[发明专利]一种高刚度可重构轮/履变形行走机构

说明书

本发明提供一种高刚度可重构轮/履变形行走机构，其包括机体、驱动组件、车轮组件和重构组件，机体包括两个对称布置的外轮单元以及连接件，两个外轮单元的对称面为横向中面；驱动组件包括主轴和两个关于横向中面对称布置的驱动齿轮，对称安装在主轴上组成驱动组件；车轮组件包括两个关于横向中面对称布置的内齿轮，内齿轮与机体通过转动副连接，两个驱动齿轮分别和两个内齿轮相啮合，从而实现传动；重构组件包括两个变形机构，通过两个变形机构的收展变形可以实现行走机构轮/履运动形式的切换；本发明为过约束机构，刚度高，稳定性高，可应用于灾后救援机器人快速移动机构等。

技术领域

本发明涉及一种可重构的轮/履变形机构，特别是设计一种高刚度可重构轮/履变形行走机构。

背景技术

随着移动机器人与现代社会和经济的深入结合，移动机器人的一个主要目标是帮助人类进入无法达到或者具有高度危险性的区域。这些领域包括灾难性事件的搜救与救援、太空探测或未来小行星开采。移动机器人在执行星球探测、战场侦察、排爆、灾难救援等任务时，所处的作业环境大多为地面环境比较复杂且不可预测的非结构环境，这对移动机构本身的运动灵活性、越障性和环境适应性等特性提出了更高的要求。

传统的轮/履移动机器人多采用轮/履更换式以及轮/履组合式，其中轮/履更换式移动机器人进行轮/履更换时间较长；轮/履组合式移动机器人结构复杂且制造和维护的成本较高。相对于传统的轮/履移动机器人来说，可重构轮/履变结构机器人能根据工作环境的变化改变自身构型，从而具有更强的适应性，只采用一套耦合可重构的机构，结构简单且紧凑，可以快速实现轮/履的切换；集轮式行走机构的高速型和履带式行走机构的高越障性与一体，更加适应复杂且不可预测的非结构环境。当遇到坚硬平坦的路面时，机器人以轮式行走机构高速通过；当遇到沙滩等松软环境以及凹凸不平的路面等环境时，机器人以履带式行走机构行走，当遇到台阶以及楼梯等障碍路况时，机器人以轮/履中间状态进行越障。

随着各类复杂环境的需求，出现了各种轮/履变形移动机器人，而有些移动机器人在轮/履变形过程中以及变形之后的刚度以及强度较低，整体结构的可靠性低。因此，亟需在现有轮/履变形机构基础上研制出具有高刚度、高稳定性、变形时间短等性能的轮/履变形机构，以满足各种复杂环境的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高刚度、高稳定性、轮/履变形时间短等优良性能的高刚度可重构轮/履变形行走机构，其实施方式简单，可靠性高，可应用于灾后救援机器人快速移动机构。

具体地，本发明提供一种高刚度可重构轮/履变形行走机构，其包括机体、驱动组件、车轮组件以及重构组件；

所述机体包括两个对称设置的外轮单元，两个外轮单元通过连接件相互固定连接组成机体，两个外轮单元的对称面作为横向中面；

所述驱动组件包括主轴以及两个结构相同的驱动齿轮，两个驱动齿轮相对于横向中面对称布置；

所述车轮组件包括两个结构相同的内齿轮，两个内齿轮相对于横向中面对称布置，所述内齿轮与机体通过转动副连接，两个驱动齿轮分别和两个内齿轮相啮合，主轴的旋转带动两个驱动齿轮旋转，从而带动两个内齿轮转动实现整个行走机构的运动；

所述重构组件包括两个变形机构，变形机构相对于纵向中面对称布置，两个变形机构分别与连接件通过转动副与机体相连，通过两个变形机构的收展变形能够实现行走机构轮/履运动形式的切换。

优选地，所述连接件包括第一外轮连接件、第二外轮连接件以及中心连接件，所述第一外轮连接件和所述第二外轮连接件对称布置，两个外轮连接件的对称面作为纵向中面，所述第一外轮连接件和第二外轮连接件与纵向中面的距离均为d，所述中心连接件穿过所述外轮单元的中心，两个变形机构相对于所述纵向中面对称布置。

优选地，所述外轮单元包括一个机体板和两个关于纵向中面对称布置的从动齿轮，所述机体板为薄圆柱体结构，所述两个从动齿轮与机体板分别通过转动副连接。