本發(fā)明屬于機器人領(lǐng)域，具體涉及一種輪履復(fù)合式底盤結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

由于實際應(yīng)用場合的不同，移動機構(gòu)的設(shè)計多種多樣，主要包括：輪式、履帶式、腿式、蛇形式等，不同的機構(gòu)都有各自的優(yōu)缺點。輪式機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、移動靈活，并且技術(shù)成熟，是最常使用的移動機構(gòu)，但它對復(fù)雜地形的適應(yīng)能力一般；履帶式機構(gòu)因為和地面有更大的作用面，可以在野外和一些惡劣環(huán)境下進行作業(yè)，具有較高的地面適應(yīng)能力，但它的靈活性相對于輪式機構(gòu)較差，并且驅(qū)動效率有所降低。由此可見，采用單一移動機構(gòu)設(shè)計的底盤，對復(fù)雜多變的環(huán)境適應(yīng)能力一般。

為了提高底盤在不可預(yù)測的非結(jié)構(gòu)工作環(huán)境中的效率和適應(yīng)能力，復(fù)合式底盤是研究的主要方向。學(xué)位論文《一種輪履復(fù)合救援機器人底盤的動力學(xué)分析與優(yōu)化》（天津理工大學(xué)，李浩，出版日2015年1月1日）公開了一種由輪履復(fù)合式變體輪構(gòu)成的輪履復(fù)合式底盤，主要包括驅(qū)動主輪、可重構(gòu)履帶、伸展機構(gòu)及傳動機構(gòu)等組成。為了實現(xiàn)輪履結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，變體輪外側(cè)還包覆有可重構(gòu)橡膠履帶。變體輪通常情況下以輪式狀態(tài)運行，當工作環(huán)境改變時，通過內(nèi)部電機驅(qū)動伸展機構(gòu)從而將外側(cè)可重構(gòu)履帶撐開，使得變體輪變?yōu)轭惾锹膸浇Y(jié)構(gòu)。但是由于輪履復(fù)合式變體輪的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，材料強度要求高，因而加工成本昂貴。此外，輪履切換的速度較慢，不能適應(yīng)比賽的實時要求，其輪式結(jié)構(gòu)普通，也不能實現(xiàn)全方位移動，靈活性較差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種輪履復(fù)合式底盤結(jié)構(gòu)，克服了現(xiàn)有輪履復(fù)合式底盤結(jié)構(gòu)復(fù)雜、切換速度較慢、不能實現(xiàn)全方位移動、靈活性較差等問題。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種輪履復(fù)合式底盤結(jié)構(gòu)，包括一個履帶底盤、四個電動推桿升降機構(gòu)、四個麥克納姆輪移動機構(gòu)和一個全方位移動平臺框架，所述全方位移動平臺框架固定在履帶底盤上，四個電動推桿升降機構(gòu)的推桿頂端分別固定在全方位移動平臺框架上，四個麥克納姆輪移動機構(gòu)分別與四個電動推桿升降機構(gòu)固連，通過電動推桿的伸長和收縮，使得麥克納姆輪移動機構(gòu)接觸和離開地面。

所述履帶底盤包括兩條橡膠履帶、p個承重輪、兩個驅(qū)動輪、一個履帶底盤框架、兩個直流無刷電機、兩個驅(qū)動輪車軸和兩個從動輪，其中p≥4，履帶底盤框架兩側(cè)分別設(shè)有一個直流無刷電機，每個直流無刷電機通過一個驅(qū)動輪車軸連接一個驅(qū)動輪，所述驅(qū)動輪位于履帶底盤框架的一端，履帶底盤框架的另一端通過轉(zhuǎn)軸與從動輪轉(zhuǎn)動連接，同一側(cè)的驅(qū)動輪和從動輪之間的履帶底盤框架上通過轉(zhuǎn)軸分布p/2個承重輪，橡膠履帶套在同一側(cè)的驅(qū)動輪和從動輪的外部，并齒合聯(lián)動；所述履帶底盤框架上固連全方位移動平臺框架。

所述全方位移動平臺框架包括底部框架和四個矩形框架，四個矩形框架固定在底部框架的四個角頂面，底部框架固定在履帶底盤框架上，四個電動推桿升降機構(gòu)分別與四個矩形框架固連。

所述電動推桿升降機構(gòu)包括一個底盤固定鈑金件、一個電推上基座、四根麥輪定位柱、四個直線法蘭軸承、四個麥輪定位基座、一個麥輪固定板、一個電推下基座和一個電動推桿，自上向下依次平行間隔設(shè)置底盤固定鈑金件、麥輪固定板和電推下基座，底盤固定鈑金件中心設(shè)有第一通孔，電推上基座穿過所述第一通孔與電動推桿固連，麥輪固定板中心設(shè)有第二通孔，電動推桿穿過第二通孔與電推下基座固連，四根麥輪定位柱環(huán)繞電動推桿分布，麥輪定位柱底部通過麥輪定位基座與麥克納姆輪移動機構(gòu)固連，麥輪定位柱頂部穿過麥輪固定板靠近底盤固定鈑金件，直線法蘭軸承滑動套設(shè)于所述麥輪定位柱上，并與麥輪固定板固連；底盤固定鈑金件與全方位移動平臺框架的矩形框架頂面固連，麥輪固定板與矩形框架底面固連，麥克納姆輪移動機構(gòu)固定在電推下基座的底面。

所述底盤固定鈑金件為禮帽形；電推上基座包括底板和凸臺，凸臺位于底板中心，底板與底盤固定鈑金件底面固連，凸臺穿過底盤固定鈑金件的第一通孔，電動推桿頂面接觸底板，螺栓依次穿過凸臺和底板后與電動推桿固連。

所述麥克納姆輪移動機構(gòu)包括底盤電機、電機盒、電機盒上蓋、麥輪上殼、麥克納姆輪、麥輪電機基座、麥輪車軸、兩個法蘭軸承和兩個麥輪側(cè)支撐架，底盤電機設(shè)置在電機盒內(nèi)，底盤電機輸出軸伸出電機盒，電機盒和電機盒上蓋用于保護底盤電機，麥輪上殼為倒u形，麥克納姆輪設(shè)置在麥輪上殼下方，麥輪上殼兩側(cè)分別固連麥輪側(cè)支撐架，位于內(nèi)側(cè)的麥輪側(cè)支撐架外壁固連麥輪電機基座，麥克納姆輪通過麥輪車軸與底盤電機轉(zhuǎn)動連接，法蘭軸承套在麥輪車軸上，用于支撐麥輪車軸旋轉(zhuǎn)，并限制其軸向和徑向的移動；麥輪上殼頂面固連電推下基座。

所述電機盒固連在麥輪電機基座外壁，底盤電機的輸出軸穿過麥輪電機基座與麥輪車軸固連。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點在于：（1）輪履切換的結(jié)構(gòu)簡單，更換部件容易，制造成本低；（2）由于電動推桿運動簡單，輪履切換的速度快，實時性好；（3）輪式機構(gòu)采用麥克納姆輪，可實現(xiàn)全方位移動，靈活性好。

附圖說明

圖1是本發(fā)明輪履復(fù)合式底盤的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明輪履復(fù)合式底盤的仰視圖。

圖3是本發(fā)明輪履復(fù)合式底盤的履帶底盤的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明輪履復(fù)合式底盤的全方位移動平臺框架的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明輪履復(fù)合式底盤的升降機構(gòu)和移動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明輪履復(fù)合式底盤的移動機構(gòu)的局部放大圖。

圖中，履帶底盤1，電動推桿升降機構(gòu)2，麥克納姆輪移動機構(gòu)3，全方位移動平臺框架4，底盤固定鈑金件5，電推上基座6，麥輪定位柱7，橡膠履帶8，麥輪側(cè)支撐架9，直線法蘭軸承10，電機盒11，電機盒上蓋12，電動推桿13，承重輪14，驅(qū)動輪15，麥輪定位基座16，履帶底盤框架17，麥輪上殼18，直流無刷電機19，麥克納姆輪20，履帶驅(qū)動輪車軸21，麥輪固定板22，從動輪23，電推下基座24，麥輪電機基座25，法蘭軸承26，麥輪車軸27。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。

結(jié)合圖1～2，本發(fā)明提出一種輪履復(fù)合式底盤結(jié)構(gòu)，可以進行底盤移動機構(gòu)的切換，包括一個履帶底盤1、四個電動推桿升降機構(gòu)2、四個麥克納姆輪移動機構(gòu)3和一個全方位移動平臺框架4，所述全方位移動平臺框架4通過螺釘固定在履帶底盤1上，四個電動推桿升降機構(gòu)2的推桿頂端分別通過螺栓固定在全方位移動平臺框架4上，四個麥克納姆輪移動機構(gòu)3分別與四個電動推桿升降機構(gòu)2通過螺栓固連，通過電動推桿的伸長和收縮，使得麥克納姆輪移動機構(gòu)3接觸和離開地面。

結(jié)合圖2～3，所述履帶底盤1包括兩條橡膠履帶8、八個承重輪14、兩個驅(qū)動輪15、一個履帶底盤框架17、兩個直流無刷電機19、兩個驅(qū)動輪車軸21和兩個從動輪23，履帶底盤框架17兩側(cè)分別設(shè)有一個直流無刷電機19，每個直流無刷電機19通過一個驅(qū)動輪車軸21連接一個驅(qū)動輪15，所述驅(qū)動輪15位于履帶底盤框架17的一端，履帶底盤框架17的另一端通過轉(zhuǎn)軸與從動輪23轉(zhuǎn)動連接，同一側(cè)的驅(qū)動輪15和從動輪23之間的履帶底盤框架17上通過轉(zhuǎn)軸分布四個承重輪14，橡膠履帶8套在同一側(cè)的驅(qū)動輪15和從動輪11的外部，并齒合聯(lián)動；所述履帶底盤框架17上通過螺釘固連全方位移動平臺框架4。

結(jié)合圖4～5，全方位移動平臺框架4為鋁合金材質(zhì)結(jié)構(gòu)件，包括底部框架和四個矩形框架，四個矩形框架焊接固定在底部框架的四個角頂面，并預(yù)留螺紋孔用于安裝底盤固定鈑金件5和麥輪固定板22，底部框架通過螺釘固定在履帶底盤框架17上，四個電動推桿升降機構(gòu)2分別通過螺栓與四個矩形框架固連。

結(jié)合圖5～6，所述電動推桿升降機構(gòu)2包括一個底盤固定鈑金件5、一個電推上基座6、四根麥輪定位柱7、四個直線法蘭軸承10、四個麥輪定位基座16、一個麥輪固定板22、一個電推下基座24和一個電動推桿13，自上向下依次平行間隔設(shè)置底盤固定鈑金件5、麥輪固定板22和電推下基座24，底盤固定鈑金件5中心設(shè)有第一通孔，電推上基座6穿過所述第一通孔與電動推桿13通過螺釘固連，麥輪固定板22中心設(shè)有第二通孔，電動推桿13穿過第二通孔與電推下基座24通過螺栓固連，四根麥輪定位柱7環(huán)繞電動推桿13分布，麥輪定位柱7底部通過麥輪定位基座16與麥克納姆輪移動機構(gòu)3固連，所述麥輪定位基座16通過螺釘將麥輪定位柱7固定，并防止旋轉(zhuǎn)。麥輪定位柱7頂部穿過麥輪固定板22靠近底盤固定鈑金件5，直線法蘭軸承10滑動套設(shè)于所述麥輪定位柱7上，并與麥輪固定板22通過螺栓固連。底盤固定鈑金件5與全方位移動平臺框架4的矩形框架頂面通過螺栓固連，麥輪固定板22與矩形框架底面通過螺栓固連，麥克納姆輪移動機構(gòu)3通過螺栓固定在電推下基座24的底面。

所述底盤固定鈑金件5為禮帽形。電推上基座6包括底板和凸臺，凸臺位于底板中心，兩者一體加工，底板與底盤固定鈑金件5底面固連，凸臺穿過底盤固定鈑金件5的第一通孔，電動推桿13頂面接觸底板，螺栓依次穿過凸臺和底板后與電動推桿13固連。

所述麥克納姆輪移動機構(gòu)3包括底盤電機、電機盒11、電機盒上蓋12、麥輪上殼18、麥克納姆輪20、麥輪電機基座25、麥輪車軸27、兩個法蘭軸承26和兩個麥輪側(cè)支撐架9，底盤電機設(shè)置在電機盒11內(nèi)，底盤電機輸出軸伸出電機盒11，電機盒11和電機盒上蓋12用于保護底盤電機，防止外物碰撞以及粉塵進入，提高電機使用壽命。麥輪上殼18為倒u形，麥克納姆輪20設(shè)置在麥輪上殼18下方，麥輪上殼18兩側(cè)分別固連麥輪側(cè)支撐架9，位于內(nèi)側(cè)的麥輪側(cè)支撐架9外壁固連麥輪電機基座25，麥克納姆輪20通過麥輪車軸27與底盤電機轉(zhuǎn)動連接，法蘭軸承26套在麥輪車軸27上，用于支撐麥輪車軸27旋轉(zhuǎn)，并限制其軸向和徑向的移動；麥輪上殼18頂面固連電推下基座24；所述電機盒11固連在麥輪電機基座25外壁，底盤電機的輸出軸穿過麥輪電機基座25與麥輪車軸27固連。

工作過程：

在輪履復(fù)合式底盤結(jié)構(gòu)實際移動過程中，操作手根據(jù)路面情況，靈活切換移動機構(gòu)。當路面平整，或僅有較小的坡度時，電動推桿13伸出，此時由于推桿和底盤固定鈑金件5連接在一起，保持不動，電動推桿13的主體帶動麥克納姆輪20向下運動，并將履帶底盤1撐離地面。此時輪履復(fù)合式底盤結(jié)構(gòu)通過四個麥克納姆輪20實現(xiàn)全方位移動，具有極高的靈活性。當路面凸凹不平，或者有溝壑時，電動推桿13收起，橡膠履帶8接觸地面。此時輪履復(fù)合式底盤結(jié)構(gòu)通過橡膠履帶8進行移動，并與地面有較大的接觸面積和較強的摩擦力，適合爬坡以及一些不規(guī)則的路面。通過這種履帶和麥克納姆輪移動機構(gòu)的切換，既可以保證輪履復(fù)合式底盤結(jié)構(gòu)在比賽時的靈活性，也能保證輪履復(fù)合式底盤結(jié)構(gòu)在遇到復(fù)雜路面時順利通過，完成既定任務(wù)。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：輪履切換的結(jié)構(gòu)簡單，更換部件容易，制造成本低。由于電動推桿運動簡單，輪履切換的速度快，實時性好。輪式機構(gòu)采用麥克納姆輪，可實現(xiàn)全方位移動，靈活性好。