一種基于偏心槳機構(gòu)的水陸兩棲車輪機構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于偏心槳機構(gòu)的水陸兩棲車輪機構(gòu)。目前單一移動載體的結(jié)構(gòu)特征嚴重制約了機器人在復雜地形的應(yīng)用。本發(fā)明中支撐架的兩端均固定有一塊定位塊；槳葉位置調(diào)節(jié)減速盤通過定位塊與輪殼配合連接；槳葉位置調(diào)節(jié)齒輪通過中間傳動齒輪與槳葉位置調(diào)節(jié)減速盤內(nèi)壁的輪齒嚙合，從動錐齒輪固定在槳葉位置調(diào)節(jié)絲杠上，且與主動錐齒輪嚙合；槳葉位置調(diào)節(jié)絲杠的兩端均與支撐架軸承連接；車輪驅(qū)動齒輪與車輪減速盤內(nèi)壁的輪齒嚙合；鉸塊與輪殼軸承連接，車輪減速盤與輪殼固定；槳葉中心軸與絲杠螺母固定，每片槳葉的一端分別與槳葉中心軸鉸接，另一端分別伸入對應(yīng)鉸塊的滑槽中。本發(fā)明可提高輪式移動機器人的越障能力與地形適應(yīng)性。
【專利說明】一種基于偏心槳機構(gòu)的水陸兩棲車輪機構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機器人【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及機器人移動機構(gòu)，具體涉及一種基于偏心槳機構(gòu)的水陸兩棲車輪機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前陸地移動機器人的移動方式多是輪式滾動或腿式行走，但這兩種移動方式在水中和灘涂地形中的運動能力有限。水下機器人則主要依靠螺旋槳驅(qū)動，在淺水和深水區(qū)域具有很好的作業(yè)能力，而在極淺水、隨浪帶和海灘區(qū)域作業(yè)能力較弱，且無法在陸地上為機器人提供行進動力。因此，目前單一移動載體的結(jié)構(gòu)特征嚴重制約了機器人在復雜地形的應(yīng)用。為保證移動機器人既能適應(yīng)陸地和近岸灘涂的多變地形，又能適應(yīng)復雜的水環(huán)境，有必要提出一種可根據(jù)具體作業(yè)環(huán)境，改變移動構(gòu)件構(gòu)形和機器人運動方式的移動載體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于偏心槳機構(gòu)的水陸兩棲車輪機構(gòu)，該機構(gòu)可提高輪式移動機器人的越障能力與地形適應(yīng)性，進而提高其移動效率。
[0004]本發(fā)明包括驅(qū)動部件、傳動部件和輪槳部件。
[0005]所述的驅(qū)動部件包括車輪驅(qū)動電機、槳葉驅(qū)動電機、槳葉位置調(diào)節(jié)電機和電機座；所述的電機座固定在機器人車體上，車輪驅(qū)動電機、槳葉驅(qū)動電機和槳葉位置調(diào)節(jié)電機均固定在電機座上。
[0006]所述的傳動部件包括槳葉位置調(diào)節(jié)齒輪、車輪減速盤、槳葉位置調(diào)節(jié)減速盤、支撐架連接軸、導桿、槳葉位置調(diào)節(jié)絲杠、絲杠螺母、從動錐齒輪、支撐架和車輪驅(qū)動齒輪。車輪驅(qū)動電機帶動車輪驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動，槳葉位置調(diào)節(jié)電機帶動槳葉位置調(diào)節(jié)齒輪轉(zhuǎn)動；槳葉驅(qū)動電機通過支撐架連接軸帶動支撐架轉(zhuǎn)動，支撐架的兩端分別固定設(shè)置有一塊定位塊；槳葉位置調(diào)節(jié)減速盤設(shè)置在兩塊定位塊之間，且與每塊定位塊的內(nèi)側(cè)壁間隙配合連接；所述的槳葉位置調(diào)節(jié)減速盤整體呈圓筒形，內(nèi)壁設(shè)有輪齒，靠近支撐架的端面設(shè)有主動錐齒輪；所述的槳葉位置調(diào)節(jié)齒輪通過中間傳動齒輪與槳葉位置調(diào)節(jié)減速盤內(nèi)壁的輪齒嚙合，所述的從動錐齒輪固定在槳葉位置調(diào)節(jié)絲杠上，且與槳葉位置調(diào)節(jié)減速盤端面的主動錐齒輪嚙合；槳葉位置調(diào)節(jié)絲杠的兩端均與支撐架軸承連接；所述的導桿固定在支撐架上；絲杠螺母套置在導桿和槳葉位置調(diào)節(jié)絲杠上，且與導桿滑動連接，與槳葉位置調(diào)節(jié)絲杠螺紋連接；所述的車輪減速盤整體呈圓筒形，內(nèi)壁設(shè)有輪齒，車輪驅(qū)動齒輪與車輪減速盤內(nèi)壁的輪齒
口四合。
[0007]所述的輪槳部件包括鉸塊、槳葉中心軸、槳葉和輪殼；所述的輪殼沿周向均布開設(shè)有多個槽口，每個槽口的垂直輪殼軸向的兩側(cè)壁分別與對應(yīng)鉸塊的一端軸承連接；車輪減速盤固定在輪殼的內(nèi)壁上，固定在支撐架上的兩塊定位塊的外側(cè)壁均與輪殼間隙配合連接；所述的槳葉中心軸與絲杠螺母固定，多片槳葉沿槳葉中心軸的周向均布，槳葉的數(shù)量與輪殼的槽口數(shù)量相等；每片槳葉的一端分別與槳葉中心軸鉸接，另一端分別伸入對應(yīng)鉸塊的滑槽中。
[0008]所述槳葉驅(qū)動電機的輸出軸沿電機座的軸向設(shè)置，車輪驅(qū)動電機和槳葉位置調(diào)節(jié)電機的輸出軸沿電機座的徑向設(shè)置；所述的車輪驅(qū)動電機通過一對錐齒輪將動力傳遞給車輪驅(qū)動齒輪，槳葉位置調(diào)節(jié)電機通過一對錐齒輪將動力傳遞給槳葉位置調(diào)節(jié)齒輪；所述槳葉驅(qū)動電機的輸出軸與支撐架連接軸的一端固接，支撐架連接軸的另一端固定在支撐架的中心處。
[0009]所述的輪殼整體呈圓筒形，包括兩個固定連接的半圓筒部分。
[0010]本發(fā)明的有益效果:
1、本發(fā)明可以進行類輪式滾動，提高移動機器人在平坦路面上的行駛效率；通過類腿式行走模式，提高移動機器人在崎嶇陸地地形情況下的越障能力；通過輪腿綜合式移動模式，增加車輪與地面的附著力，實現(xiàn)移動機器人在灘涂、沼澤等松軟路面條件下的快速行進；在槳擺動和槳轉(zhuǎn)動運動模式下，可分別實現(xiàn)移動機器人在淺水區(qū)和深水區(qū)的高速航行；通過類輪式滾動、類腿式行走、輪腿綜合式移動、槳轉(zhuǎn)動式、槳擺動式等復合運動的傳遞與轉(zhuǎn)化，有效提升了機器人在兩棲地形中的適應(yīng)性以及運動性能。
[0011]2、本發(fā)明運動靈巧、速度快、穩(wěn)定性好、節(jié)能實用；偏心槳機構(gòu)充分利用車輪內(nèi)部空間，機構(gòu)緊湊，重量輕。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)立體圖；
圖2為本發(fā)明中各零部件的結(jié)構(gòu)立體圖；
圖3為本發(fā)明實現(xiàn)類輪式滾動步態(tài)的機構(gòu)原理示意圖；
圖4-1為本發(fā)明實現(xiàn)類腿式行走運動步態(tài)越過障礙前的機構(gòu)原理示意圖；
圖4-2為本發(fā)明實現(xiàn)類腿式行走運動步態(tài)越過障礙過程中的機構(gòu)原理示意圖；
圖4-3為本發(fā)明實現(xiàn)類腿式行走運動步態(tài)時越過障礙后的機構(gòu)原理示意圖；
圖5為本發(fā)明實現(xiàn)輪腿綜合式運動步態(tài)的機構(gòu)原理示意圖；
圖6為本發(fā)明實現(xiàn)深水區(qū)域轉(zhuǎn)動式槳運動步態(tài)的機構(gòu)原理示意圖；
圖7為本發(fā)明實現(xiàn)淺水區(qū)域轉(zhuǎn)動式槳運動步態(tài)的機構(gòu)原理示意圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0014]如圖1和2所示，一種基于偏心槳機構(gòu)的水陸兩棲車輪機構(gòu)包括驅(qū)動部件、傳動部件和輪槳部件。
[0015]驅(qū)動部件包括車輪驅(qū)動電機1、槳葉驅(qū)動電機2、槳葉位置調(diào)節(jié)電機3和電機座4 ；電機座4固定在機器人車體上，車輪驅(qū)動電機1、槳葉驅(qū)動電機2和槳葉位置調(diào)節(jié)電機3均固定在電機座4上，且槳葉驅(qū)動電機2的輸出軸沿電機座4的軸向設(shè)置，車輪驅(qū)動電機I和槳葉位置調(diào)節(jié)電機3的輸出軸沿電機座4的徑向設(shè)置。
[0016]傳動部件包括槳葉位置調(diào)節(jié)齒輪5、車輪減速盤7、槳葉位置調(diào)節(jié)減速盤8、支撐架連接軸9、導桿10、槳葉位置調(diào)節(jié)絲杠11、絲杠螺母12、從動錐齒輪15、支撐架16和車輪驅(qū)動齒輪19 ;車輪驅(qū)動電機I通過一對錐齒輪將動力傳遞給車輪驅(qū)動齒輪19，槳葉位置調(diào)節(jié)電機3通過一對錐齒輪將動力傳遞給槳葉位置調(diào)節(jié)齒輪5 ;槳葉驅(qū)動電機2的輸出軸與支撐架連接軸9的一端固接，支撐架連接軸9的另一端固定在支撐架16的中心處，支撐架16的兩端分別固定設(shè)置有一塊定位塊17 ;槳葉位置調(diào)節(jié)減速盤8設(shè)置在兩塊定位塊17之間，且與每塊定位塊17的內(nèi)側(cè)壁間隙配合連接；槳葉位置調(diào)節(jié)減速盤8整體呈圓筒形，內(nèi)壁設(shè)有輪齒，靠近支撐架16的端面設(shè)有主動錐齒輪；槳葉位置調(diào)節(jié)齒輪5通過中間傳動齒輪20與槳葉位置調(diào)節(jié)減速盤8內(nèi)壁的輪齒嚙合，從動錐齒輪15固定在槳葉位置調(diào)節(jié)絲杠11上，且與槳葉位置調(diào)節(jié)減速盤8端面的主動錐齒輪嚙合；槳葉位置調(diào)節(jié)絲杠11的兩端均與支撐架16軸承連接；導桿10固定在支撐架16上；絲杠螺母12套置在導桿10和槳葉位置調(diào)節(jié)絲杠11上，且與導桿10滑動連接，與槳葉位置調(diào)節(jié)絲杠11螺紋連接；車輪減速盤7整體呈圓筒形，內(nèi)壁設(shè)有輪齒，車輪驅(qū)動齒輪19與車輪減速盤7內(nèi)壁的輪齒嚙合。
[0017]輪槳部件包括鉸塊6、槳葉中心軸13、槳葉14和輪殼18 ;輪殼18整體呈圓筒形，包括兩個固定連接的半圓筒部分；輪殼18沿周向均布開設(shè)有四個槽口，每個槽口的垂直輪殼18軸向的兩側(cè)壁分別與對應(yīng)鉸塊6的一端軸承連接；車輪減速盤7固定在輪殼18的內(nèi)壁上，固定在支撐架16上的兩塊定位塊17的外側(cè)壁均與輪殼18間隙配合連接。槳葉中心軸13與絲杠螺母12固定，四片槳葉14沿槳葉中心軸13的周向均布，每片槳葉14的一端分別與槳葉中心軸13鉸接，另一端分別伸入對應(yīng)鉸塊6的滑槽中。
[0018]該基于偏心槳機構(gòu)的水陸兩棲車輪機構(gòu)可實現(xiàn)三個獨立運動:輪殼轉(zhuǎn)動、槳葉中心軸轉(zhuǎn)動和槳葉中心軸徑向移動。車輪驅(qū)動電機I驅(qū)動車輪的驅(qū)動齒輪19轉(zhuǎn)動，進而帶動車輪減速盤7和輪殼18轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)了輪殼18的轉(zhuǎn)動。槳葉驅(qū)動電機2帶動支撐架連接軸9轉(zhuǎn)動，由于支撐架連接軸9與支撐架16固定、槳葉中心軸13與絲杠螺母12固定，使得支撐架連接軸9帶動槳葉中心軸13轉(zhuǎn)動，同時在輪殼18的轉(zhuǎn)動驅(qū)動下共同實現(xiàn)槳葉14的轉(zhuǎn)動。槳葉位置調(diào)節(jié)電機3驅(qū)動槳葉位置調(diào)節(jié)齒輪5轉(zhuǎn)動，從而帶動槳葉位置調(diào)節(jié)減速盤8轉(zhuǎn)動，從動錐齒輪15與槳葉位置調(diào)節(jié)減速盤8端面的主動錐齒輪嚙合，帶動與從動錐齒輪15固連的槳葉位置調(diào)節(jié)絲杠11轉(zhuǎn)動，從而帶動絲杠螺母12沿導桿10移動，實現(xiàn)槳葉中心軸13沿輪殼18的徑向運動。
[0019]通過上述三個獨立運動相互配合，可將槳葉中心軸13調(diào)整到輪殼18徑向平面內(nèi)的任意一點，構(gòu)成不同的運動模式，以適應(yīng)具體的地形條件需求。
[0020]該基于偏心槳機構(gòu)的水陸兩棲車輪機構(gòu)主要可以實現(xiàn)如下5個運動步態(tài):
1、類輪式滾動步態(tài)運動原理圖如圖3所示。在這個步態(tài)中，將槳葉中心軸13調(diào)整至槳葉位置調(diào)節(jié)絲杠11上極限位置，整個車輪機構(gòu)的運動方式僅為車輪驅(qū)動電機I驅(qū)動輪殼18轉(zhuǎn)動，此時槳葉14在運動到輪殼18下端時正好收入輪殼18內(nèi)部，不與地面產(chǎn)生相互干涉。該步態(tài)適用于移動機器人在平坦路面情況下運行，可以保證較高的機械效率、較好的運行平穩(wěn)性和較快的行進速度。但這種步態(tài)越障能力較差，不能適用于崎嶇地形下機器人的行駛。
[0021]2、類腿式行走步態(tài)運動原理圖如圖4-1、4_2和4_3所示。針對機器人輪式滾動步態(tài)越障能力不足的問題，該水陸兩棲車輪機構(gòu)可通過類腿式行走步態(tài)，提高移動機器人在崎嶇陸地地形情況下的越障能力。類腿式行走步態(tài)實現(xiàn)過程如下:如圖4-1所示，將槳葉中心軸13調(diào)整至槳葉位置調(diào)節(jié)絲杠11下極限位置，隨后槳葉位置調(diào)節(jié)絲杠11轉(zhuǎn)動帶動槳葉中心軸13向上運動，同時輪殼18逆時針轉(zhuǎn)動，運動到圖4-2所示狀態(tài)；隨后槳葉位置調(diào)節(jié)絲杠11轉(zhuǎn)動帶動槳葉中心軸13向下運動，同時輪殼18繼續(xù)逆時針轉(zhuǎn)動，運動到圖4-3所示狀態(tài)；再通過輪殼18順時針轉(zhuǎn)動使該水陸兩棲車輪機構(gòu)恢復到圖4-1的初始狀態(tài)，移動機器人的各個水陸兩棲車輪機構(gòu)交替往復以上過程，實現(xiàn)了運動機器人的腿式行走步態(tài)。
[0022]3、輪腿綜合移動運動原理如圖5所示。當移動機器人在沼澤、灘涂等松軟地形條件下行駛時，純粹的輪式滾動步態(tài)會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，而腿式行走槳葉會出現(xiàn)沉陷現(xiàn)象，因此提出輪腿綜合移動步態(tài)。槳葉中心軸13運動到輪殼18中心偏上位置，整個車輪機構(gòu)的運動方式僅為車輪驅(qū)動電機I驅(qū)動輪殼18轉(zhuǎn)動，此時槳葉14在運動到輪殼18下端時有一部分還處在輪殼18外部，可以深入泥土中避免出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，同時輪殼18也與地面接觸避免了沉陷現(xiàn)象出現(xiàn)。
[0023]4、深水區(qū)域轉(zhuǎn)動式槳運動步態(tài)原理如圖6所示。這個步態(tài)中，將槳葉中心軸13與輪殼18旋轉(zhuǎn)中心偏移一個距離，當輪殼18旋轉(zhuǎn)時，迫使槳葉14轉(zhuǎn)動推動水產(chǎn)生推力，實現(xiàn)機器人在深水區(qū)域的高速航行。
[0024]5、淺水區(qū)域轉(zhuǎn)動式槳運動步態(tài)原理如圖7所示。這個步態(tài)中，將槳葉中心軸13與輪殼18旋轉(zhuǎn)中心偏移一個距離，輪殼18被驅(qū)動繞雙向箭頭所示方向交替往復旋轉(zhuǎn)，迫使槳葉14擺動推動水產(chǎn)生推力，實現(xiàn)機器人在淺水區(qū)域的航行。
【權(quán)利要求】
1.一種基于偏心槳機構(gòu)的水陸兩棲車輪機構(gòu)，包括驅(qū)動部件、傳動部件和輪槳部件，其特征在于: 所述的驅(qū)動部件包括車輪驅(qū)動電機、槳葉驅(qū)動電機、槳葉位置調(diào)節(jié)電機和電機座；所述的電機座固定在機器人車體上，車輪驅(qū)動電機、槳葉驅(qū)動電機和槳葉位置調(diào)節(jié)電機均固定在電機座上； 所述的傳動部件包括槳葉位置調(diào)節(jié)齒輪、車輪減速盤、槳葉位置調(diào)節(jié)減速盤、支撐架連接軸、導桿、槳葉位置調(diào)節(jié)絲杠、絲杠螺母、從動錐齒輪、支撐架和車輪驅(qū)動齒輪；車輪驅(qū)動電機帶動車輪驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動，槳葉位置調(diào)節(jié)電機帶動槳葉位置調(diào)節(jié)齒輪轉(zhuǎn)動；槳葉驅(qū)動電機通過支撐架連接軸帶動支撐架轉(zhuǎn)動，支撐架的兩端分別固定設(shè)置有一塊定位塊；槳葉位置調(diào)節(jié)減速盤設(shè)置在兩塊定位塊之間，且與每塊定位塊的內(nèi)側(cè)壁間隙配合連接；所述的槳葉位置調(diào)節(jié)減速盤整體呈圓筒形，內(nèi)壁設(shè)有輪齒，靠近支撐架的端面設(shè)有主動錐齒輪；所述的槳葉位置調(diào)節(jié)齒輪通過中間傳動齒輪與槳葉位置調(diào)節(jié)減速盤內(nèi)壁的輪齒嚙合，所述的從動錐齒輪固定在槳葉位置調(diào)節(jié)絲杠上，且與槳葉位置調(diào)節(jié)減速盤端面的主動錐齒輪嚙合；槳葉位置調(diào)節(jié)絲杠的兩端均與支撐架軸承連接；所述的導桿固定在支撐架上；絲杠螺母套置在導桿和槳葉位置調(diào)節(jié)絲杠上，且與導桿滑動連接，與槳葉位置調(diào)節(jié)絲杠螺紋連接；所述的車輪減速盤整體呈圓筒形，內(nèi)壁設(shè)有輪齒，車輪驅(qū)動齒輪與車輪減速盤內(nèi)壁的輪齒嚙合； 所述的輪槳部件包括鉸塊、槳葉中心軸、槳葉和輪殼；所述的輪殼沿周向均布開設(shè)有多個槽口，每個槽口的垂直輪殼軸向的兩側(cè)壁分別與對應(yīng)鉸塊的一端軸承連接；車輪減速盤固定在輪殼的內(nèi)壁上，固定在支撐架上的兩塊定位塊的外側(cè)壁均與輪殼間隙配合連接；所述的槳葉中心軸與絲杠螺母固定，多片槳葉沿槳葉中心軸的周向均布，槳葉的數(shù)量與輪殼的槽口數(shù)量相等；每片槳葉的一端分別與槳葉中心軸鉸接，另一端分別伸入對應(yīng)鉸塊的滑槽中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于偏心槳機構(gòu)的水陸兩棲車輪機構(gòu)，其特征在于:所述槳葉驅(qū)動電機的輸出軸沿電機座的軸向設(shè)置，車輪驅(qū)動電機和槳葉位置調(diào)節(jié)電機的輸出軸沿電機座的徑向設(shè)置；所述的車輪驅(qū)動電機通過一對錐齒輪將動力傳遞給車輪驅(qū)動齒輪，槳葉位置調(diào)節(jié)電機通過一對錐齒輪將動力傳遞給槳葉位置調(diào)節(jié)齒輪；所述槳葉驅(qū)動電機的輸出軸與支撐架連接軸的一端固接，支撐架連接軸的另一端固定在支撐架的中心處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于偏心槳機構(gòu)的水陸兩棲車輪機構(gòu)，其特征在于:所述的輪殼整體呈圓筒形，包括兩個固定連接的半圓筒部分。
【文檔編號】B60F3/00GK103600631SQ201310585002
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月19日
【發(fā)明者】胡明, 撖亞頔, 陳文華, 周迅, 周健, 李文娟, 錢萍, 馮軍, 章斌 申請人:浙江理工大學