[发明专利]一种用于轮履变结构移动机器人的可伸缩履带及行走轮定位机构

说明书

技术领域

发明涉及一种可伸缩履带及行走轮定位机构，具体涉及一种用于轮履变结构移动机器人的可伸缩履带及行走轮定位机构，属于机器人技术领域。

背景技术

轮式移动机器人具有移动快速性的优点，而履带式移动机器人跨越障碍的能力很强，即履带式移动机器人对于复杂地形具有很高的通过性能。但是，如何将轮式、履带式移动机器人的优点结合在一起是机器人机构技术的创新与难点。而用于轮式与履带式运动机构变换的关键技术包括内外行走轮的定位、可伸缩的履带等。

要实现轮式、履带式移动机器人的结合，机器人中的履带既要有轮胎的作用，又要有履带的作用；不仅要传递动力，还要频繁地拉伸或收缩。内外行走轮的定位及轮/履变换机构需要满足可靠、低成本和高效能的要求。专利文献[公开号：CN101570216]提出了这种机器人，其中，该机器人所用的两片行走轮为固定连接在一起，但并未给出两片行走轮具体的定位方法。专利文献[公开号：CN101570216]提到的机器人中的弹性履带由弹性橡胶材料制成，弹性履带的内外侧都加工有齿，外侧的齿与地面接触防止弹性履带打滑，内侧的齿与主动轮外齿啮合传递动力。由于弹性履带频繁的撑开、收回，弹性履带的外径逐渐变大，使履带的内齿不能很好的紧固在主动轮的外齿上，致使运动失效，而且该专利文献中弹性履带内部有金属环，履带在拉伸和收缩时，其圆周长度是变化的，金属环只能发生弹性变形，不能产生塑性变形，否则就被毁坏。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种用于轮履变结构移动机器人的可伸缩履带及行走轮定位机构，通过内外片行走轮单独定位机构和由同步带组成的可伸缩履带，实现轮/履变结构移动机器人在平地、楼梯台阶、斜坡上等多地形行走时运行更平稳、更可靠。

所述轮履变换结构移动机器人包括箱体、可伸缩履带、内片行走轮、外片行走轮、轮履变换机构、主动轴和行走驱动轴。其中主动轴用于带动轮履变换机构运动实现轮式运动和履带式运动之间的转换，行走驱动轴上的两个齿轮分别与内片行走轮和外片行走轮的内齿啮合，以带动内片行走轮和外片行走轮同步转动，可伸缩履带与内片行走轮和外片行走轮的外齿啮合。本发明的可伸缩履带包括外同步带、内同步带和拉簧；外同步带和内同步带为带宽相同的单面带齿的环形结构，其中内同步带的有齿面向内，外同步带的有齿面向外；所述内同步带的齿形和机器人内片行走轮及外片行走轮的外齿啮合。所述外同步带和内同步带同心耦合，外同步带和内同步带相对的表面间每间隔相同距离通过平垫圈和螺栓连接，从而将可伸缩履带均分为若干节，每两个相邻的平垫圈之间连接拉簧；保证拉簧在自然状态下时，外同步带和内同步带均处于收缩状态，内带同步带上的齿均匀地卡在内片行走轮和外片行走轮的外齿齿槽内，此时内同步带各节向内凸起，而外同步带各节向外凸起。

所述行走轮定位机构包括内片行走轮定位机构和外片行走轮定位机构。

所述内片行走轮定位机构位于内片行走轮与箱体相对的一侧。包括三个以上基本定位单元和挡圈结构。所述挡圈结构包括一个径向定位挡圈和两个轴向定位挡圈；两个轴向定位挡圈之间通过径向定位挡圈连接；挡圈结构与内片行走轮同轴固接。

所述基本定位单元沿内片行走轮的圆周方向均匀排列；基本定位单元包括径向定位轴、轴向定位销轴、圆柱滚子轴承A和两个深沟球轴承；其中径向定位轴的一端垂直固接在箱体上，另一端与内片行走轮的圆周端面间有间隙；圆柱滚子轴承A安装在径向定位轴上，圆柱滚子轴承A的外圆周与径向定位挡圈的内表面接触。在径向定位轴的圆周面上，圆柱滚子轴承A与两个轴向定位挡圈之间各安装一个轴向定位销轴，所述轴向定位销轴垂直与径向定位轴；在每个轴向定位销轴上安装一个深沟球轴承；所述两个深沟球轴承的外圆周分别与自身所在侧的轴向定位挡圈的端面接触。

所述外片行走轮定位装置包括轴承安装座和圆柱滚子轴承；轴承安装座与机器人箱体固接，圆柱滚子轴承B安装在轴承安装座上；与外片行走轮固接的外片行走轮端盖与圆柱滚子轴承B的外圈固接。

所述外片行走轮定位机构另一种形式为：所述滚珠轴承B的内圈与机器人主动轴固定，与外片行走轮固接的外片行走轮端盖与滚珠轴承B的外圈固接。

所述外同步带和内同步带均由高耐磨性的弹性橡胶材料制成。

在所述内同步带内侧的中间位置安装弹性挡圈。

有益效果：

（1）本发明中轮履变结构移动机器人的内外片行走轮采用单独定位机构，且定位机构均由低成本的简单零件组合而成，尤其对于直径较大行走轮的定位更具有经济意义。