专利名称：物体的行走机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种物体的行走机构。主要用于机器人等机电类物体的移动。
背景技术：
目前能全方位(又称三自由度(前后移动、左右移动和转动))移动的机器人行走机构中，W02004080664专利申请文件(与US7256559、KR100791615为同一专利)无疑描述 了最简单和成本最低的一种，如图1 2，但这套机构有个缺点，即若采用多边形轮子，轮子 有长径和短径，长径和短径之间的差距越大，机器人跨越障碍的能力越大，但相应的步距也 越大，若轮子为四边形轮，边长为a，它最大能跨越的高度为0. 207a ( (V2-l)*a/2)，步 距为a;若轮子为六边形轮，边长为a，它最大能跨越的高度为ο. 134a ((2-V3)*a/2)， 步距为a。即边长相等的情况下，边数越多，跨越的高度越小，同形轮子为了提高跨越高度， 只能增加轮子的大小尺寸a的值，但相应的步距也同比增长。在一些可控制步距要求短的 场合，这套机构似乎就不合适了。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种改进的全方位行走机构。本发明的目的是通过下述设计达到的在物体的行走机构的底盘上设置前轮、左 轮，前轮包括前驱动轮和前辅助驱动轮、左轮包括左驱动轮和左辅助驱动轮，上述轮子均为 圆形偏心或非圆形轮，前驱动轮设置于底盘下方前面边缘附近，其轮轴横向设置，前辅助驱 动轮设置在前轮轮轴上；左驱动轮设置于底盘下方左面边缘附近，其轮轴垂直于前轮的轮 轴，左辅助驱动轮设置在左轮轮轴上；行走机构还包括后轮和右轮，后轮设置于底盘后面边 缘附近，其轮轴平行于前轮轮轴；右轮设置于底盘后面边缘附近，其轮轴平行于左轮轮轴； 后轮及右轮可为圆形支撑轮，能分别被前轮和左轮拖或推着转动；后轮及右轮也可由圆形 偏心或非圆形的驱动轮和辅助驱动轮组成，前后驱动轮同步驱动，左右驱动轮也同步驱动， 前后辅助驱动轮、左右辅助驱动轮也分别同步驱动。上述轮子的轮轴上还设置一个或一组圆形偏心或非圆形纠偏轮。本发明的实质是在W02004080664专利申请文件描述的行走机构每组(前后一组、 左右一组)驱动轮的轮轴上再增加(空套)一组非圆形或圆形偏心轮，其长径略大于驱动 轮的短径，我们将它称为辅助驱动轮(如图3)，它有独立的驱动机构。当驱动轮转动时，辅 助驱动轮不转，行走机构大步距移动(如图4)；当机器人需要小步距调整时，驱动轮不转， 辅助驱动轮转动，将行走机构略微抬升移动(如图5)；行走机构的一组轮轴上还设置单侧 的非圆形或圆形纠偏轮，其长径也略大于驱动轮的短径，当机器人需要纠偏调整或转向时， 驱动轮、辅助驱动轮不转，纠偏轮转动，将行走机构靠近纠偏轮的一侧略微抬升转动(如图 6)。辅助驱动轮类似于纠偏轮，与纠偏轮的区别在于纠偏轮是空套在驱动轮轮轴上的单侧 轮(也可以是各自独立的双侧轮)，而辅助驱动轮则是对称分布在驱动轮轮轴上的同轴双 侧轮；纠偏轮是可以只存在在前后轮或左右轮中的一组上(也可以两组上都有)，而辅助驱动轮则是在前后轮轴和左右轮轮轴上都有。这样设置的行走机构能全方位移动，且跨越能 力强、可以大步距、小步距两种方式行走。
图1 2为原有的行走机构的轮子运行示意图。图3 6本发明的行走机构的轮子运行示意图。图7为本发明的轮子组合在一起的形状及转动形态示意图。图8为本发明的一些可用的轮子的形状示意图。图9为本发明的轮子布置及同步带传动示意图。图10为本发明的轮子布置及齿轮传动示意图。图11为只用一个驱动(轮子的)电机时的同步带传动示意图。图12为只用一个驱动(轮子的)电机时的滑移齿轮转换位置示意图。图13为只用一个驱动(轮子的)电机时的轮子布置及同步带传动示意图。图14 21为一些可用的传动部件设置(侧面)示意图。图22 25为只用一个驱动(轮子的)电机的几种传动示意简图。图26为轮子转动而轮轴固定的轮子剖面图。图27为轮子、轮轴均能转动的轮子剖面图。
具体实施例方式本发明为一种物体的行走机构，它包括底盘1、前轮、左轮、后轮和右轮，前轮包括 圆形偏心轮或非圆形轮的前驱动轮11和前辅助驱动轮15、左轮包括圆形偏心轮或非圆形 轮的左驱动轮12和左辅助驱动轮16，前驱动轮11通过轮子固定支架6设置于底盘1下方 前面边缘附近，其轮轴横向设置，前辅助驱动轮15设置在前轮轮轴上；左驱动轮12通过轮 子固定支架6设置于底盘1下方左面边缘附近，其轮轴垂直于前轮的轮轴，左辅助驱动轮16 设置在左轮轮轴上；后轮设置于底盘1后面边缘附近，其轮轴平行于前轮轮轴；右轮设置于 底盘1后面边缘附近，其轮轴平行于左轮轮轴。后轮及右轮可为圆形支撑轮19，能分别被前轮和左轮拖或推着转动，即如图9、图 25，行走机构如三轮车一样采用单侧驱动的方式。前轮、左轮两者之一的轮轴上空套着一个 非圆形或圆形偏心的纠偏驱动轮4，纠偏驱动轮4的长径大于驱动轮的短径，纠偏驱动轮4 的短径小于驱动轮的短径。后轮及右轮也可为圆形偏心或非圆形的驱动轮13、14，后轮轮轴上还设置有后辅助驱动轮17，右轮轮轴上还设置有右辅助驱动轮18，后辅助驱动轮17、右辅助驱动轮18也 为圆形偏心或非圆形的驱动轮，前、后驱动轮11、13—般形状一致，通过前后轮固定支架平 行设置于底盘1上，并与前后轮驱动机构相连；前、后辅助驱动轮15、17 —般形状也一致，与 前后辅助驱动轮驱动机构相连；左、右驱动轮12、14一般形状一致(但可以与前后驱动轮形 状不一致，即χ方向与y方向的单位长度可以不一样)，通过左右轮固定支架平行设置于底 盘1上，并与左右轮驱动机构相连，左右辅助驱动轮16、18 —般形状一致，与左右辅助驱动 轮驱动机构相连；后驱动轮13与前驱动轮11同步转动；右驱动轮14与左驱动轮12同步转 动。后辅助驱动轮17与前辅助驱动轮15同步转动；右辅助驱动轮18与左辅助驱动轮16同步转动。
可在前后左右的驱动轮的轮轴上空套着一个非圆形或圆形偏心的纠偏驱动轮4 ； 也可在前后左右的驱动轮的轮轴上空套着两个(一组)非圆形或圆形偏心的纠偏驱动轮 4，并且以前后纠偏轮同步转动的一组、左右纠偏轮同步转动的一组这两组中至少一组的方 式存在。即纠偏驱动轮可以为空套在前轮轮轴上的一个，或空套在前后轮轮轴上的联动的 一组，为了达到更灵活的目的，可在前轮及左轮(或右轮)的轮轴上各空套一个纠偏轮，甚 至前后轮轮轴、左右轮轮轴上的一侧各设置一组联动的纠偏轮；更复杂的情况是可在任意 一根轮轴的两侧各设置一个纠偏轮，但这样驱动机构变得各复杂了，比如需向左前侧转动 一小步，可以是前轮轴上左侧的纠偏轮向后转过一定的角度，或可以是前轮轴上右侧的纠 偏轮向前转过一定的角度，两者的区别在于车体的位置有所不同；如果存在更多的纠偏轮 (设置在不同的轮轴上)，各个纠偏轮转动均可以纠正一定的方向，但车体的相对位置均不 一样。因为本行走机构的移动灵活性，通过前后、左右方向的小步距移动，车体的相对位置 也是可以调整的。当然多个不联动的纠偏轮的长径可以稍有不同，以到达转过不同的角度 的问题，如一个纠偏轮一次转动可以使车体转过1度，另一个纠偏轮一次转动可以使车体 转过1.5度，如果只设置一个纠偏轮。可以使它的长径更短些，一次转动可以使车体转过 0. 5度，要转1度就转两次。机构的纠偏不一定是纠偏轮，可以如W02004080664中描述的几 种纠偏方式，如果移动机构是在理想的平坦的平台上移动，物体(机器人)的重心位置也调 整得比较令人满意，移动机构就不需要设置纠偏轮，如果还是有方向偏移的情况，可以让物 体(机器人)去撞击一个平面(如一堵墙)，把方向纠正过来，或通过其他装置(如机械臂 的夹持)干预一下物体(机器人)把方向纠正过来。如果不设置纠偏轮，本行走机构就不 是三自由度的行走机构，但区别于传统的二自由度(前后和转向)，它能够直接前后或者左 右移动，比较能够满足基于相对坐标系(x_y)的物体的移动控制。辅助驱动轮的长径大于驱动轮的短径，辅助驱动轮的短径一般小于驱动轮的短 径，即前辅助驱动轮的长径大于前驱动轮的短径，前辅助驱动轮的短径小于前驱动轮的短 径；左辅助驱动轮的长径大于左驱动轮的短径，左辅助驱动轮的短径小于左驱动轮的短径， 行走机构停着时，由于重心稳定的缘故，一般是非圆形轮子的短径(轮轴中心到地面的垂 直距离)着地，如果辅助驱动轮的长径(轮轴中心到轮子外沿的距离最长处)不大于驱动 轮的短径，辅助驱动轮就会在原地空转；而辅助驱动轮的短径若大于驱动轮的短径，驱动轮 的行走步距就不会最大(行走效率会降低，但这样设置会有一个好处驱动驱动轮的电机 启动比较容易，因为有一段空载的时间)。以四边形或近似四边形轮为例，当行走机构静止不动时，轮子由于惯性作用停留 在平面上四边形的一条边，也就是它的最低位置，如图3、图7(a)，当一组轮子开始转动 时，整个行走机构被渐渐抬离地面，如图7 (b) (f)、图4 5，另一组轮子也跟着被抬离地 面，因它被传动带拖着不可能仅靠轮子重力惯性转动，当转动的轮子转过其最高位置后，靠 整个行走机构的重力惯性又回到它的最低位置四边形的另一条边，如此方式，两个电动机 交叉运行即一个转时另一个不转，加上正转和反转，行走机构可随时向前后左右作直线运 动而不需要时间切换高度和方向。因为每次动作均转动固定的距离驱动轮转动时的大步 距(多边形的一条边长或椭圆形的半圈或轴不在圆心的圆形的一圈)和辅助驱动轮的小步 距，可以用普通直流电动机替换昂贵的步进电机，当然可以只使用步进电机。
可用的驱动机构可以由电机20、主动齿轮21、驱动带齿轮23、传动带7和带轮8 组成。主动齿轮21装置在电机20轴上，驱动带齿轮23与主动齿轮21啮合，带轮8装置在 前、后轮11、13和左、右轮12、14，传动带7套装在驱动带齿轮23和带轮8上，电机20驱动 主动齿轮21转动，主动齿轮21带动驱动带齿轮23转动，驱动带齿轮23通过传动带7和带 轮8带动轮子转动。如图9，每组驱动机构驱动一组驱动轮，共设置5组。驱动机构均固定 在底盘上，当然也可固定在行走机构的侧挡板上，但侧边与底盘1固定在一起，也可称之为 底盘，同样轮子也可固定在侧挡板上，但底盘并没有限制是一块平板，它可以是包括侧板的 一个整体。如果行走机构采用单侧轮驱动的方式，用齿轮替代带传动更简单可靠，如图10 每组驱动机构均包括电机20、主动齿轮21、至少一个减速齿轮40、设置在轮轴上的齿轮9， 主动齿轮21装置在电机20轴上，减速齿轮40分别与主动齿轮21、设置在轮轴上的齿轮9 啮合。图10中没有安装纠偏轮，采用了二级减速齿轮。本行走机构由于轮子设置得比较多，相应的驱动机构也比较多，但一般任意时间 最多只有一组轮子在转动，所以可以通过转换装置使本机构的动力源最少只设置一个(转 换装置的动力源除外)通过转换装置的转换(换档)，动力源分别驱动不同的轮子，如图 11 电机的非圆形输出轴34上设置一滑移齿轮31，滑移齿轮31可以被一拨叉32推拉在输 出轴34上移动，拨叉被用直流电机(加限位开关)或步进电机39驱动的丝杠33驱动在固 定导杆35上移动，(此种机构常用于电脑软盘驱动器的磁头或者光驱的激光头的驱动上) 或者以齿轮齿条、同步带的驱动方式(如打印机的打印头或墨盒的移动方式)。与滑移齿轮 31啮合的驱动齿轮22、23、24可设置在被传动支架36固定的同一根齿轮轴38上，用挡圈 37或支架36固定位置，滑移齿轮31及与它啮合的各轮子的驱动齿轮22、23、24可进行齿顶 修缘(齿端倒角，便于齿轮轴向啮合)，为了减少滑移齿轮的滑移距离，便于快速地切换可 驱动的轮子或使切换机构布置得更紧凑，可增加滑移齿轮的数量，如图12设置两个(或更 多)以销或轴固定间隔(或用固定间隔的双(多)拨叉推拉)的滑移齿轮31。被滑移齿轮31驱动的驱动齿轮可用是普通的圆柱齿轮22或带带轮的驱动带齿轮 23或带锥齿(伞齿)的驱动锥齿轮24，如图13、14，驱动带齿轮23可通过同步带7驱动固 定在前后轮轮轴5上的带轮8，带动前后(纠偏或行走或辅助行走)轮联动转动，驱动锥齿 轮24可驱动与之啮合的锥齿轮25，将传动转过90度传递给与锥齿轮25固定在一起的锥齿 轮传动轴26，锥齿轮传动轴26的另一端可固定另一组带轮27，带轮27通过同步带7同时 驱动固定在左右轮轮轴5上的带轮8，带动左右(行走或辅助行走)轮联动转动；考虑到带 传动的耐磨性较差，也可用齿轮传动的方式进行驱动，可如图15 21的几种形式如图15、16 被滑移齿轮31驱动的驱动齿轮22可驱动固定在前轮轮轴5上的带 锥齿的齿轮28，带动前(纠偏或行走或辅助行走)轮转动，同时前轮轮轴5上的带锥齿的齿 轮28可驱动与之啮合的锥齿轮25，将传动转过90度传递给与锥齿轮25固定在一起的锥齿 轮传动轴26，如图15 锥齿轮传动轴26的另一端可固定另一个锥齿轮25，该锥齿轮25驱 动固定在后轮轮轮轴5上的锥齿轮10，带动后(纠偏或行走或辅助行走)轮联动转动；如 图16 锥齿轮传动轴26的另一端固定的锥齿轮25也可驱动一转换驱动锥齿轮29，该转换 驱动锥齿轮29外沿的齿轮驱动固定在后轮轮轴5上的齿轮9，带动后(纠偏或行走或辅助 行走)轮联动转动。
如图17、18 被滑移齿轮31驱动的驱动锥齿轮24可驱动固定在前轮轮轴5上的齿轮9，带动前(纠偏或驱动或辅助驱动)轮转动，同时驱动锥齿轮24可驱动与之啮合的锥 齿轮25，将传动转过90度传递给与锥齿轮25固定在一起的锥齿轮传动轴26，如图17 锥 齿轮传动轴26另一端的锥齿轮25可驱动与之啮合的转换驱动锥齿轮29，该转换驱动锥齿 轮29外沿的齿轮驱动固定在后轮轮轴5上的齿轮9，带动后(纠偏或驱动或辅助驱动)轮 联动转动；如图18 锥齿轮传动轴26的另一端可固定另一个锥齿轮25，该锥齿轮25驱动固 定在后轮轮轴5上的锥齿轮10，带动后(纠偏或驱动或辅助驱动)轮联动转动。图15 18描述了前后轮联动的一些方式，在此情况下，左右轮的驱动方式如下如图19、22 被滑移齿轮31驱动的驱动齿轮22可驱动下方与之啮合的固定在锥 齿轮传动轴26上的驱动齿轮42，该锥齿轮传动轴26的两端分别固定一个锥齿轮25，此两 个锥齿轮25分别啮合固定在左右轮轮轴5上的锥齿轮10，同时驱动左右(纠偏或驱动或辅 助驱动)轮；被滑移齿轮31驱动的另一个驱动齿轮22可驱动与之啮合的一个或一组过渡 齿轮41，过渡齿轮41再驱动固定在锥齿轮传动轴26上的驱动齿轮42，该锥齿轮传动轴26 的两端同样分别固定一个锥齿轮25，此两个锥齿轮25分别啮合固定在左右轮轮轴5上的锥 齿轮10，同时驱动左右(纠偏或驱动或辅助驱动)轮；如图20、23 滑移齿轮31驱动的还可 以是能与之啮合的固定在锥齿轮传动轴26上的驱动齿轮42，该锥齿轮传动轴26的两端分 别固定一个锥齿轮25，此两个锥齿轮25分别啮合固定在左右轮轮轴5上的锥齿轮10，同时 驱动左右(纠偏或行走或辅助行走)轮，在这种情况下，变换滑移齿轮31位置的拔叉32要 设置在驱动齿轮42的上方。如图21、24 被滑移齿轮31驱动的驱动锥齿轮24可驱动与之啮合的锥齿轮25，将 传动转过90度传递给与锥齿轮25固定在一起的锥齿轮传动轴26，锥齿轮传动轴26的另一 端固定另一个锥齿轮25，该锥齿轮25驱动固定在另一根锥齿轮传动轴26上的转换驱动锥 齿轮43，该锥齿轮传动轴26的两端分别固定一个锥齿轮25，此两个锥齿轮25分别啮合固 定在左右轮轮轴5上的锥齿轮10，同时驱动左右轮，设置两组这样的驱动装置，一组驱动左 右驱动轮，一组驱动左右辅助驱动轮。图14 21描述了一些在本发明中可用的传动机构，可将这些机构组合使用，如前 后轮的传动用带的方式、左右轮的传动用齿轮加锥齿轮的方式如图19 21 ；前后轮的传动 用图15的方式，用图14左右轮驱动方式驱动左右轮；前后轮的传动用图16 18的方式， 左右轮的传动用图19 21的方式；但在前后左右轮均使用锥齿轮轴26同步传动时，要避 免传动轴26的交叉重叠问题，如果前后左右轮均使用图15的来联动方式，那么要求前后轮 的轮轴与左右轮的轮轴不在同一个水平面上(可使前后轮与左右轮的形状、尺寸不一样引 起轮轴设置的高度不一样)。如果只是前轮和左轮是驱动轮，后轮和右轮是支撑轮，驱动方式还可以更简单，如 图25滑移齿轮31可分别通过驱动齿轮22驱动设置在前轮轮轴5上的齿轮9 (分别固定在 辅助驱动轮的轮轴上、驱动轮轮轴上、空套在驱动轮或辅助驱动轮轮轴上与纠偏轮固定在 一起)驱动前辅助驱动轮15、前驱动轮11和纠偏轮4，这三个驱动齿轮22可同轴37设置， 滑移齿轮31还可分别通过驱动固定在锥齿轮传动轴26 —端的驱动齿轮42，将传动传递给 与固定在锥齿轮传动轴26另一端的锥齿轮25啮合的设置在左轮轮轴5上的锥齿轮10，从 而分别驱动左驱动轮12和左辅助驱动轮16。驱动左驱动轮、左辅助驱动轮的两根锥齿轮传动轴26和设置驱动前轮的驱动齿轮22的轴37不同轴，甚至可不在同一个水平面上(其中 一根锥齿轮传动轴26可与驱动齿轮22的轴37同轴(合用一根轴37))，当然锥齿轮25、锥 齿轮传动轴26、驱动齿轮42可简化为一个驱动锥齿轮24 (将驱动齿轮42和锥齿轮25固定 在一起)，其中一个甚至可以设置在设置驱动齿轮22的轴37上。如果为了强调行走机构的反应速度(节省转换时间)而采用多个电机，比如前后 轮一个电机，左右轮一个电机，在这种情况下传动机构可以是图15 18方式中的两种或多 种；也可以驱动轮一个电机、辅助驱动轮和纠偏轮一个电机。由于本行走机构轮轴上的轮子数量较多，可采用如下方式装配将两个辅助驱动 轮3固定在一根空心轮轴的两端，这根空心轮轴再套装在驱动轮2的轮轴5上，这两个轮轴 之间接触的部分可设置轴承。驱动轮2再分别固定在驱动轮的轮轴5的两端，驱动轮2的 外侧可根据需要套装纠偏轮4。将两个驱动轮2固定在一根空心轮轴的两端，这根空心轮轴再套装在辅助驱动轮 3的轮轴5上，这两个轮轴之间接触的部分可设置轴承。辅助驱动轮3再分别固定在辅助驱 动轮的轮轴5的两端，辅助驱动轮3的外侧可根据需要套装纠偏轮4。纠偏轮4还可设置于轮轴5的最内侧，或者设置于驱动轮2和辅助驱动轮3之间。 一根轮轴上的两个驱动轮2同步转动；一根轮轴上的两个辅助驱动轮3也同步转动；纠偏 轮4、驱动轮2、辅助驱动轮3均能各自独立转动。前后轮轴上的驱动轮2同步转动，左右轮 轴上的驱动轮2也同步转动；前后轮轴上的辅助驱动轮3同步转动，左右轮轴上的辅助驱 动轮3也同步转动。轮子固定在轮轴上的方式可以是通过键固定，或者通过紧定螺钉固定 或者采用其他常用的普通轮子固定在轮轴上的方法；甚至是固定轮子的部位的轮轴的横截 面为非圆形，套装轮子部位的轮轴的横截面为圆形设置。最内侧的两个同步转动的轮子还 可以不通过轮轴固定，而直接通过销固定连接(比如可将至少三根销均勻固定在两个轮子 的轮毂上)，再将固定住的轮子套装在轮轴上，轮毂与轮轴之间可根据需要设置轴承或轴套 (铜套)。为防止空套的轮子在轮轴5上滑动，可在轮轴5上设置挡圈37。它的轮轴5可以与轮子固定在一起，整个一起在轮轴支架6上转动，图27为此种 轮子、轮轴及轮轴支架的剖面图；或者轮轴一端被轮轴支架固定，另一端嵌进轮子，仅轮子 转动，轴不转，图26为此种轮子、轮轴及轮轴支架的剖面图。转动时同方向的轮子为一组， 即前后轮为一组，左右轮为一组，任意一组轮子着地时必须能保持整个物体的重心稳定。例 图中为求简单，大多采用一级变速机构，实际使用时，可根据需要采用多级变速机构，或采 用带减速机构的减速电机。如果是发动机驱动，因其不能在负载下启动，可用离合器实现起 停，另外，发动机不能反转运行，在传动链中应设置反向装置，离合器和换向装置均在机械 传动系统中有常用的设计方法，本发明不作描述，因为发动机驱动的复杂性，所以在一般场 合下尽可能用电动机驱动。由于本机构的轮轴5布置的特殊性，轮轴固定支架6可以设置在轮轴5中间，每根 轮轴上呈中心对称设置两个，共八个；也可设置在轮轴5两端，设置在互相垂直的轮轴的交 叉处，底盘上一共设置四个，这样设置的好处不仅轮轴支架的数量少，且可以在支架上(轮 轴支架与底盘之间)设置弹性减震装置45 (如螺旋弹簧或钢片弹簧、碟簧、波纹弹簧垫圈)， 以增加轮子在有凹陷的地表的抓地能力，在这种情况下轮轴还可设置成“L”形，中间固定在支架上，两端通过轴套或轴承嵌入滚动的轮子(轮轴)里(如图26)；轮轴支架6也可设置在轮轴5正中间(要求有一定宽度)，一共设置四个。轮轴固定支架6可以通过带光杆的螺 杆或螺钉46固定在底盘1上，弹性减震装置45被设置在螺丝的光杆位置，螺帽49位于底 盘上，支架6上螺孔47有螺纹，螺母48可将支架下盖板49把轮轴5夹持在支架6上。如 果轮轴5可在支架6上转动(如图27)，轮轴5与支架6接触处可设置轴承或轴套。轮轴5可设置在底盘1上方(比如玩具汽车)，位于轮子上方的底盘1上设置孔或 凹槽(放置轮子)；轮轴5也可设置在底盘1下方，如果支架高度足够高，就可以使所有轮 子完全设置在底盘1下。所述的非圆形轮子是指椭圆形、多边形、弧形、星形等非圆形的规则的或者不规则 的任意形状的轮子，比如如图7、8中的轮子。以正方形轮子为例，为了保证轮子每次转过90 度，除了设置编码盘的方式外，在速度要求不高的情况下，还可以在轮子的驱动机构中增加 一槽轮机构(槽轮可直接固定在轮轴上，槽轮的槽数，一般与轮子的边数相等)，或者驱动 驱动轮的电机采用伺服电机或步进电机。本发明的行走机构的缺点是物体行走有点颠，可采用一些避震装置。或者将物体 整体分成独立的两部分，即物体主体为一部分，行走机构为可以分离(不直接连接在一起) 的另一部分，物体底部中间空置，四边上共有三个或者四个万向轮，支撑起整个物体主体， 行走机构置于物体底部中间位置，与物体主体若离若接，在其运行的最高位置不与主体接 触，由它推或拖动。这样设置的好处是行走机构不必抬高整个物体，仅需要将自己抬高，只 需要较小的输出功率能推动物体移动，物体本身移动不颠。还要说明的是文中所述的驱动轮2、辅助驱动轮3、纠偏轮4是被电机以同步带传 动或齿轮驱动的，实际使用时还可以是被电机或发动机(内燃机)以齿轮或蜗杆或链、带、 摩擦轮等方式传动而转动的。另外，本文所指的方向是相对的，前方可以是物体的原方向(以物体的重心作为 其位置基准，以前轮轮轴的垂直方向为机电类物体的方向基准)，或者转过90°、180°、 270°后的方向，如图22 25均是向右转过90°的行走机构，针对图25的方式，考虑到只 有一套驱动机构，前轮和左轮可以等量互换，也就是说驱动机构可以平行于左轮轮轴安装 而非平行于前轮轮轴，安装方式一样仅仅是名称发生变化。或者本发明的前轮后轮左轮右 轮的名称可从物体的上方向下方看，也可以是从物体的底部向上方看，本质没有发生变化， 仅仅是左右的位置颠倒了。针对此行走机构，还可采取一些相应的减少发生偏差的措施，比如增加轮子的摩 擦力可用橡胶皮包裹所有的轮子；同向的轮子的轮轴尽可能保持平行(纠偏时除外)，要 求加工工艺的精确度，还可设置一些定位销或定位孔；行走机构同方向的轮子外径一致，并 尽可能安装在一个平面上；要防止底盘变形，在安装轮轴支架的部位附加加强筋；轮轴也 要求强度较高，以防止变形；尽可能使行走机构的重心保持在同时受力的几个轮子的中心 位置，安装电池等重物时，调整好位置并固定。为了减少多边形轮子对地面的冲击力，可对 多边形轮子的角部进行倒圆角处理。
权利要求
一种物体的行走机构，其特征在于它包括底盘(1)、前轮、左轮，前轮包括前驱动轮(11)和前辅助驱动轮(15)、左轮包括左驱动轮(12)和左辅助驱动轮(16)，上述轮子均为圆形偏心轮或非圆形轮，所述的辅助驱动轮的长径大于驱动轮的短径，前驱动轮(11)通过轮子固定支架(6)设置于底盘(1)下方前面边缘附近，其轮轴横向设置，前辅助驱动轮(15)设置在前轮轮轴上；左驱动轮(12)通过轮子固定支架(6)设置于底盘(1)下方左面边缘附近，其轮轴垂直于前轮的轮轴，左辅助驱动轮(16)设置在左轮轮轴上，所述的驱动轮是以传统的驱动机构所带动的轮子；行走机构还包括后轮和右轮，后轮设置于底盘(1)后面边缘附近，其轮轴平行于前轮轮轴，右轮设置于底盘(1)后面边缘附近，其轮轴平行于左轮轮轴。
2.根据权利要求1所述的一种物体的行走机构，其特征在于后轮及右轮均为圆形支撑 轮(19)，能分别被前轮和左轮拖或推着转动。
3.根据权利要求2所述的一种物体的行走机构，其特征在于在前轮、左轮两者之一的 轮轴上空套着一个非圆形或圆形偏心的纠偏驱动轮(4)，所述的纠偏驱动轮(4)的长径大 于驱动轮的短径。
4.根据权利要求1所述的一种物体的行走机构，其特征在于后轮及右轮也为圆形偏 心或非圆形的驱动轮(13、14)，后轮轮轴上还设置有圆形偏心或非圆形的后辅助驱动轮 (17)，右轮轮轴上还设置有圆形偏心或非圆形的右辅助驱动轮(18)，前、后驱动轮(11、13) 与前后轮驱动机构相连；前、后辅助驱动轮(15、17)与前后辅助驱动轮驱动机构相连；左、 右驱动轮(12、14)与左右轮驱动机构相连，左右辅助驱动轮(16、18)与左右辅助驱动轮驱 动机构相连；后驱动轮(13)与前驱动轮(11)同步转动；右驱动轮(14)与左驱动轮(12)同 步转动。后辅助驱动轮(17)与前辅助驱动轮(15)同步转动；右辅助驱动轮(18)与左辅助 驱动轮(16)同步转动。
5.根据权利要求4所述的一种物体的行走机构，其特征在于在前轮、左轮两者之一的 轮轴上空套着一个非圆形或圆形偏心的纠偏驱动轮(4)。
6.根据权利要求5所述的一种物体的行走机构，其特征在于在右轮、后轮两者之一的 轮轴上空套着一个非圆形或圆形偏心的纠偏驱动轮(4)，并且以前后纠偏轮同步转动的一 组、左右纠偏轮同步转动的一组这两组中至少一组的方式存在，一组纠偏驱动轮通过固定 在底盘(1)上的纠偏轮驱动机构相连。
7.根据权利要求4所述的一种物体的行走机构，前后轮驱动机构和左右轮驱动机构、 前后辅助驱动轮驱动机构和左右辅助驱动轮驱动机构均固定在底盘(1)上，驱动机构均包 括电机(20)、主动齿轮(21)、驱动带齿轮(23)、传动带(7)和带轮(8)，主动齿轮(21)装置 在电机(20)轴上，驱动带齿轮(23)与主动齿轮(21)啮合，带轮(8)装置在前、后驱动轮 (11、13)和左、右驱动轮(12、14)上，传动带(7)套装在驱动带齿轮(23)和带轮(8)上。
8.根据权利要求2、3之一所述的一种物体的行走机构的驱动机构均固定在底盘(1) 上，每组驱动机构均包括电机(20)、主动齿轮(21)、至少一个减速齿轮(40)、设置在轮轴上 的齿轮(9)，主动齿轮(21)装置在电机(20)轴上，减速齿轮(40)分别与主动齿轮(21)、设 置在轮轴上的齿轮(9)啮合。
全文摘要
本发明涉及一种物体的行走机构它包括底盘、前轮、左轮，前轮包括前驱动轮和前辅助驱动轮、左轮包括左驱动轮和左辅助驱动轮，上述轮子均为圆形偏心或非圆形轮，前驱动轮设置于底盘下方前面边缘附近，其轮轴横向设置，前辅助驱动轮设置在前轮轮轴上；左驱动轮设置于底盘下方左面边缘附近，其轮轴垂直于前轮的轮轴，左辅助驱动轮设置在左轮轮轴上，行走机构还包括后轮和右轮，后轮设置于底盘后面边缘附近，其轮轴平行于前轮轮轴；右轮设置于底盘后面边缘附近，其轮轴平行于左轮轮轴；上述轮子的轮轴上还设置一个或一组圆形偏心或非圆形纠偏轮。这样设置的行走机构能全方位移动，且跨越能力强、可以大步距、小步距两种方式行走。
文档编号B25J5/00GK101811300SQ20091002520
公开日2010年8月25日 申请日期2009年2月23日 优先权日2009年2月23日
发明者张周新 申请人:张周新