一种多自由度轮腿机构

本发明涉及农业机器人，具体涉及一种用于农业机器人的多自由度轮腿机构。

背景技术：

1、农业是国民经济的基础，现代化农业机器人装备是高质量农业发展的重要保障，农业机器人底盘作为驱动系统和各部件的总成，在农业机器人装备领域发挥着不可替代的作用。尤其是随着科技的不断进步，农业自动化机械越来越智能，且能够满足作业环境的多变。例如：授权公告号为：cn218594422u的实用新型专利，其公开了一种全向型轮腿机构，设置了一组转向驱动机构来实现车轮在180度范围内进行任意角度的转向。该转向驱动机构主要是通过转向电机带动减速器进行减速后，将转动的扭矩传递给转轴，由转轴带动u型支架和车轮进行旋转。

2、虽然该车轮实现了大角度范围内的转向，但农业机器人在实际作业过程中，随着对作业效率要求的提高，整个农业机器人的自重越来越大，导致农业机器人在田间行走过程中所需驱动力越来越大，这无疑增加了轮腿驱动的负载。现有的轮腿机构采用转向电机和减速器共同作用来实现转向，增加了整个农业机器人的重量，而且车轮在转向时，一般采用电机驱动轮腿进行转向，此种驱动方式由于农业机器人负载大，而驱动功率小，导致行驶动作慢。另外，农业机器人在户外作业时，往往需要根据不同场景进行调节轮距，传统农业机器人底盘结构笨重且功能单一化，不能适应工作条件复杂多变的大田环境作业时的高地形适应性要求。

3、综上所述，现有农业机器人的轮腿存在重量大，驱动功率小以及无法调节轮距来适应复杂多变的大田环境作业的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有农业机器人的轮腿存在重量大，驱动功率小以及无法调节轮距来适应复杂多变的大田环境作业的问题，进而提供一种多自由度轮腿机构。

2、本发明的技术方案是：

3、一种多自由度轮腿机构包括行驶机构，它还包括转向驱动机构、轮距调节组件、滑动轴和水平滑动安装在农业机器人底盘前端面、后端面上的连接架，转向驱动机构安装在连接架上，滑动轴的上部插装在转向驱动机构内，滑动轴的下部与行驶机构连接，转向驱动机构通过驱动滑动轴的转动来带动行驶机构实现转向，轮距调节组件的一端安装在农业机器人的底盘前端和后端，轮距调节组件的另一端与连接架连接并驱动连接架水平移动，实现水平方向的相邻两个轮腿之间的距离调整。

4、进一步地，机构包括车轮、液压马达和马达连接支架，马达连接支架倒扣安装在车轮上，液压马达安装在马达连接支架一侧的外壁上，且液压马达的输出轴与车轮的轮轴连接；马达连接支架的上端面为水平面液压马达上集成有液压马达传感器。

5、进一步地，转向驱动机构包括摆动缸和齿轮传动副，齿轮传动副包括从动齿轮和主动齿轮；摆动缸安装在连接架上，齿轮传动副安装在连接架内，摆动缸的输出轴与齿轮传动副的主动齿轮连接，且摆动缸内集成有摆动缸传感器，滑动轴的上部滑动穿过齿轮传动副的从动齿轮，从动齿轮与主动齿轮相啮合。

6、优选地，连接架的纵截面形状为“回”字形，且连接架上开设有安装孔。

7、进一步地，轮距调节组件包括伸缩缸和销轴，伸缩缸的伸出端端部开设有连接孔，销轴插装在连接架的安装孔上后穿过伸缩缸上活塞杆端部的连接孔，在伸缩缸的带动下实现连接架水平位置的移动。

8、更进一步地，它还包括外部套筒，外部套筒包括上部外套筒、下部外套筒和两个套筒式轴承座，上部外套筒的上端与连接架的下端面连接，上部外套筒的下端与下部外套筒的上端连接，两个套筒式轴承座镜像套装在滑动轴的下部，下部外套筒套装在两个套筒式轴承座上，下部外套筒的下端与套筒式轴承座的底部连接。

9、进一步地，它还包括弹性件和多个滑块，弹性件套装在滑动轴的下部，多个滑块安装在连接架的外侧壁上，且连接架通过多个滑块与底盘前方或后方滑动连接。

10、进一步地，它还包括升降驱动组件，升降驱动组件安装在滑动轴的上端并与滑动轴连接。

11、进一步地，升降驱动组件包括固定座和升降缸，固定座竖直安装在连接架的上端面上，升降缸竖直安装在固定座上，且升降缸的伸缩端位于固定座内并与滑动轴的上端连接。

12、进一步地，它还包括位置传感器，位置传感器安装在升降缸的上端。

13、本发明与现有技术相比具有以下效果：

14、1、本发明的行驶机构中，采用液压马达8直接驱动车轮7进行转动，尤其适用于整个农业机器人重量大，农田环境复杂，需要较大驱动力的环境中使用，驱动方式更加简单、直接和可靠。

15、2、本发明轮腿能够实现转向功能，该功能是通过摆动缸16直接驱动齿轮传动副转动，由齿轮传动副带动滑动轴10进行转动，因滑动轴10的下部与行驶机构连接，进而能够实现整个行驶机构的任意方向的转动。另外，本发明采用了齿轮传动副进行降速，保证了转向的传动精度，而且齿轮传动副的重量轻，传动更加平稳，减轻了整个农业机器人的重量，实现了机体的轻量化。

16、3、本发明能够实现前方和/或后方两个轮腿之间轮距的调整。其调整方式是：前方的两个轮腿和后方的两个轮腿分别安装在底盘前端和底盘后端，现以前方的两个轮腿之间的轮距调整方式为例；连接架14通过多个滑块19与底盘前方或后方滑动连接，伸缩缸15的伸缩端在伸缩时，通过销轴13带动连接架14水平滑动，进而实现了两个轮腿之间距离的调整。能够适用于不同作物品种以及不同田间环境的作业需求，无需更换轮腿，提高了农业机器人的作业效率，也降低了工作人员的劳动强度。

17、4、本发明能够实现轮腿高度的调节。本发明的轮腿安装在底盘上，在升降驱动组件的作用下，轮腿能够根据实际田间作业农作物种类的不同(尤其是作物高低不同)，选择合适的高度进行作业，该作业可以是喷洒农药，也可以是激光除草。

18、5、本发明的轮腿还能够实现减震功能。其主要通过设置在滑动轴10上的弹性件来实现的。具体为：当农业机器人行走在高低起伏的田间时，为了保证农业机器人作业的精准度，例如：农业激光除草机器人在行走过程中，需要进行激光除草，当行走于地势起伏较大的区域时，通过弹性件来减少和降低激光组件的振动程度。进而提高了农业机器人作业的精度，满足现代化农业机器人的作业需求。

19、6、本发明的轮腿同时具备减震、行驶(包括前进、后退、制动等行驶状态)转向、升降、调节轮距的功能，自由度多，而且运动灵活、结构紧凑，功率大，有效地提高了农业机器人底盘的运动性能和地形的通过能力。

技术特征：

1.一种多自由度轮腿机构，它包括行驶机构，其特征在于：它还包括转向驱动机构、轮距调节组件、滑动轴(10)和水平滑动安装在农业机器人底盘前端面、后端面上的连接架(14)，

2.根据权利要求1所述的一种多自由度轮腿机构，其特征在于：行驶机构包括车轮(7)、液压马达(8)和马达连接支架(6)，马达连接支架(6)倒扣安装在车轮(7)上，液压马达(8)安装在马达连接支架(6)一侧的外壁上，且液压马达(8)的输出轴与车轮(7)的轮轴连接；马达连接支架(6)的上端面为水平面液压马达(8)上集成有液压马达传感器。

3.根据权利要求2所述的一种多自由度轮腿机构，其特征在于：转向驱动机构包括摆动缸(16)和齿轮传动副，齿轮传动副包括从动齿轮(11)和主动齿轮(12)；摆动缸(16)安装在连接架(14)上，齿轮传动副安装在连接架(14)内，摆动缸(16)的输出轴与齿轮传动副的主动齿轮(12)连接，且摆动缸(16)内集成有摆动缸传感器，滑动轴(10)的上部滑动穿过齿轮传动副的从动齿轮(11)，从动齿轮(11)与主动齿轮(12)相啮合。

4.根据权利要求1或3所述的一种多自由度轮腿机构，其特征在于：连接架(14)的纵截面形状为“回”字形，且连接架(14)上开设有安装孔。

5.根据权利要求4所述的一种多自由度轮腿机构，其特征在于：轮距调节组件包括伸缩缸(15)和销轴(13)，伸缩缸(15)的伸出端端部开设有连接孔，销轴(13)插装在连接架(14)的安装孔上后穿过伸缩缸(15)上活塞杆端部的连接孔，在伸缩缸(15)的带动下实现连接架(14)水平位置的移动。

6.根据权利要求5所述的一种多自由度轮腿机构，其特征在于：它还包括外部套筒，外部套筒包括上部外套筒(4)、下部外套筒(17)和两个套筒式轴承座(5)，上部外套筒(4)的上端与连接架(14)的下端面连接，上部外套筒(4)的下端与下部外套筒(17)的上端连接，两个套筒式轴承座(5)镜像套装在滑动轴(10)的下部，下部外套筒(17)套装在两个套筒式轴承座(5)上，下部外套筒(17)的下端与套筒式轴承座(5)的底部连接。

7.根据权利要求1或6所述的一种多自由度轮腿机构，其特征在于：它还包括弹性件(18)和多个滑块(19)，弹性件(18)套装在滑动轴(10)的下部，多个滑块(19)安装在连接架(14)的外侧壁上，且连接架(14)通过多个滑块(19)与底盘前方或后方滑动连接。

8.根据权利要求1或6所述的一种多自由度轮腿机构，其特征在于：它还包括升降驱动组件，升降驱动组件安装在滑动轴(10)的上端并与滑动轴(10)连接。

9.根据权利要求8所述的一种多自由度轮腿机构，其特征在于：升降驱动组件包括固定座(3)和升降缸(2)，固定座(3)竖直安装在连接架(14)的上端面上，升降缸(2)竖直安装在固定座(3)上，且升降缸(2)的伸缩端位于固定座(3)内并与滑动轴(10)的上端连接。

10.根据权利要求9所述的一种多自由度轮腿机构，其特征在于：它还包括位置传感器(1)，位置传感器(1)安装在升降缸(2)的上端。

技术总结
一种多自由度轮腿机构，它涉及农业机械技术领域。本发明解决了现有农业机器人的轮腿存在重量大，驱动功率小以及无法调节轮距来适应复杂多变的大田环境作业的问题。本发明的滑动轴安装在行驶机构的上端面上，外部套筒转动套装在滑动轴上，齿轮传动副安装在连接架一侧内，摆动缸的输出轴与主动齿轮连接，滑动轴的上部可轴向滑动穿过从动齿轮，滑动轴在齿轮传动副的驱动下带动行驶机构转动，轮距调节组件的一端固定安装在农业机器人机器人的底盘上，轮距调节组件的另一端伸入到连接架内并与连接架的内侧壁连接，轮距调节组件拉动连接架进行水平方向的移动，连接架带动行驶机构、滑动轴和外部套筒同方向移动，实现轮距的调整。本发明用于田间作业。

技术研发人员：李旭,高文朋,张松源,付宜利
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/2