CN104875801A - 双棘轮式可伸缩的越障支臂及越障机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双棘轮式可伸缩的越障支臂及越障机器人，其中双棘轮式可伸缩的越障支臂包括间隙配合的伸缩支臂与支臂体；支臂体上固定有后行走轮，后行走轮的轴向串联有动力输出轴；伸缩支臂上固定前行走轮，前行走轮的轴向串联有传动轴；越障履带套合在后行走轮和前行走轮上；支臂体上固定有涨紧轮机构；支臂体上靠近伸缩支臂一端固定有双棘轮机构；双棘轮机构在电机编码器的控制下，带动齿条左右运动；齿条一端与伸缩支臂相连，另一端与凸轮相连；凸轮与涨紧轮机构相切配合；齿条左右运动带动凸轮左右运动和伸缩支臂伸缩滑动；凸轮运动使得涨紧轮机构沿着凸轮上下滑动，最终达到越障履带松弛和收紧来配合伸缩支臂伸缩滑动。

Description

双棘轮式可伸缩的越障支臂及越障机器人

技术领域

本发明属于先进制造与自动化技术领域，尤其涉及一种双棘轮式可伸缩的越障支臂及越障机器人。

背景技术

随着越来越多的机器人投入到野外复杂环境的工作中，如何提高其对复杂环境的适应能力，成为衡量机器人性能的重要指标。目前市面上的越障机器人大多采用在支臂上添加越障履带，通过履带的攀爬，翻越障碍，其越障高度由机器人支臂的长度来决定；而此类机器人的支臂长度受到机器人整体尺寸和重量的影响，往往不能做到很长，并且长度是固定的，灵活性与可操作性差。

发明内容

为了解决现有技术的缺点，本发明提供一种双棘轮式可伸缩的越障支臂及越障机器人，该双棘轮式可伸缩的越障支臂具有在复杂环境使用时可以任意改变支臂长度的功能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种双棘轮式可伸缩的越障支臂，包括支臂体和伸缩支臂，所述伸缩支臂与支臂体间隙配合；

所述支臂体的支架上固定有后行走轮，所述后行走轮的轴向串联有一动力输出轴；

所述伸缩支臂的支架上固定前行走轮，所述前行走轮的轴向串联有一传动轴；

越障履带，其套合在所述后行走轮和前行走轮上；所述动力输出轴带动后行走轮转动，后行走轮通过越障履带带动前行走轮转动；

所述支臂体上固定有涨紧轮机构；所述支臂体上靠近伸缩支臂的一端固定有双棘轮机构；

所述双棘轮机构在驱动控制下，带动齿条左右运动；所述齿条一端与伸缩支臂相连，齿条另一端与凸轮相连；所述凸轮与涨紧轮机构相切配合；齿条左右运动带动凸轮左右运动和伸缩支臂在支臂体的体腔内伸缩滑动；凸轮左右运动使得涨紧轮机构沿着凸轮上下滑动，最终使得越障履带松弛和收紧来配合伸缩支臂伸缩滑动。

所述双棘轮机构，包括一正向棘轮和一反向棘轮，所述正向棘轮和反向棘轮大小一致；所述正向棘轮和反向棘轮的轴向串接有电机传动轴，所述正向棘轮和反向棘轮与电机传动轴之间设有间隔套，所述电机传动轴的两端分别设有轴向端盖；所述轴向端盖上设有定位螺钉。

所述正向棘轮上通过销轴连接有若干正向棘轮棘爪，每个所述正向棘轮棘爪与正向棘轮之间连接有一棘轮预紧弹簧；所述反向棘轮上通过销轴连接有若干反向棘轮棘爪，每个所述反向棘轮棘爪与反向棘轮之间连接有一棘轮预紧弹簧。

所述双棘轮机构顺时针转动时，在棘轮预紧弹簧的推动下，正向棘轮棘爪向外翻出，且扣合齿条使齿条向左平移，同时反向棘轮棘爪顺时针转动，齿条压紧反向棘轮棘爪使其贴附在所述反向棘轮上；

所述双棘轮机构逆时针转动时，在棘轮预紧弹簧的推动下，反向棘轮棘爪向外翻出，且扣合齿条使齿条向右平移，同时正向棘轮棘爪逆时针转动，齿条压紧反向棘轮棘爪使其贴附在所述正向棘轮上；齿条运动并带动与齿条相连的伸缩支臂前后移动。

当齿条发生意外移动时，所述正向棘轮棘爪和反向棘轮棘爪在棘轮预紧弹簧的推动下均向外翻出，此时双棘轮机构通过电机传动轴相连的电机的自锁功能保持锁死状态，正向棘轮棘爪和反向棘轮棘爪将卡死齿条，使齿条无法移动。

所述涨紧轮机构，包括底座，所述底座上穿有一滑动杆体，所述滑动杆体与底座可以相互滑动；所述滑动杆体上端有一固定块；在底座与固定块之间有一涨紧预紧弹簧，涨紧预紧弹簧套设在滑动杆体上；所述固定块的两侧分别设有一轴侧涨紧轮和一孔侧涨紧轮；所述轴侧涨紧轮上有一横轴，横轴两端各有一个轴承；所述孔侧涨紧轮穿在所述横轴上；所述横轴端口设有轴向端盖，所述轴向端盖上设有定位螺钉。

所述孔侧涨紧轮和轴侧涨紧轮均与凸轮相切配合；在凸轮和涨紧预紧弹簧的作用下，所述孔侧涨紧轮和轴侧涨紧轮沿着凸轮做上下滑动。

所述孔侧涨紧轮和轴侧涨紧轮上下滑动运动幅度由凸轮轮廓决定。

所述支臂体、伸缩支臂和凸轮均为硬铝材料制成。

所述孔侧涨紧轮和轴侧涨紧轮均为硬铝材料制成。

一种越障机器人设有上述的双棘轮式可伸缩的越障支臂。

本发明中规定：当正向棘轮顺时针转动时，定义为双棘轮机构顺时针转动；当正向棘轮逆时针转动时，定义为双棘轮机构逆时针转动。

本发明的有益效果为：

(1)本发明所采用的双棘轮机构巧妙的解决了齿条传动无法定位锁死的问题，构思新颖、结构可靠；

(2)本发明所采用的凸轮机构与涨紧轮机构结构简单，制造方便，安全可靠；

(3)本发明所设计的支臂可伸缩变换长度，对复杂环境适应力强。

(4)通过更换不同长度的伸缩支臂及不同大小的涨紧轮，可以容易达到调整支臂总长的目的。

附图说明

图1是可伸缩越障支臂的结构示意图；

图2是双棘轮机构的结构示意图；

图3是双棘轮机构运动示意图；

图4a)是涨紧轮机构结构示意图；

图4b)是涨紧轮机构结构前视图。

其中，1支臂体、2伸缩支臂、3涨紧轮机构、4双棘轮机构、5动力输出轴、6凸轮、71后行走轮、72前行走轮、8传动轴、9越障履带、10齿条、101正向棘轮、102反向棘轮、111正向棘轮棘爪、112反向棘轮棘爪、12销轴、13棘轮预紧弹簧、14间隔套、15电机传动轴、16轴向端盖、17定位螺钉、18底座、19孔侧涨紧轮、20固定块、21滑动杆体、22涨紧预紧弹簧、23轴侧涨紧轮、24轴承。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

如图1所示，一种双棘轮式可伸缩的越障支臂，包括支臂体1和伸缩支臂2，所述伸缩支臂2与支臂体1间隙配合；所述支臂体1的支架上固定有后行走轮71，所述后行走轮71的轴向串联有一动力输出轴5；所述伸缩支臂2的支架上固定前行走轮72，所述前行走轮72的轴向串联有一传动轴8；越障履带9，其套合在所述后行走轮71和前行走轮72上；所述动力输出轴5带动后行走轮71转动，后行走轮71通过越障履带9带动前行走轮72转动；所述支臂体1上固定涨紧轮机构3；所述支臂体1上靠近伸缩支臂2的一端固定有双棘轮机构4；

所述双棘轮机构4在驱动控制下，带动齿条10左右运动；所述齿条10一端与伸缩支臂2相连，齿条10另一端与凸轮6相连；所述凸轮6与涨紧轮机构3相切配合；齿条10左右运动带动凸轮6左右运动和伸缩支臂2在支臂体1的体腔内伸缩滑动；凸轮6左右运动使得涨紧轮机构3沿着凸轮6上下滑动，最终使得越障履带9松弛和收紧来配合伸缩支臂2伸缩滑动。

如图2所示，双棘轮机构4包括一正向棘轮101和一反向棘轮102，所述正向棘轮101和反向棘轮102大小一致；所述正向棘轮101和反向棘轮102的轴向串接有电机传动轴15，所述正向棘轮101和反向棘轮102与电机传动轴15之间设有间隔套14，所述电机传动轴15的两端分别设有轴向端盖16；所述轴向端盖16上设有定位螺钉17。

所述正向棘轮101上通过销轴12连接有若干正向棘轮棘爪111，每个所述正向棘轮棘爪111与正向棘轮101之间连接有一棘轮预紧弹簧13；所述反向棘轮1012上通过销轴12连接有若干反向棘轮棘爪112，每个所述反向棘轮棘爪112与反向棘轮102之间连接有一棘轮预紧弹簧13。

如图3所示，双棘轮机构4顺时针转动时，在棘轮预紧弹簧13的推动下，正向棘轮棘爪111向外翻出，所述正向棘轮棘爪111扣合齿条10使齿条10向左平移，同时反向棘轮棘爪112顺时针转动，齿条10压紧反向棘轮棘爪112使其贴附在所述反向棘轮102上；

双棘轮机构4逆时针转动时，在棘轮预紧弹簧13的推动下，反向棘轮棘爪112向外翻出，所述反向棘轮棘爪112扣合齿条10使齿条10向右平移，同时正向棘轮棘爪112逆时针转动，齿条10压紧反向棘轮棘爪112使其贴附在所述正向棘轮101上；齿条10运动并带动与齿条10相连的伸缩支臂2前后移动。

当齿条10发生意外移动时，正向棘轮棘爪111和反向棘轮棘爪112在棘轮预紧弹簧13的推动下均向外翻出，此时双棘轮机构4通过电机传动轴15所连接的电机的自锁功能保持锁死状态，正向棘轮棘爪111和反向棘轮棘爪112将卡死齿条10，使齿条10无法移动。

如图4所示，涨紧轮机构3包括底座18，所述底座18上穿设有一滑动杆体21，所述滑动杆体21与底座18可以相互滑动；所述滑动杆体21上端有一固定块20；在底座18与固定块21之间有一涨紧预紧弹簧22，涨紧预紧弹簧22套设在滑动杆体21上；所述固定块20的两侧分别设有一轴侧涨紧轮23和一孔侧涨紧轮19。所述的轴侧涨紧轮23是带有一横轴的涨紧轮，横轴两端分别设有轴承24，轴承24外沿套合在固定块20内孔上；所述的横轴端口设有轴向端盖16，所述轴向端盖16上设有定位螺钉17。

所述孔侧涨紧轮19和轴侧涨紧轮23均与凸轮6相切配合；在凸轮6和涨紧预紧弹簧22的作用下，所述孔侧涨紧轮19和轴侧涨紧轮23沿着凸轮6做上下滑动。

所述孔侧涨紧轮19和轴侧涨紧轮23上下滑动运动幅度由凸轮6轮廓决定。

所述支臂体1、伸缩支臂2和凸轮6均为硬铝材料制成，在保证结构强度的前提下，极大的降低了整体重量，提高了续航能力。

一种越障机器人设有上述的双棘轮式可伸缩的越障支臂。

本发明的工作原理为：

(1)当正向棘轮101顺时针转动时，定义为双棘轮机构4顺时针转动；当正向棘轮101逆时针转动时，定义为双棘轮机构4逆时针转动。

(2)在正常行驶状态下，双棘轮机构4逆时针转动使齿条10向内移动将凸轮6推到最内侧，则与凸轮6相切配合的孔侧涨紧轮19和轴侧涨紧轮23在凸轮6的作用下，上升到最高位；此时越障履带9处于最短行程的长度状态。同时，在齿条10的带动下，伸缩支臂2收回到支臂体1的最内侧，此时支臂整体长度处于最短状态来进行一般的越障及行走动作。

(3)当遇到比正常状态高的障碍时，双棘轮机构4逆时针转动使齿条10向外移动将凸轮6推到最外侧，则与凸轮6相切配合的孔侧涨紧轮19和轴侧涨紧轮23在凸轮6及涨紧预紧弹簧22的共同作用下，收回到支臂体1内，越障履带9开始变松弛，为支臂伸长预留空间；同时，将与齿条10相连的伸缩支臂2向外推出，在电机编码器的控制下，到达需要的长度；

当孔侧涨紧轮19和轴侧涨紧轮23下降到最低位时，越障履带9处于最长形成的长度状态；同时，在齿条10的带动下，伸缩支臂2伸出到支臂体1的最外侧，此时支臂整体长度处于最长状态。

(4)当越障完成后，双棘轮机构4顺时针转动，将凸轮6向孔侧涨紧轮19和轴侧涨紧轮23内推进，孔侧涨紧轮19和轴侧涨紧轮23在凸轮6的作用下向外顶出，收缩越障履带9；同时将伸缩支臂2向支臂体1内拉入，最终到达收紧位置。此过程与伸长支臂为逆过程。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种双棘轮式可伸缩的越障支臂，其特征在于，包括支臂体和伸缩支臂，所述伸缩支臂与支臂体间隙配合；

所述支臂体的支架上固定有后行走轮，所述后行走轮的轴向串联有一动力输出轴；

所述伸缩支臂的支架上固定前行走轮，所述前行走轮的轴向串联有一传动轴；

越障履带，其套合在所述后行走轮和前行走轮上；所述动力输出轴带动后行走轮转动，后行走轮通过越障履带带动前行走轮转动；

所述支臂体上固定有涨紧轮机构；所述支臂体上靠近伸缩支臂的一端固定有双棘轮机构；

所述双棘轮机构在驱动控制下，带动齿条左右运动；所述齿条一端与伸缩支臂相连，齿条另一端与凸轮相连；所述凸轮与涨紧轮机构相切配合；齿条左右运动带动凸轮左右运动和伸缩支臂在支臂体的体腔内伸缩滑动；凸轮左右运动使得涨紧轮机构沿着凸轮上下滑动，最终使得越障履带松弛和收紧来配合伸缩支臂伸缩滑动。

2.如权利要求1所述的一种双棘轮式可伸缩的越障支臂，其特征在于，所述双棘轮机构，包括一正向棘轮和一反向棘轮，所述正向棘轮和反向棘轮大小一致；所述正向棘轮和反向棘轮的轴向串接有电机传动轴，所述正向棘轮和反向棘轮与电机传动轴之间设有间隔套，所述电机传动轴的两端分别设有轴向端盖；所述轴向端盖上设有定位螺钉。

3.如权利要求2所述的一种双棘轮式可伸缩的越障支臂，其特征在于，所述正向棘轮上通过销轴连接有若干正向棘轮棘爪，每个所述正向棘轮棘爪与正向棘轮之间连接有一棘轮预紧弹簧；所述反向棘轮上通过销轴连接有若干反向棘轮棘爪，每个所述反向棘轮棘爪与反向棘轮之间连接有一棘轮预紧弹簧。

4.如权利要求3所述的一种双棘轮式可伸缩的越障支臂，其特征在于，所述双棘轮机构顺时针转动时，在棘轮预紧弹簧的推动下，正向棘轮棘爪向外翻出，且扣合齿条使齿条向左平移，同时反向棘轮棘爪顺时针转动，齿条压紧反向棘轮棘爪使其贴附在所述反向棘轮上；

所述双棘轮机构逆时针转动时，在棘轮预紧弹簧的推动下，反向棘轮棘爪向外翻出，且扣合齿条使齿条向右平移，同时正向棘轮棘爪逆时针转动，齿条压紧反向棘轮棘爪使其贴附在所述正向棘轮上；齿条运动并带动与齿条相连的伸缩支臂前后移动。

5.如权利要求3所述的一种双棘轮式可伸缩的越障支臂，其特征在于，当齿条发生意外移动时，所述正向棘轮棘爪和反向棘轮棘爪在棘轮预紧弹簧的推动下均向外翻出，此时双棘轮机构通过电机传动轴所连接的电机的自锁功能保持锁死状态，正向棘轮棘爪和反向棘轮棘爪将卡死齿条，使齿条无法移动。

6.如权利要求1所述的一种双棘轮式可伸缩的越障支臂，其特征在于，所述涨紧轮机构，包括底座，所述底座上穿有一滑动杆体，所述滑动杆体与底座可以相互滑动；所述滑动杆体上端有一固定块；在底座与固定块之间有一涨紧预紧弹簧，涨紧预紧弹簧套设在滑动杆体上；所述固定块的两侧分别设有一轴侧涨紧轮和一孔侧涨紧轮；所述轴侧涨紧轮上有一横轴，横轴两端各有一个轴承；所述孔侧涨紧轮穿在所述横轴上；所述横轴端口设有轴向端盖，所述轴向端盖上设有定位螺钉。

7.如权利要求6所述的一种双棘轮式可伸缩的越障支臂，其特征在于，所述孔侧涨紧轮和轴侧涨紧轮均与凸轮相切配合；在凸轮和涨紧预紧弹簧的作用下，所述孔侧涨紧轮和轴侧涨紧轮沿着凸轮做上下滑动。

8.如权利要求7所述的一种双棘轮式可伸缩的越障支臂，其特征在于，所述孔侧涨紧轮和轴侧涨紧轮上下滑动运动幅度由凸轮轮廓决定。

9.如权利要求1所述的一种双棘轮式可伸缩的越障支臂，其特征在于，所述支臂体、伸缩支臂和凸轮均为硬铝材料制成。

10.一种越障机器人，其特征在于，所述越障机器人设有如权利要求1-9所述的双棘轮式可伸缩的越障支臂。