[实用新型]一种齿轮连续啮合轮腿机构

说明书

所属技术领域

本实用新型涉及一种齿轮连续啮合轮腿机构，尤其是涉及一种用于移动机器人平台的轮腿机构。 

背景技术

所述轮腿机构主要应用于移动机器人平台，轮式移动机器人平台可实现高效高速运行，但难以适应复杂地形，越障能力差。为克服这一缺点，现在很多移动机器人平台多采用轮履式、轮腿式或者轮履腿式复合移动机构。在不同的地形条件下采用不同的移动方式，既保证了移动速度又提高了越障能力，已成为机器人移动平台的一个主要发展方向。平台上可搭载控制、检测系统或必要的执行机构，从而实现更多功能。移动机器人平台的复合移动机构有着广阔的应用前景。 

轮腿式复合移动机构以其众多优点受到人们重视，也取得了较多成果。例如，哈尔滨工业大学研制的轮-腿混合移动平台HIT-HYBTOR和HITAN-I(张立杰，新型复合式仿生轮-腿机构运动学及动力学研究(工学博士学位论文)，2008年10月)；一种轮腿结构(重庆大学，李奇敏等，实用新型专利，申请号：201020238542.X，2011年1月12日)；又例如，一种轮腿复合式移动机器人平台(河北工业大学，张明路等，实用新型专利，申请号：201020203835.4，2010年12月22日)；还例如，轮腿混合移动机器人机构设计及分析(内蒙古工业大学，刘永生等，机械设计与制造，2011年1月，第一期)。 

现有的轮腿式移动机器人有以下特征：1，结构上的“轮腿复合”，两者简单的功能组合却完全相互独立，单一方式移动时，另一移动方式机构成为冗余甚至负载。2，驱动器冗余，当采用一种驱动方式时，另一种驱动电机冗余，控制难度增加，且控制系统布线繁琐。 

发明内容

为克服现有轮腿机构驱动器及机构冗余的缺点，本实用新型提供一种齿轮连续啮合轮腿机构，该机构结构简单，有效实现轮腿移动的功能耦合，两种移动机构不会互为负载，驱动及控制简单。 

本实用新型为解决技术问题所采用的技术方案是：设计一种轮腿结构，包括大腿、小腿、车轮、传动齿轮，连杆、伸缩机构，其中小腿上端铰接在大腿下端，小腿下端固定有车轮，连杆及传动齿轮安装在两腿上，驱动及控制电机安装在大腿上。在控制电机作用下，伸缩机构及连杆可以实现轮腿的伸展和收缩，以保证移动平台的平稳越障，且轮腿伸缩过程中车轮可以不停止运转，保证了运动的连续性。四条腿不同的伸缩组合可以实现不同形式的越障。 

本实用新型的有益效果是，将本实用新型安装在移动平台上，两种移动形式在功能上有效耦合，不会互为负载，简化了结构和控制。能够保证平台平稳运行并越障，且始终保持一定程度的水平，便于平台作业，每个车轮独立驱动，易于转向。 

附图说明

下面结合附图对本实用新型进一步说明。 

图1是轮腿机构的主视图。 

图2是轮腿机构的后视图。 

图3是移动平台简易模型。 

图4是平坦地形上平台的运行姿态。 

图5是缓慢变化地形上平台的运行姿态。 

图6和图7是台面遇障时平台的运行姿态。 

图8是多障碍地形上平台的运行姿态。 

图9是车轮遇障时的运行姿态。 

图1中1.大腿，2.齿轮一，3.小腿，4.齿轮二，5.其它传动齿轮，6.车轮，7.连杆，8.伸缩机构。 

具体实施方式

如图1所示，齿轮安装在大腿(1)和小腿(3)上，连杆(7)两端分别安装在大腿(1)和小腿(3)上，伸缩机构(8)安装在大腿(1)上，控制电机和驱动电机都安装在大腿(1)上，布线集中。大腿(1)上的齿轮一(2)为驱动轮，由电机进行驱动，齿轮一(2)与齿轮二(4)的啮合连续性由连杆(7)保证。由图2可知，由伸缩机构(8)控制齿轮一(2)的位置，并由连杆(7)实现腿的伸缩，其中伸缩机构可以为丝杠、齿轮齿条等多种形式，主要用于实现电机控制机构的伸缩。该机构使得由大腿上的伸缩机构控制小腿的伸缩成功实现。 

图3为安装了所述轮腿机构的平台简易模型。 

如4所示，在平坦地形上，伸缩机构移动到收缩状态的极限位置，四条轮腿状态一致，平台降低且保持水平，驱动电机正常运转，运行连续平稳。 

如图5所示，在缓慢变化地形上，如果要求平台保持水平，各轮腿可以根据自身所处位置对控制电机进行调节，使各轮腿呈现不同的状态以达到平台的水平。 

如图6和7所示，台面遇障时，四条轮腿同时伸展，直到台面可以成功越障。 

在多障碍的地形上，平台可以以如图8所示的姿态运行，四条腿都呈伸展状态，以便于实现如图9所示的轮子越障。 

当某个车轮遇障时，该轮腿收缩，直到成功越障，轮腿可恢复原状。