可伸缩轮系式行驶机构.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 202010001285.6 (22)申请日 2020.01.02 (71)申请人 杭州电子科技大学 地址 310018 浙江省杭州市下沙高教园区 (72)发明人 王班姜渭博邵红亮王彦杰 韩高飞赵鹏郑逸轩詹华峰 曾晓宝刘哲铭周传平 (74)专利代理机构 杭州君度专利代理事务所 (特殊普通合伙) 33240 代理人 杨舟涛 (51)Int.Cl. B60B 15/00(2006.01) (54)发明名称 可伸缩轮系式行驶机构 (57)摘要 本发明公开了一种可伸缩轮系式行驶机构。 电。

2、机固定壳上安装有驱动结构， 驱动结构包括驱 动伸缩模块和驱动行驶模块； 所述的驱动伸缩模 块包括舵机、 舵盘转接件、 齿轮轴、 齿轮和齿条； 驱动行驶模块包括电机和联轴器， 电机安装于电 机固定壳， 电机通过联轴器和可伸缩轮系连接； 可伸缩轮系包括前车轴、 外轮模块、 内轮模块和 滑移连接器； 内轮模块包括内轮轮体、 内轮轮盖、 外伸套筒、 轴套。 本发明以适应不同的路面情况 并实现越障； 能很好地机器人在隧道内顺利行 驶， 实现电缆隧道的巡检工作， 具有普适性好及 工作效率高等优点。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 111038172 A 2020.04.21 CN 111038。

3、172 A 1.一种可伸缩轮系式行驶机构， 其特征在于： 电机固定壳上安装有驱动结构， 驱动结构 包括驱动伸缩模块和驱动行驶模块； 所述的驱动伸缩模块包括舵机、 舵盘转接件、 齿轮轴、 齿轮和齿条； 舵机的输出端向电机固定壳延伸布置， 舵机的输出端经舵盘转接件和齿轮轴 一端同轴连接， 齿轮轴另一端和齿轮同轴连接， 齿轮啮合连接于齿条形成齿轮齿条副， 齿条 固定在滑块上； 齿条的外端和可伸缩轮系的滑移连接器内端固定连接， 滑移连接器外端和 内轮模块周向转动连接且滑移连接器和内轮模块轴向固定连接； 所述的驱动行驶模块包括电机和联轴器， 电机安装于电机固定壳， 电机通过联轴器和 可伸缩轮系连接； 所。

4、述的可伸缩轮系包括前车轴、 外轮模块、 内轮模块和滑移连接器； 外轮 模块包括外轮轮体和三组连杆滑块组件； 前车轴水平布置于电机固定壳侧方， 前车轴内端 通过联轴器和电机的输出轴连接， 前车轴外端活动穿过滑移连接器和内轮模块的中心通孔 后和外轮轮体同轴固定连接， 外轮轮体经三组连杆滑块组件和内轮模块连接， 三组连杆滑 块组件沿圆周周向间隔均布； 每组连杆滑块组件包括外轮骨架轴、 滑移套筒、 弹簧、 铰接件 和连杆， 外轮轮体外周围开设有径向布置的条形槽， 条形槽朝向外轮轮体中心的内端侧壁 固定有外轮骨架轴， 外轮骨架轴也径向布置， 滑移套筒活动套装在外轮骨架轴上， 且滑移套 筒和条形槽的内端侧。

5、壁之间的外轮骨架轴外套装有弹簧， 连杆外端经铰接件和滑移套筒铰 接， 连杆内端铰接到内轮模块的内轮轮体。 2.根据权利要求1所述的一种可伸缩轮系式行驶机构， 其特征在于： 所述的内轮模块包括内轮轮体、 内轮轮盖、 外伸套筒、 轴套； 内轮轮体的内端面和连杆 铰接， 内轮轮体外端面和内轮轮盖内端面固定连接， 内轮轮体的中心通孔通过过盈配合套 装有轴套， 轴套活动套装在前车轴外， 内轮轮盖的中心通孔活动套装在前车轴外； 滑移连接 器外端和外伸套筒内端面固定连接， 内轮轮体和内轮轮盖连接成的整体套装在外伸套筒的 外端之外并通过四个轴承形成径向和轴向支撑的周向转动连接和轴向固定连接。 3.根据权利要求。

6、1所述的一种可伸缩轮系式行驶机构， 其特征在于： 所述的外伸套筒在外端设置有外凸缘， 外凸缘位于内轮轮体和内轮轮盖连接成整体的 内腔中， 外伸套筒的外凸缘外周面和内轮轮体内周面通过第一深沟球轴承转动连接， 外伸 套筒的外凸缘的外端面和内轮轮体内端面通过第一推力球轴承转动连接， 外伸套筒的外凸 缘内端面和内轮轮盖的外端面通过第二推力球轴承转动连接， 内轮轮盖的中心通孔经第二 深沟球轴承转动套装在外伸套筒外。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111038172 A 2 可伸缩轮系式行驶机构 技术领域 0001 本发明涉及越障行驶技术领域的一种可伸缩轮系式行驶机构， 具体涉及一种可伸 缩轮系式行驶。

7、机构。 背景技术 0002 现有常见的行驶机构包括： 轮式、 履带式、 足式以及复合式。 轮式行驶机构是以轮 胎为主体的行驶机构， 比较适用于平坦的地面。 普通轮式行驶机构结构简单易实现且行进 速度较快， 但是在较光滑的地面作业容易发生打滑。 而且该机构适应复杂路况的能力较差， 只应用于路面较为平缓的环境。 履带式机构的主要优势是： 和地面的接触面积较大， 行驶过 程比较稳定， 不容易发生打滑、 侧翻等状况。 然而， 采用履带式行驶机构的车辆或者其他装 置， 都有行驶速度较慢， 且所需驱动较大的弊端。 基于以上， 履带式行驶机构比较适合松软 的地形， 例如沙地、 泥地， 但是其时效性不高。 足。

8、式行驶机构具有优越的越障能力， 适应于复 杂多变的环境， 故通常被应用于废墟救援、 探测。 但是， 由于足式行驶机构的底盘设置较高， 采用该行驶机构的装置一般具有比较高的重心， 加大了其发生侧翻的可能性。 混合式行驶 机构是指采用多种行驶机构应用于一体的方式。 一般来说， 混合式行驶机构由于采纳了多 种机构的优点， 其性能较为均衡， 适用范围也较为广泛。 但是， 因为机构整体较为复杂， 且零 件较多， 容易出现各种问题， 市面上很少采用这种行驶机构。 0003 可伸缩轮系式行驶机构以普通轮式机构为基础， 设计改良轮子性能， 使其具有更 好的稳定性以及更加优越的越障的能力。 可伸缩轮系式行驶机构。

9、既能实现平坦路面下的高 速行进， 具有良好的时效性， 又能在具有一些障碍物的环境下工作， 具有较强的适应性。 发明内容 0004 针对现有技术存在的问题， 本发明提出了一种可伸缩轮系式行驶机构， 通过轮子 的伸缩以适应不同的路面情况并实现越障。 0005 本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。 0006 本发明包括有电机固定壳， 电机固定壳上安装有驱动结构， 驱动结构包括驱动伸 缩模块和驱动行驶模块。 0007 所述的驱动伸缩模块包括舵机、 舵盘转接件、 齿轮轴、 齿轮和齿条； 舵机的输出端 向电机固定壳延伸布置， 舵机可固定连接于电机固定壳侧部， 舵机的输出端经舵盘转接件 。

10、和齿轮轴一端同轴连接， 齿轮轴另一端和齿轮同轴连接， 齿轮啮合连接于齿条形成齿轮齿 条副， 齿条固定在滑块上； 齿条的外端和可伸缩轮系的滑移连接器内端固定连接， 滑移连接 器外端和内轮模块周向转动连接且滑移连接器和内轮模块轴向固定连接。 0008 所述的驱动行驶模块包括电机和联轴器， 电机安装于电机固定壳， 电机通过联轴 器和可伸缩轮系连接。 0009 所述的可伸缩轮系包括前车轴、 外轮模块、 内轮模块和滑移连接器； 外轮模块包括 外轮轮体和三组连杆滑块组件； 前车轴水平布置于电机固定壳侧方， 前车轴内端通过联轴 说明书 1/4 页 3 CN 111038172 A 3 器和电机的输出轴连接，。

11、 前车轴外端活动穿过滑移连接器和内轮模块的中心通孔后和外轮 轮体同轴固定连接， 外轮轮体经三组连杆滑块组件和内轮模块连接， 三组连杆滑块组件沿 圆周周向间隔均布； 每组连杆滑块组件包括外轮骨架轴、 滑移套筒、 弹簧、 铰接件和连杆， 外 轮轮体外周围开设有径向布置的条形槽， 条形槽朝向外轮轮体中心的内端侧壁固定有外轮 骨架轴， 外轮骨架轴也径向布置， 滑移套筒活动套装在外轮骨架轴上， 且滑移套筒和条形槽 的内端侧壁之间的外轮骨架轴外套装有弹簧， 连杆外端经铰接件和滑移套筒铰接， 连杆内 端铰接到内轮模块的内轮轮体。 0010 所述的内轮模块包括内轮轮体、 内轮轮盖、 外伸套筒、 轴套； 内轮轮。

12、体的内端面和 连杆铰接， 内轮轮体外端面和内轮轮盖内端面固定连接， 内轮轮体的中心通孔通过过盈配 合套装有轴套， 轴套活动套装在前车轴外， 内轮轮盖的中心通孔活动套装在前车轴外； 滑移 连接器外端和外伸套筒内端面固定连接， 内轮轮体和内轮轮盖连接成的整体套装在外伸套 筒的外端之外并通过四个轴承形成径向和轴向支撑的周向转动连接和轴向固定连接。 0011 所述的外伸套筒在外端设置有外凸缘， 外凸缘位于内轮轮体和内轮轮盖连接成整 体的内腔中， 外伸套筒的外凸缘外周面和内轮轮体内周面通过第一深沟球轴承转动连接， 外伸套筒的外凸缘的外端面和内轮轮体内端面通过第一推力球轴承转动连接， 外伸套筒的 外凸缘内。

13、端面和内轮轮盖的外端面通过第二推力球轴承转动连接， 内轮轮盖的中心通孔经 第二深沟球轴承转动套装在外伸套筒外。 0012 本发明获得的有益效果： 0013 1、 本发明的一种可伸缩轮系式行驶机构对环境有着较好的适应能力。 对于比较平 缓的隧道路面， 可伸缩轮系式行驶机构不需伸展便可平稳通过。 遇到较大障碍时， 可伸缩轮 伸展便可越过障碍物， 使可伸缩轮系式行驶机构适应较复杂的环境。 0014 2、 可伸缩轮系式行驶机构简单、 灵活、 稳定。 内轮模块在轴向上的移动会推动安装 在其上的三根连杆， 连杆将推动变形轮上的滑移套筒在外轮骨架轴向上的移动， 使整个可 伸缩轮系式行驶机构伸缩过程简单、 灵。

14、活、 稳定。 0015 3、 驱动伸缩模块采用舵机、 齿轮齿条机构及滑移连接器结构， 可以使舵机控制车 身两侧的轮子实现同步伸展； 滑移连接器将齿轮齿条机构和内轮模块连接在一起， 既可推 动内轮模块在轴向上的直线移动， 也可使齿条不随内轮轮体的转动而产生同步运动。 附图说明 0016 图1为本发明的整体结构示意图； 0017 图2为本发明的内轮单元结构示意图； 0018 图3为正常行驶时的状态示意图； 0019 图4为越障行驶时的状态示意图。 0020 图中： 1-外轮单元， 2-内轮单元， 3-连杆， 4-车轮轴， 5-滑移连接器， 6-齿条， 7-齿轮 轴， 8-齿轮， 9-滑块， 10-。

15、滑轨， 11-电机固定壳， 12-电机。 具体实施方式 0021 下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。 0022 如图1所示， 驱动模块包括舵机、 舵盘转接件、 齿条6、 齿轮轴7、 齿轮8、 滑块9、 滑轨 说明书 2/4 页 4 CN 111038172 A 4 10、 电机固定壳11、 电机12。 0023 舵机的输出端向电机固定壳11延伸布置， 舵机的输出端经舵盘转接件和齿轮轴7 一端同轴连接， 齿轮轴7另一端和齿轮8同轴连接， 齿轮8啮合连接于齿条6形成齿轮齿条副， 齿条6固定在滑块9上， 齿条6在齿轮8和滑块9两者共同夹紧的作用下只能实现滑动。 设有两 个齿轮8和两个齿条6，。

16、 形成两个齿轮齿条副， 两个齿轮齿条副的位置相对于车轮轴4对称。 齿条6的外端和可伸缩轮系的滑移连接器5内端固定连接， 滑移连接器5外端和内轮单元2周 向转动连接且滑移连接器5和内轮单元2轴向固定连接。 电机12安装于电机固定壳11， 电机 12通过联轴器和可伸缩轮系的车轮轴4的内端同步连接， 来驱动车轴4的转动， 车轮轴4连接 可伸缩轮系， 驱动可伸缩轮系的外轮单元1的转动， 外轮单元1带动内轮单元2的内轮轮体2- 1实现同步转动。 0024 可伸缩轮系包括车轮轴4、 外轮单元1、 内轮单元2和滑移连接器5。 0025 如图1所示， 外轮单元1包括外轮轮体1-1和三组连杆滑块组件； 车轮轴4。

17、水平布置 于电机固定壳1侧方并垂直于机器人前进方向水平， 车轮轴4内端通过联轴器和电机12的输 出轴连接， 车轮轴4外端活动穿过滑移连接器5和内轮单元2的中心通孔后和外轮轮体1-1同 轴固定连接， 外轮轮体1-1经三组连杆滑块组件和内轮单元2连接， 三组连杆滑块组件沿圆 周周向间隔均布； 每组连杆滑块组件包括外轮骨架轴1-2、 滑移套筒1-3、 弹簧1-4、 铰接件1- 5和连杆3， 外轮轮体1-1外周围开设有径向布置的条形槽， 条形槽朝向外轮轮体1-1中心的 内端侧壁固定有外轮骨架轴1-2， 外轮骨架轴1-2也径向布置， 滑移套筒1-3活动套装在外轮 骨架轴1-2上， 且滑移套筒1-3和条形。

18、槽的内端侧壁之间的外轮骨架轴1-2外套装有弹簧1- 4， 弹簧1-4两端分别连接到滑移套筒1-3内端面和条形槽的内端侧壁， 连杆3外端经铰接件 1-5和滑移套筒1-3铰接， 连杆3内端铰接到内轮单元2的内轮轮体2-1。 0026 由此连杆3、 铰接件1-5、 滑移套筒1-3组成连杆滑块机构， 滑移套筒1-3沿外轮骨架 轴1-2的轴向滑移， 也是沿着外轮轮体1-1的径向滑移。 0027 如图2所示， 内轮单元2包括内轮轮体2-1、 内轮轮盖2-2、 外伸套筒2-3、 轴套2-4、 第 一推力球轴承2-5、 第二推力球轴承2-6、 第一深沟球轴承2-7、 第二深沟球轴承2-8； 内轮轮 体2-1的。

19、内端面和连杆3铰接， 内轮轮体2-1外端面和内轮轮盖2-2内端面固定连接， 内轮轮 体2-1的中心通孔通过过盈配合套装有轴套2-4， 轴套2-4活动套装在车轮轴4外， 以实现旋 转过程中两者的同步转动， 内轮轮盖2-2的中心通孔活动套装在车轮轴4外， 以减少旋转过 程和滑移过程中两者间的摩擦； 滑移连接器5外端和外伸套筒2-3内端面固定连接， 由于齿 条6只能实现滑动， 无法转动， 因此滑移连接器5和外伸套筒2-3只能沿轴向滑动， 无法转动。 内轮轮体2-1和内轮轮盖2-2连接成的整体套装在外伸套筒2-3的外端之外并通过四个轴承 形成径向和轴向支撑的周向转动连接和轴向固定连接。 0028 外伸。

20、套筒2-3在外端设置有外凸缘， 外凸缘位于内轮轮体2-1和内轮轮盖2-2连接 成整体的内腔中， 外伸套筒2-3的外凸缘外周面和内轮轮体2-1内周面通过第一深沟球轴承 2-7转动连接， 外伸套筒2-3的外凸缘的外端面和内轮轮体2-1内端面通过第一推力球轴承 2-5转动连接， 外伸套筒2-3的外凸缘内端面和内轮轮盖2-2的外端面通过第二推力球轴承 2-6转动连接， 内轮轮盖2-2的中心通孔经第二深沟球轴承2-8转动套装在外伸套筒2-3外， 这样能实现支撑内轮单元2和滑移连接器5之间的周向转动连接和轴向固定连接， 有效支撑 内轮单元2和滑移连接器5相对运动时的支承力， 能以减少内轮轮体2-1与内轮轮。

21、盖2-2与和 说明书 3/4 页 5 CN 111038172 A 5 外伸套筒2-3在发生相对旋转的过程中的端面之间的摩擦力。 滑移连接器5将驱动结构传递 来的力传递给外伸套筒2-3， 外伸套筒2-3带动内轮单元2沿车轮轴4轴向移动。 0029 具体实施中， 电机固定壳1由两部分拼接组成， 一部分位于电机12前面， 一部分位 于电机12后面， 两部分通过螺纹杆和螺母来连接紧固， 同时实现对电机12的夹紧固定。 0030 本发明的运动过程是： 0031 电机12运行带动车轮轴4旋转进而带动外轮轮体1-1转动， 外轮轮体1-1接触地面， 进而带动机器人车体前进或者倒退。 0032 外轮轮体1-1。

22、转动的同时带动外轮单元1转动， 外轮单元1中的铰接件1-5通过3跟 连杆3和内轮轮体2-1上的铰接端连接， 带动内轮单元2中可旋转部件的转动。 0033 舵机运行驱动齿轮轴7转动， 进而带动齿轮8旋转， 使得齿条6在车体左右方向水平 移动， 由于齿条6和滑移连接器5固定连接， 进而带动滑移连接器5所连接的内轮单元2在车 轮轴4轴向方向上的直线移动， 以连杆3提供给滑移套筒1-3变形初始时的沿外轮骨架轴1-2 轴向的推力， 由此控制前车身两侧可伸缩轮系的同步变形动作。 舵机反转时， 齿轮齿条机构 通过滑移连接器5带动内轮模块沿着相反的轴向方向移动， 可以控制前车身两侧可伸缩轮 系返回压缩状态。 。

23、0034 轮子的两种极限状态图如图3和图4所示： 0035 图3为可伸缩轮系压缩状态时， 电缆隧道巡检机器人正常行驶时的形态。 0036 如图3所示， 当可伸缩轮系处于未变形状态时， 舵机运行带动齿条6向内缩回， 滑移 连接器5轴向同步拉动内轮单元2缩回， 经连杆滑块组件拉动滑移套筒1-3处于外轮轮体1-1 条形槽的径向最内侧， 弹簧1-4处于压缩状态。 0037 图4为可伸缩轮系伸展状态时， 电缆隧道巡检机器人越障行驶时的形态。 0038 如图4所示， 当可伸缩轮系处于变形状态时， 舵机运行带动齿条6向内推出， 滑移连 接器5轴向同步推动内轮单元2外移， 经连杆滑块组件推动滑移套筒1-3伸出。

24、于外轮轮体1-1 条形槽， 弹簧1-4处于扩张状态。 0039 当滑移套筒1-3伸出于外轮轮体1-1条形槽后， 相邻滑移套筒1-3之间的外轮轮体 1-1外边缘部分形成缺口， 作为容纳障碍物的空间， 外轮轮体1-1旋转能越过障碍物。 0040 由此， 内轮单元2在滑移连接器5的推拉作用下实现沿车轮轴4的轴向移动， 同时将 推拉力传递给连杆滑块机构， 实现滑移套筒1-3的沿外轮骨架轴1-2的轴向滑动， 实现变形 轮的变形与恢复过程。 0041 上述的可伸缩轮系式行驶机构， 可以在路面平缓的情况下较为快速地行驶， 也可 以在路面崎岖的情况下轻松跨越石块、 阶梯等， 解决行驶机构无法适应多种地形的问题。 说明书 4/4 页 6 CN 111038172 A 6 图1 图2 说明书附图 1/2 页 7 CN 111038172 A 7 图3 图4 说明书附图 2/2 页 8 CN 111038172 A 8 。