一定的意义。

中国专利(CN103770823A)公开的一种楼梯自主越障轮，通过控制部件控制直流变频电机的开启，以智能化地驱动各驱动轮适时进行交替转动，使整个楼梯资助越障轮自主行走；遇到障碍物时，通过控制部件控制继电器进行电磁推杆的伸出、直至与地面接触并继续伸长直至将整个楼梯自主越障轮定期进行逆时针翻转来越过障碍物，此楼梯自主越障轮在工作时，控制过程复杂，增加了整个越障机构的复杂程度。

发明内容

本发明的目的在于提供可在路面上行进并具有翻转能力的一种基于行星轮的星形越障轮。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种基于行星轮的星形越障轮，其特征是：包括第一-第三越障单元；第一越障单元包括第一-第二轮系支撑框架、第一-第三对驱动轮、第一-第六传动齿轮，第一轮系支撑框架的内壁和第二轮系支撑框架的内壁面对面设置，在第一轮系支撑框架的内壁和第二轮系支撑框架之间由外向内依次安装第一传动轴、第一螺栓、第二传动轴、第二螺栓、第三传动轴、第四传动轴，所述第一传动轴、第一螺栓、第二传动轴、第二螺栓、第三传动轴和第四传动轴分别通过深沟球轴承与第一轮系支撑框架和第二轮系支撑框架配合，第一对驱动轮安装在第一传动轴上，第二对驱动轮安装在第二传动轴上，第三对驱动轮安装在第四传动轴上，第一传动齿轮安装在第一对驱动轮之间的第一传动轴上，第二传动齿轮安装第一螺栓上，第三传动齿轮安装在第二对驱动轮之间的第二传动轴上，第四传动齿轮安装在第二螺栓上，第五传动齿轮安装在第三传动轴上，第六传动齿轮安装在第四传动轴上，第一-第六传动齿轮依次相啮合；第二越障单元、第三越障单元与第一越障单元的结构相同并共用第五传动齿轮，且第一-第三越障单元的轴线两两相隔120度。

本发明还可以包括：

1、第一传动轴与第一对驱动轮以及第一传动齿轮配合的轴段为方轴，第二传动轴与第二对驱动轮以及第三传动齿轮配合的轴段为方轴。

2、第一螺栓与其配合的深沟球轴承采用间隙配合，第二螺栓与其配合的深沟球轴承采用间隙配合。

3、所述第四传动轴为空心结构，第四传动轴里贯穿设置固定螺栓，固定螺栓的两端分别位于第一轮系支撑框架外壁外侧和第二轮系支撑框架外壁外侧，固定螺栓通过限位紧固轴套将第一轮系支撑框架和第二轮系支撑框架固定。

本发明的优势在于：

1、本发明是基于行星轮的星形越障轮，越障轮在直流伺服电机的驱动作用下具有一定的路面通过能力，同时越障轮还具有绕传动轴转动的能力，有助于越障轮的翻转越障功能；

2、本发明中不与地面接触的两组驱动轮，与障碍物接触时会反生相对运动，相当于与地面接触驱动轮的功能，不会使越障轮卡住在障碍物上，提高了越障轮的越障能力。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的A-A视图；

图3为越障轮的驱动轮轴系a、传动轴系b局部视图；

图4为越障轮的主驱动轴系e、传动轴系d局部视图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～4，一种基于行星轮的星形越障轮(以下简称“越障轮”)，图1为其主视图，所在平面与水平面垂直，通过直流伺服电机进行独立驱动，经过齿轮传动轴系，最终将动力传递到驱动轮轴系a。此基于行星轮的星形越障轮在空载下具有一定的翻转能力，在负载情况下，通过与其配合安装的越障轮的推力或拉力作用下可进行翻转实现越障功能。

本发明基于行星轮的星形越障轮的A-A视图如图2所示，其为越障轮的组成单元模块，整个越障轮有三个这样的单元模块互成120°组成，其效果图如图1所示。越障轮的单元模块主要由轮系支撑框架4、驱动轮轴系a、传动轴系b、驱动轮轴系c、传动轴系f、主驱动轴系e及驱动轮轴系d等模块组成。

其中驱动轮轴系a与驱动轮轴系c的模块组成是一样的，但是其功能作用不同，驱动轮轴系a的功能是在平整路面上进行驱动行走，而驱动轮轴系c的功能是当此越障轮在越障时，驱动轮2不停的转动，与障碍物接触时会发生相对运动，防止此越障轮在翻越障碍物时与障碍物接触进行卡住。驱动轮轴系d的功能作用与驱动轮轴系c的功能作用是相同的，遇到障碍物时，驱动轮3也会与障碍物发生相对运动，但是其组成有所区别。传动轴系b和传动轴系f的组成相同且功能也相同，但是传动轴系b和传动轴系f在越障轮上的安装位置不同。

本发明提供的是一种基于行星轮的星形越障轮，既具有平整路面上的行走能力，又具有复杂环境下的翻转越障能力。

如图3所示，驱动轮轴系a主要由轮系支撑框架4、传动齿轮5、垫片31、垫片32、定位轴套33、深沟球轴承11、带轴肩的传动轴12组成。其中带轴肩的传动轴12与传动齿轮5和驱动轮1的配合轴段为方轴，保证了传动齿轮5和驱动轮1之间没有相对运动。带轴肩的传动轴12上的轴肩对传动齿轮5和驱动轮1起到定位作用，同时定位套筒10是对驱动轮1的定位，避免驱动轮1在转动过程中发生轴向串动。

如图3所示，驱动轮轴系b主要由传动齿轮5、传动齿轮10、深沟球轴承11、推力轴承13、定位紧固轴套14、螺栓15、限位套筒16、弹簧垫圈17、螺母18组成。其中其传动轴作用的是螺栓15，螺栓15贯穿整个驱动轮轴系b，螺栓15与深沟球轴承11间隙配合，保障了轴系的自由转动，套在螺栓15上的限位套筒16对传动齿轮5进行限位，保证了传动齿轮15在传动轴系中的位置。定位紧固轴套14一方面用于对推力轴承13进行限位，一方面用于与螺栓15配合，对轮系支撑框架4进行固定，防止整个轮系散落。

如图4所示，驱动轮系e主要由轮系支撑框架4、传动齿轮6、限位支撑套筒19、带轴肩的传动轴20、深沟球轴承21组成。待轴肩的传动轴20可以对传动齿轮6进行轴向定位，限位支撑套筒19防止传动齿轮6发生轴向串动，同时提供一定的轴向的向外支撑力防止轮系支撑框架4间的间距变小。传动齿轮6中心为方孔与带轴肩的传动轴20的方轴进行配合，当带轴肩的传动轴20转动时带动传动齿轮6同时转动进行传递动力。

如图4所示，驱动轮系d主要由轮系支撑框架4、传动齿轮7、深沟球轴承22、螺栓23、垫片24、限位紧固轴套25、限位套筒26、垫片27、空心传动轴28、弹簧垫圈29、螺母30组成。传动齿轮7通过空心传动轴28上的轴肩进行轴向定位，驱动轮3通过限位套筒26进行轴向限位，空心传动轴28的中心孔用于放置螺栓23，螺栓23的作用主要是对轮系支撑框架4进行固定，保证两侧的轮系支撑框架4相对位置式中固定不变。

此基于行星轮的星形越障轮，在直流伺服电机的驱动作用下，转动动力通过主驱动轴系e传递到传动齿轮6上，如图2所示，从越障轮的右侧看向越障轮，假设传动齿轮6顺时针转动时，传动齿轮6会带动与其啮合的传动齿轮8和传动齿轮7逆时针转动，传动齿轮7会带动与其同一传动轴系d上的驱动轮3进行逆时针转动，提高越障能力。传动齿轮8逆时针转动时，与其啮合的传动齿轮9顺时针转动，传动齿轮9带动与其同一驱动轴系c上的驱动轮2进行顺时针转动，提高越障能力。与传动齿轮9啮合的传动齿轮10逆时针转动，传动齿轮5与传动齿轮10啮合，传动齿轮5顺时针转动，带动同一驱动轴系a上的驱动轮1顺时针转动进而驱动整个轮系进行移动，在平整路面上使越障轮具有较好的路面通过能力。当遇到障碍物时，越障轮上的驱动轮1与障碍物接触，在驱动轮1的驱动作用及其配合安装的越障轮的推力或拉力作用下进行翻转越障，同时驱动轮轴系c、d上的驱动轮2、驱动轮3在驱动轴的驱动下进行转动，当其与障碍物接触时发生相对运动，防止越障轮与障碍物之间卡住，最终实现越障功能。

中国专利(CN103770823A)公开的一种楼梯自主越障轮，通过控制部件控制直流变频电机的开启，以智能化地驱动各驱动轮适时进行交替转动，使整个楼梯资助越障轮自主行走；遇到障碍物时，通过控制部件控制继电器进行电磁推杆的伸出、直至与地面接触并继续伸长直至将整个楼梯自主越障轮定期进行逆时针翻转来越过障碍物，此楼梯自主越障轮在工作时，控制过程复杂，增加了整个越障机构的复杂程度。

本发明的技术方案是：通过直流伺服电机进行独立驱动，经过齿轮传动轴系，最终将动力传递到驱动轮轴系a。此基于行星轮的星形越障轮在空载下具有一定的翻转能力，在负载情况下，通过与其配合安装的越障轮的推力或拉力作用下可进行翻转实现越障功能。

本发明基于行星轮的星形越障轮的A-A视图如图2所示，其为越障轮的组成单元模块，整个越障轮有三个这样的单元模块互成120°组成，其效果图如图1所示。越障轮的单元模块主要由轮系支撑框架4、驱动轮轴系a、传动轴系b、驱动轮轴系c、传动轴系f、主驱动轴系e及驱动轮轴系d等模块组成。

其中驱动轮轴系a与驱动轮轴系c的模块组成是一样的，但是其功能作用不同，驱动轮轴系a的功能是在平整路面上进行驱动行走，而驱动轮轴系c的功能是当此越障轮在越障时，驱动轮2不停的转动，与障碍物接触时会发生相对运动，防止此越障轮在翻越障碍物时与障碍物接触进行卡住。驱动轮轴系d的功能作用与驱动轮轴系c的功能作用是相同的，遇到障碍物时，驱动轮3也会与障碍物发生相对运动，但是其组成有所区别。传动轴系b和传动轴系f的组成相同且功能也相同，但是传动轴系b和传动轴系f在越障轮上的安装位置不同。

本发明提供的是一种基于行星轮的星形越障轮，既具有平整路面上的行走能力，又具有复杂环境下的翻转越障能力。

如图3所示，驱动轮轴系a主要由轮系支撑框架4、传动齿轮5、垫片31、垫片32、定位轴套33、深沟球轴承11、带轴肩的传动轴12组成。其中带轴肩的传动轴12与传动齿轮5和驱动轮1的配合轴段为方轴，保证了传动齿轮5和驱动轮1之间没有相对运动。带轴肩的传动轴12上的轴肩对传动齿轮5和驱动轮1起到定位作用，同时定位套筒10是对驱动轮1的定位，避免驱动轮1在转动过程中发生轴向串动。

如图3所示，驱动轮轴系b主要由传动齿轮5、传动齿轮10、深沟球轴承11、推力轴承13、定位紧固轴套14、螺栓15、限位套筒16、弹簧垫圈17、螺母18组成。其中其传动轴作用的是螺栓15，螺栓15贯穿整个驱动轮轴系b，螺栓15与深沟球轴承11间隙配合，保障了轴系的自由转动，套在螺栓15上的限位套筒16对传动齿轮5进行限位，保证了传动齿轮15在传动轴系中的位置。定位紧固轴套14一方面用于对推力轴承13进行限位，一方面用于与螺栓15配合，对轮系支撑框架4进行固定，防止整个轮系散落。

如图4所示，驱动轮系e主要由轮系支撑框架4、传动齿轮6、限位支撑套筒19、带轴肩的传动轴20、深沟球轴承21组成。待轴肩的传动轴20可以对传动齿轮6进行轴向定位，限位支撑套筒19防止传动齿轮6发生轴向串动，同时提供一定的轴向的向外支撑力防止轮系支撑框架4间的间距变小。传动齿轮6中心为方孔与带轴肩的传动轴20的方轴进行配合，当带轴肩的传动轴20转动时带动传动齿轮6同时转动进行传递动力。

如图4所示，驱动轮系d主要由轮系支撑框架4、传动齿轮7、深沟球轴承22、螺栓23、垫片24、限位紧固轴套25、限位套筒26、垫片27、空心传动轴28、弹簧垫圈29、螺母30组成。传动齿轮7通过空心传动轴28上的轴肩进行轴向定位，驱动轮3通过限位套筒26进行轴向限位，空心传动轴28的中心孔用于放置螺栓23，螺栓23的作用主要是对轮系支撑框架4进行固定，保证两侧的轮系支撑框架4相对位置式中固定不变。

此基于行星轮的星形越障轮，在直流伺服电机的驱动作用下，转动动力通过主驱动轴系e传递到传动齿轮6上，如图2所示，从越障轮的右侧看向越障轮，假设传动齿轮6顺时针转动时，传动齿轮6会带动与其啮合的传动齿轮8和传动齿轮7逆时针转动，传动齿轮7会带动与其同一传动轴系d上的驱动轮3进行逆时针转动，提高越障能力。传动齿轮8逆时针转动时，与其啮合的传动齿轮9顺时针转动，传动齿轮9带动与其同一驱动轴系c上的驱动轮2进行顺时针转动，提高越障能力。与传动齿轮9啮合的传动齿轮10逆时针转动，传动齿轮5与传动齿轮10啮合，传动齿轮5顺时针转动，带动同一驱动轴系a上的驱动轮1顺时针转动进而驱动整个轮系进行移动，在平整路面上使越障轮具有较好的路面通过能力。当遇到障碍物时，越障轮上的驱动轮1与障碍物接触，在驱动轮1的驱动作用及其配合安装的越障轮的推力或拉力作用下进行翻转越障，同时驱动轮轴系c、d上的驱动轮2、驱动轮3在驱动轴的驱动下进行转动，当其与障碍物接触时发生相对运动，防止越障轮与障碍物之间卡住，最终实现越障功能。

Claims (5)

1.一种基于行星轮的星形越障轮，其特征是：包括第一-第三越障单元；第一越障单元包括第一-第二轮系支撑框架、第一-第三对驱动轮、第一-第六传动齿轮，第一轮系支撑框架的内壁和第二轮系支撑框架的内壁面对面设置，在第一轮系支撑框架的内壁和第二轮系支撑框架之间由外向内依次安装第一传动轴、第一螺栓、第二传动轴、第二螺栓、第三传动轴、第四传动轴，所述第一传动轴、第一螺栓、第二传动轴、第二螺栓、第三传动轴和第四传动轴分别通过深沟球轴承与第一轮系支撑框架和第二轮系支撑框架配合，第一对驱动轮安装在第一传动轴上，第二对驱动轮安装在第二传动轴上，第三对驱动轮安装在第四传动轴上，第一传动齿轮安装在第一对驱动轮之间的第一传动轴上，第二传动齿轮安装第一螺栓上，第三传动齿轮安装在第二对驱动轮之间的第二传动轴上，第四传动齿轮安装在第二螺栓上，第五传动齿轮安装在第三传动轴上，第六传动齿轮安装在第四传动轴上，第一-第六传动齿轮依次相啮合；第二越障单元、第三越障单元与第一越障单元的结构相同并共用第五传动齿轮，且第一-第三越障单元的轴线两两相隔120度。

2.根据权利要求1所述的一种基于行星轮的星形越障轮，其特征是：第一传动轴与第一对驱动轮以及第一传动齿轮配合的轴段为方轴，第二传动轴与第二对驱动轮以及第三传动齿轮配合的轴段为方轴。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于行星轮的星形越障轮，其特征是：第一螺栓与其配合的深沟球轴承采用间隙配合，第二螺栓与其配合的深沟球轴承采用间隙配合。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于行星轮的星形越障轮，其特征是：所述第四传动轴为空心结构，第四传动轴里贯穿设置固定螺栓，固定螺栓的两端分别位于第一轮系支撑框架外壁外侧和第二轮系支撑框架外壁外侧，固定螺栓通过限位紧固轴套将第一轮系支撑框架和第二轮系支撑框架固定。

5.根据权利要求3所述的一种基于行星轮的星形越障轮，其特征是：所述第四传动轴为空心结构，第四传动轴里贯穿设置固定螺栓，固定螺栓的两端分别位于第一轮系支撑框架外壁外侧和第二轮系支撑框架外壁外侧，固定螺栓通过限位紧固轴套将第一轮系支撑框架和第二轮系支撑框架固定。