一种轮式越障机器人.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710628444.3 (22)申请日 2017.07.28 (71)申请人 嘉兴川页奇精密自动化机电有限公 司 地址 314000 浙江省嘉兴市秀洲区新农路 508号 (72)发明人 邱昌贤 (74)专利代理机构 北京翔瓯知识产权代理有限 公司 11480 代理人 王瑾 (51)Int.Cl. A61G 5/06(2006.01) A61G 5/10(2006.01) (54)发明名称 一种轮式越障机器人 (57)摘要 一种轮式越障机器人， 其伸缩支撑缸包括若 干依次套装。

2、且相互之间滑移配合的套筒， 套筒包 括上套筒、 若干中套筒、 下套筒， 上套筒上端设置 有安装框架； 套筒内设有剪叉式连杆机构， 剪叉 式连杆机构下端连接下套筒， 上端伸出上套筒， 并连接有驱使其伸缩的第一驱动传动机构， 第一 驱动传动机构安装在安装框架上， 安装框架与连 接件铰接。 其优点在于剪叉式连杆机构具有更好 的伸缩调整能力以及更快的伸缩调整速度， 同时 设置在相互套接滑移配合的套筒内， 两者结合， 既保证了伸缩幅度、 伸缩速度， 同时保证了强度 能力， 支撑更加稳定牢固， 使得爬梯越障机器人 越障能力更强， 而且越障时速度更快。 权利要求书2页 说明书5页 附图9页 CN 10730。

3、7950 A 2017.11.03 CN 107307950 A 1.一种轮式越障机器人， 包括机架 （4） 和设置在机架 （4） 上的行走系统、 座椅系统、 运载 平衡系统以及操作系统； 所述行走系统包括四组行走支撑脚 （1） ， 每组所述行走支撑脚 （1） 均包括伸缩支撑缸 （11） 、 第二驱动传动机构 （12） 以及连接件 （13） ； 四组行走支撑脚 （1） 分别 通过连接件 （13） 固定在机架 （4） 底部的四角位置， 所述伸缩支撑缸 （11） 的上端铰接在连接 件 （13） 上， 并通过第二驱动传动机构 （12） 构成伸缩支撑缸 （11） 沿其铰接端旋转的联动配 合； 其特征在。

4、于： 所述伸缩支撑缸 （11） 包括若干依次套装且相互之间滑移配合的套筒， 所述 套筒包括上套筒 （111） 、 若干中套筒、 下套筒 （112） ， 所述上套筒 （111） 上端设置有安装框架 （114） ； 所述套筒内设有剪叉式连杆机构 （113） ， 所述剪叉式连杆机构 （113） 下端连接下套筒 （112） ， 上端伸出上套筒 （111） ， 并连接有驱使其伸缩的第一驱动传动机构 （115） ， 所述第一 驱动传动机构 （115） 安装在安装框架 （114） 上， 所述安装框架 （114） 与连接件 （13） 铰接。 2.根据权利要求1所述的轮式越障机器人， 其特征在于： 所述剪叉式连。

5、杆机构 （113） 包 括若干剪叉单元， 每个剪叉单元包括交叉设置并铰接的第一铰接杆 （1131） 、 第二铰接杆 （1132） ， 相邻剪叉单元之间通过第一铰接杆 （1131） 、 第二铰接杆 （1132） 铰接连接； 所述第一 驱动传动机构 （115） 包括第一伺服电机 （1151） 、 第一丝杆 （1152） 、 第一直线轨道 （1153） 、 第 二直线轨道 （1154） 、 第一滑块 （1155） 、 两个第二滑块 （1156） ； 所述第一直线轨道 （1153） 、 第 二直线轨道 （1154） 固定在安装框架 （114） 上， ， 所述第一直线轨道 （1153） 沿伸缩方向布置，。

6、 所述第二直线轨道 （1154） 与第一直线轨道 （1153） 相垂直， 所述第一滑块 （1155） 与第一直线 轨道 （1153） 滑移配合， 并连接最上端的剪叉单元， 所述第二滑块 （1156） 与第二直线轨道 （1154） 滑移配合， 并分别与最上端的剪叉单元的第一铰接杆 （1131） 、 第二铰接杆 （1132） 的 端部铰接； 所述第一丝杆 （1152） 与第一直线轨道 （1153） 平行布置， 并穿过第一滑块 （1155） 与其螺纹配合， 所述第一伺服电机 （1151） 固定在安装框架 （114） 上， 并通过第一传动组件驱 动连接第一丝杆 （1152） 。 3.根据权利要求1所述。

7、的轮式越障机器人， 其特征在于： 所述剪叉式连杆机构 （113） 与 下套筒 （112） 之间设有弹性缓冲件。 4.根据权利要求1所述的轮式越障机器人， 其特征在于： 所述伸缩支撑缸 （11） 底部还设 有行走轮机构 （116） ， 所述行走轮机构 （116） 包括支撑架 （1161） 、 滚轮 （1162） 、 第二伺服电机 （1163） ， 所述支撑架 （1161） 固定在下套筒 （112） 底部， 所述滚轮 （1162） 通过转轴可旋转地安 装在支撑架 （1161） 上， 所述第二伺服电机 （1163） 通过第二传动组件驱动连接转轴， 带动滚 轮 （1162） 同步旋转。 5.根据权利要。

8、求1所述的轮式越障机器人， 其特征在于： 所述第二驱动传动机构 （12） 包 括第三伺服电机 （121） 、 曲型齿条 （122） 、 第一传动齿轮 （123） ， 所述曲型齿条 （122） 固定安装 在安装框架 （114） 外侧， 所述第三伺服电机 （121） 通过第三传动组件驱动连接第一传动齿轮 （123） ， 所述第一传动齿轮 （123） 与曲型齿条 （122） 相啮合。 6.根据权利要求1所述的轮式越障机器人， 其特征在于： 所述运载平衡系统 （3） 包括第 三直线轨道 （31） 、 安装架 （32） 、 配重组件 （33） ； 所述第三直线轨道 （31） 固定安装在机架 （4） 底部。

9、， 并沿前后方向布置， 所述配重组件 （33） 安装在安装架 （32） 上， 所述安装架 （32） 与第三 直线轨道 （31） 滑移配合， 并通过第三驱动传动机构 （34） 驱使构成沿第三直线轨道 （31） 的往 复滑移动作。 7.根据权利要求6所述的轮式越障机器人， 其特征在于： 所述第三驱动传动机构 （34） 包 权 利 要 求 书 1/2 页 2 CN 107307950 A 2 括直线齿条 （341） 、 第四伺服电机 （342） ， 所述直线齿条 （341） 与第三直线轨道 （31） 平行布 置， 所述第四伺服电机 （342） 固定安装在安装架 （32） ， 其输出端连接有第二传动齿。

10、轮 （343） ， 所述第二传动齿轮 （343） 与直线齿条 （341） 相啮合。 8.根据权利要求7所述的轮式越障机器人， 其特征在于： 所述第三直线轨道 （31） 、 安装 架 （32） 、 配重组件 （33） 、 第三驱动传动机构 （34） 均设有2组， 并沿机架 （4） 底部中心线对称布 置。 9.根据权利要求7所述的轮式越障机器人， 其特征在于： 所述配重组件 （33） 为配重块。 10.根据权利要求7所述的轮式越障机器人， 其特征在于： 所述配重组件 （33） 为伸缩支 撑缸。 权 利 要 求 书 2/2 页 3 CN 107307950 A 3 一种轮式越障机器人 技术领域 00。

11、01 本发明涉及一种轮椅机器人,具体涉及一种轮式越障机器人。 背景技术 0002 轮椅是肢体伤残或行动不便者的代步工具， 但是常规轮椅适应能力、 机动性都比 较差， 如果碰到如上下坡、 楼梯、 障碍物等复杂路况时， 轮椅将难以通过。 0003 因此， 急需开发一种适应能力强、 灵活机动性好， 而且能够通过各种复杂路况的越 障轮椅。 0004 申请人曾发明创造了一种越障轮椅， 并申请了发明专利， 通过第一驱动传动机构 实现第一脚与第二脚行走间相互转化， 前后摆动， 通过第二驱动传动机构实现第一脚与第 二脚的伸缩变化， 从而很方便的实现障碍物跨越， 适应各种路况。 0005 但是上述越障轮椅行走脚。

12、伸缩幅度小， 越障能力弱， 同时需要借助第一脚与第二 脚的相互配合实现， 结构比较复杂， 而且重量重， 运输困难。 发明内容 0006 为了克服背景技术的不足， 本发明提供。 0007 本发明所采用的技术方案： 一种轮式越障机器人， 包括机架和设置在机架上的行 走系统、 座椅系统、 运载平衡系统以及操作系统； 所述行走系统包括四组行走支撑脚， 每组 所述行走支撑脚均包括伸缩支撑缸、 第二驱动传动机构以及连接件； 四组行走支撑脚分别 通过连接件固定在机架底部的四角位置， 所述伸缩支撑缸的上端铰接在连接件上， 并通过 第二驱动传动机构构成伸缩支撑缸沿其铰接端旋转的联动配合； 所述伸缩支撑缸包括若干。

13、 依次套装且相互之间滑移配合的套筒， 所述套筒包括上套筒、 若干中套筒、 下套筒， 所述上 套筒上端设置有安装框架； 所述套筒内设有剪叉式连杆机构， 所述剪叉式连杆机构下端连 接下套筒， 上端伸出上套筒， 并连接有驱使其伸缩的第一驱动传动机构， 所述第一驱动传动 机构安装在安装框架上， 所述安装框架与连接件铰接。 0008 所述剪叉式连杆机构包括若干剪叉单元， 每个剪叉单元包括交叉设置并铰接的第 一铰接杆、 第二铰接杆， 相邻剪叉单元之间通过第一铰接杆、 第二铰接杆铰接连接； 所述第 一驱动传动机构包括第一伺服电机、 第一丝杆、 第一直线轨道、 第二直线轨道、 第一滑块、 两 个第二滑块； 所。

14、述第一直线轨道、 第二直线轨道固定在安装框架上， ， 所述第一直线轨道沿 伸缩方向布置， 所述第二直线轨道与第一直线轨道相垂直， 所述第一滑块与第一直线轨道 滑移配合， 并连接最上端的剪叉单元， 所述第二滑块与第二直线轨道滑移配合， 并分别与最 上端的剪叉单元的第一铰接杆、 第二铰接杆的端部铰接； 所述第一丝杆与第一直线轨道平 行布置， 并穿过第一滑块与其螺纹配合， 所述第一伺服电机固定在安装框架上， 并通过第一 传动组件驱动连接第一丝杆。 0009 所述剪叉式连杆机构与下套筒之间设有弹性缓冲件。 0010 所述伸缩支撑缸底部还设有行走轮机构， 所述行走轮机构包括支撑架、 滚轮、 第二 说 明。

15、 书 1/5 页 4 CN 107307950 A 4 伺服电机， 所述支撑架固定在下套筒底部， 所述滚轮通过转轴可旋转地安装在支撑架上， 所 述第二伺服电机通过第二传动组件驱动连接转轴， 带动滚轮同步旋转。 0011 所述第二驱动传动机构包括第三伺服电机、 曲型齿条、 第一传动齿轮， 所述曲型齿 条固定安装在安装框架外侧， 所述第三伺服电机通过第三传动组件驱动连接第一传动齿 轮， 所述第一传动齿轮与曲型齿条相啮合。 0012 所述运载平衡系统包括第三直线轨道、 安装架、 配重组件； 所述第三直线轨道固定 安装在机架底部， 并沿前后方向布置， 所述配重组件安装在安装架上， 所述安装架与第三直 。

16、线轨道滑移配合， 并通过第三驱动传动机构驱使构成沿第三直线轨道的往复滑移动作。 0013 所述第三驱动传动机构包括直线齿条、 第四伺服电机， 所述直线齿条与第三直线 轨道平行布置， 所述第四伺服电机固定安装在安装架， 其输出端连接有第二传动齿轮， 所述 第二传动齿轮与直线齿条相啮合。 0014 所述第三直线轨道、 安装架、 配重组件、 第三驱动传动机构均设有2组， 并沿机架底 部中心线对称布置。 0015 所述配重组件为配重块。 0016 所述配重组件为伸缩支撑缸。 0017 本发明的有益效果是： 采用以上方案， 剪叉式连杆机构具有更好的伸缩调整能力 以及更快的伸缩调整速度， 同时设置在相互套。

17、接滑移配合的套筒内， 两者结合， 既保证了伸 缩幅度、 伸缩速度， 同时保证了强度能力， 支撑更加稳定牢固。 因此， 采用上述结构的伸缩支 撑缸， 能够使得爬梯越障机器人越障能力更强， 而且越障时速度更快。 附图说明 0018 图1为本发明实施例一爬梯越障机器人的结构示意图。 0019 图2为本发明实施例一隐藏部分结构后行走系统的结构示意图。 0020 图3为本发明实施例二爬梯越障机器人的结构示意图。 0021 图4为本发明实施例二隐藏部分结构后行走系统的结构示意图。 0022 图5为本发明实施例第一伸缩支撑缸伸出时的结构示意图。 0023 图6为本发明实施例第一伸缩支撑缸收缩时的结构示意图。。

18、 0024 图7为本发明实施例第一驱动机构与剪叉式连杆机构连接时的结构示意图。 0025 图8为本发明实施例第一驱动机构与剪叉式连杆机构连接时另一视角的结构示意 图。 0026 图9本发明实施例行走轮机构的结构示意图。 0027 图10本发明实施例座椅系统的结构示意图。 0028 图11本发明实施例座椅系统另一视角的结构示意图。 0029 图12为本发明另一种实施例第一伸缩支撑缸的结构示意图。 0030 图13为本发明另一种实施例第一驱动机构与剪叉式连杆机构连接时的结构示意 图。 0031 图中1-行走支撑脚， 11-第一伸缩支撑缸， 111-上套筒， 112-下套筒， 113-剪叉式连 杆机。

19、构， 1131-第一铰接杆， 1132-第二铰接杆， 114-安装框架， 115-第一驱动传动机构， 1151-第一伺服电机， 1152-第一丝杆， 1153-第一直线轨道， 1154-第二直线轨道， 1155-第一 说 明 书 2/5 页 5 CN 107307950 A 5 滑块， 1156-第二滑块， 1157-第三直线轨道， 1158-第三滑块， 12-第二驱动传动机构， 121-第 三伺服电机， 122-第一传动齿轮， 123-曲型齿条， 13-连接件， 116-行走轮机构， 1161-支撑 架， 1162-滚轮， 1163-第二伺服电机， 21-座椅， 22-靠背， 23-脚踏板，。

20、 24-连接板， 241-上连 板， 242-下连板， 25-旋转调整机构， 26-第三驱动传动机构， 3-运载平衡系统， 31-第三直线 轨道， 32-安装架， 33-配重组件34-第三驱动传动机构， 341-直线齿条， 342-第四伺服电机， 343-第二传动齿轮， 4-机架。 具体实施方式 0032 下面结合附图对本发明实施例作进一步说明： 如图所示， 一种轮式越障机器人， 包括机架4和设置在机架4上的行走系统、 座椅系统、 运载平衡系统以及操作系统。 0033 所述行走系统包括四组行走支撑脚1， 每组所述行走支撑脚1均包括伸缩支撑缸 11、 第二驱动传动机构12以及连接件13； 四组行。

21、走支撑脚1分别通过连接件13固定在机架4 底部的四角位置， 所述伸缩支撑缸11的上端铰接在连接件13上， 并通过第二驱动传动机构 12构成伸缩支撑缸11沿其铰接端旋转的联动配合。 0034 通过运载平衡系统保持平衡， 同时配合伸缩支撑缸11本身的伸缩能力， 以及通过 第二驱动传动机构12实现伸缩支撑缸11的前后相对摆动， 使得能够跨越障碍物， 适应各种 复杂路况。 0035 其中， 所述伸缩支撑缸11包括若干依次套装且相互之间滑移配合的套筒， 所述套 筒包括上套筒111、 若干中套筒、 下套筒112， 所述上套筒111上端设置有安装框架114； 所述 套筒内设有剪叉式连杆机构113， 所述剪叉。

22、式连杆机构113下端连接下套筒112， 上端伸出上 套筒111， 并连接有驱使其伸缩的第一驱动传动机构115， 所述第一驱动传动机构115安装在 安装框架114上， 所述安装框架114与连接件13铰接。 0036 剪叉式连杆机构113具有更好的伸缩调整能力以及更快的伸缩调整速度， 同时设 置在相互套接滑移配合的套筒内， 两者结合， 既保证了伸缩幅度、 伸缩速度， 同时保证了强 度能力， 支撑更加稳定牢固。 因此， 采用上述结构的伸缩支撑缸， 能够使得爬梯越障机器人 越障能力更强， 而且越障时速度更快。 0037 如图所示， 所述剪叉式连杆机构113包括若干剪叉单元， 每个剪叉单元包括交叉设 置。

23、并铰接的第一铰接杆1131、 第二铰接杆1132， 相邻剪叉单元之间通过第一铰接杆1131、 第 二铰接杆1132铰接连接； 所述第一驱动传动机构115包括第一伺服电机1151、 第一丝杆 1152、 第一直线轨道1153、 第二直线轨道1154、 第一滑块1155、 两个第二滑块1156； 所述第一 直线轨道1153、 第二直线轨道1154固定在安装框架114上， ， 所述第一直线轨道1153沿伸缩 方向布置， 所述第二直线轨道1154与第一直线轨道1153相垂直， 所述第一滑块1155与第一 直线轨道1153滑移配合， 并连接最上端的剪叉单元， 所述第二滑块1156与第二直线轨道 1154。

24、滑移配合， 并分别与最上端的剪叉单元的第一铰接杆1131、 第二铰接杆1132的端部铰 接； 所述第一丝杆1152与第一直线轨道1153平行布置， 并穿过第一滑块1155与其螺纹配合， 所述第一伺服电机1151固定在安装框架114上， 并通过第一传动组件驱动连接第一丝杆 1152。 0038 操作时， 第一伺服电机1151启动， 通过第一传动组件带动第一丝杆1152转动， 从而 说 明 书 3/5 页 6 CN 107307950 A 6 驱动第一滑块1155沿第一直线轨道1153滑移， 第一滑块1155则带动剪叉单元同步动作， 同 时该剪叉单元的第一铰接杆1131、 第二铰接杆1132的端部。

25、通过第二滑块1156、 第二直线轨 道1154限位相对活动， 从而实现剪叉式连杆机构113的快速伸缩调整。 0039 其中， 第一传动组件采用蜗轮蜗杆传动组件， 能够更合理地安装连接， 方便伸缩支 撑缸11安装连接， 当然也可直接采用联轴器或其他方式进行连接传递。 0040 当然， 所述第一驱动传动机构115也可以如图12-13所示， 包括第一伺服电机1151、 第一丝杆1152、 第三直线轨道1157、 两个第三滑块1158， 所述第一伺服电机1151驱动连接第 一丝杆1152， 所述第一丝杆1152与第三直线轨道1157平行， 且其两端设置相互对称的螺纹 牙丝， 两个所述第三滑块1158对。

26、称布置在第一丝杆1152两端， 与第一丝杆1152螺纹配合； 两 个所述第三滑块1158分别与最上端的剪叉单元的第一铰接杆1131、 第二铰接杆1132的端部 铰接。 0041 第一伺服电机1151能驱动第一丝杆1152转动， 所述第一丝杆1152能带动两个第三 滑块1158同步相向或相反移动， 从而实现剪叉式连杆机构的快速伸缩调整， 调整更加稳定。 0042 进一步的， 所述剪叉式连杆机构113与下套筒112之间设有弹性缓冲件， 在其支撑 活动时， 弹性缓冲件起到一个弹性缓冲效果， 在用作越障轮椅的支撑脚时， 在越障行走时， 既能够保证使用者的舒适度， 又能够保护剪叉式连杆机构不受直接冲击，。

27、 提高使用寿命。 0043 所述弹性缓冲件可以直接采用弹簧结构。 0044 如图所示， 所述第一伸缩支撑缸11底部还设有行走轮机构116， 所述行走轮机构 116包括支撑架1161、 滚轮1162、 第二伺服电机1163， 所述支撑架1161固定在下套筒112底 部， 所述滚轮1162通过转轴可旋转地安装在支撑架1161上， 所述第二伺服电机1163通过第 二传动组件驱动连接转轴， 带动滚轮1162同步旋转。 在平稳路段上， 通过第二伺服电机1163 驱动滚轮1162动作实现前行或后退， 行走更加方便。 0045 如图所示， 所述第二驱动传动机构12包括第三伺服电机121、 曲型齿条122、 。

28、第一传 动齿轮123， 所述曲型齿条122固定安装在安装框架114外侧， 所述第三伺服电机121通过第 三传动组件驱动连接第一传动齿轮123， 所述第一传动齿轮123与曲型齿条122相啮合。 0046 通过第三伺服电机121正反转， 带动曲型齿条122的正反转， 实现伸缩支撑缸11不 断的相对来回摆动。 不仅结构简单， 联动巧妙， 控制更加精确。 0047 如图所示， 所述运载平衡系统3包括第三直线轨道31、 安装架32、 配重组件33； 所述 第三直线轨道31固定安装在机架4底部， 并沿前后方向布置， 所述配重组件33安装在安装架 32上， 所述安装架32与第三直线轨道31滑移配合， 并通过。

29、第三驱动传动机构34驱使构成沿 第三直线轨道31的往复滑移动作。 0048 在越障时， 随着各个伸缩支撑缸11的伸缩以及摆动， 其整体重心位置会产生变化， 因此通过配重组件33来弥补其重心的变化， 确保受力平衡， 使得其在越障时更加稳定。 0049 其中， 所述第三驱动传动机构34包括直线齿条341、 第四伺服电机342， 所述直线齿 条341与第三直线轨道31平行布置， 所述第四伺服电机342固定安装在安装架32， 其输出端 连接有第二传动齿轮343， 所述第二传动齿轮343与直线齿条341相啮合。 结构简单， 操作方 便。 0050 进一步的， 所述第三直线轨道31、 安装架32、 配重组。

30、件33、 第三驱动传动机构34均 设有2组， 并沿机架4底部中心线对称布置。 受力更加稳定， 确保其平衡能力。 说 明 书 4/5 页 7 CN 107307950 A 7 0051 另外， 所述配重组件33为配重块。 当然也可以如图所示， 所述配重组件33为伸缩支 撑缸。 0052 如图所示， 所述座椅系统包括座椅21、 靠背22、 脚踏板23、 连接板24； 所述座椅21固 定在机架3上， 所述靠背22与座椅21的后端之间、 所述连接板24的一端与座椅21的前端之 间、 所述连接板24的另一端与脚踏板之间均通过一组旋转调整机构25活动旋转配合。 通过 旋转调整机构25， 能够适当调整靠背2。

31、2与座椅21之间的角度、 座椅21与连接板24之间的角 度， 连接板24与脚踏板23之间的角度， 使使用者坐在轮椅上时， 更加舒适， 而且可以直接调 整成平躺的结构， 变成一张可移动的床， 直接平躺在上面。 0053 所述连接板24包括上连板241、 下连板242， 所述上连板241与下连板242滑移配合， 所述上连板241与下连板242之间设有驱动其相对滑移的第四驱动传动机构26。 连接板24设 置成长度可调的结构， 使轮椅能适应各种不同身高腿长的使用者， 同时长度调整配合角度 调整， 在爬楼梯或者越障碍时， 能够起到辅助爬梯越障的效果。 0054 进一步的， 所述下连板242下端还设有滚动。

32、轮27， 在爬梯或越障时， 实现辅助行走， 避免摩擦。 0055 实施例不应视为对发明的限制， 但任何基于本发明的精神所作的改进， 都应在本 发明的保护范围之内。 说 明 书 5/5 页 8 CN 107307950 A 8 图1 图2 说 明 书 附 图 1/9 页 9 CN 107307950 A 9 图3 说 明 书 附 图 2/9 页 10 CN 107307950 A 10 图4 说 明 书 附 图 3/9 页 11 CN 107307950 A 11 图5 说 明 书 附 图 4/9 页 12 CN 107307950 A 12 图6 图7 说 明 书 附 图 5/9 页 13 CN 107307950 A 13 图8 图9 说 明 书 附 图 6/9 页 14 CN 107307950 A 14 图10 说 明 书 附 图 7/9 页 15 CN 107307950 A 15 图11 说 明 书 附 图 8/9 页 16 CN 107307950 A 16 图12 图13 说 明 书 附 图 9/9 页 17 CN 107307950 A 17 。