行走机构及机器人的制作方法

本发明涉及机器人行走技术领域，特别涉及一种行走机构及机器人。

背景技术：

随着机器人技术的不断发展，机器人的应用越来越广泛，机器人的功能也越来越丰富，同时，对机器人对地面的适应性和行走的平稳性的要求也越来越高。机器人的行走机构作为机器人上所有功能的移动载体，其性能的优劣，直接影响整机的表现，而现有机器人的行走机构存在越障能力不足和起步或急停稳定性不足的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种行走机构，能适应地面的变化，满足应用场景中跨越台阶和缝隙的要求，实现高越障性能。

一种行走机构，包括底板、联动组件、第一主动轮、第二主动轮和前从动轮，联动组件包括联动轴、第一主动连杆、第二主动连杆和从动连杆，联动轴可转动地连接在底板上，联动轴的一端与第一主动连杆固定连接，联动轴的另一端与第二主动连杆固定连接，从动连杆连接于第一主动连杆与第二主动连杆之间的联动轴，第一主动轮可转动地连接于第一主动连杆，第二主动轮可转动地连接于第二主动连杆，前从动轮可转动地连接于从动连杆，当行走机构越障时，联动组件作为整体可绕着联动轴与底板的连接处摆动。

在本发明的实施例中，上述第一主动连杆和该第二主动连杆分别固定连接于该联动轴的左右两端，该从动连杆固定连接于该联动轴的中部。

在本发明的实施例中，上述底板上固定设有第一衬套座和第二衬套座，该第一衬套座与该第二衬套座相对设置，该联动轴可转动地安装于该第一衬套座和该第二衬套座内。

在本发明的实施例中，上述底板包括相对设置的第一安装面和第二安装面，该第一衬套座和该第二衬套座连接于该第一安装面，该底板上设有贯穿该第一安装面和该第二安装面的第一活动孔、第二活动孔和第三活动孔，该第一主动连杆的上端穿过该第一活动孔并与该联动轴的一端固定连接，该第二主动连杆的上端穿过该第二活动孔并与该联动轴的一端固定连接，该从动连杆的上端穿过该第三活动孔并与该联动轴的一端固定连接。

在本发明的实施例中，上述底板上设有第一安装座和第二安装座，该第一安装座和该第二安装座连接于该第二安装面，该第一安装座与该第一主动连杆对应设置，该第二安装座与该第二主动连杆对应设置，该行走机构还包括第一减振器和第二减振器，该第一减振器的一端铰接连接于该第一安装座，该第一减振器的另一端铰接连接于该第一主动连杆，该第二减振器的一端铰接连接于该第二安装座，该第二减振器的另一端铰接连接于该第二主动连杆。

在本发明的实施例中，上述第一减振器的轴线平行与该第二安装面，该第二减振器的轴线平行与该第二安装面。

在本发明的实施例中，上述底板上还固定设有第三安装座，该第三安装座固定连接于该第二安装面，该行走机构还包括后从动轮，该后从动轮与该前从动轮相对设置，该后从动轮可转动地连接于该第三安装座。

在本发明的实施例中，上述从动连杆的端部轴与该联动轴配合的轴孔，该联动轴穿过该轴孔设置，该行走机构还包括驱动电机，该驱动电机包括转子和定子，该驱动电机设置于该轴孔中，该转子固定连接于该轴孔的孔壁，该定子固定连接于该联动轴，该驱动电机可驱使该从动连杆绕该联动轴转动。

在本发明的实施例中，上述行走机构还包括传感器，该传感器连接在该底板或该联动组件上，该传感器用于检测该底板的起伏角度，当该行走机构越障的底板起伏角度大于设定值时，该驱动电机驱使该从动连杆转动以使该底板的起伏角度处于设定区间内。

本发明还涉及一种机器人，包括上述的行走机构。

本发明的行走机构越障时，联动组件可绕着联动轴与底板的连接处摆动，能适应地面的变化，保证第一主动轮、第二主动轮和前从动轮一直与地面接触，并保证第一主动轮和第二主动轮对地面有足够的正压力，从而实现高越障性能。

附图说明

图1是本发明第一实施例的行走机构的立体结构示意图。

图2是本发明第一实施例的行走机构的局部剖视结构示意图。

图3是本发明第一实施例的行走机构的正视结构示意图。

图4至图7是本发明第一实施例的行走机构越障时的示意图。

图8是本发明第二实施例的行走机构的局部剖视结构示意图。

图9是本发明第二实施例的从动连杆与联动轴连接处的剖视结构示意图。

具体实施方式

第一实施例

图1是本发明第一实施例的行走机构的立体结构示意图，图2是本发明第一实施例的行走机构的局部剖视结构示意图，图3是本发明第一实施例的行走机构的正视结构示意图，如图1、图2和图3所示，行走机构包括底板11、联动组件12、第一主动轮13、第二主动轮14和前从动轮15。底板11沿着水平方向设置，第一主动轮13与第二主动轮14呈左右相对设置，前从动轮15在行走方向上位于第一主动轮13和第二主动轮14的前方，前从动轮15只有一个。联动组件12包括联动轴121、第一主动连杆122、第二主动连杆123和从动连杆124，联动轴121可转动地连接在底板11上，联动轴121的一端与第一主动连杆122固定连接，联动轴121的另一端与第二主动连杆123固定连接，从动连杆124固定连接于第一主动连杆122与第二主动连杆123之间的联动轴121上，第一主动轮13可转动地连接于第一主动连杆122，第二主动轮14可转动地连接于第二主动连杆123，前从动轮15可转动地连接于从动连杆124。当行走机构越障时，联动组件12作为整体可绕着联动轴121与底板11的连接处摆动，即联动组件12包含的各个元件(联动轴121、第一主动连杆122、第二主动连杆123和从动连杆124)固定连接在一起，使联动组件12、第一主动轮13、第二主动轮14和前从动轮15组成浮动部件，并可以绕联动轴121与底板11的连接处摆动。

本发明的行走机构越障时，联动组件12可绕着联动轴121与底板11的连接处摆动，克服现有行走机构越障能力不足的技术问题，能适应地面的变化，保证第一主动轮13、第二主动轮14和前从动轮15一直与地面接触，并保证第一主动轮13和第二主动轮14对地面有足够的正压力，满足应用场景中跨越台阶和缝隙的要求，从而实现高越障性能。

进一步地，第一主动连杆122和第二主动连杆123分别固定连接于联动轴121的左右两端，从动连杆124固定连接于联动轴121的中部。由于从动连杆124固定连接于联动轴121的中部，使得前从动轮15至联动轴121之间轴距l最大化(当底板11呈圆形，且前从动轮15不超出底板11覆盖的范围时)，当行走机构起步或急停时，行走机构整体不易出现前后晃动，提高了行走机构的稳定性，克服现有行走机构起步或急停稳定性不足的技术问题。

进一步地，底板11上固定设有第一衬套座111和第二衬套座112，第一衬套座111与第二衬套座112呈左右相对设置，其中第一衬套座111靠近于第一主动轮13设置，第二衬套座112靠近于第二主动轮14设置。联动轴121可转动地安装于第一衬套座111和第二衬套座112内，即联动轴121可以在第一衬套座111和第二衬套座112内转动。如此，联动组件12、第一主动轮13、第二主动轮14和前从动轮15组成的浮动部件，即可通过联动轴121实现相对于底板11的摆动。

进一步地，底板11包括相对设置的第一安装面11a和第二安装面11b，第一安装面11a例如为底板11的上表面，第二安装面11b例如为底板11的下表面，第一衬套座111和第二衬套座112固定连接于第一安装面11a。底板11上设有贯穿第一安装面11a和第二安装面11b的第一活动孔101、第二活动孔102和第三活动孔103。第一活动孔101对应于第一主动连杆122设置，第一主动连杆122的上端穿过第一活动孔101并与联动轴121的一端固定连接，第一主动轮13可转动地连接于第一主动连杆122的下端。第二活动孔102对应于第二主动连杆123设置，第二主动连杆123的上端穿过第二活动孔102并与联动轴121的另一端固定连接，第二主动轮14可转动地连接于第二主动连杆123的下端。第三活动孔103对应于从动连杆124设置，从动连杆124的上端穿过第三活动孔103并与联动轴121的中部固定连接，前从动轮15可转动地连接于从动连杆124的下端。当行走机构越障时，第一主动连杆122可在第一活动孔101中摆动，第二主动连杆123可在第二活动孔102中摆动，从动连杆124可在第三活动孔103中摆动。

进一步地，底板11上固定设有第一安装座113和第二安装座114，具体地，第一安装座113和第二安装座114固定连接于第二安装面11b。第一安装座113与第一主动连杆122对应设置，第二安装座114与第二主动连杆123对应设置，行走机构还包括第一减振器17和第二减振器18，第一减振器17的一端铰接连接于第一安装座113，第一减振器17的另一端铰接连接于第一主动连杆122，第二减振器18的一端铰接连接于第二安装座114，第二减振器18的另一端铰接连接于第二主动连杆123。在本实施例中，第一减振器17和第二减振器18用于增加第一主动轮13和第二主动轮14对地面的正压力，防止第一主动轮13和第二主动轮14打滑，同时第一减振器17和第二减振器18具有减震的作用，能避免因地面不平整引起的行走机构剧烈晃动问题。

进一步地，第一减振器17的轴线平行于第二安装面11b，第二减振器18的轴线平行于第二安装面11b。在本实施例中，第一减振器17和第二减振器18沿着横向(即水平方向)设置，即第一减振器17和第二减振器18的设置方向平行于地面，该设置方式能大大节省底盘的空间，优化了结构设计。

在另一较佳的实施例中，第一减振器17可倾斜地铰接连接于第一安装座113与第一主动连杆122之间，第一减振器17的倾斜角度根据实际需要可自由调整，例如第一减振器17的长度方向与底板11之间的夹角为0～45°，具体地例如为10°、20°、30°，但并不以此为限。第二减振器18可倾斜地铰接连接于第二安装座114与第二主动连杆123之间，第二减振器18的倾斜角度根据实际需要可自由调整，例如第二减振器18的长度方向与底板11之间的夹角为0～45°，具体地例如为10°、20°、30°，但并不以此为限。

进一步地，底板11上还固定设有第三安装座115，具体地，第三安装座115固定连接于第二安装面11b，行走机构还包括后从动轮16，后从动轮16与前从动轮15呈前后相对设置，即后从动轮16在行走方向上位于第一主动轮13和第二主动轮14的后方。后从动轮16可转动地连接于第三安装座115。在本实施例中，底板11上固定设有两个第三安装座115，两个第三安装座115呈左右对称设置，行走机构包括两个后从动轮16，两个后从动轮16也呈左右对称设置，两个后从动轮16分别与两个第三安装座115相对应，两个后从动轮16分别可转动地连接在两个第三安装座115上。

进一步地，第一主动轮13和第二主动轮14均通过轮毂电机(图未示)进行驱动，关于轮毂电机的结构和工作原理请参照现有技术，此处不再赘述。

进一步地，前从动轮15和后从动轮16均为万向轮，以利于行走机构的转向。关于万向轮的结构和工作原理请参照现有技术，此处不再赘述。

进一步地，底板11上还设有第一避让孔104和第二避让孔105，第一避让孔104和第二避让孔105贯穿底板11的第一安装面11a和第二安装面11b，其中第一避让孔104位于第一主动轮13的正上方，第二避让孔105位于第二主动轮14的正上方。当行走机构的第一主动轮13越障时，第一主动轮13向着靠近底板11的方向抬升至第一避让孔104中，避免第一主动轮13与底板11发生干涉；当行走机构的第二主动轮14越障时，第二主动轮14向着靠近底板11的方向抬升至第二避让孔105中，避免第二主动轮14与底板11发生干涉。

进一步地，图4至图7是本发明第一实施例的行走机构越障时的示意图，请参照图4至图7，当行走机构在平整的地面上行走时，底板11与地面相互平行，如图2所示；

当行走机构的前从动轮15越障时，由于前从动轮15可转动地连接于从动连杆124的下端，从动连杆124的上端与联动轴121固定连接，联动轴121可转动地连接于第一衬套座111和第二衬套座112，因此，当前从动轮15滚动越上障碍物时，前从动轮15会带动从动连杆124上移，联动轴121在第一衬套座111和第二衬套座112内会沿图4的顺时针方向a1转动，此时联动组件12会根据地面的变化同步摆动，使第一主动轮13和第二主动轮14保持与地面接触，此时底板11处于倾斜状态，即靠近前从动轮15的底板11位置高，靠近后从动轮16的底板11位置低，如图4所示；

当行走机构的第一主动轮13和/或第二主动轮14越障时，由于第一主动轮13可转动地连接于第一主动连杆122的下端，第一主动轮13的上端与联动轴121固定连接，第二主动轮14可转动地连接于第二主动连杆123的下端，第二主动轮14的上端与联动轴121固定连接，联动轴121可转动地连接于第一衬套座111和第二衬套座112，因此，当第一主动轮13和/或第二主动轮14滚动越上障碍物时，第一主动轮13和/或第二主动轮14会带动第一主动连杆122和/或第二主动连杆123上移，联动轴121在第一衬套座111和第二衬套座112内会沿图4的顺时针方向a2转动，此时联动组件12会根据地面的变化同步摆动，使前从动轮15保持与地面接触，此时底板11处于倾斜状态，即靠近前从动轮15的底板11位置高，靠近后从动轮16的底板11位置低，如图5所示；

当行走机构的后从动轮16越障时，后从动轮16带动底板11后部向着远离地面的方向抬起，第一主动轮13、第二主动轮14和前从动轮15紧压在地面上，此时底板11处于倾斜状态，即靠近前从动轮15的底板11位置低，靠近后从动轮16的底板11位置高，如图6所示；

当行走机构的前从动轮15和后从动轮16同时越障时，前从动轮15会带动从动连杆124上移，联动轴121在第一衬套座111和第二衬套座112内会沿图7的顺时针方向a1转动，此时联动组件12会根据地面的变化同步摆动，使第一主动轮13和第二主动轮14保持与地面接触，同时后从动轮16带动底板11后部向着远离地面的方向抬起，此时底板11处于倾斜状态，即靠近前从动轮15的底板11位置低，靠近后从动轮16的底板11位置高，如图7所示。

第二实施例

图8是本发明第二实施例的行走机构的局部剖视结构示意图，图9是本发明第二实施例的从动连杆与联动轴连接处的剖视结构示意图，如图8和图9所示，本实施例的行走机构与第一实施例的行走机构大致相同，不同点在于从动连杆124与联动轴121的连接方式不同。

具体地，如图8和图9所示，从动连杆124的上端设有与联动轴121配合的轴孔106，联动轴121穿过轴孔106设置，行走机构还包括驱动电机19，驱动电机19包括转子191和位于转子191内部的定子192，驱动电机19设置于轴孔106中，转子191固定连接于轴孔106的孔壁，定子192固定连接于联动轴121的外壁，驱动电机19可驱使转子191转动，使转子191带动从动连杆124绕联动轴121转动。

进一步地，行走机构还包括传感器21，传感器21设置在底板11或联动组件12上，传感器21用于检测行走机构的底板11的起伏角度。当行走机构越障时底板11的起伏角度小于设定值时，驱动电机19锁定转子191，使转子191相对于定子192处于静止状态，此时从动连杆124相对联动轴121不能发生转动；当行走机构越障使底板11的起伏角度大于设定值时，驱动电机19驱使从动连杆124转动以使底板11的起伏角度小于设定值。例如，底板11的起伏角度的最大允许设定值为15°，当底板11的起伏角度为0～15°时，驱动电机19的转子191和定子192处于静止状态，即此时从动连杆124相对于联动轴121不转动，从动连杆124的上端通过驱动电机19的转子191和定子192与联动轴121固定连接；当行走机构的底板11起伏角度大于15°时，驱动电机19驱使从动连杆124绕联动轴121转动(驱动电机19驱使转子191转动，由于转子191与从动连杆124的上端固定连接，因此转子191的转动会带动从动连杆124同步转动，使从动连杆124绕联动轴121转动)，以使行走机构的起伏角度处于0～15°内，能有效避免行走机构越障时晃动过大，进一步提高了行走机构的稳定性。

值得一提的是，行走机构的底板11起伏角度的最大允许设定值可根据实际需要自由选择，并不以上述为限。

进一步地，传感器21优选为陀螺仪，陀螺仪安装于底板11的中部，用于检测底板11的起伏角度，陀螺仪的连接位置可根据实际需要自由选择，并不以此为限。

本发明还涉及一种机器人，包括上述的行走机构，行走机构安装于机器人的底部，用于驱使机器人移动。机器人在轮毂电机的驱动下，向前行进，当地面出现起伏时，浮动部件可上下摆动，适应地面的变化，保证第一主动轮13、第二主动轮14和前从动轮15一直与地面接触，并保证对地面有足够的正压力，从而实现高越障性能。

本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。