一种多相位连杆轮驱动机构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种驱动装置，特别涉及一种多相位连杆轮驱动机构。
【背景技术】
[0002]越障机构是移动机器人领域的重要组成部分，在现实生活中有着广泛的应用。随着自然灾害、森林火灾、核事故、地震救援等事件的频发以及人类对未知领域的探索的增长，人类迫切希望感知这些环境，以达到收集信息、缓解灾难、抢救伤员等目的。因此需要一种越障机构来帮助人们去解决这个问题。目前，所使用的越障机构主要有轮式、履带式、腿式、混合式、连杆式等结构，在使用过程中，这些越障结构中都存在一定的不足之处:其中履带具有对地压力小，在松软的地面附着能力和通过性能好，爬楼梯、越障平稳性高，但是不能避免笨重的履带、功耗高和对地形的破坏等代价；腿式越障机构能够在非规整的地形下很好的行走，但它自由度过多，付出了运动效率过低、控制较复杂等代价；混合式越障机构综合使用了各种机构的优点，尽量使其适应各种地形，但是机械结构复杂，控制难度较大，效率较差。轮式结构有其自身的特点，具有承重大、机构简单、驱动和控制相对方便、行走速度快、工作效率高等特点，但它的越障效果不如前面的所述的几种。连杆式相对前面几种的越障效果较好，但由于其机构自身存在“奇异点”问题，当连杆运动到水平位置时，极容易发生卡死现象，造成机构无法正常行进。
[0003]现有连杆式机构一般采用单根直杆的形式，普遍存在“奇异点”问题:当直杆运动到与轮子的轴心孔同一水平线上时，前、后轮所连接的连杆驱动点两点之间的合力为0，彼此无作用力，既不能驱动连杆两端同时向前运动，也不能驱动其同时向后运动，即连杆两侧无法向同一方位行进，极易发生连杆错位(一端向下，另一端向上，连杆卡在两轮之间)的现象，致使轮子无法正常行进。
[0004]分析以上原理可知，假如当直杆运动到与轮子的轴心孔同一水平线上时，若还存在一根或多根不在此水平线上的连杆可以驱动行动轮继续前进或后退，此时与轮子轴心孔在同一水平线上的那根连杆则会由于轮子的继续转动，而随着轮子继续向同一方位行进，故而避免连杆错位。因此，“奇异点”问题可以通过安装多套不同相位的连杆来解决。
[0005]但若直接在轮子的外侧安装多相位连杆，必然会致使两根或多根连杆在运动过程中相互碰撞，而发生运动干涉的问题；若直接在轮子的内、外两侧分别安装多相位连杆，则安装在内侧的连杆在运动过程中必然会存在与动力轴相互碰撞，而发生运动干涉的问题。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多相位连杆轮驱动机构，该机构可以克服现有越障机构不能兼顾在规整地形行走机构的稳定性、平衡性以及非规整地形下的越障能力的问题，并且可以有效解决“奇异点”问题；在平坦地面可以以轮式方式高效率运动，而在非规整地形中可以借助多相位连杆联动有效通过障碍，解决了连杆式机构运动干涉的问题。
[0007]为达到上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0008]一种多相位连杆轮驱动机构，包括行动轮(3)、越障连杆(I)、小轮(4)以及连接在小轮⑷上的薄板连杆⑵；
[0009]所述行动轮(3)的个数至少为两个，行动轮(3)和越障连杆(I)上分别设有定位孔(6)，由活动销轴通过定位孔(6)将行动轮(3)与越障连杆(I)连在一起；每个行动轮
(3)上安装有一个小轮(4)，小轮(4)相对于对应的行动轮完全固定(可以为一个简单圆台结构)，小轮(4)和对应的行动轮(3)不共圆心，并且小轮(4)覆盖行动轮(3)的圆心；
[0010]动力轴位于行动轮(3)的圆心上，由于前面的描述可知，动力轴通过小轮⑷而不在小轮⑷的圆心上，即动力轴穿过驱动孔(5)位于小轮⑷的偏心和行动轮(3)的圆心；小轮⑷的圆心到行动轮⑶的轴心连线与连杆定位孔(6)到行动轮(3)的轴心连线所成夹角在(0，31)范围内，也就是说:假设小轮⑷的圆心到行动轮(3)的轴心连线为I1，连杆定位孔(6)到行动轮(3)的轴心连线为I2，在固定小轮⑷和行动轮(3)时，应使IjP I 2所成夹角在(0，31)范围内，即两条连线不能重合；
[0011]所述薄板连杆(2)上开有若干圆槽，并通过圆槽使薄板连杆(2)外嵌在小轮(4)上，圆槽的直径应稍大于小轮(4)的直径，小轮(4)内嵌在圆槽中，小轮可以在圆槽中自由转动，薄板连杆(2)跟随小轮(4) 一起绕动力轴转动；行动轮(3)和小轮(4)固定在一起，且均与动力轴相连，当小轮(4)转动时，行动轮(3)也会绕着圆心处的轴心孔做轮式转动。
[0012]进一步，所述行动轮(3)上的定位孔(6)位置尽可能地靠近于轮子的边缘，且各个轮子的定位孔(6)到各自圆心点的距离要一致。
[0013]进一步，小轮(4)的圆心到行动轮(3)的轴心连线与连杆定位孔(6)到行动轮(3)的轴心连线所成夹角为π/2。
[0014]进一步，所述的越障连杆⑴和薄板连杆(2)的材料为金属、木质或有机高分子聚合物；越障连杆(I)底部涂有防滑材料，防滑材料可以是橡胶等，其作用是当越障连杆(I)搭到障碍物上时，防止连杆滑动。
[0015]本发明的有益效果在于:与现有技术相比，本发明针对单个连杆普遍存在的“奇异点”问题，以多相位连杆驱动，达到行使过程中动态平衡的目的。有效解决了连杆式越障轮的“奇异点”和运动干涉问题。依靠多相位连杆驱动，遇到障碍物时越障连杆和薄板连杆之间可以自动切换，支撑整个机体，无需控制系统的检测与控制，具有很高的可靠性和简洁性；越障过程更加高效可靠，兼顾了轮式和偏心式结构在规整和非规整地形下的越障能力和运动效率的问题，并且机械结构比较简单，运动速度快，控制比较简单，比较容易实现，在规整地形下运动效率较高并且在非规整地形下越障效果较好。该发明效率高、能耗低、应用范围广，广泛适用于工作在特殊环境中的设备，如越障移动机器人，救灾机器人，救援装置等。
【附图说明】
[0016]为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明:
[0017]图1为本发明的立体结构图；
[0018]图2为本发明的外部视图；
[0019]图3为本发明结构的爆炸视图；
[0020]图4为本发明在平坦地形下行进时某一瞬间示意图；
[0021]图5为本发明在非规整地形下行进的过程示意图；
[0022]其中:1-越障连杆；2_薄板连杆；3_行动轮；4_小轮；5_驱动孔；6_定位孔。
【具体实施方式】
[0023]下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0024]图1为本发明的立体结构图，为了便于说明，仅给出与本发明相关的部分。
[0025]一种多相位连杆轮驱动机构，在本实施例中，以η = 2(每侧两个行动轮)为例，包括行动轮(3-1)和行动轮(3-2)以及连接在行动轮(3)上的越障连杆(I)，越障连杆(I)上分别设有定位孔(6-1)和定位孔(6-2)，由活动销轴通过定位孔(6)将行动轮(3)与越障连杆(I)连在一起，行动轮(3)上的定位孔(6)靠近于轮子的圆周的位置。行动轮(3)的轴心通过动力轴和小轮⑷的驱动孔(5)连接在一起，小轮⑷内嵌在薄板连杆(2)中，薄板连杆⑵随着小轮⑷一起转动。每个行动轮⑶和小轮⑷由一个驱动轴驱动，越障连杆(I)和薄板连杆(2)上涂有防滑材料，以便搭到障碍物上，并防止滑动。越障连杆(I)和薄板连杆(2)可以是金属、木质或有机高分子聚合物等任何能实现这一功能的材料。该越障机构的行走机构属于并联机构，通过动力轴进行驱动，越障连杆(I)和薄板连杆(2)因与轮子的物理连接被动地随驱动轮进行运动。
[0026]为了使本发明的效果达到最优化，应使^与12连线所成夹角为90°，在以后的运动过程中，越障连杆(I)与薄板连杆(2)会始终保持着90°的相位差。
[0027]上述结构有效解决了连杆式越障轮的“奇异点”问题，以下说明如何实现“奇异点”问题的解决:
[0028]薄板连杆(2)和越障连杆(I)都是刚性结构，不会像弹性结构那样产生伸缩挤压的现象，由于“奇异点”现象只会发生在越障连杆(I)与行动轮(3)的轴心处于同一水平线的状态下，故在除了这一状态点外，其它任何运动状态下，连杆定位孔(6)所在的点彼此之间都有相互作用力，会驱使越障连杆(I)继续向