本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种齿条机构变形减震行走部及具有其的消防移动平台，可用于设计消防机器人。
背景技术：
应用于消防救援、探测侦查等领域的移动机器人，需要面临复杂的地形环境，因此要求机器人应具有良好的地形适应性、通过性以及运动稳定性。以消防机器人为例，一些消防机器人要完成火灾、危化爆炸现场的环境探测与取样工作，这样消防机器人需要进入地形复杂的爆炸与火灾现场，这样就要求消防机器人具有良好的地形通过性。有些地形要求要机器人具有较高的净空高度，以防止障碍卡阻机器人底盘；有些地形要求机器人具有较低的重心位置，增加机器人的接地以提供良好的稳定性，如攀爬斜坡时。而目前的机器人行走部不能根据地形的变化而调整姿态，因此越障能力与地形通过性受到影响。如专利(专利号：200810023553.3)提出的一种摇杆式四轮机器人，其具有被动适应地形的性能，但是其行走部为固定的行走部，不能根据地形的需要调整其夹角。当所述机器人攀爬大坡度的斜坡时，因重心位置较高，容易发生翻滚；当所述机器人从中间跨过较高障碍物时，若净空高度小于障碍物，则无法通过或发生卡阻。若可根据地形障碍的特征，机器人(如消防机器人)移动平台的行走部可主动地改变其夹角、形状，以改变机器人移动平台的整体高度、重心高度、接地尺寸、净空高度，则可提高采用这种行走部的移动平台的地形通过性、适应性与运动稳定性。同时,在复杂的地形条件下，路面往往比较颠簸，移动平台在通过时会受到较大的冲击力，这样将会影响机器人所携带的仪器的性能，也在一定程度上影响所采集样本的稳定性。若移动平台具有减震功能，就能吸收一定的冲击，从而提高自身运动平稳性，降低故障率以及延长使用寿命，并能为检测、取样提供较平稳的平台。
目前用于火灾、危化爆炸现场的环境探测与取样工作的消防机器人，未进行具有减震功能的可变形行走部的设计，因而，设计一种具有减震功能的可变形的机器人行走部及采用该行走部设计的移动平台尤其是消防移动平台很有意义。
技术实现要素：
本实用新型旨在解决现有技术中存在的技术问题。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种齿条机构变形减震行走部及具有其的消防移动平台，该行走部可根据通过地形的需要主动变形，使采用其的消防移动平台可以调节整体高度、净空高度、重心位置，调节其接地长度，与此同时具有减震功能，以提高适应不同地形的能力。
本实用新型的具体技术方案为：一种齿条机构变形减震行走部，包括：机架；周转轮系组件，所述周转轮系组件为两个，且呈对称布置，所述周转轮系组件包括：太阳轮，所述太阳轮与所述机架可枢转地相连；转臂，所述转臂与所述太阳轮同轴线地可枢转地相连；行星轮，所述行星轮与所述转臂可枢转地相连，且所述行星轮与所述太阳轮相啮合；减震元件，所述减震元件分别与所述机架和所述转臂相连；调角装置，所述调角装置包括：双面齿条，所述双面齿条两侧均设有齿，所述双面齿条处于两个所述太阳轮之间并与两个所述太阳轮啮合，且所述双面齿条与所述机架构成移动副；螺杆，所述螺杆与所述双面齿条以螺纹副相连，所述螺杆与所述机架可枢转地相连；螺杆驱动件，所述螺杆驱动件与所述螺杆相连并驱动所述螺杆转动；行走组件，所述行走组件为两个，两个所述行走组件分别与两个所述行星轮相连。
作为优选，本实用新型的齿条机构变形减震行走部，所述减震元件为弹簧减震器，所述弹簧减震器两端分别与所述机架和所述转臂相铰连。
作为优选，本实用新型的齿条机构变形减震行走部，所述调角装置的所述螺杆驱动件为电机，或液压马达，或经过减速的电机，或经过减速的液压马达。
作为优选，本实用新型的齿条机构变形减震行走部，所述机架与所述双面齿条上均设有导向件且相互导向；所述机架与所述双面齿条间设有直线导轨组件，所述直线导轨组件包括导轨体和滑块，所述导轨体与所述机架相连，所述滑块与所述双面齿条相连，所述滑块卡套在所述导轨体上。
可选的，本实用新型的齿条机构变形减震行走部，所述周转轮系组件为内外两层平行结构，所述太阳轮为双联齿轮，所述行星轮为双联齿轮，两个所述双面齿条之间设有连接块并通过所述连接块相连，且所述连接块上设有螺母，所述螺杆与所述螺母通过螺纹副连接。
可选的，本实用新型的齿条机构变形减震行走部，所述行走组件为轮式行走组件，所述轮式行走组件包括：轮式行走部架，所述轮式行走部架与所述行星轮相连；车轮组件，所述车轮组件与所述行走部架相连；车轮驱动件，所述车轮驱动件与所述车轮组件相连，并驱动所述车轮组件转动。
可选的，本实用新型的齿条机构变形减震行走部，所述行走组件为履带式行走组件，其包括：履带架，所述履带架与所述行星轮相连；履带轮，所述履带轮与所述履带架相连，且所述履带轮包括：驱动履带轮，所述驱动履带轮与所述履带架相连；从动履带轮，所述从动履带轮与所述履带架相连；履带，所述履带包络在驱动履带轮与所述从动履带轮外，并与驱动履带轮相啮合；履带轮驱动件，所述履带轮驱动件与所述驱动履带轮相连，并驱动所述驱动履带轮转动。
通过上述技术方案，所述调角装置的所述螺杆驱动件驱动所述螺杆转动，所述螺杆驱动所述螺母及所述双面齿条沿着所述机架上下方向移动，所述双面齿条可带动与所述双面齿条相啮合的两个所述太阳轮转动，并带动与所述太阳轮相啮合的所述行星轮作自转运动，同时，因为所述转臂分别与所述太阳轮和所述行星轮可枢转的相连，所以所述行星轮还能绕着所述太阳轮作公转运动。又因所述机架和所述转臂之间设有所述减震元件，若将所述减震元件视为不变形时，所述周转轮系可视为定轴轮系。因此通过所述调角装置驱动所述太阳轮转动时，所述太阳轮带动所述行星轮转动，从而带动与所述行星轮相连的所述行走组件转动。因为所述周转轮系组件为两个，且呈对称布置，因此，实现了两个所述行走组件同时反向摆动，从而实现了两个所述行走组件的夹角的调节，也达到了该行走部实现变形的目的。而正常情况下，连接于所述机架和所述转臂之间的所述减震元件弹性地限制了所述转臂的转动。当所述调角装置不动作，则所述太阳轮不转动，当所述行走组件受到外力作用，如在起伏颠簸地形上运动时，此时所述行走组件带动所述行星轮以所述转臂为支撑转动，因为所述太阳轮不转动，因此所述行星轮与所述太阳轮啮合转动，并带动所述转臂绕所述太阳轮中心转动，从而所述转臂压缩所述减震元件，因此所述减震元件对所述转臂及所述行星轮具有一定的缓冲减震作用，使得所述行走组件可在一定范围内做具有一定阻尼的转动，因此，根据本实用新型的行走部具有缓冲减震作用。
可选的，本实用新型的所述周转轮系组件为内外两层平行结构，使其在宽度方向的受力更为均衡，这样增加了所述周转轮系组件的强度，且便于结构的设计。
可选的，本实用新型的齿条机构变形减震行走部的所述行走组件为轮式行走组件，这样可设计成具有减震功能的轮式变形行走部。通过控制所述调角装置可实现两个所述轮式行走组件的夹角调节，也可调节其高度以及其重心位置的高度；提高了其地形通过性、适应性与稳定性；采用本实用新型的技术方案，可使其具有缓冲减震作用。
可选的，本实用新型的齿条机构变形减震行走部的所述行走组件为履带式行走组件，这样可设计成具有减震功能的履带式变形行走部。通过控制所述调角装置可实现两个所述履带式行走组件的夹角调节，也改变了其高度及重心高度，改变了由两个所述履带式行走组件组成的形状，提高了履带式行走部的地形适应性、通过性以及稳定性。
此外，本实用新型还提出了一种消防移动平台，其包括：主车体、两个所述的齿条机构变形减震行走部，且两个所述的齿条机构变形减震行走部的所述机架分别于所述主车体的两侧相连。
通过上述技术方案，所述移动平台可以为轮式消防移动平台，也可以为履带式消防移动平台，由于使用所述的齿条机构变形减震行走部的缘故，能实现消防移动平台的底盘高度和重心位置随着所述行走部夹角的变化而调节，这样所述消防移动平台便能根据所通过的地形的需要调节底盘、净空、重心高度，以及消防移动平台的整体长度，同时由于行走部具有减震功能，所以消防移动平台的地形通过性、适应性与运动稳定性得以提高。
采用本实用新型的技术方案将能获得以下有益效果：(1)采用所述调角装置、所述周转轮系组件，实现了所述行走部的两个所述行走组件夹角以及所述行走部高度的调节；(2)采用所述减震元件，实现了所述行走部在起伏地面具有减震功能；(3)采用所述行走部的移动平台实现了移动平台的底盘高度以及车身长度的调节，从而提高了移动平台的地形通过性和适应性；(4)采用此技术方案可以设计具有减震功能且底盘高度和车身长度可调的消防机器人和其他领域的移动机器人，以及其他移动设备。
附图说明
图1是根据本实用新型实施例的行走部的原理示意图；
图2是图1所示行走部的减震原理示意图；
图3是图1所示原理图所设计的轮式行走部的立体示意图；
图4是图3所示轮式行走部部分结构爆炸立体示意图；
图5是图3所示轮式行走部两行走组件夹角180度时的示意图；
图6是图3所示轮式行走部两行走组件某一夹角状态时的示意图；
图7是根据本实用新型实施例的履带式行走部的立体示意图；
图8是图7所示履带式行走部的高位时的示意图；
图9是图7所示履带式行走部的低位时的示意图；
图10是采用图3所示行走部的轮式消防移动平台的立体示意图；
图11是采用图7所示行走部的履带式消防移动平台的立体示意图；
图12是图10所示的轮式移动平台较小高度通过低矮障碍时的示意图；
图13是图10所示的轮式移动平台通过行走部变形后通过较高障碍时的示意图；
图14是具有图10所示移动平台的消防机器人的立体示意图；
附图标记：
1000行走部；2000主车体；
1机架；
11侧板；
111导轨体；112减震连接孔；113太阳轮安装孔；
12顶盖；
2周转轮系组件；
201第一周转轮系组件；202第二周转轮系组件；
21太阳轮；
22转臂；
221太阳轮轴孔；222减震元件连接孔；223开口长孔；
23行星轮；
24减震元件；
25太阳轮轴；
26行星轮轴；
27法兰盘；
271轴座孔；
3调角装置；
31双面齿条；
311滑块；
32螺杆；
33螺杆驱动件；
34连接块；
35螺母；
4行走组件；
41轮式行走组件；
411轮式行走部架；412车轮组件；413花鼓勾片；
42履带式行走组件；
421履带架；
422履带轮；
4221驱动履带轮；4222从动履带轮；
423履带；
424履带轮驱动件；
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
下面结合图1至图14详细描述根据本实用新型实施例的齿条机构变形减震行走部1000，该行走部1000可用于移动平台，但不限于此。
一种齿条机构变形减震行走部，图1、图2是行走部1000的原理示意图，图1显示了行走部1000的原理组成，图2是行走部1000减震的原理图，在图3、图4的实施例中，齿条机构变形减震行走部包括：机架1；周转轮系组件2，周转轮系组件2为两个，分别为第一周转轮系组件201和第二周转轮系组件202，周转轮系组件2包括：太阳轮21，太阳轮21与机架1可枢转地相连；转臂22，转臂22与太阳轮21同轴线地可枢转地相连；行星轮23，行星轮23与转臂22可枢转地相连，且行星轮23与太阳轮21相啮合；减震元件24，减震元件24分别与机架1和转臂22可枢转的相连；调角装置3，调角装置3包括：双面齿条31，双面齿条31两侧均设有齿，双面齿条31处于两个太阳轮21之间与两个太阳轮21啮合，且双面齿条31与机架1构成移动副；螺杆32，螺杆32与双面齿条31以螺纹副相连，螺杆32与机架1可枢转地相连；螺杆驱动件33，螺杆驱动件33与螺杆32相连并驱动螺杆32转动；行走组件4，所述行走组件4为两个，两个行走组件4分别与两个行星轮23相连；图3、图4所示的实施例中，两个行星轮的24的齿数和模数相等。在其他的一些实施例中，两个行星轮23的齿数不相等；若两个行星轮23的齿数不相等，则在行走部变形时，两个行走组件4摆动的角度不同。
根据本实用新型的一些实施例，如图3、图4所示，机架1包括：侧板11，侧板11为两个且呈对称布置，且两个侧板11上对称开有两个孔与两个太阳轮21相连，两个侧板11与两个太阳轮21可枢转地相连，侧板11上设有连接减震元件24的减震连接孔112；顶盖12，顶盖12两端分别与两个侧板11通过螺纹连接件连接，顶盖12与两个侧板11构成框状结构，顶盖12上还设有螺杆驱动件33连接接口。
作为可选的技术方案，根据本实用新型的一些实施例，周转轮系组件2为内外两层平行结构，这样该行走部1000在宽度方向的受力更为均衡，同时增加了周转轮系组件2的强度，且更便于结构的设计。如图3、图4所示，周转轮系组件2的太阳轮21置于两个侧板11之间；周转轮系组件2的太阳轮21为双联齿轮，行星轮23为双联齿轮。为了实现周转轮系组件2内外两层结构的平行，两个双面齿条31之间还设有连接块34，连接块34与双面齿条31相连，且连接块34与螺杆32间设有螺母35，螺杆32与螺母35通过螺纹副连接，且螺母35与连接块34相连。螺杆32在螺杆驱动件33的驱动下，带动双面齿条31沿着侧板11直线运动。周转轮系组件2的转臂22亦呈框状双层结构，一端设有太阳轮轴孔221，一端设有减震元件连接孔222及安装行星轮用的开口长孔223。周转轮系组件2还包括太阳轮轴25，太阳轮轴25与太阳轮21通过键相连，且太阳轮轴25两端伸出转臂22的两侧的太阳轮轴孔221，并支撑在两侧板11上开有的太阳轮安装孔113内，伸出两侧板11。太阳轮轴25两端设有轴肩，两个所述轴肩与两个侧板11内侧接触，太阳轮轴25轴端设有外螺纹，通过螺母对太阳轮轴25相对两个侧板11进行轴向限位。周转轮系组件2还包括行星轮轴26、轴座法兰盘27，行星轮轴26与行星轮23通过键同轴线的相连，行星轮轴26两端设有外螺纹且伸出转臂22的开口长孔223；轴座法兰盘27中间设有轴座孔271，当行星轮轴26两端伸出转臂22的开口长孔223后，轴座法兰盘27通过轴座孔271套在行星轮轴26的伸出端上，并将轴座法兰盘27与侧板11通过螺纹连接件连接，因行星轮轴26轴端设有外螺纹，可通过螺母将行星轮轴26与轴座法兰盘27锁紧限位。
根据本实用新型的其他实施例，所述周转轮系组件为单层结构，所述太阳轮、所述行星轮以及所述双面齿条布置在行走部的一侧，所述双面齿条上设有螺纹孔，所述螺杆与所述螺纹孔配合；这种方案适用于强度要求不高的场合的行走部的设计。
在图3、图4所示的实施例中，周转轮系组件2的减震元件24为弹簧减震器，弹簧减震器两端分别与机架1的侧板11的减震连接孔112和转臂22的减震元件连接孔222相铰连。
可选的，根据本实用新型实施例，螺杆驱动件33为电机，也可以为液压马达或经过减速的电机与液压马达，在如图3所示的实施例中螺杆驱动件33用的是经过减速的电机。
进一步的，机架1的侧板11与双面齿条31上均设有导向件且互相导向，具体而言，如图3、图4所示的实施例中，机架1的侧板11和双面齿条31之间还设有导轨体111和滑块311，其中，导轨体111连在机架1的侧板11内侧，滑块311与双面齿条31相连，进一步的，滑块311卡套在导轨体111上，滑块311可以沿着导轨体111直线运功，又因为滑块311与双面齿条31焊接，导轨体111与侧板11通过螺栓相连，这样，双面齿条31可以沿着侧板11直线运动。
通过上述技术方案，调角装置3的螺杆驱动件33驱动螺杆32转动，螺杆32驱动螺母35及双面齿条31沿着机架1上下方向移动，双面齿条31可带动两个与双面齿条31相啮合的太阳轮21转动，带动与太阳轮21相啮合的行星轮23作自转运动，同时，因为转臂22分别与太阳轮21和行星轮23可枢转的相连，所以行星轮23还能绕着太阳轮21作公转运动。又因机架1和转臂22之间设有减震元件24，若将减震元件24视为不变形时，周转轮系可视为定轴轮系。因此通过调角装置3驱动太阳轮21转动时，太阳轮21带动行星轮23转动，从而带动与行星轮23相连的行走组件4转动。因为周转轮系组件2为两个，且呈对称布置，因此，实现了两个行走组件4同时反向摆动，从而实现了两个行走组件4的夹角的调节，也达到了该行走部1000实现变形的目的。而正常情况下，连接于机架1和转臂22之间的减震元件24弹性地限制了转臂22的转动。当调角装置3不动作，则太阳轮21不转动，当行走组件4受到外力作用，如在起伏颠簸地形上运动时，此时行走组件4带动行星轮23以转臂22为支撑转动，因为太阳轮21不转动，因此行星轮23与太阳轮21啮合转动，并带动转臂22绕太阳轮21中心转动，从而转臂22压缩减震元件24，因此减震元件24对转臂22及行星轮23具有一定的缓冲减震作用，使得行走组件4可在一定范围内做具有一定阻尼的转动，因此，根据本实用新型的行走部1000具有缓冲减震作用。
根据本实用新型的一些实施例，行走组件4为轮式行走组件41，如图3所示，轮式行走组件41包括轮式行走部架411，轮式行走部架411与行星轮23相连，在图3所示的实施例中，轮式行走部架411底部开有叉口；车轮组件412，车轮组件412与轮式行走部架411相连，在图3所示的实施例中，车轮组件412通过轮式行走部架411底部的叉口与轮式行走部架411相连，在本实施例中车轮组件412为轮毂电机；花鼓勾片413，花鼓勾片413套在轮毂电机外侧，且用螺母锁死，防止车轮组件413偏移；在图3所示的实施例中，轮式行走部架411与行星轮23做成一体。在其他的一些实施例中，车轮组件412为普通的车轮，并安装经过减速的电机以驱动车轮组件。
通过上述技术方案，齿条机构变形减震行走部1000的行走组件4为轮式行走组件41，这样可设计成如图3所示的具有减震功能的轮式变形行走部1000。通过控制调角装置3可实现两个轮式行走组件41的夹角调节，也可调节其高度以及其重心位置的高度；提高了其地形通过性、适应性与稳定性；采用本实用新型的技术方案，可使其具有缓冲减震作用。
如图5、图6所示，图5是轮式行走部夹角呈180度的状态示意图，此时，行走部的长度最大，且重心较低；图6是轮式行走部夹角达到较小时的状态示意图，此时，轮式行走部的长度最小，其重心较高。在另外的一些实施例中，在一些设计中，轮式行走部的轮式行走组件41在调角装置3的驱动下可在图5所示的位置向上、向下两个方向摆动。
根据本实用新型的另一实施例，行走组件4还可以为履带式行走组件42，在图7所示的实施例中，履带式行走组件42包括：履带架421，履带架421与行星轮23相连；履带轮422，履带轮422与履带架421相连，履带轮422包括驱动履带轮4221和从动履带轮4222；履带423，履带423包络在履带轮422外，并与驱动履带轮4221相啮合；履带轮驱动件424，履带轮驱动件424与驱动履带轮4221相连，并驱动驱动履带轮4221转动。图7所示的实施例中，履带轮驱动件424与驱动履带轮4221间采用了挠性件传动，具体的，在本实用新型图7所示的实施例中，所述挠性件传动采用了链条传动，在其他的一些实施例中，所述挠性件传动也可采用同步带传动。在其他一些实施例中，履带轮驱动件424与驱动履带轮4221间还可以采用同轴相连传动或齿轮传动。
在图7所示的实施例中，与图3、图4所示的轮式行走组件41和行星轮23的连接方式类似的，将履带式行走组件42与行星轮23相连。具体的，如图7所示的实施例，履带架421可以和行星轮23加工成一体。在另外一些实施例中，履带架421和行星轮23还可以焊在一起或者用螺栓连接在一些。
通过上述技术方案，齿条机构变形减震行走部1000的行走组件4为履带式行走组件42，这样可设计成具有减震功能的履带式变形行走部。通过控制调角装置3可实现两个履带式行走组件42的夹角调节，也改变了其高度及重心高度，改变了由两个履带式行走组件42组成的形状，提高了履带式行走部1000的地形适应性、通过性以及稳定性。
图8、图9是履带式行走组件在两个履带单元处于不同夹角下的状态图，图8中，本实用新型的履带式行走部的接地长度较小，便于转向，此时重心较高；图9中，本实用新型的履带式行走部的接地长度较大，便于通过松软地形以及沟道等地形，此时履带式行走部重心低，也可获得较好的稳定性。
本实用新型还提出了一种消防移动平台，如图10、11所示，根据本实用新型的一些实施例，本实用新型的移动平台包括主车体2000；齿条机构变形减震行走部1000，行走部1000为两个，且分别设在主车体2000两侧并与主车体2000相连，具体的，在本实施例中两个行走部1000与主车体2000通过螺纹连接件相连。
通过上述技术方案，所述移动平台可以为轮式消防移动平台，也可以为履带式消防移动平台，由于使用所述的齿条机构变形减震行走部的缘故，能实现消防移动平台的底盘高度和重心位置随着所述行走部夹角的变化而调节，这样所述消防移动平台便能根据所通过的地形的需要调节底盘、重心高度，以及消防移动平台的整体长度，同时由于行走部具有减震功能，所以消防移动平台的地形通过性、适应性与运动稳定性得以提高。
如图12、图13所示，图12是具有轮式行走部的消防移动平台以较小的高度通过较低障碍时的示意图，图13展示了具有轮式行走部1000的移动平台调节行走部以获得较大净空高度，通过较高障碍时的示意图，由两张图可以看出，具有轮式行走部1000的消防移动平台可以通过调节净空高度来适应具有高低不平障碍的路面。同样，可以通过调整行走部的高度来调整消防移动平台的重心高度，比如在低重心时攀爬斜坡会提高消防移动平台稳定性。
此外，使用了齿条机构变形减震行走部1000的移动平台还可以用于设计具有减震功能的齿条机构变形消防机器人和其他领域移动机器人及其他移动设备，图14就是应用齿条机构变形减震行走部1000设计的一种用于危化现场环境探测的消防机器人的结构示意图。
对于移动平台、机器人和其他移动设备的其他构成，已为现有技术，且为本领域的普通技术人员熟知，故不再详细描述。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。