采用齿条机构变形的行走部及具有其的消防移动平台的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种采用齿条机构变形的行走部及具有其的消防移动平台，可用于设计消防机器人的设计。

背景技术：

应用于消防、救援、探测、侦查等领域的移动机器人，通常面临复杂的地形环境，这就要求机器人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，如攀爬斜坡时，要求机器人具有较低的重心位置，增加机器人的接地长度以提供良好的稳定性。而目前的机器人行走部不能根据地形的变化而调整姿态，这样移动机器人的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，则发生卡阻甚至无法通过。若机器人(如消防机器人)移动平台的行走部可根据地形障碍的特征主动地改变其夹角、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。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，未进行可变形行走部的设计，因而，设计一种可变形的机器人行走部及采用该行走部设计的消防移动平台很有意义。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种采用齿条机构变形的行走部及具有其的消防移动平台，该行走部可根据地形发生主动变形，这样采用其的消防移动平台可以调节整体高度、重心位置，调节其接地尺寸，以适应不同地形。

本发明的具体技术方案为：

一种采用齿条机构变形的行走部，包括：基架、单齿条双齿轮机构、变形驱动组件和行走组件；所述单齿条双齿轮机构包括：双面齿条，所述双面齿条两侧均有齿且所述双面齿条与所述基架构成移动副；齿轮，所述齿轮为两个，分别设在所述双面齿条的两侧且均与所述双面齿条啮合，两个所述齿轮与所述基架可枢转的相连；所述变形驱动组件与所述双面齿条相连并驱动所述双面齿条沿着基架往复直线运动；所述行走组件为两个，两个所述行走组件分别与两个所述齿轮相连。

作为优选，本发明的行走部，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齿轮转角。

可选的，所述夹角检测模块为编码器。

可选的，本发明的行走部，所述行走组件可以为轮式行走组件，所述轮式行走部组件包括：轮式行走部架，所述轮式行走部架与所述齿轮相连；车轮组件，所述车轮组件与所述行走部架相连，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，本发明的行走部，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，本发明的行走部，所述双面齿条与所述基架间设有导轨滑块装置，所述齿轮轴向的两端与所述基架间设有轴承，且所述导轨滑块装置包括：导轨，所述导轨与所述基架相连；滑块，所述滑块与所述双面齿条相连并可沿着所述导轨直线运动。

进一步的，本发明的行走部，所述的变形驱动组件还包括：螺杆，所述螺杆与所述基架可枢转的相连；螺母，所述螺母与所述双面齿条相连，且所述螺母与所述螺杆通过螺纹副相连；驱动件，所述驱动件与所述基架固定连接并驱动所述螺杆转动。可选的，所述的驱动件为电机或液压马达或经过减速的电机与液压马达。

再进一步的，本发明的行走部，所述齿轮上设有与所述齿轮同轴的齿轮轴，且所述齿轮轴的两端与所述基架可枢转地相连且伸出所述基架，所述齿轮轴在所述基架的外侧与所述行走组件相连。

本发明的行走部，所述齿轮为不完整齿齿轮。

通过上述技术方案，所述单齿条双齿轮机构的双面齿条直线往复运动时，可驱动两个与之相啮合的所述齿轮反向同速地转动；因为两个所述行走组件分别与两个所述齿轮相连接，所以当所述变形驱动组件带动所述双面齿条直线往复运动时，两个所述行走组件可同时反向地摆动，从而改变了两个所述行走组件的夹角，实现了行走部的变形。若两个所述齿轮的齿数相同，可实现两个所述行走组件同速反向摆动；若两个所述齿轮的齿数不相同，可实现两个所述行走组件不同速反向摆动。

在本发明的技术方案中，所述齿轮为不完整齿齿轮，因此可以降低齿轮的生产成本和重量。

在本发明的技术方案中，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齿轮转角，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齿轮的转角，或者与所述齿轮同轴相连以得到所述齿轮的转角从而得到所述行走组件的夹角。

在本发明的技术方案中，所述行走组件可为轮式行走组件，因为两个所述轮式行走部架分别与两个所述齿轮相连接，所以当所述变形驱动组件驱动所述单齿条双齿轮机构时，两个所述轮式行走组件可同时反向地摆动，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发明所述的行走部的高度的变化。

在本发明的技术方案中，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齿轮相连接，所以当所述变形驱动组件驱动所述单齿条双齿轮机构时，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发明所述的行走部的高度的变化。

此外，本发明还提出了一种消防移动平台，其包括：主车体、两个所述的采用齿条机构变形的行走部，且两个所述的采用齿条机构变形的行走部的所述基架分别于所述主车体的两侧相连。

在本发明的技术方案中，其还包括差动平衡装置，两个所述采用齿条机构变形的行走部的所述基架与所述主车体可枢转地相连，所述差动平衡装置分别与所述主车体和两个所述基架相连。

通过上述技术方案，由于使用所述的采用齿条机构变形的行走部的缘故，该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，以及移动平台的整体长度，以调高移动平台的地形通过性、适应性与运动稳定性。

采用本发明的技术方案将能获得以下有益效果：(1)采用所述单齿条双齿轮机构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；(2)采用所述行走部的消防移动平台实现了消防移动平台的底盘的高度以及车身的长度调节，从而提高了消防移动平台的地形通过性和适应性；(3)采用所述差动平衡装置的消防移动平台具有被动适应地形的能力；(4)采用本发明方案可以消防机器人及其他领域的机器人，以及其他移动设备。

附图说明

图1是根据本发明实施例的轮式行走部的主视示意图；

图2是图1所示的轮式行走部的立体示意图；

图3是图1所示的轮式行走部的另一立体示意图；

图4是图1所示的轮式行走部部分结构的立体爆炸图；

图5是图1所示的轮式行走部调整角度180度时的主视示意图；

图6是图1所示的轮式行走部调整角度较小时的主视示意图；

图7是根据本发明另一实施例的履带式行走部的主视示意图；

图8是图7所示的履带式行走部的重心较高的主视示意图；

图9是图7所示的履带式行走部的重心较低的主视示意图；

图10是具有图1所示的轮式行走部的移动平台的立体示意图；

图11是图7所示的轮式消防移动平台提高净空高度的示意图；

图12是图7所示的轮式消防移动平台降低净空高度的示意图；

图13是具有图7所示的的履带式行走部的消防移动平台的立体示意图；

图14是本发明另一实施例的装有差动平衡装置的消防移动平台通过起伏地面的状态图；

图15是具有图10所示移动平台的用于环境探测的消防机器人的立体示意图；

附图标记：

1100轮式行走部；1200履带式行走部；2000主车体；3000差动平衡装置；4000侧转轴；

1基架；

11基架框；

111顶座；112底座；

12侧板；

121齿轮轴座安装孔；122连接接口；

13齿轮轴座；

2单齿条双齿轮机构；

21双面齿条；

22齿轮；

221齿轮轴；

2211键；

3变形驱动组件；

31螺杆；

32螺母；

33驱动件；

4导轨滑块装置；

41导轨；

42滑块；

5行走组件；

51轮式行走组件；5101左轮式行走组件；5102右轮式行走组件；

511轮式行走部架；

5111连接框；

51111耳座；51112开口长槽孔；51113固定孔；

512车轮组件；

513车轮驱动件；

514法兰盘；

5141键槽孔；5142固定螺纹孔；

515连接螺母；

516螺钉；

52履带式行走组件；5201左履带式行走组件；5202右履带式行走组件；

521履带架；

5211履带架主板；5212履带架连接板；

522履带轮；

5221驱动履带轮；5222从动履带轮；

523履带；

524履带轮驱动件；

6编码器；

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合图1-图15详细描述根据本发明实施例的采用齿条机构变形的行走部，该行走部可用于移动平台，但不限于此。

如图1、图2、图3、图4所示，根据本发明的一些实施例，采用齿条机构变形的行走部，包括：基架1、单齿条双齿轮机构2、变形驱动组件3、导轨滑块装置4和行走组件5；如图4所示，基架1还包括连接接口122，连接接口122用于连接主车体2000和行走部；单齿条双齿轮机构2包括：双面齿条21，双面齿条21两侧均有齿，双面齿条21与基架1可移动的相连；齿轮22，齿轮22为两个，两个齿轮22对称的设在双面齿条两侧并分别与双面齿条21两侧的齿啮合；变形驱动组件3与双面齿条21相连并驱动双面齿条21沿着所述基架1往复直线运动；具体的，变形驱动组件3包括：螺杆31、螺母32和驱动件33，螺母32与双面齿条21上端面固定连接，双面齿条21沿竖直方向开有通孔，螺杆31与螺母32通过螺纹副连接，且螺杆31可枢转的设在基架1上，驱动件33与基架1固定，并通过联轴器与螺杆31相连，以驱动螺杆31转动；导轨滑块装置4包括导轨41和滑块42，导轨41与基架1相连，滑块42与双面齿条21相连；行走组件5为两个，两个行走组件5分别与两个齿轮22相连；图1、图2所示的实施例中，两个齿轮22的齿数与模数相同。

如图1、图2所示，根据本发明的一些实施例，基架1为箱体结构，包括基架框11、侧板12、齿轮轴座13；基架框11的顶部在中间位置设有顶座111，基架框11的底部在中间位置设有底座112，顶座111与底座112同轴线设置；侧板12为两个，与基架框11相连，侧板12上设有两个齿轮轴座安装孔121，侧板12上还设有连接接口122；齿轮轴座13安装在齿轮轴座安装孔121内且与侧板连接。单齿条双齿轮机构2的双面齿条21和两个齿轮22均设于基架1的箱体结构内。单齿条双齿轮机构2的齿轮22上设有齿轮轴221，具体而言，本实施例中，如图4所示，齿轮轴221上还设有键2211，且齿轮轴221与齿轮22通过键2211连接在一起。齿轮轴221的两端支撑在两侧的齿轮轴座13内，并伸出齿轮轴座13，具体实施时，齿轮轴221与齿轮轴座13设有轴承。双面齿条21设有两个齿轮22之间并与两个齿轮22相啮合。根据本发明的一些实施例，螺杆31支撑安装在基架框11的顶座111与底座112中，受到顶座111与底座112的支承，具体实施时，顶座111与螺杆31间、底座112与螺杆31间均设有轴承。

根据本发明的一些实施例，如图1、图2所示，齿轮22为不完整齿齿轮，齿轮22的齿数只需能和双面齿条21啮合并到达两个极限位置，这样既能保证齿轮转角的大小满足需求，又可以减小齿轮22的体积、重量及基架1的体积。

根据本发明的一些实施例，驱动件33为电机或者液压马达或者经过减速的电机与液压马达。图1、图2所示的实施例的驱动件33采用了经过减速的电机。

通过上述方案，变形驱动组件3的驱动件33驱动螺杆31转动，带动双面齿条21在导轨滑块装置4的导向下沿着基架1上下移动；双面齿条21带动两个与之相啮合的齿轮22反向转动；因为两个行走组件5分别与两个齿轮22相连接，所以当变形驱动组件3带动双面齿条21直线运动时，两个行走组件5可反向摆动，从而改变了两个行走组件5的夹角，实现了行走部的变形。若两个齿轮22当齿数相同，则两个行走组件5摆动的角度相同；若两个齿轮22当齿数不相同，则两个行走组件5摆动的角度不相同。

根据本发明的一些实施例，如图1、图2、图3所示，根据本发明的一些实施例，采用齿条机构变形的行走部，还可以包括夹角检测模块，夹角检测模块为编码器6，编码器6与变形驱动组件3相连可间接地检测出齿轮22的转角。根据本发明的另一些实施例，编码器6与齿轮22可同轴相连以得到齿轮22的转角从而得到两个行走组件5的夹角。

根据本发明的一些实施例，行走组件5为轮式行走组件51，如图1所示，轮式行走组件分左轮式行走组件5101和右轮式行走组件5102，轮式行走组件51包括：轮式行走部架511，轮式行走部架511与齿轮22相连；车轮组件512，车轮组件512与轮式行走部架511相连；车轮驱动件513，车轮驱动件513与车轮组件512相连并驱动车轮组件512转动；法兰盘514，连接法兰盘514与齿轮22和轮式行走部架511相连；连接螺母515，连接螺母515通过螺纹副与齿轮轴221相连并固定法兰盘514。

根据本发明的一些实施例，如图1、图2、图3、图4所示，轮式行走组件51通过法兰盘514和连接螺母515与齿轮22相连，具体而言，如图4所示，轮式行走组件51的轮式行走部架511一端设有连接框5111，连接框5111的耳座51111上设有开口长槽孔51112，开口长槽孔51112周围设有固定孔51113；轮式行走组件51的法兰盘514中心设有键槽孔5141，周边设有固定螺纹孔5142，两个法兰盘514分别套在齿轮轴221的两端上，并与齿轮轴221通过键2211相连，齿轮轴221端伸出法兰盘514，齿轮轴221的伸出段放入连接框5111的耳座51111的开口长槽孔51112内，利用螺钉516将连接框5111的耳座51111与法兰盘514连接，螺钉516穿过固定孔51113与固定螺纹孔5142螺纹连接；齿轮轴221两端外螺纹段通过两个螺母515进行轴向定位，具体的，螺母515采用锁紧螺母，通过调节齿轮轴221的螺母515可对轮式行走组件51进行齿轮轴221轴向的微调。因此，通过此方案与结构，齿轮22与齿轮轴221同轴地连接在一起，齿轮轴221与法兰盘514通过键2211连接在一起，轮式行走组件51的轮式行走部架511与法兰盘514通过螺钉516固定连接在一起，这样，两个轮式行走组件51与两个齿轮22相连并随着两个齿轮轴221的转动而改变夹角。当单齿条双齿轮机构2的两个齿轮22的齿数相同时，变形驱动组件3驱动单齿条双齿轮机构2运动时，齿轮22带动左轮式行走组件5101和右轮式行走组件5102同速反向转动，从而实现了两个轮式行走组件51的夹角大小的调节，即实现了本发明的轮式行走部的变形。根据其他的一些实施例，两个齿轮22的齿数不相同，可实现两个行走组件51不同速的反向摆动，也可实现本发明的轮式行走部的变形。

如图5、图6所示，图5是行走部夹角呈180度的状态示意图，此时，行走部的长度最大，且重心较低；图6是轮式行走部夹角达到较小时的状态示意图，此时，轮式行走部的长度最小，其重心较高。在另外的一些实施例中，单齿条双齿轮机构2的齿轮22为完整齿齿轮，这样，轮式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，轮式行走部的轮式行走组件可在图5所示的位置向上、向下两个方向摆动。

可选的，根据本发明的实施例，车轮驱动件513为电机或者液压马达或者经过减速的电机与液压马达。图1、图2所示的实施例的车轮驱动件513采用了经过减速的电机。

根据本发明的另一实施例，行走组件5还可以为履带式行走组件52，如图7所示的实施例中，履带式行走组件52分左履带式行走组件5201和右履带式行走组件5202，履带式行走组件52包括：履带架521，履带架521与齿轮22相连；履带轮522，履带轮522与履带架521相连，履带轮522包括驱动履带轮5221和从动履带轮5222；履带523，履带523包络在履带轮522外，并与驱动履带轮5221相啮合；履带轮驱动件524，履带轮驱动件524与驱动履带轮5221相连，并驱动驱动履带轮5221转动。图7所示的实施例中，履带轮驱动件524与驱动履带轮5221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524与驱动履带轮5221间还可以采用同轴相连传动或齿轮传动。

在图7所示的实施例中，与轮式行走组件51和齿轮22的连接方式类似的，将履带式行走组件52与齿轮22相连。具体的，履带架521包括履带架主架5211和履带架连接板5212，履带架连接板5212与履带架主架5211固定连接，履带架连接板5212与齿轮22相连接；履带架连接板5212与齿轮22的连接方式与图1、图2和图4所示实施例中轮式行走组件51和齿轮22的连接方式类似。

图8、图9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8中，本发明的履带式行走部的接地长度较小，便于转向，此时重心较高；图9中，本发明的履带式行走部的接地长度较大，便于通过松软地形，便于通过沟道等地形，此时履带式行走部重心低，也可获得较好的稳定性。

总之，根据本发明的一些实施例，单齿条双齿轮机构2将驱动件33的转动转化为两个齿轮22的同速反向的转动，而两个行走组件5与齿轮22通过法兰盘514相连，这样便将两个齿轮22的相反方向的转动转化为两个行走组件5的相反方向的转动，因此，两个行走组件5的夹角在驱动件33的驱动下发生相反方向的改变。

本发明还提出了一种消防移动平台，包括主车体2000与采用齿条机构变形的行走部；所述行走部为两个，且分别设在主车体2000两侧并与主车体2000相连。根据本发明的一些实施例，所述行走部可以为轮式行走部1100，所述行走部也可以为履带式行走部1200。图10中为采用轮式行走部1100的移动平台，图13为采用履带式行走部1200的消防移动平台。在图10所示的实施例中，采用连接架通过连接接口122将轮式行走部1100与主车体2000相连。

由于所述消防移动平台具有采用齿条机构变形的行走部，当所述行走部在变形驱动组件3驱动下夹角发生反向同速的变化时，所述消防移动平台的车身长度相应的变化，同时所述消防移动平台的底盘高度也发生变化，这样，所述消防移动平台的底盘高度和车身长度是可调的，当所述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；当所述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，具有采用齿条机构变形的行走部的消防移动平台有更好的地形适应性、稳定性与适应性。

如图11、12所示，图11是具有轮式行走部1100的消防移动平台通过较高障碍时调节净空高度的状态图，图12是具有轮式行走部1100的消防移动平台通过较低障碍时改变重心位置提高移动平台的稳定性的状态图，由两张图可以看出，具有轮式行走部1100的消防移动平台可以通过调节净空高度来适应具有高低不平障碍的路面。

根据本发明的一些实施例，本发明还提出了一种消防移动平台，该消防移动平台还包括差动平衡装置3000；两个所述采用齿条机构变形的行走部的所述基架1与主车体2000可枢转地相连，差动平衡装置3000分别与主车体2000和两个轮式行走部1100的基架1相连。图14所示实施例中的所述行走部为轮式行走部1100；具体的，主车体2000通过侧转轴4000与轮式行走部1100相连，侧转轴4000为两个，且两个侧转轴4000可枢转的设在主车体2000的两侧；差动平衡装置3000可分别与主车体2000和两个侧转轴4000相连，由此，可以通过差动平衡装置3000使轮式行走部1100适应起伏较大的地形，进而提高了消防移动平台的地形适应性和稳定性。图14也展示了具有轮式行走部1100的消防移动平台在通过具有高低不平障碍的路面时差动平衡装置的作用。根据本发明的另一些实施例的消防移动平台也可采用履带式行走部1200

可选的，差动平衡装置3000为连杆式差动平衡装置或者齿轮式差动平衡装置。

此外，具有采用齿条机构变形的行走部的移动平台还可以用于设计净空高度可调的机器人和其他移动设备，如图15为一种采用本发明移动平台所设计的用于环境探测的消防机器人

对于消防机器人和其他移动设备的其他构成，比如连杆式差动平衡装置或者齿轮式差动平衡装置，已为现有技术，且为本领域的普通技术人员熟知，故不再详细描述。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，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，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。