專利名稱：新型輪爪式行星探測機器人車輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種新型輪爪式行星探測機器人車輪，屬于空間技術(shù)領(lǐng)域的行星探測機器人車輪設(shè)備。
背景技術(shù)：
隨著空間科學技術(shù)的飛速發(fā)展，許多航天大國制定了自己的行星探測計劃，而行星探測機器人是行星探測過程中一個必不可少的環(huán)節(jié)，已經(jīng)成為各國的研究熱點。
當前的行星探測機器人以輪式為主，其車輪的結(jié)構(gòu)主要有三種形式1.普通圓形車輪其代表為“勇氣號”火星車的車輪，如圖1所示。這種車輪應(yīng)用最廣泛，其外形是普通的圓形，輪的周向有均勻分布的橫向(或斜向)條紋或錐形突起，以增強抓地能力。裝有這種車輪的機器人運動穩(wěn)定，轉(zhuǎn)向靈活，但它的致命缺點是不能翻越超過車輪半徑的臺階，也不能跨越超過車輪直徑的壕溝。
2.彈片式車輪其代表為某型號火星車的車輪，如圖2所示。這種車輪也是圓形的，所不同的是它的行走機構(gòu)為周向均勻分布的薄彈片。該車輪與第一種相比增加了一定的緩沖功能，但它的致命缺點同樣是不能翻越超過車輪半徑的臺階，也不能跨越超過車輪直徑的壕溝。
3.行星輪式車輪其代表為哈爾濱工業(yè)大學的行星輪月球車車輪，如圖3所示。每個車輪由三個小行星輪構(gòu)成，在平坦路面上行走時，小輪1和小輪2著地，當遇到較大的障礙或臺階時，觸發(fā)機構(gòu)開始工作，三個小輪會繞其公共中心旋轉(zhuǎn)(類似于行星公轉(zhuǎn)，故得名)，這樣小輪3就可以翻越障礙，成功越過障礙后，變?yōu)樾≥?和小輪3著地，機器人在這種狀態(tài)下繼續(xù)前進。這種車輪克服了前兩種車輪的缺點，可以翻越與小輪直徑等高的臺階，但它與履帶式車輪有同樣的缺點轉(zhuǎn)向很困難。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上三種車輪存在的缺點，本發(fā)明的目的是提供一種新型輪爪式行星探測機器人車輪，該車輪既能使機器人運動穩(wěn)定，轉(zhuǎn)向靈活，又能讓機器人翻越超過車輪半徑的臺階，也能跨越超過車輪直徑的壕溝。
本發(fā)明設(shè)計了一種“新型輪爪式行星探測機器人車輪”來實現(xiàn)本發(fā)明的目的。下面將分三步來詳細介紹所采取的技術(shù)方案第一步介紹它的總體結(jié)構(gòu)，第二步介紹它的詳細結(jié)構(gòu)，第三步介紹它的工作原理、功能和優(yōu)點。
1.本發(fā)明一種新型輪爪式行星探測機器人車輪，其總體結(jié)構(gòu)如下它是由兩大部分組成驅(qū)動和行走機構(gòu)、轉(zhuǎn)向機構(gòu)?！膀?qū)動和行走機構(gòu)”負責產(chǎn)生車輪旋轉(zhuǎn)的動力，以推動機器人前進；“轉(zhuǎn)向機構(gòu)”負責車輪的轉(zhuǎn)向。
“驅(qū)動和行走機構(gòu)”和“轉(zhuǎn)向機構(gòu)”間的聯(lián)接關(guān)系如下“驅(qū)動和行走機構(gòu)”上的驅(qū)動電機套插入“轉(zhuǎn)向機構(gòu)”上轉(zhuǎn)向座的驅(qū)動電機套安裝孔中，然后將轉(zhuǎn)向座安裝螺釘穿過轉(zhuǎn)向座上的直孔，再將轉(zhuǎn)向座安裝螺釘擰入驅(qū)動電機套上的螺紋孔中。用同樣的方法共裝入復數(shù)個轉(zhuǎn)向座安裝螺釘后就完成了“驅(qū)動和行走機構(gòu)”和“轉(zhuǎn)向機構(gòu)”間的聯(lián)接。
2.本發(fā)明一種新型輪爪式行星探測機器人車輪，其詳細結(jié)構(gòu)如下(1)本發(fā)明一種新型輪爪式行星探測機器人車輪，其“驅(qū)動和行走機構(gòu)”由以下零部件組成，即輪爪、輪爪軸承、輪爪軸承擋圈、輪爪螺釘、輪爪螺母、車輪頂套、頂套螺釘、頂套螺母、端蓋螺釘、驅(qū)動軸承擋環(huán)一、車輪端蓋、驅(qū)動卡環(huán)、緊定螺釘一、驅(qū)動電機安裝螺釘、驅(qū)動軸承、左外輪、左內(nèi)輪、驅(qū)動軸承擋環(huán)二、驅(qū)動電機套、驅(qū)動減速器、驅(qū)動電機、驅(qū)動編碼器、輪爪限位螺釘、輪爪限位螺母、驅(qū)動電機蓋、輪爪彈簧、驅(qū)動電機蓋螺釘。
各個零部件間的聯(lián)接關(guān)系及作用如下本發(fā)明一種新型輪爪式行星探測機器人車輪，設(shè)有復數(shù)個輪爪，沿車輪的周向均勻分布。當機器人在復雜崎嶇的地面上行走時，總會有至少一個輪爪與地面接觸，這個與地面接觸的輪爪可以根據(jù)地形的變化被動地改變自己的擺動角度，以提高車輪的抓地能力，如果遇到臺階或障礙，它還可以抓住車輪前面的臺階或障礙，使機器人順利翻越之。當機器人繼續(xù)前進時，原先抓地的輪爪會在車輪重力作用下，向車輪內(nèi)部收起，大大減小了因車輪的六邊形效應(yīng)引起的機器人上下顛簸。而那些不與地面接觸的輪爪1在輪爪彈簧27的拉力作用下呈張開狀態(tài)，隨時準備抓住障礙；輪爪軸承安裝在輪爪螺釘上，該輪爪軸承的外圈與輪爪相配合，負責支撐輪爪，同時可使輪爪轉(zhuǎn)動靈活；輪爪軸承擋圈也安裝在輪爪螺釘上，該輪爪軸承擋圈兩端分別頂住車輪內(nèi)側(cè)和輪爪軸承的內(nèi)環(huán)，對輪爪軸承起到定位的作用；輪爪螺釘穿過輪爪軸承的內(nèi)孔，與輪爪螺母擰緊后共同支撐輪爪和輪爪軸承；車輪頂套安裝在頂套螺釘上，該車輪頂套兩端分別頂住左外輪和左內(nèi)輪的內(nèi)側(cè)，中間穿過頂套螺釘后再由頂套螺母鎖緊，這樣就固定了左外輪和左內(nèi)輪的相對位置。車輪頂套中間的環(huán)形槽還可以固定輪爪彈簧的一端；端蓋螺釘負責將車輪端蓋固定在左外輪上，并將車輪端蓋傳來的動力傳遞到左外輪上。
驅(qū)動軸承擋環(huán)一安裝在左外輪的軸承安裝孔內(nèi)，其兩端分別頂住車輪端蓋和驅(qū)動軸承的外環(huán)，用于軸向固定驅(qū)動軸承；車輪端蓋分別與左外輪和驅(qū)動減速箱的輸出軸相聯(lián)，負責將驅(qū)動減速箱的動力傳遞到左外輪上，并起到防塵和保護作用；驅(qū)動卡環(huán)卡緊在驅(qū)動電機套的定位槽中，實現(xiàn)驅(qū)動電機套與驅(qū)動軸承的軸向定位；緊定螺釘一擰入車輪端蓋的螺紋孔內(nèi)，頂住驅(qū)動減速器的輸出軸，使車輪端蓋與驅(qū)動減速箱的輸出軸相對固定；驅(qū)動電機安裝螺釘負責將驅(qū)動減速器固定在驅(qū)動電機套中；驅(qū)動軸承的外圈與左外輪的軸承安裝孔配合，該驅(qū)動軸承的內(nèi)圈與驅(qū)動電機套配合，起到支撐左外輪的作用，同時使左外輪轉(zhuǎn)動靈活；左外輪和左內(nèi)輪共同構(gòu)成車輪的主體，左內(nèi)輪安裝到左外輪上，兩者之間由車輪頂套來定位。車輪向前滾動時，它們負責與地面接觸，周向有個均勻分布的橫向槽，可起到一定的防滑作用，兩者的中間裝有輪爪；驅(qū)動軸承擋環(huán)二安裝在驅(qū)動電機套上，其兩端分別頂住兩個驅(qū)動軸承的內(nèi)環(huán)，實現(xiàn)兩個驅(qū)動軸承的軸向定位；驅(qū)動電機套用以安裝驅(qū)動減速器、驅(qū)動電機和驅(qū)動編碼器，又與驅(qū)動軸承的內(nèi)環(huán)配合，負責支撐整個“驅(qū)動和行走機構(gòu)”，同時它還與轉(zhuǎn)向機構(gòu)相聯(lián)，起到“驅(qū)動和行走機構(gòu)”與“轉(zhuǎn)向機構(gòu)”的作用；驅(qū)動減速器、驅(qū)動電機和驅(qū)動編碼器三者出廠時就是固定在一起的，它們一起安裝在驅(qū)動電機套內(nèi)。驅(qū)動減速器負責降低電機的轉(zhuǎn)速并增大其轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電機負責提供車輪轉(zhuǎn)動的動力，驅(qū)動編碼器起到角度傳感器的作用；輪爪限位螺釘和輪爪限位螺母一起固定在左外輪和左內(nèi)輪上，對輪爪的擺動起定位作用；驅(qū)動電機蓋安裝在驅(qū)動電機套上，對驅(qū)動減速器、驅(qū)動電機和驅(qū)動編碼器三者起到密封和保護作用；輪爪彈簧兩端分別鉤住輪爪和車輪頂套，使輪爪在不與地面接觸時呈張開狀態(tài)；驅(qū)動電機蓋螺釘負責將驅(qū)動電機蓋固定在驅(qū)動電機套上；(2)本發(fā)明一種新型輪爪式行星探測機器人車輪，其“轉(zhuǎn)向機構(gòu)”是由以下零部件組成，即轉(zhuǎn)向座安裝螺釘、轉(zhuǎn)向電機安裝螺釘、緊定螺釘二、轉(zhuǎn)向座、轉(zhuǎn)向卡環(huán)、轉(zhuǎn)向軸承、轉(zhuǎn)向軸承擋環(huán)一、轉(zhuǎn)向軸承擋環(huán)二、轉(zhuǎn)向座端蓋螺釘、轉(zhuǎn)向座端蓋、轉(zhuǎn)向電機套、轉(zhuǎn)向減速器、轉(zhuǎn)向電機、轉(zhuǎn)向編碼器、轉(zhuǎn)向電機蓋、轉(zhuǎn)向電機蓋螺釘。
各個零部件間的聯(lián)接關(guān)系及作用如下轉(zhuǎn)向座安裝螺釘負責將驅(qū)動電機套固定在轉(zhuǎn)向座上；轉(zhuǎn)向電機安裝螺釘負責將轉(zhuǎn)向減速器固定在轉(zhuǎn)向電機套中；緊定螺釘二擰入轉(zhuǎn)向座的螺紋孔內(nèi)，頂住轉(zhuǎn)向減速器的輸出軸，使轉(zhuǎn)向座與轉(zhuǎn)向減速器的輸出軸相對固定；轉(zhuǎn)向座與驅(qū)動電機套安裝在一起，該轉(zhuǎn)向座的軸承安裝孔與轉(zhuǎn)向軸承的外環(huán)配合，可以支撐轉(zhuǎn)向電機等；轉(zhuǎn)向卡環(huán)卡緊在轉(zhuǎn)向電機套的定位槽中，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向電機套和轉(zhuǎn)向座的軸向定位；轉(zhuǎn)向軸承的外圈與轉(zhuǎn)向座的軸承安裝孔配合，該轉(zhuǎn)向軸承的內(nèi)圈與轉(zhuǎn)向電機套配合，起到支撐轉(zhuǎn)向電機套的作用，同時使車輪轉(zhuǎn)向靈活；轉(zhuǎn)向軸承擋環(huán)一安裝在轉(zhuǎn)向電機套上，其兩端分別頂住兩個轉(zhuǎn)向軸承的內(nèi)環(huán)，實現(xiàn)兩個轉(zhuǎn)向軸承的軸向定位；轉(zhuǎn)向軸承擋環(huán)二有兩個，都安裝在轉(zhuǎn)向座的軸承孔內(nèi)，其中一個兩端分別頂住轉(zhuǎn)向軸承的外環(huán)和轉(zhuǎn)向座端蓋，另一個兩端分別頂住兩個轉(zhuǎn)向軸承的外環(huán)，兩個軸承擋環(huán)二都用于軸向固定轉(zhuǎn)向軸承；轉(zhuǎn)向座端蓋螺釘負責將轉(zhuǎn)向座端蓋固定在轉(zhuǎn)向座上；轉(zhuǎn)向座端蓋安裝在轉(zhuǎn)向座上，負責軸向固定轉(zhuǎn)向電機套，同時起到一定的防塵和保護作用；轉(zhuǎn)向電機套用以安裝轉(zhuǎn)向減速器、轉(zhuǎn)向電機和轉(zhuǎn)向編碼器，又與轉(zhuǎn)向軸承的內(nèi)環(huán)配合，負責支撐該“新型輪爪式行星探測機器人車輪”，同時它還與機器人本體相聯(lián)，起到聯(lián)接車輪和機器人本體的作用；轉(zhuǎn)向減速器、轉(zhuǎn)向電機和轉(zhuǎn)向編碼器三者出廠時就是固定在一起的，它們一起安裝在轉(zhuǎn)向電機套；轉(zhuǎn)向減速器負責降低電機的轉(zhuǎn)速并增大力矩，轉(zhuǎn)向電機負責提供車輪轉(zhuǎn)向的動力，轉(zhuǎn)向編碼器起到角度傳感器的作用；轉(zhuǎn)向電機蓋安裝在轉(zhuǎn)向電機套上，對轉(zhuǎn)向減速器、轉(zhuǎn)向電機和轉(zhuǎn)向編碼器三者起到密封和保護作用；轉(zhuǎn)向電機蓋螺釘負責將轉(zhuǎn)向電機蓋固定在轉(zhuǎn)向電機套上。
本發(fā)明一種新型輪爪式行星探測機器人車輪，其工作原理、功能和優(yōu)點如下本發(fā)明一種新型輪爪式行星探測機器人車輪，其創(chuàng)新點主要在輪爪，每個車輪有六個輪爪，沿車輪的周向均勻分布。當機器人在復雜崎嶇的地面上行走時，總會有至少一個輪爪與地面接觸，這個與地面接觸的輪爪可以根據(jù)地形的變化改變自己的擺動角度，以提高車輪的抓地能力，如果遇到臺階或障礙，它還可以抓住車輪前面的臺階或障礙，使機器人順利翻越之。當機器人繼續(xù)前進時，原先抓地的輪爪會在車輪重力作用下，向車輪內(nèi)部收起，消除了車輪的六邊形效應(yīng)引起的機器人上下顛簸。而那些不與地面接觸的輪爪在輪爪彈簧的拉力作用下呈張開狀態(tài)，隨時準備去抓住障礙。該車輪翻越臺階的極限高度為車輪半徑的1.5倍。
當機器人在平坦路面上行走時，車輪逆向旋轉(zhuǎn)的效果更好，因為這樣會使機器人的運動更加輕松。


圖1“勇氣號”火星車2某型號火星車3哈爾濱工業(yè)大學行星輪月球車圖
圖4本發(fā)明的三維模型5本發(fā)明的“驅(qū)動和行走機構(gòu)”剖視圖(即圖6中A-A向剖視圖)圖6圖5的左視7“轉(zhuǎn)向機構(gòu)”剖視8圖7的右視9本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)剖視10圖9的C-C截面視11圖9的A向局部視12圖9中B部分局部放大視13本發(fā)明安裝在機器人本體上的三維模型中標號說明如下(1)數(shù)字系列1.輪爪；2.輪爪軸承；3.輪爪軸承擋圈；4.輪爪螺釘；5.輪爪螺母；6.車輪頂套；7.頂套螺釘；8.頂套螺母；9.端蓋螺釘；10.驅(qū)動軸承擋環(huán)一；11.車輪端蓋；12.驅(qū)動卡環(huán)；13.緊定螺釘一；14.驅(qū)動電機安裝螺釘；15.驅(qū)動軸承；16.左外輪；17.左內(nèi)輪；18.驅(qū)動軸承擋環(huán)二；19.驅(qū)動電機套；20.驅(qū)動減速器；21.驅(qū)動電機；22.轉(zhuǎn)向座安裝螺釘；23.驅(qū)動編碼器；24.輪爪限位螺釘；25.輪爪限位螺母；26.驅(qū)動電機蓋；27.輪爪彈簧；28.驅(qū)動電機蓋螺釘；29.轉(zhuǎn)向電機安裝螺釘；30.緊定螺釘二；31.轉(zhuǎn)向座；32.轉(zhuǎn)向卡環(huán)；33.轉(zhuǎn)向軸承；34.轉(zhuǎn)向軸承擋環(huán)一；35.轉(zhuǎn)向軸承擋環(huán)二；36.轉(zhuǎn)向座端蓋螺釘；37.轉(zhuǎn)向座端蓋；38.轉(zhuǎn)向電機套；39.轉(zhuǎn)向減速器；40.轉(zhuǎn)向電機；41.轉(zhuǎn)向編碼器；42.轉(zhuǎn)向電機蓋；43.轉(zhuǎn)向電機蓋螺釘。
(2)字母系列a.驅(qū)動電機套19上的螺紋孔；b.轉(zhuǎn)向座31的直孔；c.轉(zhuǎn)向座31的驅(qū)動電機套安裝孔；d.車輪內(nèi)側(cè)；e.左外輪16的軸承安裝孔；f.車輪上的橫向槽；g.轉(zhuǎn)向座31的螺紋孔；h.轉(zhuǎn)向座31的軸承安裝孔。
具體實施例方式本發(fā)明設(shè)計了一種“新型輪爪式行星探測機器人車輪”來實現(xiàn)本發(fā)明的目的。下面將分三步來詳細介紹所采取的技術(shù)方案第一步介紹它的總體結(jié)構(gòu)，第二步介紹它的詳細結(jié)構(gòu)，第三步介紹它的工作原理和功能。
1.本發(fā)明一種新型輪爪式行星探測機器人車輪，其總體結(jié)構(gòu)如下本發(fā)明的三維模型如圖4所示，它是由兩大部分組成驅(qū)動和行走機構(gòu)、轉(zhuǎn)向機構(gòu)。“驅(qū)動和行走機構(gòu)”的結(jié)構(gòu)如圖5和圖6所示，該機構(gòu)負責產(chǎn)生車輪旋轉(zhuǎn)的動力，以推動機器人前進；“轉(zhuǎn)向機構(gòu)”的結(jié)構(gòu)如圖7和圖8所示，該機構(gòu)負責車輪的轉(zhuǎn)向。
結(jié)合圖5-圖8說明“驅(qū)動和行走機構(gòu)”和“轉(zhuǎn)向機構(gòu)”間的聯(lián)接關(guān)系如下“驅(qū)動和行走機構(gòu)”上的驅(qū)動電機套19(圖5所示)插入“轉(zhuǎn)向機構(gòu)”上轉(zhuǎn)向座31的驅(qū)動電機套安裝孔c(圖8)中，然后將轉(zhuǎn)向座安裝螺釘22穿過轉(zhuǎn)向座31上的直孔b(圖7所示)，再將轉(zhuǎn)向座安裝螺釘22擰入驅(qū)動電機套19上的螺紋孔a中。用同樣的方法共裝入6個轉(zhuǎn)向座安裝螺釘22后就完成了“驅(qū)動和行走機構(gòu)”和“轉(zhuǎn)向機構(gòu)”間的聯(lián)接，如圖11所示。
2.本發(fā)明一種新型輪爪式行星探測機器人車輪，其詳細結(jié)構(gòu)如下本發(fā)明的裝配圖如圖9-圖12所示，下面結(jié)合圖9-圖12詳細介紹車輪的結(jié)構(gòu)與各零部件間的聯(lián)接關(guān)系。
(1)驅(qū)動和行走機構(gòu)“驅(qū)動和行走機構(gòu)”由以下27種零部件組成，即輪爪1、輪爪軸承2、輪爪軸承擋圈3、輪爪螺釘4、輪爪螺母5、車輪頂套6、頂套螺釘7、頂套螺母8、端蓋螺釘9、驅(qū)動軸承擋環(huán)一10、車輪端蓋11、驅(qū)動卡環(huán)12、緊定螺釘一13、驅(qū)動電機安裝螺釘14、驅(qū)動軸承15、左外輪16、左內(nèi)輪17、驅(qū)動軸承擋環(huán)二18、驅(qū)動電機套19、驅(qū)動減速器20、驅(qū)動電機21、驅(qū)動編碼器23、輪爪限位螺釘24、輪爪限位螺母25、驅(qū)動電機蓋26、輪爪彈簧27、驅(qū)動電機蓋螺釘28。
下面結(jié)合圖9-圖12說明各個零部件間的聯(lián)接關(guān)系及作用。
本發(fā)明一種新型輪爪式行星探測機器人車輪，共有六個輪爪1，沿車輪的周向均勻分布。當機器人在復雜崎嶇的地面上行走時，總會有至少一個輪爪1與地面接觸，這個與地面接觸的輪爪1可以根據(jù)地形的變化被動地改變自己的擺動角度，以提高車輪的抓地能力，如果遇到臺階或障礙，它還可以抓住車輪前面的臺階或障礙，使機器人順利翻越之。當機器人繼續(xù)前進時，原先抓地的輪爪1會在車輪重力作用下，向車輪內(nèi)部收起，大大減小了因車輪的六邊形效應(yīng)引起的機器人上下顛簸。而那些不與地面接觸的輪爪1在輪爪彈簧27的拉力作用下呈張開狀態(tài)，隨時準備抓住障礙。
輪爪軸承2安裝在輪爪螺釘4上，該輪爪軸承2的外圈與輪爪1配合，負責支撐輪爪1，同時可使輪爪1轉(zhuǎn)動靈活。
輪爪軸承擋圈3也安裝在輪爪螺釘4上，該輪爪軸承擋圈3兩端分別頂住車輪內(nèi)側(cè)d和輪爪軸承2的內(nèi)環(huán)，對輪爪軸承2起到定位的作用。
輪爪螺釘4穿過輪爪軸承2的內(nèi)孔，與輪爪螺母擰緊后5共同支撐輪爪1和輪爪軸承2。
車輪頂套6安裝在頂套螺釘7上，該車輪頂套6兩端分別頂住左外輪16和左內(nèi)輪17的內(nèi)側(cè)d，中間穿過頂套螺釘7后再由頂套螺母8鎖緊，這樣就固定了左外輪16和左內(nèi)輪17的相對位置。車輪頂套6中間的環(huán)形槽還可以固定輪爪彈簧27的一端。
端蓋螺釘9負責將車輪端蓋11固定在左外輪16上，并將車輪端蓋11傳來的動力傳遞到左外輪16上。
驅(qū)動軸承擋環(huán)一10安裝在左外輪16的軸承安裝孔e內(nèi)，其兩端分別頂住車輪端蓋11和驅(qū)動軸承15的外環(huán)，用于軸向固定驅(qū)動軸承15。
車輪端蓋11分別與左外輪16和驅(qū)動減速箱20的輸出軸相聯(lián)，負責將驅(qū)動減速箱20的動力傳遞到左外輪16上，并起到防塵和保護作用。
驅(qū)動卡環(huán)12卡緊在驅(qū)動電機套19的定位槽中，實現(xiàn)驅(qū)動電機套19與驅(qū)動軸承15的軸向定位。
緊定螺釘一13擰入車輪端蓋11的螺紋孔內(nèi)，頂住驅(qū)動減速器20的輸出軸，使車輪端蓋11與驅(qū)動減速箱20的輸出軸相對固定。
驅(qū)動電機安裝螺釘14負責將驅(qū)動減速器20固定在驅(qū)動電機套19中。
驅(qū)動軸承15的外圈與左外輪16的軸承安裝孔e配合，該驅(qū)動軸承15的內(nèi)圈與驅(qū)動電機套19配合，起到支撐左外輪16的作用，同時使左外輪16轉(zhuǎn)動靈活。
左外輪16和左內(nèi)輪17共同構(gòu)成車輪的主體，左內(nèi)輪17安裝到左外輪16上，兩者之間由車輪頂套6來定位。車輪向前滾動時，它們負責與地面接觸，周向有36個均勻分布的橫向槽f，可起到一定的防滑作用。兩者的中間裝有輪爪1。
驅(qū)動軸承擋環(huán)二18安裝在驅(qū)動電機套19上，其兩端分別頂住兩個驅(qū)動軸承15的內(nèi)環(huán)，實現(xiàn)兩個驅(qū)動軸承15的軸向定位。
驅(qū)動電機套19用以安裝驅(qū)動減速器20、驅(qū)動電機21和驅(qū)動編碼器23，又與驅(qū)動軸承15的內(nèi)環(huán)配合，負責支撐整個“驅(qū)動和行走機構(gòu)”，同時它還與轉(zhuǎn)向機構(gòu)相聯(lián)，起到“驅(qū)動和行走機構(gòu)”與“轉(zhuǎn)向機構(gòu)”的作用。
驅(qū)動減速器20、驅(qū)動電機21和驅(qū)動編碼器23三者出廠時就是固定在一起的，它們一起安裝在驅(qū)動電機套19內(nèi)。驅(qū)動減速器20負責降低電機的轉(zhuǎn)速并增大其轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電機21負責提供車輪轉(zhuǎn)動的動力，驅(qū)動編碼器23起到角度傳感器的作用。
輪爪限位螺釘24和輪爪限位螺母25一起固定在左外輪16和左內(nèi)輪17上，對輪爪1的擺動起定位作用。
驅(qū)動電機蓋26安裝在驅(qū)動電機套19上，對驅(qū)動減速器20，驅(qū)動電機21和驅(qū)動編碼器23三者起到密封和保護作用。
輪爪彈簧27兩端分別鉤住輪爪1和車輪頂套6，使輪爪1在不與地面接觸時呈張開狀態(tài)。
驅(qū)動電機蓋螺釘28負責將驅(qū)動電機蓋26固定在驅(qū)動電機套19上。
(2)轉(zhuǎn)向機構(gòu)該轉(zhuǎn)向機構(gòu)是由以下16種零部件組成，即轉(zhuǎn)向座安裝螺釘22、轉(zhuǎn)向電機安裝螺釘29、緊定螺釘二30、轉(zhuǎn)向座31、轉(zhuǎn)向卡環(huán)32、轉(zhuǎn)向軸承33、轉(zhuǎn)向軸承擋環(huán)一34、轉(zhuǎn)向軸承擋環(huán)二35、轉(zhuǎn)向座端蓋螺釘36、轉(zhuǎn)向座端蓋37、轉(zhuǎn)向電機套38、轉(zhuǎn)向減速器39、轉(zhuǎn)向電機40、轉(zhuǎn)向編碼器41、轉(zhuǎn)向電機蓋42、轉(zhuǎn)向電機蓋螺釘43。
下面結(jié)合圖9-圖12說明各個零部件間的聯(lián)接關(guān)系及作用。
轉(zhuǎn)向座安裝螺釘22負責將驅(qū)動電機套19固定在轉(zhuǎn)向座31上。
轉(zhuǎn)向電機安裝螺釘29負責將轉(zhuǎn)向減速器39固定在轉(zhuǎn)向電機套38中。
緊定螺釘二30擰入轉(zhuǎn)向座31的螺紋孔g內(nèi)，頂住轉(zhuǎn)向減速器39的輸出軸，使轉(zhuǎn)向座31與轉(zhuǎn)向減速器39的輸出軸相對固定。
轉(zhuǎn)向座31與驅(qū)動電機套19安裝在一起，該轉(zhuǎn)向座31的軸承安裝孔h與轉(zhuǎn)向軸承33的外環(huán)配合，可以支撐轉(zhuǎn)向電機40等。
轉(zhuǎn)向卡環(huán)32卡緊在轉(zhuǎn)向電機套38的定位槽中，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向電機套38和轉(zhuǎn)向座31的軸向定位。
轉(zhuǎn)向軸承33的外圈與轉(zhuǎn)向座31的軸承安裝孔h配合，該轉(zhuǎn)向軸承33的內(nèi)圈與轉(zhuǎn)向電機套38配合，起到支撐轉(zhuǎn)向電機套38的作用，同時使車輪轉(zhuǎn)向靈活。
轉(zhuǎn)向軸承擋環(huán)一34安裝在轉(zhuǎn)向電機套38上，其兩端分別頂住兩個轉(zhuǎn)向軸承33的內(nèi)環(huán)，實現(xiàn)兩個轉(zhuǎn)向軸承33的軸向定位。
轉(zhuǎn)向軸承擋環(huán)二35有兩個，都安裝在轉(zhuǎn)向座31的軸承孔內(nèi)，其中一個兩端分別頂住轉(zhuǎn)向軸承33的外環(huán)和轉(zhuǎn)向座端蓋37，另一個兩端分別頂住兩個轉(zhuǎn)向軸承33的外環(huán)。兩個軸承擋環(huán)二35都用于軸向固定轉(zhuǎn)向軸承33。
轉(zhuǎn)向座端蓋螺釘36負責將轉(zhuǎn)向座端蓋37固定在轉(zhuǎn)向座31上。
轉(zhuǎn)向座端蓋37安裝在轉(zhuǎn)向座31上，負責軸向固定轉(zhuǎn)向電機套38，同時起到一定的防塵和保護作用。
轉(zhuǎn)向電機套38用以安裝轉(zhuǎn)向減速器39、轉(zhuǎn)向電機40和轉(zhuǎn)向編碼器41，又與轉(zhuǎn)向軸承33的內(nèi)環(huán)配合，負責支撐該“新型輪爪式行星探測機器人車輪”，同時它還與機器人本體(圖13所示)相聯(lián)，起到聯(lián)接車輪和機器人本體的作用。
轉(zhuǎn)向減速器39、轉(zhuǎn)向電機40和轉(zhuǎn)向編碼器41三者出廠時就是固定在一起的，它們一起安裝在轉(zhuǎn)向電機套38。轉(zhuǎn)向減速器39負責降低電機的轉(zhuǎn)速并增大力矩，轉(zhuǎn)向電機40負責提供車輪轉(zhuǎn)向的動力，轉(zhuǎn)向編碼器41起到角度傳感器的作用。
轉(zhuǎn)向電機蓋42安裝在轉(zhuǎn)向電機套38上，對轉(zhuǎn)向減速器39、轉(zhuǎn)向電機40和轉(zhuǎn)向編碼器41三者起到密封和保護作用。
轉(zhuǎn)向電機蓋螺釘43負責將轉(zhuǎn)向電機蓋42固定在轉(zhuǎn)向電機套38上。
權(quán)利要求
1.一種新型輪爪式行星探測機器人車輪，其特征在于它是由驅(qū)動和行走機構(gòu)、轉(zhuǎn)向機構(gòu)兩大部分組成；該驅(qū)動和行走機構(gòu)上的驅(qū)動電機套插入轉(zhuǎn)向機構(gòu)上的轉(zhuǎn)向座的驅(qū)動電機套安裝孔中，然后將轉(zhuǎn)向座安裝螺釘穿過轉(zhuǎn)向座上的直孔，再將轉(zhuǎn)向座安裝螺釘擰入驅(qū)動電機套上的螺紋孔中；用同樣的方法共裝入預(yù)定數(shù)目的轉(zhuǎn)向座安裝螺釘后就完成了“驅(qū)動和行走機構(gòu)”和“轉(zhuǎn)向機構(gòu)”間的聯(lián)接；其中，該驅(qū)動和行走機構(gòu)是由以下零部件組成，即輪爪、輪爪軸承、輪爪軸承擋圈、輪爪螺釘、輪爪螺母、車輪頂套、頂套螺釘、頂套螺母、端蓋螺釘、驅(qū)動軸承擋環(huán)一、車輪端蓋、驅(qū)動卡環(huán)、緊定螺釘一、驅(qū)動電機安裝螺釘、驅(qū)動軸承、左外輪、左內(nèi)輪、驅(qū)動軸承擋環(huán)二、驅(qū)動電機套、驅(qū)動減速器、驅(qū)動電機、驅(qū)動編碼器、輪爪限位螺釘、輪爪限位螺母、驅(qū)動電機蓋、輪爪彈簧、驅(qū)動電機蓋螺釘；其中，復數(shù)個輪爪沿車輪的周向均勻分布；輪爪軸承安裝在輪爪螺釘上，該輪爪軸承的外圈與輪爪相配合；輪爪軸承擋圈也安裝在輪爪螺釘上，該輪爪軸承擋圈兩端分別頂住車輪內(nèi)側(cè)和輪爪軸承的內(nèi)環(huán)；輪爪螺釘穿過輪爪軸承的內(nèi)孔，與輪爪螺母擰緊后共同支撐輪爪和輪爪軸承；車輪頂套安裝在頂套螺釘上，該車輪頂套兩端分別頂住左外輪和左內(nèi)輪的內(nèi)側(cè)，中間穿過頂套螺釘后再由頂套螺母鎖緊，以固定左外輪和左內(nèi)輪的相對位置；車輪頂套中間的環(huán)形槽固定輪爪彈簧的一端；端蓋螺釘將車輪端蓋固定在左外輪上；驅(qū)動軸承擋環(huán)一安裝在左外輪的軸承安裝孔內(nèi)，其兩端分別頂住車輪端蓋和驅(qū)動軸承的外環(huán)，用于軸向固定驅(qū)動軸承；車輪端蓋分別與左外輪和驅(qū)動減速箱的輸出軸相聯(lián)；驅(qū)動卡環(huán)卡緊在驅(qū)動電機套的定位槽中，實現(xiàn)驅(qū)動電機套與驅(qū)動軸承的軸向定位；緊定螺釘一擰入車輪端蓋的螺紋孔內(nèi)，頂住驅(qū)動減速器的輸出軸，使車輪端蓋與驅(qū)動減速箱的輸出軸相對固定；驅(qū)動電機安裝螺釘負責將驅(qū)動減速器固定在驅(qū)動電機套中；驅(qū)動軸承的外圈與左外輪的軸承安裝孔相配合，該驅(qū)動軸承的內(nèi)圈與驅(qū)動電機套相配合；左外輪和左內(nèi)輪共同構(gòu)成車輪的主體，左內(nèi)輪安裝到左外輪上，兩者之間由車輪頂套來定位；兩者的中間裝有輪爪；驅(qū)動軸承擋環(huán)二安裝在驅(qū)動電機套上，其兩端分別頂住兩個驅(qū)動軸承的內(nèi)環(huán)，實現(xiàn)兩個驅(qū)動軸承的軸向定位；驅(qū)動電機套用以安裝驅(qū)動減速器、驅(qū)動電機和驅(qū)動編碼器，又與驅(qū)動軸承的內(nèi)環(huán)配合，負責支撐該驅(qū)動和行走機構(gòu)，同時它還與轉(zhuǎn)向機構(gòu)相聯(lián)；驅(qū)動減速器、驅(qū)動電機和驅(qū)動編碼器三者固定在一起并安裝在驅(qū)動電機套內(nèi)；輪爪限位螺釘和輪爪限位螺母一起固定在左外輪和左內(nèi)輪上，對輪爪的擺動起定位作用；驅(qū)動電機蓋安裝在驅(qū)動電機套上；輪爪彈簧兩端分別鉤住輪爪和車輪頂套，使輪爪在不與地而接觸時呈張開狀態(tài)；驅(qū)動電機蓋螺釘負責將驅(qū)動電機蓋固定在驅(qū)動電機套上；其中，該轉(zhuǎn)向機構(gòu)是由以下零部件組成，即轉(zhuǎn)向座安裝螺釘、轉(zhuǎn)向電機安裝螺釘、緊定螺釘二、轉(zhuǎn)向座、轉(zhuǎn)向卡環(huán)、轉(zhuǎn)向軸承、轉(zhuǎn)向軸承擋環(huán)一、轉(zhuǎn)向軸承擋環(huán)二、轉(zhuǎn)向座端蓋螺釘、轉(zhuǎn)向座端蓋、轉(zhuǎn)向電機套、轉(zhuǎn)向減速器、轉(zhuǎn)向電機、轉(zhuǎn)向編碼器、轉(zhuǎn)向電機蓋、轉(zhuǎn)向電機蓋螺釘；各個零件間的聯(lián)接關(guān)系及作用如下轉(zhuǎn)向座安裝螺釘負責將驅(qū)動電機套固定在轉(zhuǎn)向座上；轉(zhuǎn)向電機安裝螺釘負責將轉(zhuǎn)向減速器固定在轉(zhuǎn)向電機套中；緊定螺釘二擰入轉(zhuǎn)向座的螺紋孔內(nèi)，頂住轉(zhuǎn)向減速器的輸出軸，使轉(zhuǎn)向座與轉(zhuǎn)向減速器的輸出軸相對固定；轉(zhuǎn)向座與驅(qū)動電機套安裝在一起，該轉(zhuǎn)向座的軸承安裝孔與轉(zhuǎn)向軸承的外環(huán)配合，可以支撐轉(zhuǎn)向電機；轉(zhuǎn)向卡環(huán)卡緊在轉(zhuǎn)向電機套的定位槽中；轉(zhuǎn)向軸承的外圈與轉(zhuǎn)向座的軸承安裝孔配合，該轉(zhuǎn)向軸承的內(nèi)圈與轉(zhuǎn)向電機套配合；轉(zhuǎn)向軸承擋環(huán)一安裝在轉(zhuǎn)向電機套上，其兩端分別頂住兩個轉(zhuǎn)向軸承的內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)向軸承擋環(huán)二有兩個，都安裝在轉(zhuǎn)向座的軸承孔內(nèi)，其中一個兩端分別頂住轉(zhuǎn)向軸承的外環(huán)和轉(zhuǎn)向座端蓋，另一個兩端分別頂住兩個轉(zhuǎn)向軸承的外環(huán)，兩個軸承擋環(huán)二都用于軸向固定轉(zhuǎn)向軸承；轉(zhuǎn)向座端蓋螺釘負責將轉(zhuǎn)向座端蓋固定在轉(zhuǎn)向座上；轉(zhuǎn)向座端蓋安裝在轉(zhuǎn)向座上，負責軸向固定轉(zhuǎn)向電機套；轉(zhuǎn)向電機套用以安裝轉(zhuǎn)向減速器、轉(zhuǎn)向電機和轉(zhuǎn)向編碼器，又與轉(zhuǎn)向軸承的內(nèi)環(huán)配合，負責支撐該新型輪爪式行星探測機器人車輪，同時它還與機器人本體相聯(lián)，起到聯(lián)接車輪和機器人本體的作用；轉(zhuǎn)向減速器、轉(zhuǎn)向電機和轉(zhuǎn)向編碼器三者固定在一起，它們一起安裝在轉(zhuǎn)向電機套；轉(zhuǎn)向電機蓋安裝在轉(zhuǎn)向電機套上；轉(zhuǎn)向電機蓋螺釘負責將轉(zhuǎn)向電機蓋固定在轉(zhuǎn)向電機套上。
全文摘要
一種新型輪爪式行星探測機器人車輪，它是由兩大部分組成驅(qū)動和行走機構(gòu)、轉(zhuǎn)向機構(gòu)。驅(qū)動和行走機構(gòu)負責產(chǎn)生車輪旋轉(zhuǎn)的動力，以推動機器人前進；轉(zhuǎn)向機構(gòu)負責車輪的轉(zhuǎn)向。該驅(qū)動和行走機構(gòu)上的驅(qū)動電機套插入轉(zhuǎn)向機構(gòu)上轉(zhuǎn)向座的驅(qū)動電機套安裝孔中，然后將轉(zhuǎn)向座安裝螺釘穿過轉(zhuǎn)向座上的直孔，再將轉(zhuǎn)向座安裝螺釘擰入驅(qū)動電機套上的螺紋孔中。用同樣的方法共裝入復數(shù)個轉(zhuǎn)向座安裝螺釘后就完成了驅(qū)動和行走機構(gòu)和轉(zhuǎn)向機構(gòu)間的聯(lián)接。該車輪抓地能力強，既能使機器人運動穩(wěn)定，轉(zhuǎn)向靈活，又能讓機器人翻越超過車輪半徑的臺階，也能跨越超過車輪直徑的壕溝。
文檔編號B60K17/00GK101028871SQ20061001139
公開日2007年9月5日 申請日期2006年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月1日
發(fā)明者岳榮剛, 王少萍, 焦宗夏, 康榮杰 申請人:北京航空航天大學