一种全地形高度主动升降式全向驱动轮机构制造技术

本实用新型专利技术涉及一种全地形高度主动升降式全向驱动轮机构，由主体、驱动组件、转向组件、减震组件、主动升降组件、轮系组件组成，所述转向组件、减震组件安装于主体上，主体底部安装固定有轮系组件，轮系组件分别与驱动组件、主动升降组件连接。本实用新型专利技术大大简化了驱动轮结构的复杂度，提高了驱动轮集成度、控制精度，降低了驱动轮重量、动力响应速度；通过自身高度升降模块，实现了驱动轮相对平台的高度调节，从而明显提升了驱动轮避震性能和越障通过性能，同时也提升了移动平台的跨越性能，而且还实现系统的路面路况感知功能，大大提升了系统的智能化程度。

An All-Terrain Height Active Lifting All-Directional Driving Wheel Mechanism

【技术实现步骤摘要】
一种全地形高度主动升降式全向驱动轮机构
本技术属于驱动装置
，具体涉及一种全地形高度主动升降式全向驱动轮机构。
技术介绍
全向移动平台是指能够沿XY两方向运动，且可实现原地旋转的平台，具有转向空间小、机动灵活性好、操控方便、运动平稳等优点，为电商物流、工厂物料搬运、军事排爆和家庭服务等行业提供了一个完美的解决方案。全向移动平台因其具有在不改变自身姿态的前提下向任意方向运动的能力，即具有在平面上3个或者3个以上的运动自由度，运动灵活性更高，非常适合在狭窄或空间受限的区域运行。目前实现轮系全向运动通常所采用的全向移动机构有球轮、麦克纳母轮、万向轮或是基于它们的变形产品。对于提高轮系或附属的移动平台高度升降方面，主要依赖于关节状的伸缩机构。Ⅰ.全向移动平台驱动形式上，主要有球轮、麦克纳母轮和全向轮等方案。(1)球轮结构技术方案例如申请号为201110421107.X的专利“基于球轮全向驱动的运动平台”，涉及一种能够自主运动的智能运动平台，特别涉及一种通过控制三个球轮的运动从而实现平台整体的全向运动的机构，属于电机驱动、传感器测距、无线通讯和自动控制
；具体包括三套同样的球轮驱动机械结构和三个电机驱动器、环境感知系统和平台控制系统；平台主控制模块处理得出控制指令，发给电机驱动器控制模块，球轮在驱动电机的控制下滚动，实现平台的运动。该专利技术基于球体滚动的全向性原理，可实现人工操控与自主运行两种工作模式，以及单平台运行和多平台运行方式，具有体积小，平衡性好，运动行为表现力突出，快速机动和全向运动性的特点。相似的还有申请号为201280035387.3的专利“全向运动平台”等。球形轮一般采用磁性或其它方式，对球轮进行完全控制，从而实现轮子在XY方向上全向运动。但是球形轮控制起来较难，实际使用中很少采用，目前较多的存在于概念产品中，例如奥迪的球形轮胎机构等。(2)麦克纳母轮结构技术方案申请号为201611060832.8的专利公布了“一种全向移动平台”，包括车体框架、摆动组件、摆动车桥以及减震器，所述摆动组件固定在车体框架底部，所述摆动车桥通过所述摆动组件可相对所述车体框架底部上下摆动的安装在所述车体框架上；所述摆动车桥包括与所述摆动组件连接的中间部分和位于中间部分两侧的摆臂，所述中间部分与所述摆动组件连接，所述摆臂远离所述中间部分的端部安装有车轮；所示减震器一端与所述车体框架连接，另一端与所述摆臂连接。该移动平台，在地面不平的情况下，也能够使得全向移动平台平稳作业，同时使用寿命较长。相似的，还有申请号为201620216799.2的专利公布了“一种全向移动平台的独立悬挂机构”，包括麦克纳姆轮、过渡轴组件、法兰安装基板、导轨滑块、悬挂安装基板、油气混合弹簧安装座和油气混合弹簧。本专利技术通过采用油气混合弹簧和导轨滑块，可以根据地面的不平整性，调整麦克纳姆轮的高度，从而时刻保证麦克纳姆轮都可以与地面充分接触，使得所有的麦克纳姆轮受力均匀，确保平稳运行，可以让麦克纳姆轮更好的适应地面的不平整性，通过采用油气混合弹簧，可自适应调整麦克纳姆轮离地高度，结构简单，系统稳定，便于维护。麦克纳母轮因其设计和控制都较简单，在全向移动产品中使用较为广泛。但是因为它与地面的接触点不连续，而且只有一个可控运动自由度，导致运行中会引起打滑和噪音，造成运动效率低。由于正交轮在运动过程中两个轮子是交替接触地面的，这就导致在运动过程中每个轮子所承受的压力变化大，从而影响与地面接触的摩擦力，影响轮子转动速度，不能保证车体运动速度的平稳性；此外麦克纳姆轮的滚子之间存在间隙，容易产生振动或打滑，导致能量损失严重，造成车体不稳定，无法保证位置精确度，而且这种轮子对加工设计有很高要求，从而导致使用成本高。(3)万向轮结构技术方案该类方案中，一般采用将驱动电机直接安装在驱动轮轮毂上以简化结构。例如申请号为201310019276.X的专利公布了“一种全向转向可升降的农用遥控移动机器人平台”，涉及全向转向可升降的农用遥控移动机器人平台。该平台由全向转向机构、液压升降系统、车架台、车载电子设备、行走机构组成。全向转向装置由伺服电机驱动，通过小齿轮、大齿轮，将动力传给转向套，然后传递给车轮支架和轮毂电机式车轮，实现全向转向。其优点是：驱动电机和液压升降独立运动，可实现360度原地回转的同时调整车身的高度，以适应不同高度的农作物和地形环境；转向时转向阻力矩小，转向轻松灵活；采用轮毂电机车轮，电机和车轮一体，简化了平台结构。相似的还有申请号为201510206463.8专利公布的“一种全向移动平台”，申请号为201510299730.0公布的“一种具有全向运动的运输车”，申请号为201610300370.6公布的“全向移动平台及其舵轮和驱动轮”，还有申请号为201711141193.2公布的“一种机电一体式新型全向结构轮装置”等。万向轮式的机构一般结构冗余复杂，可集成度差，由于存在驱动和转向电机，很难实现悬挂减震功能，无法实现全地形避震越障功能。更重要的是，目前万向轮方案中，一般采用将驱动电机直接安装在驱动轮轮毂上以简化结构，但同样会增加万向轮重量，不利于轮系减重提速、增加越障性能，同时也会带来能耗增加等弊端。而通过链条或传送带进行动力传输的方案中，存在动力延迟、扭矩传递间隙过大的缺点，机器人移动响应速度慢、精度低，不利于提高机器人运动灵活性、高机动性和高精度性。Ⅱ.全向移动平台升降方案上，主流的方案是通过电动推杆或液压系统实现高度升降功能。(1)电动推杆升降结构方案例如申请号为201510445274.6的专利公布了“一种火星探测车底盘”，包括车体、前摆臂，后摆臂，转向控制伺服电机、车轮驱动伺服电机，车轮，电动推杆，摄像机旋转平台等构成。六轮均可独立转向，独立驱动，在遇到障碍物，如大石块、地表沟壑时，可用电动推杆将前摆臂抬起，越过障碍物，然后后摆臂抬起，越过障碍物。本专利技术智能灵活，设计合理，可以适应各种地形的探测要求。(2)液压升降结构方案例如申请号为201310019276.X的专利公布了“一种全向转向可升降的农用遥控移动机器人平台”，由全向转向机构、液压升降系统、车架台、车载电子设备、行走机构组成。全向转向装置由伺服电机驱动，通过小齿轮、大齿轮，将动力传给转向套，然后传递给车轮支架和轮毂电机式车轮，实现全向转向，同时液压升降装置在液压驱动的作用下可升降平台。其优点是：驱动电机和液压升降独立运动，可实现360度原地回转的同时调整车身的高度，以适应不同高度的农作物和地形环境。目前，绝大多数全向移动平台上没有可升降机构，极少数农用移动平台上，一般依靠平台上自带的液压站实现平台高度的简单升降，从而实现避障等功能。但由于液压站，升降机构较复杂，不利于平台或全向移动平台的微型化。更重要的是，仅通过简单的将移动平台相对全向轮进行距离改变，本质上无法提高驱动轮的越障性能，而仅能提高平台的跨越能力。总的来说，目前尚未见结构精简、动力响应速度快、避震和越障性能强等集多种应用需求为一体的万向轮驱动相关机构或方案。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种全地形高度主动升降式全向驱动轮机构，解决目前全向轮驱动机构体积大、集成度低、无法实现驱动轮上端平台高度改变而存本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全地形高度主动升降式全向驱动轮机构，其特征在于，由主体、驱动组件、转向组件、减震组件、主动升降组件、轮系组件组成，所述转向组件、减震组件安装于主体上，主体底部安装固定有轮系组件，轮系组件分别与驱动组件、主动升降组件连接。

【技术特征摘要】
1.一种全地形高度主动升降式全向驱动轮机构，其特征在于，由主体、驱动组件、转向组件、减震组件、主动升降组件、轮系组件组成，所述转向组件、减震组件安装于主体上，主体底部安装固定有轮系组件，轮系组件分别与驱动组件、主动升降组件连接。2.如权利要求1所述的全地形高度主动升降式全向驱动轮机构，其特征在于，所述主体包括骨架和连接片，连接片固定于骨架上端面，骨架通过连接片支撑固定转向组件与减震组件，骨架侧面连接固定主动升降组件和驱动组件，下端侧面连接固定轮系组件。3.如权利要求1所述的全地形高度主动升降式全向驱动轮机构，其特征在于，所述驱动组件由驱动电机、伞形主齿轮、伞形从齿轮、驱动齿轮箱组成，驱动电机通过支架固定在轮系组件的侧面，驱动电机的转轴连接驱动齿轮箱的输入轴，驱动齿轮箱的输出轴连接伞形主齿轮，伞形主齿轮与伞形从齿轮啮合连接。4.如权利要求2所述的全地形高度主动升降式全向驱动轮机构，其特征在于，所述转向组件由转向电机、主传联轴器、副传联轴器、传动轴、传动轴主定位弹簧、传动轴副定位弹簧、转向主齿轮、转向副齿轮、转向支撑轴承、转向齿轮箱、转向连轴组成，转向电机安装在连接片的上端，转向电机的转轴连接转向齿轮箱的输入轴，转向齿轮箱的输出轴连接主传联轴器，主传联轴器通过传动轴连接副传联轴器，副传联轴器通过转向连轴连接转向主齿轮，转向主齿轮安装在转向齿轮箱的输出轴上，转向主齿轮与转向副齿轮啮合连接，转向副齿轮固定在连接片上端面处，转向副齿轮连接转向支撑轴承，传动轴主定位弹簧设置在传动轴与主传联轴器之间，传动轴副定位弹簧设置在传动轴与副传联轴器之间。5.如权利要求4所述的全地形高度主动升降式全向驱动轮机构，其特征在于，所述传动轴主定位弹簧的弹性系数大于传动轴副定位弹簧的弹性系数。6.如权利要求2所述的全地形高度主动升降式全向驱动轮机构，其特征在于，所述减震组件包括避震主滑筒、避震副滑筒、避震器，避震主滑筒的上端与连接片下端面连接并固定，避震主滑筒的下端插入避震副滑筒内，并能在避震副滑筒内上下滑动，避震副滑筒的下端与骨架上端面连接固定，减震器设置在...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭亭亭，赵炫弟，鲍威，段立夫，刘文涛，郑安，
申请(专利权)人：山东阿图机器人科技有限公司，
类型：新型
国别省市：山东,37