双蜗轮机构变形减震行走部及具有其的消防移动平台的制作方法

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种双蜗轮机构变形减震行走部以及具有其的消防移动平台。

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，本实用新型提供了一种双蜗轮机构变形减震行走部及具有其的消防移动平台，该行走部可根据不同地形发生主动变形，使采用其的移动平台可以调节整体高度、重心位置，调节其接地尺寸，同时具有减震功能，以提高其地形适应能力、越障性能，及运动平稳性。

本实用新型的具体技术方案为：一种双蜗轮机构变形减震行走部，包括：机架；调角装置，所述调角装置包括：基座,所述基座与所述机架相连；双蜗轮机构，所述双蜗轮机构包括：蜗杆，所述蜗杆与所述基座可枢转地相连；蜗轮，所述蜗轮为两个，两个所述蜗轮对称地设在所述蜗杆两侧且均与所述蜗杆啮合，两个所述蜗轮均与所述基座可枢转地相连；变形驱动组件，所述变形驱动组件与所述蜗杆相连并驱动所述蜗杆转动；周转轮系组件，所述周转轮系组件为两个，呈对称布置，所述周转轮系组件包括：太阳齿轮，所述太阳齿轮为两个，两个所述太阳齿轮分别与两个所述蜗轮同轴相连，且与所述机架可枢转地相连；摇臂，所述摇臂与所述太阳齿轮同轴线地可枢转地相连；行星齿轮，所述行星齿轮为两个，所述行星齿轮与所述摇臂可枢转地相连，且所述行星齿轮与所述太阳齿轮相啮合；减震元件，所述减震元件分别与所述机架和所述摇臂相连；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齿轮相连。

作为优选，本实用新型的双蜗轮机构变形减震行走部，还可以包括夹角检测模块，所述夹角检测模块与所述变形驱动组件相连用以检测所述蜗轮转角。

可选的，所述夹角检测模块为编码器。

可选的，本实用新型的双蜗轮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摇臂相连接。

可选的，本实用新型的双蜗轮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：轮式行走组件架，所述轮式行走组件架与所述行星齿轮相连；车轮组件，所述车轮组件与所述轮式行走组件架相连；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，本实用新型的双蜗轮机构变形减震行走部，所述行走组件为履带式行走组件，所述履带式行走组件包括：履带架，所述履带架与所述行星齿轮相连；履带轮，所述履带轮与所述履带架相连，所述履带轮包括驱动履带轮和从动履带轮；履带，所述履带包络在所述履带轮外，并与所述驱动履带轮相啮合；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。

进一步的，本实用新型的双蜗轮机构变形减震行走部，所述蜗轮上设有蜗轮轴，且所述蜗轮轴的两端与所述基座可枢转地相连且伸出所述基座，所述蜗轮轴在所述基座的外侧与所述行走组件相连。

进一步的，本实用新型的双蜗轮机构变形减震行走部，所述蜗杆与所述基座间设有轴承，所述蜗轮轴的两端与所述基座间设有轴承。

进一步的，本实用新型的双蜗轮机构变形减震行走部，所述蜗轮为不完整齿蜗轮。

进一步的，本实用新型的双蜗轮机构变形减震行走部，所述的变形驱动组件包括驱动件，所述驱动件为电机，或液压马达，或经过减速的电机，或经过减速的液压马达。

通过上述技术方案，所述双蜗轮机构的蜗杆转动时，可驱动两个与所述蜗杆相啮合的所述蜗轮反向地转动；因为两个所述太阳齿轮分别与两个所述蜗轮相连接，所以当所述变形驱动组件带动所述蜗杆转动时，两个所述太阳齿轮可反向地转动，因此两个与太阳齿轮相啮合的行星齿轮可反向的转动；因为两个所述行走组件与两个所述行星齿轮相连，所以可以改变两个所述行走组件的夹角，实现了行走部的变形。若两个所述蜗轮的齿数相同，可实现两个所述行走组件同速反向摆动；若两个所述蜗轮的齿数不相同，可实现两个所述行走组件不同速反向摆动。所述双蜗轮机构具有自锁性，这样可保证两个所述太阳齿轮在一定载荷的作用下不发生转动。进一步的，因为所述摇臂分别与所述太阳齿轮和所述行星齿轮可枢转的相连，所以所述行星齿轮还能绕着所述太阳齿轮作公转运动。同时，由于所述机架和所述摇臂之间设有所述减震元件，限制了所述行星齿轮绕着所述太阳齿轮在一定范围内有阻尼的转动，从而使与所述行星齿轮相连的所述行走组件有一定的弹性摆动范围，使行走部具有减震功能。

在本实用新型的技术方案中，所述蜗轮为不完整齿蜗轮，因此可以降低蜗轮的生产成本和重量。

在本实用新型的技术方案中，还可以包括夹角检测模块，所述夹角检测模块与所述变形驱动组件相连用以检测蜗轮转角，从而可检测两个所述行走组件的夹角，便于行走部的变形控制。根据可选的技术方案，所述夹角检测模块为编码器，所述编码器与所述变形驱动组件相连可间接地检测出所述蜗轮的转角；根据其他可选的技术方案，所述编码器可与所述蜗轮同轴相连以得到所述蜗轮的转角；进而，可得到本实用新型的所述行走部的两个所述行走组件的夹角。

在本实用新型的技术方案中，所述行走组件可为轮式行走组件，因为两个所述轮式行走组件架分别与两个所述行星齿轮相连接，所以当所述变形驱动组件驱动所述双蜗轮机构时，两个所述轮式行走组件可同速地反向摆动，从而可改变两个所述轮式行走组件的夹角，可实现两个所述轮式行走组件的轮距变化和本实用新型所述的行走部的高度的变化。

在本实用新型的技术方案中，所述行走组件可为履带式行走组件，因为两个所述履带架分别与两个所述行星齿轮相连接，所以当所述变形驱动组件驱动所述双蜗轮机构时，两个所述履带式行走组件可同时反向地摆动，从而可改变两个所述履带式行走组件的夹角，进而可实现两个所述履带式行走组件的接地长度以及本实用新型所述的行走部的高度的变化。

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、所述的双蜗轮机构变形减震行走部，且所述的双蜗轮机构变形减震行走部的所述机架分别与所述主车体的两侧相连。通过上述技术方案，由于使用所述双蜗轮机构变形减震行走部的缘故，消防移动平台的底盘高度和重心位置会随着所述行走部夹角的变化而上下调节，这样所述消防移动平台便能根据所通过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，同时具有减震功能，以调高移动平台的地形通过性、适应性与运动稳定性。

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、所述周转轮系组件以及所述减震元件，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，并且使所述行走组件具有一定范围的弹性变形能力；(2)采用所述行走部的消防移动平台实现了移动平台的底盘的高度以及车身的长度调节，从而提高了移动平台的地形通过性和适应性；(3)所述行走组件具有一定范围的弹性变形能力，从而提高了采用所述行走部的移动平台的减震性能；(4)采用本实用新型的可以消防机器人和其他领域用机器人，以及移动设备。

附图说明

图1是根据本实用新型实施例的双蜗轮机构变形减震行走部的机构示意图；

图2是图1所示的行走组件缓冲减震时的机构示意图；

图3是根据本实用新型实施例的双蜗轮机构变形减震行走部的主视示意图；

图4是图3所示轮式行走组件的立体示意图；

图5是图4中I处的局部放大图；

图6是图3所示轮式行走组件的调角装置的立体示意图；

图7是图6所示调角装置的基座的立体爆炸图；

图8是图3所示轮式行走组件去除主架板和一侧第一半摇臂的的周转轮系组件和行走组件的立体示意图；

图9是图3所示轮式行走组件夹角为180度时的主视示意图；

图10是图3所示轮式行走组件夹角较小时的主视示意图；

图11是根据本实用新型另一实施例的履带式行走组件的立体示意图；

图12是图11所示履带式行走组件重心较低的主视示意图；

图13是图11所示履带式行走组件重心较高的主视示意图；

图14是根据本实用新型实施例的履带式消防移动平台的立体图；

图15是图14所示轮式消防移动平台通过障碍抬高底盘时的立体示意图；

图16是图11所示轮式消防移动平台降低底盘时的立体示意图；

附图标记：

1000双蜗轮机构变形减震行走部；

2000主车体；

1机架；

11主架板；

12机架连接件；

2调角装置；

21基座；

211底座；

2111蜗杆下座；2112蜗轮轴座安装孔；

212顶盖；

2121蜗杆上座；

213蜗轮轴座；

2131轴承端座；2132轴承；2133端盖；

22双蜗轮机构；

221蜗杆；

222蜗轮；

2221蜗轮轴；2222键；

23变形驱动组件；

231驱动件；232驱动连接件；

3周转转轮系组件；

31太阳齿轮；

32摇臂；

321第一半摇臂；322第二半摇臂；

33行星齿轮；

331行星齿轮轴；

34减震元件；

35轴套；

4行走组件；

41轮式行走组件；

411轮式行走组件架；412车轮组件；413车轮驱动件；

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；

5编码器；

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15详细描述根据本实用新型实施例的双蜗轮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。

如图1、图2是根据本实用新型实施例的双蜗轮机构变形减震行走部的机构示意图,图3、图4为根据图1所示机构示意图所设计的双蜗轮机构变形减震行走部的结构示意图。从图中可知，根据本实用新型实施例的双蜗轮机构变形减震行走部，包括：机架1、调角装置2、周转轮系组件3、行走组件4；调角装置2包括：基座21，基座21与机架1相连；双蜗轮机构22，双蜗轮机构22包括：蜗杆221，蜗杆221与基座21可枢转地相连；蜗轮222，蜗轮222为两个，两个蜗轮222对称地设在蜗杆221两侧且均与蜗杆221啮合，两个蜗轮222均与基座21可枢转地相连；变形驱动组件23，变形驱动组件23与蜗杆221相连并驱动蜗杆221转动；周转轮系组件3，周转轮系组件3为两个，呈对称布置，周转轮系组件3包括：太阳齿轮31，太阳齿轮31为两个且与机架1可枢转地相连；太阳齿轮31，太阳齿轮31为两个，两个太阳齿轮31分别与两个蜗轮222同轴相连，且与机架1可枢转地相连；摇臂32，摇臂32与太阳齿轮31同轴线地可枢转地相连；行星齿轮33，行星齿轮33为两个，行星齿轮33与摇臂32可枢转地相连，且行星齿轮33与太阳齿轮31相啮合；减震元件34，减震元件34分别与机架1和摇臂32相连；行走组件4，行走组件4为两个，两个行走组件4分别与两个行星齿轮33相连。

根据图1和图2所示的机构示意图，当蜗杆221发生转动时，与之啮合的两个对称蜗轮222同速反向地转动，由于太阳齿轮31和蜗轮222同轴固连，所以太阳齿轮31发生同步反向的转动，因此与之啮合的行星齿轮33发生转动，带动和行星齿轮33相连的行走组件4发生摆动从而改变两个行走组件4的夹角，实现行走部的变形。进一步的，因为双蜗轮机构22具有自锁性，这样可保证两个太阳齿轮31在一定载荷的作用下不发生转动，由于摇臂32分别与太阳齿轮31和行星齿轮33可枢转的相连，所以行星齿轮33还能绕着太阳齿轮31作公转运动。同时，由于机架1和摇臂32之间设有减震元件34，限制了行星齿轮33绕着太阳齿轮31在一定范围内有阻尼的转动，从而使与行星齿轮33相连的行走组件4在受到力的冲击时，有一定的弹性摆动范围，使行走部具有减震功能。图1、图2所示的实施例中，两个蜗轮22的齿数与模数相同，四个太阳齿轮31的齿数与模数相同，四个行星齿轮齿轮33的齿数与模数相同。

根据图6所示的调角装置的立体示意图与图7所示的基座的结构示意图，具体而言，基座21包括底座211、顶盖212和蜗轮轴座213；底座211的底部设有蜗杆下座2111，底座211的侧面设有蜗轮轴座安装孔2112；顶盖212上设有蜗杆上座2121，顶盖212与底座211通过螺纹连接件连接，形成一个箱体；蜗轮轴座213安装在蜗轮轴座安装孔2112，且蜗轮轴座213包括轴承端座2131、轴承2132和端盖2133；轴承端座2131与基座21通过螺纹连接件相连；轴承2132设于轴承端座2131中；端盖2133与轴承端座2131同轴线地通过螺纹连接件相连，并对轴承2132进行轴向限位。根据图6、图7，所示的调角装置2的双蜗轮机构22的蜗杆221安装于基座21的蜗杆下座2111与蜗杆上座2121之间，且蜗杆221与蜗杆下座2111间及蜗杆221与蜗杆上座2121间均设有轴承；双蜗轮机构22的蜗轮222上设有蜗轮轴2221，且蜗轮轴2221的两端与基座21可枢转地相连且伸出基座21，蜗轮轴2221在基座21的外侧与太阳齿轮31相连。在本实施例中，蜗轮轴2221的两端分别设于两个蜗轮轴座213内，且蜗轮轴2221受到轴承2132的支承；具体而言，本实施例中，蜗轮轴2221与蜗轮222通过键2222连接在一起，如图5所示。通过上述技术方案与结构，双蜗轮机构22的蜗杆221受到基座21的底座211与顶盖212的限位做枢转运动，蜗轮222在安装在基座21两侧的蜗轮轴座213的限位做枢转运动；这样，上述结构构成了一套单蜗杆双蜗轮的传动装置，保证了蜗杆221与蜗轮222的传动。在本实施例中，变形驱动组件23包括驱动件231与驱动连接件232，驱动件231通过驱动连接件232与基座21的顶盖212固定连接，且驱动件231与蜗杆221相连并驱动蜗杆221转动。

根据本实用新型的一些实施例，驱动件231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。图3、图4所示的实施例的驱动件231采用了经过减速的电机。

根据本实用新型实施例的双蜗轮机构变形减震行走部，其蜗轮222为不完整齿蜗轮，该不完整齿蜗轮的齿数只需能和蜗杆221啮合并到达两个极限位置，这样既能保证蜗轮222转角的大小满足需求，又可以减小蜗轮222的重量、加工成本。

通过上述方案，变形驱动组件23驱动双蜗轮机构22的蜗杆221转动时，可驱动两个与之相啮合的蜗轮222反向同速地转动；由于太阳齿轮31和蜗轮222同轴固连,所以太阳齿轮31发生同步反向的转动，因此与之啮合的行星齿轮33发生转动，带动和行星齿轮相连的行走组件4发生摆动从而改变行走组件4的夹角，实现行走部的变形，因为双蜗轮机构22具有自锁性，这样可保证两个太阳齿轮31在一定载荷的作用下不发生转动。

根据本实用新型的一些实施例的双蜗轮机构变形减震行走部，还可以包括夹角检测模块，该夹角检测模块为编码器5，编码器5与变形驱动组件23的驱动件231相连可间接地检测出蜗轮222的转角，如图3、图4、图6中所示的实施例；根据其他的一些实施例，编码器5与蜗轮222同轴相连以得到蜗轮222的转角从而得到两个行走组件4的夹角。

根据本实用新型的一些实施例，如图4、图8所示，机架1包括：主架板11，主架板11为两块；机架连接件12，两块主架板通过机架连接件12相连。周转轮系组件3为两个，呈对称布置，每个周转轮系组件3的太阳齿轮31为两个，且分别安装在蜗轮轴2221的两端，且与蜗轮轴2221固定连接，这样两太阳轮31与蜗轮222同步同轴转动。摇臂32包括第一半摇臂321,第二半摇臂322，第一半摇臂321和第二半摇臂322通过螺纹连接件相连，形成框架结构，摇臂32采用分体式结构设计便于安装；摇臂32的一端套装在蜗轮轴2221上，与太阳齿轮31可枢转地相连。行星齿轮33为两个，行星齿轮33与摇臂32的另一端可枢转地相连，且行星齿轮33与太阳齿轮31相啮合。减震元件34分别与机架1和摇臂32相连。为了能清楚地看出上述结构，移除了行走部的调角装置2(保留了蜗轮轴2221)、编码器5、一侧的主架板11及一侧第二半摇臂322等，如图8所示。

根据本实用新型的一些实施例，如图4、图5所示，太阳齿轮31通过键2222与蜗轮轴2221相连，具体的，太阳齿轮31的一端顶在蜗轮轴2221的轴肩上，一端顶在轴套35上，轴套35的另一端面与摇臂32相连，摇臂32的另一端面和机架1相连，螺母与蜗轮轴2221通过螺纹连接并紧固在机架1的另一端面上，这样，太阳齿轮31与蜗轮轴2221固定连接，摇臂32与机架1实现枢转相连，这样，蜗杆221驱动两个蜗轮222带动蜗轮轴2221及太阳齿轮31一起转动。每一个周转轮系组件3的行星齿轮33为两个，分别与摇臂32的两侧通过行星轮轴331实现可枢转地相连，同时分别与两个太阳齿轮31相啮合。行星齿轮轴331两端设有螺纹线，并伸出摇臂32外侧，采用螺母与行星齿轮轴331两端连接进行轴向限位。行走组件4与行星齿轮33固定连接，在图4、图8所示的实施例中，行星齿轮33与轮式行走组件架411设计为一体。每一侧行走组件4均设有两个减震元件34均与摇臂32、机架1相连；这样使得行星齿轮33绕着太阳齿轮31在一定范围内有阻尼的转动，从而使得与行星齿轮33相连的行走组件4在受到力的冲击时，有一定的弹性摆动范围，使行走部具有减震功能。

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、图4所示，轮式行走组件41包括轮式行走组件架411，轮式行走组件架411与行星齿轮33相连；车轮组件412，车轮组件412与轮式行走组件架411相连；车轮驱动件413，车轮驱动件413与车轮组件412相连，并驱动车轮组件412转动。

图9是行走部夹角呈180度的状态图，此时，所述行走部的长度最大，且重心较低；图10是轮式行走组件夹角达到较小时的状态图，此时，所述行走部的长度最小，其重心较高。在另外的一些实施例中，双蜗轮机构22的蜗轮222为完整齿蜗轮，这样，所述行走部的轮式行走组件的摆角变化范围更大一些，在一些设计中，所述行走部的轮式行走组件可在图9所示的位置向上、向下两个方向摆动。

可选的，根据本实用新型的实施例，车轮驱动件413为电机、液压马达或者经过减速的电机或液压马达。图3、图4所示的实施例的车轮驱动件413采用了经过减速的电机。

根据本实用新型的另一些实施例，行走组件4还可为履带式行走组件42。如图11、图12、图13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与行星齿轮33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11、图12、图13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，所述挠性件传动采用了链条传动，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。

图12、图13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12中，本实用新型的履带式行走组件的接地长度大，便于通过松软地形，便于通过沟道等地形，此时履带式行走组件重心低，也可获得较好的稳定性；图13中，本实用新型的履带式行走组件的接地长度较小，便于转向，此时重心较高。

本实用新型还提出了一种消防移动平台，如图14、图15、图16所示，根据本实用新型的一些实施例，本实用新型的消防移动平台包括主车体2000；双蜗轮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。图14展示了一种履带式消防移动平台，图15、图16展示了一种轮式消防移动平台。

由于消防移动平台配备了双蜗轮机构变形减震行走部1000，当行走部1000在驱动件231的驱动下夹角发生反向同速的变化时，消防移动平台的车身长度相应的变化，同时消防移动平台的底盘高度也发生变化，这样，消防移动平台的底盘高度和车身长度是可调的，当消防移动平台遇到障碍物时可以通过调节底盘高度进行越障；当消防移动平台在斜坡上移动时，降低底盘高度可提高移动平台的稳定性，以避免平台倾覆。因此，配备双蜗轮机构变形减震行走部1000的消防移动平台有更好的地形通过性、稳定性与适应性。

如图15、图16所示，图15是双蜗轮机构变形减震行走部1000的消防移动平台通过较高障碍时提升底盘高度的状态图，图16是具有轮式行走组件的消防移动平台降低底盘高度以提高消防移动平台的稳定性的状态图，由图15、图16比较可以看出，双蜗轮机构变形减震行走部1000的消防移动平台可以通过调节底盘的高度来适应具有高低不平障碍的路面。

此外，具有通过双蜗轮机构变形的行走部1000的移动平台除了用于设计消防机器人外，还可以用于设计其他领域的机器人及其他移动设备。

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。