一种通过三点固定连接行走箱体的摇臂式悬架机构

摘要

本发明涉及机器人移动平台的一种悬架结构,一种通过三点固定连接行走箱体的摇臂式悬架机构，支撑平衡架由内、外摇臂间隔配置构成，夹持一对支腿(14)，上端固定在具有角平分齿轮(11)的角平分齿轮轴(12)上；并配置承载板(6)，配置的电动推杆(4)两端转动连接减震器(2)内端，在承载板侧板开设长槽，推杆接头(5)的端头伸入长槽内，在减震器(2)的外端转动连接减震器连接支架(3)上端；承载板(6)向下伸出两根导向杆(7)和导向齿块(8)，导向齿块(8)两侧为与角平分齿轮(11)相啮合的两齿条面；固定块(10)上配置套筒(9)，承载板(6)上下移动；平衡臂(19)的中央为一行走箱体的铰接点，驱动桥壳上两侧有两个固定点。控制电动推杆(4)的推杆伸长、缩短，达到了主动增大或减小悬架离地间隙的功能。

说明书

技术领域

本发明涉及车辆及移动机器人悬架领域，尤其是一种可实现减震和调姿态功能的摇臂悬架的具体结构和离地间隙调节的机构。

背景技术

本发明是在研究一种具有复合移动机构的移动机器人时根据实际要求而提出的。这种机器人具有平衡摇臂悬架和步履复合行走装置，它具有较强的复杂环境姿态调控能力和地形适应能力。行走系统采用平衡摇臂底盘和四个关节履带摆臂的配置方案，通过对关节履带四个摆臂的协调控制使其具有较强的越障能力。这种移动机器人悬架要求具有一定的减震功能，同时四条摆臂可以自由调节姿态。

经过对现有技术文献检索发现：

中国实用新型专利号：201520666955.0，名称：变形履带悬架及具有其的机器人移动平台。该实用新型涉及的悬架结构复杂，由中间联接架、变形履带单元、变形驱动组件等组成，通过连杆的运动带动履带轮转动，同时调节离地间隙。但是，该技术结构较为复杂，且无法在平衡摇臂结构的底盘上使用，而且也没有较好的减震效果。

为了解决平衡摇臂移动机器人的减震功能和调节四条摆臂姿态以达到调节机器人离地间隙的功能，本发明人团队经过研究，探索了一种可实现减震和调姿态功能的平衡摇臂悬架。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种有减震功能的平衡摇臂悬架，可以实现衰减地面传来的振动和主动调节离地间隙的功能，结构简单可靠。

本发明的目的由以下技术方案实现。

一种通过三点固定连接行走箱体的摇臂式悬架机构，

设行走箱体的前方指向X，左右向为Y,向上为Z向，其特征在于：

位于行走箱体的两侧各配置支撑平衡架；

所述支撑平衡架由与XZ面平行板状的外摇臂和内摇臂间隔配置构成，在两所述摇臂之间夹持了一对呈八字状斜向下的支腿，支腿的上端固定在Y向的一对角平分齿轮轴上转动配置在摇臂上，在内、外摇臂之间的角平分齿轮轴上固定角平分齿轮；

在内、外摇臂之间配置框架形承载板，所述承载板具有与内、外摇臂板面一致的侧板，在承载板上方配置平行X轴配置电动推杆，在电动推杆两端分别以推杆接头方式转动连接减震器的内端，在所述承载板的侧板相应位置开设X向的长槽，所述推杆接头的端头伸入所述长槽内，使得减震器的内端在长槽中沿X向来回移动；在减震器的外端转动连接固定在支腿上向上Z向的构件减震器连接支架的上端；

在承载板向下Z向伸出两根导向杆和导向齿块，导向齿块呈矩形板状伸入一对所述角平分齿轮之间，且两侧为与所述角平分齿轮相啮合的两齿条面；

在内、外摇臂之间固定一固定块，在固定块上配置或开设与相应所述导向杆配套的套筒，使承载板沿Z向上下移动；

所述内摇臂沿X向后方伸出杆状臂，左、右两根内摇臂的杆状臂端部分别铰接竖直的竖拉杆，左、右两根竖拉杆的下端由一根Y向的平衡臂铰接相连接，平衡臂的中央位置为一行走箱体的铰接固定点；

两个所述支撑平衡架的内摇臂中央部位由Y向的驱动桥壳两端经回转支承可绕驱动桥壳转动连接；

在所述驱动桥壳上两侧位置设置两个行走箱体的固定点。

进一步，所述承载板呈沿X向开口向上的槽钢状，在槽钢的两侧边开设X向的长槽，在槽钢的底边上Z轴向下固定导向杆和导向齿块。

进一步，所述导向齿块呈门字形，两竖条外侧为齿条面，中间空腔让出下方固定块位置，固定块通过螺栓与内、外摇臂板固定连接；

所述导向杆和套筒位于对称配置于门字形导向齿块两竖条Y向后面。

进一步，所述减震器连接支架构件呈向上三角形板件，构件的Z向高度为0.5—1.2倍所述减震器的长度。

进一步，所述板状外摇臂呈心印状。

进一步，在所述支腿的下端配置履带轮或胶轮。

进一步，在所述驱动桥壳的中央配置差速器壳体。

本发明的有益效果：

经文献检索，并未发现针对于平衡摇臂悬架减震以及调节离地间隙相关的研究成果。本发明针对现有技术存在的不足以及研究一种具有复合移动机构的移动机器人的需求，首次提出了一种可实现减震功能和姿态调节功能的平衡摇臂悬架。

本发明通过对电动推杆的简单控制以及电动推杆水平方向的自由滑动结构设计可以实现前后支腿夹角的控制，从而达到控制悬架底部离地面的间隙距离。电动推杆的控制是主动的，可以方便适应不同路况情况。

本发明通过在电动推杆接头与支腿之间设置减震器以及减震器与推杆接头和减震器支架的转动连接设计，从而达到衰减行进过程中路面传到悬架的震动的作用。

本发明通过在桥轴壳和两侧摇臂之间均设置回转支承，所以悬架两侧装置均可绕回转支承旋转，这样可以使悬架适应更多路况，可以使采用本悬架结构的移动平台更加平稳的通过复杂路况。

本发明，根据路面两侧的高低不同，操纵控制左、右两侧支撑平衡架两支腿的夹角大小，也即离地间隙，达到包括车辆及移动机器人的行走箱体能适应这样的路况行走。

本发明相对于其它改进方案，特别增加了“一对支腿的上端经Y向的一对角平分齿轮轴转动固定在摇臂上，在内、外摇臂之间的角平分齿轮轴上固定角平分齿轮；导向齿块呈矩形板状伸入一对所述角平分齿轮之间，且两侧为与所述角平分齿轮相啮合的两齿条面”，如此结构，使得两条支腿始终会保持角平分对称转动，使得支腿上方的承载板、电动推杆始终会在一个比较平缓、稳定的条件下运行、行走，如此特点，对于运行平稳性要求较高的“行走箱体”作用尤为突出。

由于两条支腿始终会保持角平分对称转动，在准静态情况下电动推杆在X轴是静止的，但是在地面扰动，以及动力特性等因素下，电动推杆会在平衡位置产生略微移动。

本发明结构相对简单，原理清晰，适用范围广，可以稍微改变结构后应用到很多采用平衡摇臂悬架的车辆或移动机器人平台。

附图说明

图1为本发明通过三点固定连接行走箱体的摇臂式悬架机构的一种实施方式，其中一侧支撑平衡架的轴测图；

图2为本发明通过三点固定连接行走箱体的摇臂式悬架机构的一种实施方式的轴测图；

图3为图1的另一工况，其中内、外摇臂呈脱离状态的轴测图；

图4为图2由Y向的视图；

图5为图2由X反向视图；

图6为图3由Y向的视图，去除外摇臂，呈现相关部件的动作状态图；

图7为图3另一角度的轴测图；

图8为图2的Z向俯视图。

图中,1是对锁螺栓、2是减震器、3是减震器连接支架、4是电动推杆、5是推杆接头、6是承载板、7是导向杆、8是导向齿块、9是套筒、10是固定块、11是角平分齿轮、12是角平分齿轮轴、13是外摇臂、14是支腿、15是内摇臂、16是差速器壳体、17是驱动桥壳、18是竖拉杆、19是平衡臂、20是十字轴万向节、21是回转支承。

具体实施方式

以下结合附图进一步详细说明本发明悬架的结构。

一种通过三点固定连接行走箱体的摇臂式悬架机构，

设行走箱体的前方指向X，左右向为Y,向上为Z向，

位于行走箱体的两侧各配置支撑平衡架；

所述支撑平衡架由与XZ面平行板状的外摇臂13和内摇臂15间隔配置构成，在两所述摇臂之间夹持了一对呈八字状斜向下的支腿14，支腿14的上端固定在Y向的一对角平分齿轮轴12上转动配置在摇臂上，在内、外摇臂之间的角平分齿轮轴12上固定角平分齿轮11；在内、外摇臂之间配置框架形承载板6，所述承载板6具有与内、外摇臂板面一致的侧板，在承载板6上方配置平行X轴的电动推杆4，在电动推杆9两端分别以推杆接头5方式转动连接减震器2的内端，在所述承载板6的侧板相应位置开设X向的长槽，所述推杆接头5的端头伸入所述长槽内，限止减震器2的内端在长槽中沿X向来回移动；在减震器2的外端转动连接固定在支腿14上向上Z向的构件减震器连接支架3的上端；由此，保证且限止电动推杆4及两端推杆接头5只能在X方向往复移动。

在承载板6向下Z向伸出两根导向杆7和导向齿块8，导向齿块8呈矩形板状伸入一对所述角平分齿轮11之间，且两侧为与所述角平分齿轮11相啮合的两齿条面；在内、外摇臂之间固定一固定块10，在固定块10上配置或开设与相应所述导向杆7配套的套筒9，使承载板6沿Z向上下移动；由此，确保两支腿14左右严格同步转动。

所述内摇臂沿X向后方伸出杆状臂，左、右两根内摇臂的杆状臂端部分别铰接竖直的竖拉杆18，左、右两根竖拉杆的下端由一根Y向的平衡臂19铰接相连接，平衡臂的中央位置为一行走箱体的铰接固定点；两个所述支撑平衡架的内摇臂中央部位由Y向的驱动桥壳17两端经回转支承21可绕驱动桥壳17转动连接；在所述驱动桥壳上两侧位置设置两个行走箱体的固定点，与前述铰接固定点一起为行走箱体提供了一个三点固定点结构。

所述承载板6呈沿X向开口向上的槽钢状，在槽钢的两侧边开设X向的长槽，在槽钢的底边上，Z轴向下固定导向杆7和导向齿块8。槽钢状或直接采用槽钢，是一种取材方便，加工制作容易的型材。

所述导向齿块8呈门字形，两竖条外侧为齿条面，中间空腔让出下方固定块10位置，固定块10通过螺栓与内、外摇臂板固定连接；如此结构，既满足两侧齿条与齿轮的啮合要求，又使中间位置可供固定块10通过螺栓与内、外摇臂板固定连接成一体。

所述导向杆7和套筒9位于对称配置于门字形导向齿块8两竖条Y向后面。由此达到结构紧凑，传动可靠的技术方案。

所述减震器连接支架3构件呈向上三角形板件，构件的Z向高度为0.5—1.2倍所述减震器2的长度。所述减震器连接支架3、减震器2及减震器连接支架3在支腿上的固定位置形成的三角形关系到控制、推动支腿行走、动作的干涉与否和行走范围、大小，因此需加考虑。在本方案提出的范围内能取得较好的效果。

所述板状外摇臂13呈心印状。如此形状，使得机构紧凑、美观。

在所述支腿14的下端配置履带轮或胶轮。根据需要作选择配置，实现本发明目的。

在所述驱动桥壳17的中央配置差速器壳体16。提供整体的一种配置方式。

一种通过三点固定连接行走箱体的摇臂式悬架机构，如图2所示，悬架左右采用对称结构，对称设计的两侧通过中间的驱动桥壳17、差速器壳体16和回转支撑21连接。

悬架两侧均设置内摇臂15和外摇臂13，内摇臂15和外摇臂13之间设置连接法兰。连接法兰一端与内摇臂15、回转支承21通过螺钉连接，另一端与外摇臂13通过螺钉连接。这样可以保证内外摇臂的相对位置在一定范围内一起转动

悬架设置水平横置的电动推杆4，电动推杆4两端，即底部和顶部皆通过推杆接头5与减震器2转动连接，减震器2的另一端与减震器连接支架3通过对锁螺栓1转动连接，减震器连接支架3又与支腿14焊接在一起。

所述电动推杆4与减震器2连接处的推杆接头5设置对锁螺栓1，相对应的内外摆臂设计滑动长槽，以便对锁螺栓1可以沿着长槽前后滑动。

所述对锁螺栓1上套有工程塑料轴承，以便对锁螺栓1可以沿着长槽前后滑动，减少能量的摩擦损失和滑动槽的表面磨损。

悬架内摇臂15与竖拉杆18通过十字轴万向节20连接，竖拉杆另一端又通过十字轴万向节18与平衡臂19连接。

本发明悬架的调节离地间隙原理，如图6所示,调节离地间隙功能有如下两种运动模式情况：

模式一，控制电动推杆4的推杆伸长，电动推杆的头部和底部均向外侧移动，与之连接的两个对锁螺栓1均向外滑动，推动两条支腿14均向下转动，两条支腿14之间的夹角减小，使得悬架的离地间隙增大，当悬架两侧同时控制时，这样便达到了主动增大悬架离地间隙的功能。

模式二，控制电动推杆4的推杆缩短，电动推杆的头部和底部均向内侧移动，与之连接的两个对锁螺栓1均向内滑动，推动两条支腿14均向上转动，两条支腿14之间的夹角增大，使得悬架的离地间隙减小，当悬架两侧同时控制时，这样便达到了主动减小悬架离地间隙的功能。

本发明悬架减震功能的原理，如图6所示。当地面传给支腿一个上下震动，支腿14会被动产生绕外摇臂13下端的两个回转孔转动的往复运动，同时也传给与减震器支架3转动连接的减震器2，引起减震器2沿图6箭头方向的往复运动，减震器2发挥作用即衰减震动，本发明悬架即达到了减震功能。

本发明可在角平分机构齿轮轴的外端安装霍尔角度传感器，实现支腿夹角控制的实时反馈调节，更加方便、精确适应不同路况。