[发明专利]林区小型轮腿复合式移动越障机构

说明书

技术领域

本发明为移动机器人运动机构，属于机械设计、机器人技术和自动化领域，可以实现移动机器人轮式、腿式等不同的运动模式，并具有重量轻、体积小、结构紧凑的特点。 

背景技术

目前，在移动机器人的运动机构中，普遍采用轮式、履带式和腿式机构，轮式机器人具有结构简单、速度高和能耗低的优点，但是不适合于跨越林区石块等障碍，越障能力差；履带式机器人在松软、不平坦地形有着较高的通过能力和良好的环境适应性，但存在摩擦阻力较大、能耗很高的缺点；腿式机器人具有较高的机动性，容易适应各种复杂地面环境，但行走效率低、机构与控制较为复杂。近年来，许多学者开展了轮履复合机构的研究，但是，一般体积和重量都较大。 

以林区综合应用探测为使用背景，要求机器人具有重量轻、体积小、能耗低的特点。由于林区工作环境复杂、未知、多变，所以，要求机器人具有高机动性和越障能力。 

发明内容

本发明提出了一种能够在林区等野外自然环境下具备较好环境适应性和越障能力的小型轮腿复合式运动机构。该运动机构融合轮式机构和腿式机构的优点，并且具有重量轻、体积小的特点，可以根据不同的地形条件变换运动模式。利用轮子实现高速远距离运动，利用弧形腿提高其越障能力和环境适应性。 

该机构的六个弧形腿通过连杆与转盘连接，并利用固定螺栓与内、外花盘串连。转盘内嵌有轮毂，电机轴通过平键与轮毂连接，以带动轮子的正常转动。内花盘一侧附有齿轮盘，根据弧形腿开闭的动作需要可与内花盘固定或脱离。此机构特征在于：弧形腿可以闭合与打开，以适应林区不同的地形路况。在弧形腿(1)未打开时，连接电机的主轴(6)，通过键(14)连接带动轮毂(7)转动，轮毂(7)与内花盘(4)和外花盘(5)通过四个轮毂销(11)连接，内、外花盘也随之转动，内、外花盘与弧形腿(1)通过6个固定螺栓(12)连接，故整个闭合轮子转动。当要打开弧形腿(1)时，先停止轮子的转动，然后启动舵机，通过齿轮传动，带动齿轮盘(9)转动一定角度，齿轮盘(9)与转盘(8)连接，转盘(8)也随着齿轮盘转动同样的角度，此时内花盘(4)和外花盘(5)不动，固定螺栓(12)为一固定支点，转盘(8)、连杆(3)、弧形腿(1)构成连杆机构，这样转盘(8)转动使弧形腿(1)张开指定的角度，闭合轮转变为腿式轮的展开动作完成。之后电机带动轮子转动，原理与弧形腿闭合时相同。转动时，弧形腿(1)的端部与地面接触，受到与转动方向相反的力，而弧形腿内 侧的挡杆(2)对其施加的反方向作用力，使弧形腿不因受力而改变其张开角度。因此，弧形腿在打开状态下可以稳定转动，而且可以越过一定高度的障碍物。 

此复合式机构，其齿轮盘(9)与内花盘(4)之间离合结构设计如下：弧形腿(1)在打开或闭合的过程中，齿轮盘与内花盘是相对转动的，而轮子在行驶过程中，齿轮盘与内花盘要相对静止。为了实现这种结构与动作要求，我们运用电磁离合器来实现内花盘与齿轮盘的离合。在内花盘(4)上存在一个圆柱凸起(15)，齿轮盘(9)内侧有2个与内花盘圆柱凸起(15)相匹配的圆柱孔(16)，当要打开或闭合弧形腿时，电磁离合器产生的电磁力拉动齿轮盘上的圆柱孔(16)与内花盘上的圆柱凸起(15)脱离连接。此后当舵机带动齿轮盘转动一定的角度时，内花盘保持固定，以在轮子不转的情况下实现弧形腿的展开或闭合。展开或闭合动作完成后，轮子要转动前进，此时内花盘(4)和齿轮盘(9)需要再次保持相对静止，利用电磁离合器产生的电磁力推动齿轮盘(9)，使内花盘(4)的圆柱凸起(15)伸进齿轮盘的另一个圆柱孔(16)中，这样花盘与齿轮盘即保持相对静止，轮子正常行进。 

本发明机构融合了轮式和腿式机构的运动优点，和履带式、轮式结构相比较，具有移动速度快和越障性能高等特点，能够更好的适应林区等复杂地形，在林区火灾监测和科学探测等方面有着极其重要的作用。 

轮腿复合式移动越障机构轻便小巧，功能多样，灵活性好，变形简单，结构实用性强。另外，其制作材料具有简单易取，经济性高，使用周期长等优点。 

附图说明

图1运动机构闭合图； 

图2运动机构展开图(示齿轮盘与内花盘)； 

图3运动机构展开图(示外花盘)； 

图4机构展开状态沿转盘剖面图； 

图5机构闭合状态沿转盘剖面图； 

图6齿轮盘与内花盘细节示意图。