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专利号: 2019112433092
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-07-25
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元,其包括第二移动装置、第一升降架、第一移动驱动、第一移动机构、第一转向驱动、第一转向架、第一弹簧装置和第一主动差动轮组,其特征在于,两组第二移动装置通过第二滑块对称设置在第一升降架的两侧,所述第一移动驱动通过第一电机安装架固定于第一转向架的中部,所述第一移动机构的第一滑块和第一丝母成组安装于第一升降架的内侧,两组第一移动机构分别固连于第一转向架的两侧,且设有高度差;四组第一弹簧装置通过弹簧固定架对称固连于第一转向架的外侧底部四角,所述第一弹簧装置的弹簧压紧块对称固连于第一升降架的内部四角;所述第一转向驱动通过第一转向电机安装架固连于第一转向架内侧,所述第一转向驱动的转向从动同步轮固连于第一主动差动轮组的竖直轴顶端,所述第一主动差动轮组通过竖直轴转动安装于第一转向架底部中心;

所述第二移动装置包括第一车体转接件、第二导轨、第二滑块、第二丝杠支撑座、第二丝杠、第二丝母、第二丝杠固定座、第二伺服电机和第二减速器,所述第二导轨分别固连于第一车体转接件两侧,所述第二滑块与第二导轨组成滑动副Pz2,所述第二丝杠的两端分别通过第二丝杠固定座和第二丝杠支撑座进行支撑,且轴线平行于第二导轨,所述第二丝母与第二丝杠组成螺旋副,所述第二伺服电机通过第二减速器与第二丝杠相连;

所述第一移动驱动包括第一伺服电机、蜗轮蜗杆减速器、第一离合器、第一减速器、第一同步轴、第一高位主动同步轮、第一低位主动同步轮、第一电机安装架和第一同步带,所述第一伺服电机通过蜗轮蜗杆减速器与第一离合器的左端相连,所述第一离合器的右端与第一减速器固连,所述第一减速器通过第一电机安装架固连于第一转向架上,所述第一同步轴转动安装于第一电机安装架上,所述第一高位主动同步轮和第一低位主动同步轮分别与第一同步轴相连,所述第一减速器的输出轴与第一同步轴进行键连接;

所述第一移动机构包括第一从动同步轮、第一丝杠固定座、第一丝杠、第一丝母、第一丝杠支撑座、第一导轨和第一滑块,所述第一导轨固连于第一转向架上,所述第一滑块与第一导轨形成移动副Pz1,所述第一丝杠的两端分别通过第一丝杠固定座和第一丝杠支撑座进行支撑,且轴线与第一导轨平行,所述第一丝母与第一丝杠组成螺旋副,所述第一从动同步轮固连于第一丝杠的输入端,所述第一从动同步轮通过第一同步带与第一高位主动同步轮、第一低位主动同步轮进行同步啮合连接;

所述第一转向驱动包括第一转向电机、第一转向减速器、第一转向电机安装架、转向主动同步轮、转向同步带和转向从动同步轮,所述第一转向电机安装架固连于第一转向架内侧,所述第一转向电机通过第一转向减速器与转向主动同步轮相连,所述转向主动同步轮与转向从动同步轮之间通过转向同步带连接,所述转向从动同步轮与竖直轴固连,竖直轴与第一转向架相连并构成转动副Rz;

所述第一主动差动轮组包括轮转电机安装架、竖直轴、十字轴、左车轮、右车轮、轮转从动同步轮、轮转同步带、轮转主动同步轮、轮转减速器、轮转电机和转角编码器,所述十字轴的横轴与竖直轴底部进行转动连接,形成转动副Rx,所述竖直轴的侧面设有转角编码器,所述左车轮和右车轮分别与十字轴纵轴的左端和右端相连,并形成转动副Ry1和转动副Ry2,两车轮与地面接触形成轮转副Rp,所述轮转电机固连于轮转减速器上,所述轮转减速器通过轮转电机安装架固连于十字轴上方,所述轮转主动同步轮固连于轮转减速器的输出轴上,所述轮转从动同步轮分别固连于左车轮和右车轮外侧,所述轮转主动同步轮和轮转从动同步轮之间通过轮转同步带连接;以及所述第一弹簧装置包括弹簧固定架、弹簧、弹簧滑筒、磁尺、磁头、弹簧压紧块和弹簧导柱,所述弹簧导柱与弹簧固定架固连,所述弹簧和弹簧滑筒滑动安装于弹簧导柱上,且弹簧安装于弹簧固定架和弹簧滑筒之间,所述弹簧固定架设置有上限位块,所述磁头固连于弹簧滑筒上,所述磁尺固连于弹簧固定架一侧,其方向与磁头移动方向一致。

2.根据权利要求1所述的立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元,其特征在于,移动副Pz2的轴线与移动副Pz1的轴线、转动副Rz的轴线以及第一弹簧装置的轴线均平行,转动副Rx的轴线与转动副Rz的轴线、转动副Ry1的轴线以及转动副Ry2的轴线均垂直,转动副Ry1和转动副Ry2的轴线重合,移动副Pz1与第一弹簧装置构成并联,移动副Pz2与第一弹簧装置构成串联。

3.根据权利要求1所述的立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元,其特征在于,所述第一丝杠为无自锁功能的滚珠丝杠,所述第二丝杠为具有自锁功能的滑动丝杠。

4.一种包括权利要求1至3任一项所述的立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元的立式全域多自由度移动调姿智能机器人平台,其包括车架、驱动器组、电池组和控制箱,其特征在于,所述立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元对称分布于车架的边缘,并通过第一车体转接件进行连接;各立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元中转动副Rz的轴线彼此平行、并垂直于车架平面,所述驱动器组、电池组和控制箱固定于车架的内部。

5.根据权利要求4所述的立式全域多自由度移动调姿智能机器人平台,其特征在于,所述车架与多条立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元构成并联机构平台,并联机构平台能包含三条、四条、六条、八条立式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元。

6.一种卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元,其包括转向装置、第四移动装置、第三移动驱动、第三移动机构、第二转向架、第二主动差动轮组、第二升降架和第二弹簧装置,其特征在于,

两组第四移动装置均通过转盘转接件与所述转向装置中的大齿轮转盘轴承相连,所述第三移动驱动通过第三电机安装架固连于第二转向架的中部;所述第三移动机构中的第三导轨与第二转向架相连,所述第三移动机构中的第三滑块与第二升降架的内侧面相连,两组第三移动机构设有高度差;所述第二主动差动轮组通过第二竖直轴与第二转向架的底部相连;四组第二弹簧装置通过第二弹簧固定架对称固连于第二转向架的内侧中部,四组第二弹簧装置通过第二弹簧压紧块对称固连于第二升降架内侧;

所述转向装置包括第二车体转接件、第二转向电机安装架、第二转向减速器、第二转向电机、小齿轮和大齿轮转盘轴承,所述大齿轮转盘轴承的内圈上表面与第二车体转接件相连,所述第二转向电机通过第二转向减速器与小齿轮相连,所述小齿轮与大齿轮转盘轴承进行外啮合,形成转动副Rz;

所述第四移动装置包括转盘转接件、第四滑块、第四导轨、第四伺服电机、第四减速器、第四丝杠固定座、第四丝杠、第四丝母和第四丝杠支撑座,所述第四滑块与第四导轨组成移动副Pz2,所述第四导轨固定于转盘转接件的内部;所述第四丝杠通过所述第四丝杠固定座、第四丝杠支撑座进行支撑,其轴线与第四导轨平行,所述第四伺服电机通过第四减速器与第四丝杠相连,所述第四丝杠与第四丝母进行螺旋连接;

所述第三移动驱动包括第三伺服电机、第三蜗杆减速器、第三离合器、第三电机安装架、第三低位主动同步轮、第三高位主动同步轮、第三同步轴和第三同步带,所述第三伺服电机通过第三蜗杆减速器、第三离合器与第三同步轴相连,所述第三离合器通过第三电机安装架固连于第二转向架的中部,所述第三同步轴与第三电机安装架进行转动连接,所述第三高位主动同步轮和第三低位主动同步轮分别固连于第三同步轴的高位和低位;

所述第三移动机构包括第三滑块、第三导轨、第三丝杠支撑座、第三丝母、第三丝杠、第三丝杠固定座和第三从动同步轮,所述第三导轨平行固连于第二转向架上,所述第三滑块与第三导轨组成移动副Pz1,所述第三丝杠通过第三丝杠固定座、第三丝杠支撑座进行支撑,其轴线与第三导轨平行;所述第三从动同步轮固连于第三丝杠的输入端,所述第三丝杠与第三丝母进行螺旋连接;

所述第三低位主动同步轮与下侧的第三从动同步轮之间通过第三同步带相连,所述第三高位主动同步轮与上侧的第三从动同步轮之间通过第三同步带相连;

所述第二主动差动轮组包括第二轮转电机安装架、第二竖直轴、第二十字轴、第二左车轮、第二右车轮、第二轮转从动同步轮、第二轮转同步带、第二轮转主动同步轮、第二轮转减速器、第二轮转电机和第二转角编码器,所述第二十字轴的横轴与第二竖直轴的底部进行转动连接,形成转动副Rx,横轴的端面安装有第二转角编码器;所述第二左车轮和第二右车轮分别转动安装于第二十字轴纵轴的左端和右端,形成转动副Ry1和转动副Ry2,两车轮与地面接触形成轮转副Rp;所述第二轮转从动同步轮分别固连于第二左车轮和第二右车轮的外侧,所述第二轮转从动同步轮与第二轮转主动同步轮之间通过第二轮转同步带相连,所述第二轮转主动同步轮通过第二轮转减速器与第二轮转电机相连;

所述第二弹簧装置包括第二弹簧固定架、第二弹簧、第二弹簧滑筒、第二磁尺、第二磁头、第二弹簧压紧块和第二弹簧导柱,所述第二弹簧导柱的顶部与第二弹簧固定架相连,所述第二弹簧固定架设置有上限位块;所述第二弹簧和第二弹簧滑筒滑动安装于第二弹簧导柱上,且第二弹簧安装于第二弹簧固定架和第二弹簧滑筒之间;所述第二磁头固连于第二弹簧滑筒上,所述第二磁尺固连于第二弹簧固定架一侧,其方向与第二磁头的移动方向一致。

7.根据权利要求6所述的卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元,其特征在于,所述转动副Rz的轴线、所述移动副Pz2的轴线、所述移动副Pz1的轴线和所述第二弹簧装置轴线彼此平行;所述转动副Rx的轴线与所述转动副Rz的轴线垂直,同时与转动副Ry1的轴线、转动副Ry2的轴线均垂直,所述转动副Ry1的轴线和转动副Ry2的轴线重合。

8.根据权利要求7所述卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元,其特征在于,所述第四丝杠为具有自锁功能的滑动丝杠,所述第三丝杠为无自锁功能的滚珠丝杠。

9.一种包括权利要求6至8任一项所述卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元的卧式全域多自由度移动调姿智能机器人平台,其包括车架、驱动器组、电池组和控制箱,其特征在于,所述卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元对称分布于车架的边缘,并通过第二车体转接件进行连接;各卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元的转动副Rz的轴线彼此平行且垂直于车架平面,所述驱动器组、电池组和控制箱固定于车架的内部。

10.根据权利要求9所述的卧式全域多自由度移动调姿智能机器人平台,其特征在于,所述车架与多条卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元构成并联机构平台,并联机构平台能包含三条、四条、六条、八条卧式刚柔耦合多自由度行走调姿腿单元。