一种可变运动方式的全方位自主移动机器人行走机构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种可变运动方式的全方位自主移动机器人行走机构，由四轮车体、两套机构相同的丝杠滑块机构、三组传动齿轮组和四组结构相同的车轮转向连杆系组成。车轮转向连杆系由曲柄摇杆机构组成，两前轮和两后轮的转向连杆系各共用一个曲柄，两个曲柄回转中心分别位于丝杠滑块机构的前后两个滑块中心轴上。通过齿轮啮合的切换，可以使转向系曲柄转动或曲柄中心随滑块的移动，从而改变移动机器人的运动方式；通过不同的组合可以完成三种运动方式，正常行走且后车轮导向方式、平动方式和零半径转动方式，具备了全方位移动的能力，减少了电机的使用数量；通过切换机构来实现运动方式的变化可以满足农田作业的运动要求，也保证具有可靠的运动特性。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及机器人
，具体涉及一种可变运动方式的全方位自主 移动机器人行走机构。
技术介绍
轮式移动机器人相对于腿式机器人控制简单、移动灵活，已经被广泛应用 于工业、农林业、矿物勘探、环保及家庭服务、军事侦察和航天航空等众多领 域中。行走机构和驱动形式决定了轮式移动机器人的运动方式，目前广泛采用 后轮驱动差速转向移动。但这种运动方式在零转向半径和平动方面存在缺陷， 由此提出的采用特殊全方位轮的全方位移动机器人，在二维平面上具有三个自 由度，可以完成沿任意方向同时作平动和转动，在保持姿态不变的情况下，可 以完成任意方向的移动，它非常适合工作在空间狭窄有限、对机器人机动性要 求高的场合中，正是由于全方位移动机器人拥有比双轮差速式更灵活的运动性 能，已经被应用于全方位移动椅和机器人足球赛等特殊领域。全方位移动机器人作为一个重要的研究课题，但很多的研究局限于使用全 方位轮来实现机器人的全方位运动。由于全方位轮的特殊的机构，使其成本较 高；而且由于全方位轮的形状及分布，不能在泥地或沙石地里行走，以免被巻 入后卡住使轮子不能正常转动，其应用领域具有局限性。农田作业移动机器人的运动是沿作物行的移动，经常需要调整移动平台与 植株行的距离，即横向距离的调整，而不改变车身方向，这就要求移动平台具 有绝对平动的能力。当移动平台位于植株行末尾，需要调整车身方向，由于植 株行的限制，没有足够的转向半径，这时需要移动平台的转向半径尽可能小， 即理想状态的零半径绝对转动。采用全方位轮无法在农田行走，因此有必要根 据具体情况和应用要求，采用普通车轮，通过具体的运动切换机构来实现移动 机器人的全方位运动，即具备平动和零半径转动的运动能力。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种可变运动方式的全方位自主移动机器人行 走机构，使用四轮移动车体，设计出运动切换机构，可以根据需要改变移动机 器人的运动方式，使其具备平动和零半径转动的移动能力，实现全方位运动。为了达到上述目的，本技术采用的技术方案是包括四轮车体、前后两套结构相同的滚珠丝杠滑块机构、三组传动齿轮组和四组结构相同的车轮转 向连杆系；其中1) 所述的四轮车体:包括两个前车轮、两个后车轮和内装有控制部分的箱体， 两个前轮分别装有驱动部件，四个车轮的转轴均伸出箱体上端面外；2) 所述的前后两套结构相同的滚珠丝杠滑块机构包括丝杠轴、滚珠丝杠滑块及滚珠丝杠导轨，箱体的上端面前、后车轮转轴间分别安装有第一端板，前、 后两电磁铁箱分别与前、后第一端板制成一体，前、后两块电磁铁分别安装在 电磁铁箱内，且在前、后两电磁铁箱内还安装有移动轴的位置检测装置，在第 一端板的内侧分别安装有第二端板，两根滚珠丝杠导轨的两端安装在第一端板 上，位于两根滚珠丝杠导轨间的丝杠轴的两端安装在第二端板上，前、后端的 滚珠丝杠滑块安装在两根滚珠丝杠导轨和丝杠轴中，分别在前、后两滚珠丝杠 滑块靠近第二端板的一侧上安装两套锁紧继电器；3) 所述的三组传动齿轮组第一组移动轴后车轮部分装有第一圆柱齿轮和 第二圆柱齿轮，中间轴后车轮部分装有第三圆柱齿轮和第一圆锥齿轮，后轮滚 珠丝杠滑块的转轴装有第二圆锥齿轮；第二组移动轴前轮部分装有第一圆柱 齿轮，中间轴前轮部分装第三圆柱齿轮和第一圆锥齿轮，前轮滚珠丝杠滑块的 转轴装有第二圆锥齿轮；第三组移动轴上中间部分装有第四圆柱齿轮和宽蜗 轮、中间轴上中间部分装有第五圆柱齿轮及丝杠轴中间部分装有第六圆柱齿轮； 转向电机轴上的蜗杆与宽蜗轮的啮合；4) 所述的四组结构相同的车轮转向连杆系包括曲柄摇杆四杆机构，两前车 轮与两后车轮的连杆和车轮转杆分别共用前、后两个曲柄转动杆，且两个两个曲柄转动杆的回转中心分别位于滚珠丝杠滑块机构中前、后两个滚珠丝杠滑块 的中心轴上，四根车轮转杆的一端分别接车轮转轴；所述的两个前轮的驱动部件由编码器、伺服电机、行星齿轮减速箱和同步 带传动装置组成的标准部件。本技术具有的有益效果是根据农田作业移动机器人的具体情况和设 计要求，使用三台电机即可完成双前轮差速式驱动及三种运动方式的切换，使 用普通四轮移动车体实现移动机器人的全方位移动的目的。不仅减少了电机的 使用数量，通过具体的机构来实现运动方式的变化，减少对软件编程的要求； 而且在满足了设计要求的同时，也保证具有可靠的运动特性。附图说明图1是全方位移动机器人行走机构整体三维设计图。图2是图1中A的局部放大图。 图3是图1的B的局部放大图。 图4是图3中A-A锁紧继电器28的局部剖视图。图5是正常行走且后轮导向运动方式下的齿轮啮合关系及相关部件的位置关系图。图6是零半径转动运动方式下的齿轮啮合关系及相关部件的位置关系图。 图7是平动运动方式下的齿轮啮合关系及相关部件的位置关系图。 图8是正常行走且后轮导向运动方式示意图。 图9是零半径转动运动方式示意图。 图IO是平动运动方式示意图。图11是采用本技术的全方位移动机器人运动方式变化示意图。注图5、图6、图7以正视图a、俯视图b、立体图c三种形式反映了在不 同运动情况下齿轮间位置及啮合关系的。图中1、圆柱齿轮，2、圆柱齿轮，3、圆柱齿轮，4、圆锥齿轮，5、圆锥 齿轮，6、丝杠轴，7、中间轴，8、移动轴，9、圆柱齿轮，10、圆柱齿轮，11、 圆柱齿轮，12、宽蜗轮，13、蜗杆，14、曲柄转动杆，15、转向电机，16、滑 块，17转轴，18、滚珠丝杠导轨，19、连杆，20、车轮转杆，21、编码器，22、 驱动电机，23、行星齿轮减速箱，24、同步带传动装置，25、车轮，26、电磁 铁，27、电磁铁，28、锁紧继电器，29、端板，30、端板。具体实施方式以下结合附图和实施对本技术作进一步的描述。如图l、 2、 3、 4所示，本技术包括四轮车体、前后两套结构相同的滚 珠丝杠滑块机构、三组传动齿轮组和四组结构相同的车轮转向连杆系；其中1) 所述的四轮车体包括两个前车轮25、两个后车轮25和内装有控制部分 的箱体，两个前轮分别装有驱动部件，四个车轮的转轴均伸出箱体上端面外；2) 所述的前后两套结构相同的滚珠丝杠滑块机构包括丝杠轴6、'滚珠丝杠 滑块16及滚珠丝杠导轨18，箱体的上端面前、后车轮转轴间分别安装有第一端 板30，前、后两电磁铁箱分别与前、后第一端板30制成一体，前、后两块电磁 铁27、 26分别安装在电磁铁箱内，且在前、后两电磁铁箱内还安装有移动轴8 的位置检测装置，在第一端板30的内侧分别安装有第二端板29，两根滚珠丝杠 导轨18的两端安装在第一端板30上，位于两根滚珠丝杠导轨18间的丝杠轴6 的两端安装在第二端板29上，前、后端的滚珠丝杠滑16安装在两根滚珠丝杠 导轨18和丝杠轴6中，分别在前、后两滚珠丝杠滑块16靠近第二端板的一侧 上安装两套锁紧继电器28;3) 所述的三组传动齿轮组第一组移动轴8后车轮部分装有第一圆柱齿轮1和第二圆柱齿轮2，中间轴7后车轮部分装有第三圆柱齿轮3和第一圆锥齿轮 4，后轮滚珠丝杠滑块16的转轴17装有第二圆锥齿轮5;第二组移动轴8前 轮部分装有第一圆柱齿轮1，中间轴7前轮部分装第三圆柱齿轮3和第一圆锥齿 轮4，前轮滚珠丝杠滑块16的转轴17装有第二圆锥齿轮5;第三组移动轴8 上中间部分装有第四本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可变运动方式的全方位自主移动机器人行走机构，其特征在于包括四轮车体、前后两套结构相同的滚珠丝杠滑块机构、三组传动齿轮组和四组结构相同的车轮转向连杆系；其中１）所述的四轮车体：包括两个前车轮（２５）、两个后车轮（２５）和内装有控制 部分的箱体，两个前轮分别装有驱动部件，四个车轮的转轴均伸出箱体上端面外；２）所述的前后两套结构相同的滚珠丝杠滑块机构：包括丝杠轴（６）、滚珠丝杠滑块（１６）及滚珠丝杠导轨（１８），箱体的上端面前、后车轮转轴间分别安装有第一端板（３０ ），前、后两电磁铁箱分别与前、后第一端板（３０）制成一体，前、后两块电磁铁（２７、２６）分别安装在电磁铁箱内，且在前、后两电磁铁箱内还安装有移动轴（８）的位置检测装置，在第一端板（３０）的内侧分别安装有第二端板（２９），两根滚珠丝杠导轨（１８）的两端安装在第一端板（３０）上，位于两根滚珠丝杠导轨（１８）间的丝杠轴（６）的两端安装在第二端板（２９）上，前、后端的滚珠丝杠滑块（１６）安装在两根滚珠丝杠导轨（１８）和丝杠轴（６）中，分别在前、后两滚珠丝杠滑块（１６）靠近第二端板的一侧上安装两套锁紧继电器（２８）；３）所述的三组传动齿轮组：第一组：移动轴（８）后车轮部分装有第一圆柱齿轮（１）和第二圆柱齿轮（２），中间轴（７）后车轮部分装有第三圆柱齿轮（３）和第一圆锥齿轮（４），后轮滚珠丝杠滑块（１６）的转轴（１ ７）装有第二圆锥齿轮（５）；第二组：移动轴（８）前轮部分装有第一圆柱齿轮（１），中间轴（７）前轮部分装第三圆柱齿轮（３）和第一圆锥齿轮（４），前轮滚珠丝杠滑块（１６）的转轴（１７）装有第二圆锥齿轮（５）；第三组：移动轴（８）上中间部分装有第四圆柱齿轮（１１）和宽蜗轮（１２）、中间轴（７）上中间部分装有第五圆柱齿轮（９）及丝杠轴（６）中间部分装有第六圆柱齿轮（１０）；转向电机（１５）轴上的蜗杆（１３）与宽蜗轮（１２）的啮合；４）所述的四组结构相同的车轮转向连杆系：包括曲 柄摇杆四杆机构，两前车轮与两后车轮的连杆（１９）和车轮转杆（２０）分别共用前、后两个曲柄转动杆（１４），且两个两个曲柄转动杆（１４）的回转中心分别位于滚珠丝杠滑块（１６）机构中前、后两个滚珠丝杠滑块（１６）的中心轴上，四根车轮转杆（２０）的一端分别接车轮转轴；。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：武传宇，肖琳，李秦川，胡旭东，应义斌，蒋焕煜，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：实用新型
国别省市：86[中国|杭州]