动静两用变换装置和轮系机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种动静两用变换装置和轮系机器人。

背景技术

随着科技进步和机器人的不断发展，目前在机器人领域，各类机器人大量出现，从结构上大体上可以分为可移动机器人和不可移动机器人两大类。在可移动机器人中，轮系机器人因具有结构简单、运动快速平稳的优势而被大量应用，但也存在着诸如轮系失电无法自锁、无法在斜坡上静止、失电后在重力作用下易发生位移等问题。

例如，轮系机器人在带有一定斜度的坡面上失电时会发生滑坡，或者轮系机器人在小型桌面上无人临时停放时容易滑落，即轮系机器人容易发生意外而导致机器人损坏或造成人员、财物的损伤，无法适应日益复杂的机器人应用场景。

发明内容

基于此，有必要针对现有轮系机器人无法适应日益复杂的应用场景问题，本发明提供一种动静两用变换装置和轮系机器人。

在本申请的一个实施例中，本发明提供了一种动静两用变换装置，包括：

机架；

轮系变换机构，所述轮系变换机构包括固设于所述机架的滑动轴、与所述滑动轴交错布置的转动轴、可滑动地设置于所述滑动轴的滑动件、通过所述转动轴可转动地设置于所述机架的轮系部件以及分别与所述滑动件和所述轮系部件铰接的变换连杆；所述轮系部件具有垂直于所述转动轴的滚动轴；以及

变换驱动机构，所述变换驱动机构被设置于所述机架，并且所述变换驱动机构驱动连接于所述滑动件，以驱动所述滑动件沿着所述滑动轴滑动而通过所述变换连杆拨动所述轮系部件绕着所述转动轴转动，使得所述轮系部件在滚动状态和静止状态之间切换。

在本申请的一个实施例中，所述滑动轴垂直于所述转动轴。

在本申请的一个实施例中，所述滑动轴在所述机架上横向布置，所述转动轴在所述机架上纵向布置；当所述轮系部件处于所述滚动状态时，所述轮系部件的所述滚动轴平行于所述滑动轴；当所述轮系部件处于所述静止状态时，所述轮系部件的所述滚动轴垂直于所述滑动轴。

在本申请的一个实施例中，所述轮系变换机构的数量为四个；所述变换驱动机构的数量为一个；其中所述变换驱动机构同时驱动连接于一个或多个所述轮系变换机构。

在本申请的一个实施例中，每个所述轮系变换机构包括一对变换连杆，每个所述变换连杆的两端分别枢接于所述滑动件和所述轮系部件。

在本申请的一个实施例中，所述滑动件包括可滑动地套装于所述滑动轴的滑动环和自所述滑动环向外径向延伸的连接轴，所述变换连杆的一端可转动地套装于所述连接轴，所述变换连杆的另一端可转动地连接于所述轮系部件。

在本申请的一个实施例中，所述滑动环具有花齿通孔，所述滑动轴为穿过所述花齿通孔的光轴；所述轮系变换机构进一步包括对应地固设于所述机架的复位开关，所述滑动环具有与所述复位开关相匹配的倒角端面。

在本申请的一个实施例中，所述变换驱动机构包括装设于所述机架的驱动器、与所述驱动器驱动连接的丝杆、套装于所述丝杆的螺母以及分别与所述螺母和所述滑动件铰接的传动连杆；所述丝杆为T型丝杆。

在本申请的一个实施例中，所述轮系部件包括与所述转动轴连接的悬挂架、装设于所述悬挂架的行走电机、与所述行走电机驱动连接的全向轮以及设置于所述全向轮的端面的轮毂盖；所述全向轮在所述行走电机的驱动下绕着所述滚动轴旋转；所述变换连杆转动连接于所述悬挂架和所述滑动件。

根据本申请的另一方面，本申请进一步提供了一种轮系机器人，包括：

机器人主体；和

上述任一所述的动静两用变换装置，所述动静两用变换装置被装配于所述机器人主体。

综上，由于所述轮系部件的滚动轴垂直于所述转动轴，因此当所述轮系部件在所述变换连杆的拨动下绕着所述转动轴转动时，所述轮系部件的滚动轴会绕着所述转动轴旋转以在水平状态和竖直状态之间切换。这样，若所述轮系部件的滚动轴旋转至与诸如地面或桌面等承载面平行的状态(如水平状态)，则所述轮系部件的轮胎面会接触承载面以处于滚动状态，使得所述轮系机器人能够处于行走状态，以便灵活移动；而若所述轮系部件的滚动轴旋转至与承载面垂直的状态(如竖直状态)，则所述轮系部件的轮毂盖会接触承载面以处于静止状态，使得所述轮系机器人能够处于静止状态，以便定点静止，防止临时停放时出现滑坡跌落。

附图说明

图1为根据本申请的一个实施例的轮系机器人处于行走状态时动静两用变换装置的结构示意图；

图2示出了根据本申请的上述实施例的轮系机器人处于静止状态时动静两用变换装置的结构示意图；

图3示出了根据本申请的上述实施例的动静两用变换装置中连杆部分的局部爆炸示意图；

图4示出了根据本申请的上述实施例的动静两用变换装置中滑动件的结构示意图；

图5示出了根据本申请的上述实施例的动静两用变换装置中轮系部件的结构示意图；

图6示出了根据本申请的上述实施例的轮系部件中轮毂盖的结构示意图；

图7示出了根据本申请的上述实施例的动静两用变换装置中变换驱动机构的剖视示意图。

主要元件符号说明：1、动静两用变换装置；10、机架；20、轮系变换机构；21、滑动轴；210、光轴；22、转动轴；23、滑动件；231、滑动环；2311、花齿通孔；2312、倒角端面；232、连接轴；24、轮系部件；240、滚动轴；241、悬挂架；2411、旋转架；2412、导柱；2413、电机座；2414、弹簧；242、行走电机；243、全向轮；244、轮毂盖；2441、防滑盖体；2442、卡扣；2443、定位柱；25、变换连杆；26、复位开关；30、变换驱动机构；31、驱动器；311、驱动电机；312、减速器；32、丝杆；33、螺母；34、传动连杆。

以上主要元件符号说明结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

考虑到现有技术中的轮系机器人在带有一定斜度的坡面上失电时会发生滑坡，或者轮系机器人在小型桌面上无人临时停放时容易滑落，即传统轮系机器人容易发生意外而导致机器人损坏或造成人员、财物的损伤，无法适应日益复杂的机器人应用场景。因此，本申请提供了一种动静两用变换装置和轮系机器人，其能够解决现有人员、财物的损伤，同时解决传统轮系机器人无法适应日益复杂的应用场景问题。

具体地，参考图1至图7所示，本申请的一个实施例提供了一种轮系机器人，其可以包括机器人主体(图中未示出)和动静两用变换装置1，该动静两用变换装置1被装配于该机器人主体，以便使轮系机器人在行走状态和静止状态之间切换，进而适应日益复杂的应用场景。

更具体地，如图1和图2所示，该动静两用变换装置1可以包括机架10、轮系变换机构20以及变换驱动机构30。该轮系变换机构20包括固设于该机架10的滑动轴21、与该滑动轴21交错布置的转动轴22、可滑动地设置于该滑动轴21的滑动件23、通过该转动轴22可转动地设置于该机架10的轮系部件24以及分别与该滑动件23和该轮系部件24铰接的变换连杆25，该轮系部件24具有垂直于该转动轴22的滚动轴240。该变换驱动机构30被设置于该机架10，其中该变换驱动机构30驱动连接于该滑动件23，以驱动该滑动件23沿着该滑动轴21滑动而通过该变换连杆25拨动该轮系部件24绕着该转动轴22转动，使得该轮系部件24在滚动状态和静止状态之间切换，从而使该轮系机器人在行走状态和静止状态之间切换。

值得注意的是，由于该轮系部件24的滚动轴240垂直于该转动轴22，因此当该轮系部件24在该变换连杆25的拨动下绕着该转动轴22转动时，该轮系部件24的滚动轴240会绕着该转动轴22旋转以在水平状态和竖直状态之间切换。这样，若该轮系部件24的滚动轴240旋转至与诸如地面或桌面等承载面平行的状态(如水平状态)，则该轮系部件24的轮胎面会接触承载面以处于滚动状态，使得该轮系机器人能够处于行走状态，以便灵活移动；而若该轮系部件24的滚动轴240旋转至与承载面垂直的状态(如竖直状态)，则该轮系部件24的轮毂盖会接触承载面以处于静止状态，使得该轮系机器人能够处于静止状态，以便定点静止，防止临时停放时出现滑坡跌落。

可选地，该滑动轴21可以垂直于该转动轴22，以防该变换连杆25在该滑动件23的带动下被卡死，确保该变换连杆25能够顺畅地拨动该轮系部件24以绕着该转动轴22转动。

可选地，如图1和图2所示，该滑动轴21在该机架10上横向布置，该转动轴22在该机架10上纵向布置，以使该滑动轴21与该转动轴22纵横交错。此外，当该轮系部件24处于滚动状态时，该轮系部件24的滚动轴240可以平行于该滑动轴21，使得该滚动轴240横向延伸以平行于承载面，便于确保该轮系部件24的轮胎面接触承载面以进行滚动；而当该轮系部件24处于静止状态时，该轮系部件24的滚动轴240可以垂直于该滑动轴21，使得该滚动轴240竖向延伸以垂直于承载面，便于确保该轮系部件24的轮毂盖接触承载面以防止滑坡跌落。

示例性地，如图1至图3所示，该动静两用变换装置1中轮系变换机构20的数量可以为四个，而该变换驱动机构30的数量被实施为一个，并且该变换驱动机构30同时驱动连接于四个轮系变换机构20，以同时驱动四个轮系变换机构20在滚动状态和静止状态之间切换，相较于四驱方式，大幅地降低了成本。可以理解的是，在本申请的其他示例中，该变换驱动机构30也可以只与部分轮系变换机构20驱动连接，以驱动与该变换驱动机构30驱动连接的轮系变换机构20在滚动状态和静止状态之间切换，而未与该变换驱动机构30驱动连接的轮系变换机构20始终保持在滚动状态，此时仍可以实现该轮系机器人在行走状态和静止状态之间切换，本申请对此不再赘述。

以图1和图2所示的动静两用变换装置1中位于机架10右侧的轮系变换机构20为例：当该滑动件23在该变换驱动机构30的驱动下滑近该轮系部件24时，该变换连杆25拨动该轮系部件24绕着该转动轴22顺时针转动，直至该轮系部件24的滚动轴240垂直于该滑动轴21，使得该轮系部件24从该滚动状态切换至该静止状态。当该滑动件23在该变换驱动机构30的驱动下滑离该轮系部件24时，该变换连杆25拨动该轮系部件24绕着该转动轴22逆时针转动，直至该轮系部件24的滚动轴240平行于该滑动轴21，使得该轮系部件24从该静止状态切换至该滚动状态。

可选地，如图1至图3所示，每个轮系变换机构20可以包括一对变换连杆25，每个变换连杆25的两端分别枢接于该滑动件23和该轮系部件24，以便提升连杆结构的稳定性。

可选地，如图1和图4所示，该滑动件23可以包括可滑动地套装于该滑动轴21的滑动环231和自该滑动环231向外径向延伸的连接轴232，该变换连杆25的一端可转动地套装于该连接轴232，该变换连杆25的另一端可转动地连接于该轮系部件24，以防该变换连杆25被卡死。可以理解的是，本申请的变换连杆25可以但不限于通过石墨垫片和轴用卡簧的方式分别被限制在该连接轴232和该轮系部件24上，使得该滑动件23的直线运动通过该变换连杆25转换成该轮系部件24的回转运动，从而形成轮系变换系统。

可选地，如图3和图4所示，该滑动环231具有花齿通孔2311；该滑动轴21被实施为穿过该花齿通孔2311的光轴210，以便减少该滑动环231与该光轴210之间的接触面积和摩擦力；与此同时，该花齿通孔2311的齿间间隙也可以用于储油，起到润滑作用，以便延长滑动件23的使用寿命。可以理解的是，本申请所提及的滑动环231也可以使用内嵌直线轴承的形式，本申请对此不再赘述。

可选地，如图1、图2以及图4所示，该轮系变换机构20可以进一步包括对应地固设于该机架10的复位开关26；该滑动环231也可以具有与该复位开关26相匹配的倒角端面2312，以在该轮系部件24在该静止状态和该滚动状态之间完成切换时，该滑动环231的倒角端面2312便于触发该复位开关26，使得该轮系机器人获知状态变换完成以执行诸如行走等作业。

根据本申请的上述实施例，如图5所示，该轮系部件24可以包括与该转动轴22连接的悬挂架241、装设于该悬挂架241的行走电机242、与该行走电机242驱动连接的全向轮243以及设置于该全向轮243端面的轮毂盖244，该全向轮243在该行走电机242的驱动下绕着该滚动轴240旋转以执行行走作业；该变换连杆25转动连接于该悬挂架241和该滑动件23，以拨动该悬挂架241绕着该转动轴22转动，进而带动该全向轮243和该轮毂盖244绕着该转动轴22转动，使得该全向轮243的轮胎面或该轮毂盖244接触承载面以执行状态切换作业，实现该轮系机器人在行走状态和静止状态之间切换的效果。可以理解的是，本申请所提及的行走电机242可以但不限于被实施为直流伺服电机。可以理解的是，本申请的动静两用变换装置1在实现动静变换功能的同时，保留了悬挂功能，大大保证了装置在运行过程中的平稳性，使其具备一定的越障能力。

可选地，如图6所示，该轮毂盖244可以包括防滑盖体2441、凸设于该防滑盖体2441的卡扣2442以及凸设于该防滑盖体2441的定位柱2443，该轮毂盖244的该定位柱2443插接于该全向轮243，以起到定位作用；该轮毂盖244的该卡扣2442卡接于该全向轮243的轮毂，以使该防滑盖体2441遮盖该全向轮243的轮毂。这样，当该轮系部件24被切换至滚动状态以使该轮系机器人处于行走状态时，该轮毂盖244主要起到装饰作用，用以遮蔽该全向轮243的固定螺钉；当该轮系部件24被切换至静止状态以使该轮系机器人处于静止状态时，该轮毂盖244的防滑盖体2441侧面着地，以便通过大面积的接触面积和软质材料特性而起到软着陆或固定防滑的作用。可以理解的是，该轮毂盖244可以但不限于由诸如硅胶等防滑材料制备而成。

可选地，如图5所示，该悬挂架241可以包括与该转动轴22固定连接的旋转架2411、间隔设置于该旋转架2411的一对导柱2412、固装该行走电机242的电机座2413、套装于该导柱2412的弹簧2414；该导柱2412的一端固定连接于该电机座2413，该导柱2412的另一端可限位滑动地插装于该旋转架2411，并且该弹簧2414位于该电机座2413和该旋转架2411之间，使得该导柱2412、该电机座2413、该弹簧2414、该行走电机242、该全向轮243以及该轮毂盖244形成一个整体，增加其刚性强度，减少弯矩力对于轮系部件的减震回弹效果的影响。

可以理解的是，该导柱2412可以通过穿过该旋转架2411上的直线轴承，并用限位平垫和螺钉限制其行程，以构成一个结构简易、成本低廉的双导柱悬挂轮系部件。此外，与该轮系部件24连接的转动轴22可以通过一对限位块被安装在机架10上，只要确保同侧的转动轴22同轴布置即可，使得不同的轮系部件24能够绕着对应的转动轴22做回转运动。

根据本申请的上述实施例，如图1、图2以及图7所示，该变换驱动机构30可以包括装设于该机架10的驱动器31、与该驱动器31驱动连接的丝杆32、套装于该丝杆32的螺母33以及分别与该螺母33和该滑动件23铰接的传动连杆34。这样，当该驱动器31驱动该丝杆32转动时，该螺母33在该传动连杆34的限位作用下沿着该丝杆32做直线运动，以通过该传动连杆34将该螺母33的直线运动传递给该滑动件23，使得该滑动件23沿着该滑动轴21滑动，从而通过该变换连杆25拨动该轮系部件24做回转运动，以在滚动状态和静止状态之间切换。

例如，如图1和图2所示，当该螺母33沿着该丝杆32向下动作时，该传动连杆34在该螺母33的带动下推动该滑动件23沿着该滑动轴21滑向该轮系部件24，以通过该变换连杆25拨动该轮系部件24做回转运动，使得该轮系部件24从该滚动状态切换至该静止状态；当该螺母33沿着该丝杆32向上动作时，该传动连杆34在该螺母33的带动下拉动该滑动件23沿着该滑动轴21滑离该轮系部件24，以通过该变换连杆25拨动该轮系部件24做反向回转运动，使得该轮系部件24从该静止状态切换至该滚动状态。

可选地，该丝杆32可以被实施为T型丝杆，以便利用T型丝杆所具备的自锁性和连杆传动有效分力的原理来实现变换装置的反向自锁功能。

可选地，如图2和图3所示，该传动连杆34的一端可转动地套装于该连接轴232，该传动连杆34的另一端可转动地连接于该螺母33，以防该传动连杆34在动作时被卡死。

可选地，套装在同一个该连接轴232的该传动连杆34和该变换连杆25之间设有平面轴承，以便减少同轴连杆之间的回转摩擦。可以理解的是，该滑动件23通常具有长度不同的两个连接轴232，其中较短的连接轴232只与一个变换连杆25转动连接，而较长的连接轴232便于同时与该传动连杆34和该变换连杆25转动连接，本申请对此不再赘述。

可选地，如图7所示，该驱动器31可以包括驱动电机311及设置在该驱动电机311和该丝杆32之间的减速器312，以便通过该减速器312在降低丝杆32转速的同时，提升驱动力。可以理解的是，本申请所提及的减速器312可以但不限于包括太阳轮、二级下行星架、内齿圈、行星轮、固定上盖、圆柱销、上轴承、限位螺钉、限位平垫、二级上行星架、固定平垫、防松螺母、中轴承、一级上行星架、一级下行星架、下轴承以及固定下盖，本申请对此不再赘述。需要注意的是，本申请所提及的减速器312使用的是两级减速比一样的行星减速叠加，其中两级行星减速共用一个内齿圈，并且两级行星减速之间使用中轴承进行连接，用以保证两级行星减速的两端均有定位，大大增加了减速器312中内齿轮的传动平稳性和结构强度。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。