一种辅助支撑装置和机器人底盘的制作方法

1.本发明涉及建筑机械技术领域，尤其涉及一种辅助支撑装置和机器人底盘。


背景技术：

2.对于某些搭载机械臂或升降台的建筑机器人来说，其质心较高，在作业时动载较大，为了确保稳定，需要底盘提供足够的支撑性。建筑机器人作业环境狭窄，所采用的底盘为了保证通过性，底盘尺寸受限，整体结构十分紧凑，轴距较短，与地面投影面积不大，降低了底盘的抗扰动能力和稳定性；此外底盘为了保证越障的通过性，驱动轮通常带有悬挂减震结构，在上装动载作用下，整体晃动量过大，最后轮胎的弹性也会导致建筑机器人在作业时晃动，这对于某些作业精度要求高的建筑机器人来说是不可接受的。因此这类建筑机器人需要一种能够在作业时提供支撑的装置。
3.工程机械底盘带有的支撑装置通常先横向伸出，再竖直伸出与地面接触。一般采用液压驱动或电机驱动，单个支撑装置需要两个驱动件完成动作。这种支撑结构每个方向上的通常只有两级伸缩。对于空间紧凑性要求高的建筑机器人底盘来说过于庞大，空间布置上有局限性，难以应用
4.因此，亟需一种辅助支撑装置和机器人底盘，以解决上述的技术问题。


技术实现要素：

5.基于以上所述，本发明的目的在于提供一种辅助支撑装置和机器人底盘，能够实现横向和纵向伸缩，同时结构更加紧凑。
6.为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
7.第一方面，提供一种辅助支撑装置，包括：水平伸缩机构，可沿水平方向伸缩，所述水平伸缩机构包括能够沿水平方向伸缩的第一传动组件；竖直伸缩机构，可沿竖直方向伸缩，所述竖直伸缩机构与所述水平伸缩机构的活动端连接，所述竖直伸缩机构包括第二传动组件和剪叉组件，所述第一传动组件与所述第二传动组件同向延伸设置，所述第二传动组件能够在与所述第一传动组件传动连接的传动状态以及与所述第一传动组件同步活动的随动状态之间切换，所述第二传动组件能够带动所述剪叉组件沿竖直方向伸缩。
8.具体的，辅助支撑装置能够实现水平伸缩和竖直伸缩，当辅助支撑装置开始工作时，首先将第二传动组件切换至随动状态，然后通过驱动第一传动组件旋转沿水平方向伸出，使得水平伸缩机构向水平方向伸出预设长度；随后将第二传动组件切换至传动状态，第二传动组件随第一传动组件活动，带动剪叉组件竖直向下伸长，使得竖直伸缩机构的底端与地面接触，以实现对机器人底盘的支撑。当辅助支撑装置需要缩回时，只需在传动状态下驱动第一传动组件和第二传动组件反向活动，使得竖直伸缩机构向上缩回，然后在随动状态下驱动第一传动组件缩回，使得水平伸缩机构水平缩回即可。辅助支撑装置仅需输入一个伸缩驱动，即可实现水平和竖直方向的伸缩，减少了驱动件的设置数量，使得整体结构更加紧凑，设备成本更低。
9.作为辅助支撑装置的一个可选的技术方案，所述辅助支撑装置还包括：伸缩驱动件，所述伸缩驱动件的输出端与所述第一传动组件连接，所述伸缩驱动件能够驱动所述第一传动组件沿水平方向伸缩，也能够驱动所述剪叉组件沿竖直方向伸缩。
10.作为辅助支撑装置的一个可选的技术方案，所述第一传动组件和所述第二传动组件均采用丝杠传动结构。
11.作为辅助支撑装置的一个可选的技术方案，所述第一传动组件包括同向延伸且依次螺纹连接的一级丝杠、二级丝杠和三级丝杠，所述一级丝杠与所述二级丝杠之间通过第一电磁离合器传动连接，所述二级丝杠与所述三级丝杠之间通过第二电磁离合器传动连接，所述一级丝杠套设于所述二级丝杠外，所述二级丝杠套设于所述三级丝杠外，或者所述三级丝杠套设于所述二级丝杠外，所述二级丝杠套设于所述一级丝杠外。
12.作为辅助支撑装置的一个可选的技术方案，所述三级丝杠远离所述二级丝杠的一端通过丝杠轴承座转动连接于所述水平伸缩机构的壳体，所述第一传动组件还包括制动器，所述制动器的一端与所述三级丝杠连接，所述制动器的另一端与所述丝杠轴承座的外圈连接。
13.作为辅助支撑装置的一个可选的技术方案，所述竖直伸缩机构包括能够沿竖直方向伸缩的剪叉伸缩套筒，所述第二传动组件包括螺纹连接的剪叉丝杠和丝杠螺母杆，所述剪叉丝杠选择性的与所述第一传动组件传动连接，所述剪叉丝杠转动连接于所述剪叉伸缩套筒中，所述剪叉组件顶部的一端与所述剪叉伸缩套筒的顶端连接，所述剪叉组件顶部的另一端与所述丝杠螺母杆连接，所述剪叉组件的底端与所述剪叉伸缩套筒的活动端连接。
14.作为辅助支撑装置的一个可选的技术方案，所述剪叉伸缩套筒的底部设有底部滑槽，所述剪叉组件底部的一端与所述底部滑槽滑动连接，所述剪叉组件底部的另一端与所述剪叉伸缩套筒的底端连接。
15.作为辅助支撑装置的一个可选的技术方案，所述剪叉伸缩套筒的底部设有支撑底板，所述支撑底板上安装有力传感器，用于检测所述支撑底板所受压力。
16.作为辅助支撑装置的一个可选的技术方案，所述第一传动组件与所述第二传动组件之间通过扭矩联轴器传动连接；或者所述第一传动组件与所述第二传动组件之间通过离合器传动连接。
17.第二方面，提供一种机器人底盘，其特征在于，包括底盘本体和如上所述的辅助支撑装置，所述辅助支撑装置安装于所述底盘本体上。
18.本发明的有益效果为：
19.本发明提供的辅助支撑装置能够实现水平伸缩和竖直伸缩，当辅助支撑装置开始工作时，首先将第二传动组件切换至随动状态，然后通过驱动第一传动组件旋转沿水平方向伸出，使得水平伸缩机构向水平方向伸出预设长度；随后将第二传动组件切换至传动状态，第二传动组件随第一传动组件活动，带动剪叉组件竖直向下伸长，使得竖直伸缩机构的底端与地面接触，以实现对机器人底盘的支撑。当辅助支撑装置需要缩回时，只需在传动状态下驱动第一传动组件和第二传动组件反向活动，使得竖直伸缩机构向上缩回，然后在随动状态下驱动第一传动组件缩回，使得水平伸缩机构水平缩回即可。本发明提供的辅助支撑装置仅需输入一个伸缩驱动，即可实现水平和竖直方向的伸缩，减少了驱动件的设置数量，使得整体结构更加紧凑，设备成本更低。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
21.图1是本发明提供的辅助支撑装置的结构示意图；
22.图2是本发明提供的第一传动组件的结构示意图；
23.图3是本发明提供的竖直伸缩机构的结构示意图；
24.图4是本发明提供的辅助支撑装置的局部结构示意图一；
25.图5是本发明提供的辅助支撑装置的局部结构示意图二；
26.图6是本发明提供的竖直伸缩机构的局部结构示意图。
27.图中：
28.100、水平伸缩机构；101、一级丝杠；102、二级丝杠；103、三级丝杠；104、第一电磁离合器；105、第二电磁离合器；106、第一水平套筒；107、第二水平套筒；108、第三水平套筒；109、丝杠轴承座；110、制动器；
29.200、竖直伸缩机构；201、剪叉伸缩套筒；202、剪叉丝杠；203、丝杠螺母杆；204、顶部滑槽；205、第一支撑杆；206、第二支撑杆；207、第一连接件；208、第三支撑杆；209、第四支撑杆；210、第二连接件；211、移动杆；212、底部滑槽；213、扭矩联轴器；214、支撑底板；
30.300、伸缩驱动件；
31.4、端盖；5、第一连接板；6、第二连接板；7、第三连接板；8、丝杠孔安装板。
具体实施方式
32.为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.本实施例提供一种机器人底盘，机器人底盘包括底盘本体以及安装于底盘本体上的辅助支撑装置，辅助支撑装置能够展开并与地面接触，以此支撑底盘本体。在本实施例中，底盘本体绕其周向均匀安装有四个辅助支撑装置。
34.如图1-图6所示，辅助支撑装置包括水平伸缩机构100和竖直伸缩机构200，水平伸缩机构100可沿水平方向伸缩，水平伸缩机构100包括能够沿水平方向伸缩的第一传动组件；竖直伸缩机构200可沿竖直方向伸缩，竖直伸缩机构200与水平伸缩机构100的活动端连接，竖直伸缩机构200包括第二传动组件和剪叉组件，第一传动组件与第二传动组件同向延伸设置，第二传动组件能够在与第一传动组件传动连接的传动状态以及与第一传动组件同步伸缩活动的随动状态之间切换，第二传动组件能够带动剪叉组件沿竖直方向伸缩。
35.具体而言，本实施例提供的辅助支撑装置能够实现水平伸缩和竖直伸缩，当辅助支撑装置开始工作时，首先将第二传动组件切换至随动状态，然后通过驱动第一传动组件旋转沿水平方向伸出，使得水平伸缩机构100向水平方向伸出预设长度；随后将第二传动组件切换至传动状态，第二传动组件随第一传动组件活动，带动剪叉组件竖直向下伸长，使得
竖直伸缩机构200的底端与地面接触，以实现对机器人底盘的支撑。当辅助支撑装置需要缩回时，只需在传动状态下驱动第一传动组件和第二传动组件反向活动，使得竖直伸缩机构200向上缩回，然后在随动状态下驱动第一传动组件缩回，使得水平伸缩机构100水平缩回即可。本发明提供的辅助支撑装置仅需输入一个伸缩驱动，即可实现水平和竖直方向的伸缩，减少了驱动件的设置数量，使得整体结构更加紧凑，设备成本更低。
36.可选的，水平伸缩机构100还包括壳体，第一传动组件设置于壳体内，竖直伸缩机构200安装于壳体的一端；该辅助支撑装置还包括伸缩驱动件300，伸缩驱动件300的输出端与第一传动组件连接，伸缩驱动件300能够驱动壳体随第一传动组件沿水平方向伸缩，也能够驱动剪叉组件沿竖直方向伸缩。
37.优选的，第一传动组件和第二传动组件均采用丝杠传动结构。
38.优选的，伸缩驱动件300采用伺服电机、步进电机等旋转驱动件。
39.进一步的，第一传动组件包括同向延伸且依次螺纹连接的一级丝杠101、二级丝杠102和三级丝杠103，一级丝杠101与二级丝杠102之间通过第一电磁离合器104传动连接，二级丝杠102与三级丝杠103之间通过第二电磁离合器105传动连接，一级丝杠101套设于二级丝杠102外，二级丝杠102套设于三级丝杠103外。具体而言，伸缩驱动件300的输出端与一级丝杠101的端部连接。当第一电磁离合器104分离、第二电磁离合器105合上时，伸缩驱动件300能够带动一级丝杠101转动，二级丝杠102和三级丝杠103沿直线同步移动；当第一电磁离合器104合上、第二电磁离合器105分离时，伸缩驱动件300能够带动一级丝杠101和二级丝杠102同步转动，三级丝杠103沿直线移动；当第一电磁离合器104和第二电磁离合器105均合上时，伸缩驱动件300能够带动一级丝杠101、二级丝杠102和三级丝杠103同步转动。多级横向伸缩的设置使得辅助支撑装置在实现更长的横向伸出距离的情况下，其缩回状态下的占用空间保持较小，进一步提高结构的紧凑程度，便于在机器人底盘在空间狭窄的区域行走。
40.当然，在本发明的其它实施例中，三级丝杠103也可以套设于二级丝杠102外，而二级丝杠102套设于一级丝杠101外。
41.可选的，三级丝杠103远离二级丝杠102的一端通过丝杠轴承座109转动连接于水平伸缩机构100的壳体，第一传动组件还包括制动器110，制动器110的一端与三级丝杠103连接，制动器110的另一端与丝杠轴承座109的外圈连接。当制动器110制动时，三级丝杠103与丝杠轴承座109的外圈固定连接。
42.可选的，水平伸缩机构100的壳体包括第一水平套筒106、第二水平套筒107和第三水平套筒108，其中，第一水平套筒106套设于第二水平套筒107外，第二水平套筒107套设于第三水平套筒108外。一级丝杠101转动连接于第一水平套筒106中，二级丝杠102转动连接于第二水平套筒107中，三级丝杠103转动连接于第三水平套筒108中。
43.可选的，竖直伸缩机构200包括能够沿竖直方向伸缩的剪叉伸缩套筒201，第二传动组件包括螺纹连接的剪叉丝杠202和丝杠螺母杆203，剪叉丝杠202选择性的与第一传动组件传动连接，剪叉丝杠202转动连接于剪叉伸缩套筒201中，剪叉组件顶部的一端与剪叉伸缩套筒201的顶端连接，剪叉组件顶部的另一端与丝杠螺母杆203连接，剪叉组件的底端与剪叉伸缩套筒201的活动端连接。
44.具体而言，剪叉组件顶部设有第一支撑杆205和第二支撑杆206，其中第一支撑杆
205与丝杠螺母杆203转动连接，第二支撑杆206通过第一连接件207转动连接于剪叉伸缩套筒201的内壁。
45.在本实施例中，第一传动组件与第二传动组件之间通过扭矩联轴器213传动连接。具体的，三级丝杠103与剪叉丝杠202之间通过扭矩联轴器213传动连接，当转动扭矩在预设范围内时，三级丝杠103能够带动剪叉丝杠202转动；当转动扭矩超过预设范围时，扭矩联轴器213上连接三级丝杠103的一端与连接剪叉丝杠202的一端打滑，三级丝杠103无法带动剪叉丝杠202转动。
46.当然，在其它实施例中，第一传动组件与第二传动组件之间也可以通过离合器等离合结构传动连接。
47.当然，在本发明的其它实施例中，第一传动组件和第二传动组件也可以采用空心活塞杆等直线传动件，而伸缩驱动件300采用气泵、油泵等直线驱动件，空心活塞杆之间采用电磁阀控制油液、空气等传动介质在各个空心活塞杆之间的流动，以使得第一传动组件可以多节伸缩，且第一传动组件和第二传动组件之间可以在传动状态和随动状态之间切换。
48.可选的，剪叉伸缩套筒201的顶部设有顶部滑槽204，丝杠螺母杆203滑动连接于顶部滑槽204。
49.可选的，剪叉伸缩套筒201的底部设有底部滑槽212，剪叉组件底部的一端与底部滑槽212滑动连接，剪叉组件底部的另一端与剪叉伸缩套筒201的底端连接。具体的，剪叉组件底部设有第三支撑杆208和第四支撑杆209，其中第三支撑杆208与移动杆211转动连接，第四支撑杆209通过第二连接件210转动连接于剪叉伸缩套筒201的内壁，移动杆211滑动设置于底部滑槽212中。
50.可选的，剪叉伸缩套筒201的底部设有支撑底板214，支撑底板214上安装有力传感器，用于检测支撑底板214所受压力。当支撑底板214触及地板时，力传感器所测得的受力逐渐增大至预设值，此时力传感器将信号反馈至伸缩驱动件300，伸缩驱动件300停止转动。或者，在第一传动组件与第二传动组件之间通过电磁离合器传动连接的情况下，当力传感器所测得的受力逐渐增大至预设值时，力传感器将信号反馈至该电磁离合器，该电磁离合器分离。
51.可选的，如图4和图5所示，剪叉伸缩套筒201通过端盖4、第一连接板5、第二连接板6和第三连接板7与第三水平套筒108连接。剪叉伸缩套筒201与端盖4、第一连接板5、第二连接板6和第三连接板7之间采用螺栓连接，连接可靠，安装方便，便于拆卸和维修。
52.可选的，如图6所示，剪叉伸缩套筒201的侧壁上设有丝杠孔安装板8，剪叉丝杠202穿设于丝杠孔安装板8上的通孔。
53.本实施例提供的辅助支撑装置的工作过程如下：
54.首先辅助支撑装置横向伸出，此时制动器110制动，锁紧三级丝杠103，第一电磁离合器104分离，第二电磁离合器105结合，使得三级丝杠103与二级丝杠102不发生相对运动，伸缩驱动件300驱动一级丝杠101旋转，带动二级丝杠102伸出；当二级丝杠102伸出到指定位置时，此时第一电磁离合器104结合，第二电磁离合器105分离，伸缩驱动件300驱动二级丝杠102旋转，使得三级丝杠103伸出至指定位置。
55.然后，辅助支撑装置向下伸出，第一电磁离合器104和第二电磁离合器105均结合，
制动器110松开，伸缩驱动件300驱动三级丝杠103旋转，三级丝杠103通过扭矩联轴器213带动剪叉丝杠202旋转，带动丝杠螺母杆203移动，使得剪叉组件伸出，带动剪叉伸缩套筒201向下伸出；当剪叉伸缩套筒201的底端与地面接触时，驱动阻力变大，当剪叉丝杠202的转动扭矩达到了扭矩联轴器213的限定扭矩时，扭矩联轴器213发生打滑，此时伸缩驱动件300停止工作，剪叉丝杠202具有自锁功能，保持支撑装置伸出。
56.当支撑结束后，辅助支撑装置向上收回，第一电磁离合器104和第二电磁离合器105均结合，制动器110松开，伸缩驱动件300带动剪叉丝杠202反向旋转，使得剪叉组件带动剪叉伸缩套筒201向上收回，收回完毕后剪叉丝杠202锁死，扭矩联轴器213再次发生打滑。
57.最后，辅助支撑装置横向收回，第一电磁离合器104结合，第二电磁离合器105分离，制动器110制动锁紧三级丝杠103，伸缩驱动件300带动二级丝杠102旋转使三级丝杠103缩回；缩回完毕后，第一电磁离合器104分离，第二电磁离合器105结合，伸缩驱动件300驱动一级丝杠101旋转带动二级丝杠102缩回，缩回动作完毕后，伸缩驱动件300停止工作，至此辅助支撑装置缩回完成。
58.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。