[发明专利]一种基于电磁控制与空间反凸轮的轮腿变换装置

说明书

本发明涉及移动机器人领域。技术方案是：一种基于电磁控制与空间反凸轮的轮腿变换装置，其特征在于：该装置包括通过中心轴可转动地定位在轴承座上的旋转架、分别通过安装轴设置在旋转架中的三个叶形展开轮以及用于驱动叶形展开轮转动的轮腿变换机构；所述叶形展开轮包括弧形叶片、可转动地定位在安装轴上的圆柱凸轮以及连接弧形叶片与圆柱凸轮的连接杆；所述轮腿变换机构包括设置在圆柱凸轮上的滑动槽、可滑动地定位在旋转架中的支撑架、可转动地定位在支撑架外圆周面上并分别嵌入各圆柱凸轮滑动槽中的三个随动轮以及用于驱动支撑架滑动的驱动结构。该装置应具有制造成本低、控制简单、动态性能好、所需驱动少的特点。

技术领域

本发明涉及移动机器人领域，具体是一种基于电磁控制和空间反圆柱凸轮的轮腿变换装置。

背景技术

轮式机器人运动速度快，在平整的环境中通过性好，运行平稳，但对于复杂环境适应性较差。腿式机器人越障性能好，面对未知坏境适应性好，较为灵活且对地面破坏性小，但是腿式机器人结构复杂，控制困难，速度慢。相比一般的移动机器人移动结构，轮腿式移动机器人兼具轮式与腿式的优点越障性能好、环境适应能力强、行进速度快。因此轮腿式机构作为移动机器人的移动结构在移动机器人领域应用与研究越来越广泛。具体应用的领域涉及地震救援、野外探测、管线巡检等。

在非结构化环境中，移动机器人需要一种移动速度快和越障能力好的移动机构。轮腿式结构兼具轮式结构的移动速度快和腿式机器人的环境适应能力强。因此，兼具轮式与腿式优点的轮腿式机构得以研发。其中，轮腿变换机构是其中重要的一类，具有很高的工程应用价值。

现有的轮腿变换机构的发明公布专利中(如CN 107323562A、CN 103142361B等)，均存在结构复杂、制造成本高、需要驱动数过多、控制复杂、动态性能差的特点。因此，提出一种制造成本低、控制简单、动态性能好、所需驱动少的轮腿变换机构很有必要。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种基于电磁控制与空间反圆柱凸轮的轮腿变换装置，该装置应具有制造成本低、控制简单、动态性能好、所需驱动少的特点。

本发明的技术方案是：

一种基于电磁控制与空间反凸轮的轮腿变换装置，其特征在于：该装置包括通过中心轴可转动地定位在轴承座上的旋转架、分别通过安装轴设置在旋转架中的三个叶形展开轮以及用于驱动叶形展开轮转动的轮腿变换机构；

所述叶形展开轮包括弧形叶片、可转动地定位在安装轴上的圆柱凸轮以及连接弧形叶片与圆柱凸轮的连接杆；

所述轮腿变换机构包括设置在圆柱凸轮上的滑动槽、可滑动地定位在旋转架中的支撑架、可转动地定位在支撑架外圆周面上并分别嵌入各圆柱凸轮滑动槽中的三个随动轮以及用于驱动支撑架滑动的驱动结构；

所述旋转架包括相互间隔一定距离地固定在中心轴(14)上的两个侧轮(5)以及两端分别定位在两个侧轮上且平行于中心轴轴线的安装轴；三个安装轴均匀分布在中心轴周围，所述支撑架可滑动地定位在中心轴上；

所述旋转架的转动轴线、圆柱凸轮的转动轴线与支撑架的滑动方向互相平行，随动轮的转动轴线垂直于旋转架的转动轴线；所述支撑架滑动时可带动三个圆柱凸轮同步旋转，使得叶形展开轮在轮形结构与腿形结构之间转换。

所述驱动结构包括固定在支撑架滑动方向两侧的两个永磁体、对支撑架施加平行于滑动方向的两个相反推力的两个弹簧以及固定在旋转架一端与永磁体配合的电磁铁。

所述安装轴可转动地定位在侧轮中，圆柱凸轮与安装轴同轴固定。

所述电磁铁与其中一个侧轮固定；所述两个弹簧穿套在中心轴上并且分别设置在侧轮与永磁体之间。

所述轮腿变换机构中还设有用于阻止支撑架旋转的限位结构；所述限位结构包括两端分别与两个侧轮固定并且平行于支撑架滑动方向的滑轨以及设置在支撑架上与滑轨配合的滑块。