一种双离合主动式行星轮系越障机器人及其控制方法与流程

本发明属于越障机器人技术领域，具体涉及一种双离合主动式行星轮系越障机器人及其控制方法。

背景技术

目前越障机器人在楼宇搜救、室内运输、抗险救灾等方面应用广泛。越障机器人主要采用的结构形式包括履带式结构、轮式结构和足式结构。履带式机器人移动较慢,足式机器人结构和控制都比较复杂，而普通的轮式机器人越障性能较差，行星轮式越障机器人因其具有较好的越障性及移动性成为一种较好的选择。

现有的行星轮式越障机器人多为被动式行星轮系越障机构，不能在大载荷情况下顺利越障，在跨越各种沟壑、障碍及台阶时性能有待提高。此外，目前行星轮式越障机器人缺少减震机构，导致机器人的平顺性较差，部分行星轮式越障机器人则直接使用普通轮式车辆的减震机构，结构复杂占用空间大。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种双离合主动式行星轮系越障机器人及其控制方法，既能在普通路面上快速移动，又能在大载荷条件下平顺地跨越障碍物。结合说明书附图，本发明的技术方案如下：

一种双离合主动式行星轮系越障机器人，由底盘b和四组行星轮驱动装置a连接组成；

所述行星轮驱动装置a由驱动电机1，双离合器2，空心轴套3，输入轴4，第一传动齿轮5、第二传动齿轮6、第三传动齿轮7、第四传动齿轮8、连接架9、输出轴10、行星轮系机构11以及减震车轮12组成；

所述双离合器2由第一离合21和第二离合22同轴设置组成，位于外侧的第一离合21通过空心轴套3与第一传动齿轮5同轴固定连接，位于内侧的第二离合22通过输入轴4与第三传动齿轮7同轴固定连接；

所述第二传动齿轮6与第一传动齿轮5相啮合，第四传动齿轮8与第三传动齿轮7相啮合；

所述第二传动齿轮6通过输出轴10与行星轮系机构11的太阳轮111同轴固定连接；所述第四传动齿轮8空套在输出轴10上，第四传动齿轮8的外端面通过连接架9与行星轮系机构114的行星架固定连接；

所述减震车轮12同轴安装在行星轮系机构11的行星轮113上。

进一步地，所述行星轮系机构11由太阳轮111、惰轮112、行星轮113和行星架114组成；

所述行星架114为等边三角形板，行星架114的中心开有通孔，所述输出轴10穿过行星架114的中心孔与太阳轮111同轴连接；

所述连接架9由三根相同的圆杆组成，三根圆杆沿第四传动齿轮8的轴线等距离平行设置，三根圆杆的一端与第四传动齿轮8外端面垂直固定连接，三根圆杆的另一端与行星架114内端面垂直固定连接；

三个所述行星轮113分别等距离地安装在行星架114的三个顶角位置，所述太阳轮111位于三个行星轮113的中心位置，所述太阳轮111与三个行星轮113之间分别通过一个惰轮112啮合连接。

进一步地，所述减震车轮12由轮胎121、外轮圈122、内轮圈123以及六个减震单元124组成；六个减震单元124沿车轮径向设置且沿圆周方向均匀分布在外轮圈122与内轮圈123之间。

一种双离合主动式行星轮系越障机器人的控制方法，

所述平坦路面行驶控制控制过程具体如下：

在平坦路面行驶时，通过对控制双离合器2进行操纵控制，使第一离合21结合，且第二离合22分离，驱动电机1的动力输出后经第一离合21，并通过空心轴套3传递至第一传动齿轮5，第一传动齿轮5经与第二传动齿轮6啮合传动后，动力通过输出轴10传递给行星轮系机构11的太阳轮111，太阳轮111通过惰轮112与行星轮113啮合传动，在行星架114相对静止的情况下，太阳轮111带动行星轮113沿自身轴线自转，进而通过行星轮113驱动减震车轮12旋转，实现在平坦路面上高速行驶；

所述越障控制过程具体如下：

当遇到障碍物时，通过对控制双离合器2进行操纵控制，使第一离合21分离，且第二离合22结合，驱动电机1的动力输出后经第二离合22，并通过输入轴4传递至第三传动齿轮7，第三传动齿轮7经与第四传动齿轮8啮合传动后，动力通过连接架9传递给行星轮系机构11的行星架114，行星架114带动其上的行星轮113沿太阳轮111的轴线公转，实现行星轮系机构11整体翻转，进而带动减震车轮12沿输出轴10轴线公转，最终使机器人的底盘b跨过障碍物。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明所述双离合主动式行星轮系越障机器人采用行星轮驱动机构配合双离合，使机器人既能在普通路面上快速行驶，又能在大载荷条件下跨越各种障碍物，且机器人具备转弯、越障、爬坡等一系列功能。

2、本发明所述双离合主动式行星轮系越障机器人采用减震车轮，减震性能好，平顺性佳，具备良好的路面适应能力，在城市街道、台阶、草地、山地等工况下都具有很强的通过能力。

3、本发明所述双离合主动式行星轮系越障机器人结构紧凑，体积较小，且质量较小，具有较好的应用推广前景。

附图说明

图1为本发明所述双离合主动式行星轮系越障机器人的立体结构示意图；

图2为本发明所述越障机器人中，行星轮驱动装置的立体结构示意图；

图3为本发明所述越障机器人中，行星轮驱动装置的原理简图；

图4为本发明所述越障机器人中，行星轮系机构的结构示意图；

图5为本发明所述越障机器人中，减震车轮的结构示意图。

图中：

a-行星轮驱动装置，b-底盘；

1-驱动电机，2-双离合器，3-空心轴套，4-输入轴，

5-第一传动齿轮，6-第二传动齿轮，7-第三传动齿轮，8-第四传动齿轮，

9-连接架，10-输出轴，11-行星轮系机构，12-减震车轮；

21-第一离合，22-第二离合；

111-太阳轮，112-惰轮，113-行星轮，114-行星架；

121-轮胎，122-外轮圈，123-内轮圈，124-减震单元；

具体实施方式

为进一步阐述本发明的技术方案及其工作过程，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：

如图1所示，本发明公开了一种双离合主动式行星轮系越障机器人，由底盘b以及分别对称分布在底盘b前后左右四个方向上的四组行星轮驱动装置a组成，所述行星轮驱动装置a通过支撑连接组件安装在底盘b上，底盘b在行星轮驱动装置a的驱动下完成行走、越障或爬坡等运动。

如图2和图3所示，所述行星轮驱动装置a由驱动电机1，双离合器2，空心轴套3，输入轴4，第一传动齿轮5、第二传动齿轮6、第三传动齿轮7、第四传动齿轮8、连接架9、输出轴10、行星轮系机构11以及减震车轮12组成。其中：

所述驱动电机1的输出端与双离合器2同轴相连向外输出动力。

所述双离合器2由第一离合21和第二离合22内外同轴设置组成，其中，位于外侧的第一离合21的离合器压盘外端面与空心轴套3的一端同轴固定连接，空心轴套3的另一端与第一传动齿轮5的端面同轴固定连接；位于内侧的第二离合22的离合器压盘外端面与输入轴4的一端同轴固定连接，所述输入轴4穿过与其同轴设置的空心轴套3，输入轴4的另一端与第三传动齿轮7同轴固定连接。

所述第二传动齿轮6与第一传动齿轮5相啮合，所述第四传动齿轮8与第三传动齿轮7相啮合；所述输出轴10与输入轴4平行设置，第二传动齿轮6固定安装在输出轴10的一端，输出轴10的另一端依次穿过第四传动齿轮8的中心、连接架9和行星轮系机构11的行星架114，并与行星轮系机构的太阳轮同轴固定连接；所述第四传动齿轮8空套在输出轴10上，第四传动齿轮8的外端面通过连接架9与行星轮系机构11的行星架固定连接。

所述行星轮系机构11由太阳轮111、惰轮112、行星轮113和行星架114组成；所述行星架114为等边三角形板，行星架114的中心开有通孔，所述输出轴10穿过行星架114的中心孔与太阳轮111同轴连接；所述连接架9由三根结构尺寸均相同的圆杆组成，三根圆杆与第四传动齿轮8圆心位置的距离相等，三根圆杆沿第四传动齿轮8的轴线等距离平行设置，三根圆杆的一端与第四传动齿轮8外端面垂直固定连接，三根圆杆的另一端与行星架114内端面垂直固定连接；在第四传动齿轮8的带动下，行星架114随第四传动齿轮8同步旋转，且行星架114的旋转轴心与输出轴10的旋转轴心重合；所述行星轮113有三个，分别等距离地安装在行星架114的三个顶角位置，行星轮113可相对于行星架114自转，并能在行星架114的带动下沿行星架114的中心公转；所述太阳轮111位于三个行星轮113的中心位置，所述太阳轮111与三个行星轮113之间分别通过一个惰轮112啮合传动连接。

所述减震车轮12有三个，分别同轴安装在行星轮113的外侧；所述减震车轮12由轮胎121、外轮圈122、内轮圈123以及六个减震单元124组成；六个减震单元124沿车轮径向设置且沿圆周方向均匀分布在外轮圈122与内轮圈123之间的。所述减震单元124采用专利公开号为cn207106025u，名称为一种减震车轮中的减震器的结构，在该专利中，减震器通过螺栓连接在车圈与花鼓之间，具体结构详见已公开的专利文本，而在本申请中，减震单元124同样通过螺栓安装连接在外轮圈122与内轮圈123之间，具体结构可参考专利公开号为cn207106025u，名称为一种减震车轮中的技术方案，此处不再赘述。

结合上述双离合主动式行星轮系越障机器人的组成结构，本发明还公开了一种双离合主动式行星轮系越障机器人的控制方法，所述控制方法包括平坦路面行驶控制方法及越障控制方法，具体过程如下：

1、所述平坦路面行驶控制控制过程具体如下：

在平坦路面行驶时，通过对控制双离合器2进行操纵控制，使第一离合21结合，且第二离合22分离，驱动电机1的动力输出后经第一离合21，并通过空心轴套3传递至第一传动齿轮5，第一传动齿轮5经与第二传动齿轮6啮合传动后，动力通过输出轴10传递给行星轮系机构11的太阳轮111，太阳轮111通过惰轮112与行星轮113啮合传动。此时，所述行星轮系机构11作为定轴轮系机构，根据行星轮系传动原理，在行星架114相对静止的情况下，太阳轮111带动行星轮113沿自身轴线自转，进而通过行星轮113驱动减震车轮12旋转，实现在平坦路面上高速行驶，此外，当需要转向时，只需配置机器人左右两侧的行星轮驱动装置a之间的速度差即可实现；

上述过程的动力传递路线依次为：驱动电机1→第一离合21→空心轴套3→第一传动齿轮5→第二传动齿轮6→输出轴10→太阳轮111→惰轮112→行星轮113→减震车轮12。

2、所述越障控制过程具体如下：

当遇到障碍物时，通过对控制双离合器2进行操纵控制，使第一离合21分离，且第二离合22结合，驱动电机1的动力输出后经第二离合22，并通过输入轴4传递至第三传动齿轮7，第三传动齿轮7经与第四传动齿轮8啮合传动后，动力通过连接架9传递给行星轮系机构11的行星架114，根据行星轮系传动原理，行星架114带动其上的行星轮113沿太阳轮111的轴线公转，实现行星轮系机构11整体翻转，进而带动减震车轮12沿输出轴10轴线公转，最终使机器人的底盘b跨过障碍物。

上述过程的动力传递路线依次为：驱动电机1→第二离合22→输入轴4→第三传动齿轮7→第四传动齿轮8→连接架9→行星架114→行星轮113→减震车轮12。