一種基於液壓驅動的機器人平臺驅動輪的製作方法

2024-03-02 10:42:15

所屬技術領域

本發明屬於機器人平臺驅動技術領域，尤其涉及一種基於液壓驅動的機器人平臺驅動輪。

背景技術：

目前機器人驅動或者汽車車輪驅動領域中，驅動技術主要有氣動、熱驅動、微電機驅動、智能材料驅動、能量場驅動和傳統的發動機驅動等多種驅動技術，但是仍然存在許多問題，諸如，能耗大、轉向系統不靈活，想要使轉向更靈活，就需要更大的投入，那麼在不提高成本的情況下，設計一種轉向靈活的機器人平臺驅動機構是非常有必要的。

本發明設計一種基於液壓驅動的機器人平臺驅動輪解決如上問題。

技術實現要素：

為解決現有技術中的上述缺陷，本發明公開一種基於液壓驅動的機器人平臺驅動輪，它是採用以下技術方案來實現的。

一種基於液壓驅動的機器人平臺驅動輪，其特徵在於：它包括驅動機構下支撐、液壓減震器、架體、車輪，其中驅動機構通過驅動機構下支撐安裝在架體上，架體上側安裝有液壓減震器，車輪安裝在驅動機構上。

上述驅動機構包括驅動轉輪、驅動球殼、萬向球、外框、內框、旋轉活塞、轉輪凸塞、第一外框進出口、第一內框進出口、第二外框進出口、第三外框進出口、第二內框進出口、第四外框進出口、第一內框腔、第一外框腔、第二內框腔、第二外框腔、第一球進出口、第二球進出口、復位彈簧、方塞、擋環、驅動轉軸腔、驅動轉輪腔，其中萬向球內開有驅動轉軸腔和驅動轉輪腔，驅動轉軸腔和驅動轉輪腔相通，驅動轉輪安裝在驅動轉輪腔中，驅動轉軸安裝在驅動轉軸腔中，驅動轉軸安裝在驅動轉輪上，車輪安裝在驅動轉軸上；旋轉凸塞安裝在驅動轉輪外側，驅動轉輪腔上開有一個槽，兩個復位彈簧安裝在槽內，方塞安裝在槽內，且位於槽內方塞的一端位於復位彈簧一端，方塞另一端與驅動轉輪外圓面和旋轉凸塞外緣面接觸配合；萬向球上開有第一球進出口和第二球進出口，第一球進出口和第二球進出口一端開在萬向球外表面，另一端開在驅動轉輪腔上；驅動球殼安裝在萬向球外側，驅動球殼和萬向球之間具有腔體，該腔體中具有滾珠，擋環安裝在驅動球殼邊緣端；驅動球殼內球面中間位置處安裝有外框和內框，外框與內框與萬向球表面接觸，內框滑動安裝在外框內部，內框其中一個框上開有第一內框進出口，另一框上開有第二內框進出口，外框、內框、萬向球表面和驅動球殼內表面之間形成第一外框腔和第二外框腔；旋轉活塞安裝在萬向球頂端，且位於內框內，旋轉活塞、內框、萬向球表面和驅動球殼內表面之間形成第一內框腔和第二內框腔；外框四個角上分別開有第一外框進出口、第二外框進出口、第三外框進出口和第四外框進出口，且第一內框進出口通過軟管從第二外框腔內與第二外框進出口連接；第二內框進出口通過軟管從第一外框腔內與第三外框進出口連接。

上述液壓減震器包括減震彈簧、頂蓋、液壓套、液壓柱、液壓進出口，其中液壓套安裝在液壓柱外側，液壓柱安裝在架體上；頂蓋安裝在液壓套上側，減震彈簧安裝在架體和頂蓋之間，且安裝在液壓套外側；液壓柱下側具有液壓進出口；液壓進出口通過軟管與第三外框進出口連接，第二外框進出口與大氣相通。

第一球進出口與第二球進出口組成一組，且通過液壓軟管與液壓泵連接；第一外框進出口與第四外框進出口組成一組且通過液壓軟管與液壓泵連接。

作為本技術的進一步改進，上述減震彈簧為壓縮彈簧。

作為本技術的進一步改進，上述第一內框腔中安裝有彈簧，彈簧一端固定在內框內壁上，另一端安裝在與旋轉活塞外圓面上。

作為本技術的進一步改進，上述擋環與萬向球之間的間距小於驅動球殼和萬向球之間的滾珠直徑。

相對於傳統的機器人平臺驅動技術，本發明中萬向球內開有驅動轉軸腔和驅動轉輪腔，驅動轉軸腔和驅動轉輪腔相通，驅動轉輪安裝在驅動轉輪腔中，驅動轉軸安裝在驅動轉軸腔中；旋轉凸塞安裝在驅動轉輪外側，驅動轉輪腔上開有一個槽，兩個復位彈簧安裝在槽內，方塞安裝在復位彈簧和驅動轉輪之間第一球進出口和第二球進出口通過液壓軟管與液壓泵連接，這樣設計的作用是，液壓泵通過液壓軟管把高壓液體經第一球進出口泵入驅動轉輪腔，帶動驅動轉輪轉動，當旋轉凸塞碰到方塞時，方塞壓迫復位彈簧，方塞進入槽中，使得旋轉凸塞能夠順利在方塞處旋轉過去。而後復位彈簧使方塞彈出，過程中旋轉凸塞與方塞之間空間發生變化，擠壓高壓液體從第二球進出口流出，從而實現了驅動轉軸的轉動；驅動轉軸提供的動力傳遞到車輪上，使得車輪旋轉；驅動球殼下端安裝有外框和內框，內框安裝在外框內部，且位於外框中間部位，內框上開有第一內框進出口和第二內框進出口，外框和內框之間有兩個腔，分別是第一外框腔和第二外框腔；旋轉活塞安裝在萬向球下端，且位於內框內，並把內框分為第一內框腔和第二內框腔，這樣設計的作用是：液壓泵通過控制第一外框進出口和第二外框進出口內高壓液體的進出，控制內框在外框內的移動；第一內框進出口通過軟管從第二外框腔內與第二外框進出口連接，第二內框進出口通過軟管從第一外框腔內與第三外框進出口連接。

架體上側安裝有液壓柱，液壓柱外側安裝有液壓套，頂蓋安裝在液壓柱和液壓套上側，液壓柱上安裝有液壓進出口，並與第三外框進出口連接；液壓泵通過控制第一外框進出口和第二外框進出口內高壓液體的進出，控制內框在外框內的移動；旋轉活塞隨內框在外框內移動，旋轉活塞安裝在萬向球上，這就使得萬向球可以左右擺動，改變車輪的運動方向；旋轉活塞安裝在萬向球下端，且位於內框內，並把內框分為第一內框腔和第二內框腔，這樣設計的目的是：車輪滾動時，遇到凸起，車輪會向上運動，而旋轉活塞會有一個向下的運動趨勢，使得第二內框腔內高壓液體流入液壓柱中，彈簧拉伸，減小頂蓋向上運動的趨勢，減慢高壓液體流動速度，使得旋轉活塞向下運動的趨勢減小，實現了減震作用。第二外框進出口與大氣相通的目的在於能夠使旋轉活塞順利的向下運動，保證第一內框腔的空氣不產生負壓，對旋轉活塞產生阻力。

當使用液壓減震器時，動力單元中的電機開始工作，帶動液壓泵開始工作，液壓泵將高壓液體通過液壓軟管泵入第一球進出口，高壓液體通過第一球進出口進入驅動轉輪腔，帶動驅動轉輪轉動，驅動轉輪帶動驅動轉軸轉動，驅動轉軸帶動車輪轉動，隨著驅動轉輪的轉動，轉輪凸塞和方塞接觸，方塞壓迫復位彈簧，方塞進入腔內，使得旋轉凸塞能夠順利在方塞處旋轉過去；轉輪凸塞轉過方塞後，方塞在復位彈簧的作用下彈出，過程中旋轉凸塞與方塞之間空間發生變化，擠壓高壓液體從第二球進出口流出，經液壓軟管又流回液壓泵。液壓泵通過控制第一外框進出口和第二外框進出口內高壓液體的進出，控制內框在外框內的移動，轉活塞隨內框在外框內移動，旋轉活塞安裝在萬向球上，這就使得萬向球可以左右擺動，驅動轉軸隨著萬向球一起左右擺動，帶動車輪轉向；車輪繼續轉動，車輪遇到凸起時，車輪會向上運動，而旋轉活塞會有一個向下的運動趨勢，使得第二內框腔內高壓液體流入液壓柱中，彈簧拉伸，減小頂蓋向上運動的趨勢，減慢高壓液體流動速度，使得旋轉活塞向下運動的趨勢減小，實現了減震功能。

附圖說明

圖1是驅動機構透視圖。

圖2是驅動機構剖視圖圖。

圖3是驅動球殼框結構示意圖。

圖4是萬向球框機構示意圖。

圖5是驅動轉輪透視圖。

圖6是轉輪凸塞結構示意圖。

圖7是萬向球內部腔結構示意圖。

圖8是驅動轉軸連接示意圖。

圖9是液壓減震器連接結構示意圖。

圖10是液壓減震器連接結構透視圖。

圖11是液壓減震器安裝示意圖。

圖中標號名稱：6、驅動機構，18、擋環，24、驅動轉輪，25、驅動球殼，26、萬向球，27、外框，28、內框，29、旋轉活塞，30、轉輪凸塞，31、第一外框進出口，32、第一內框進出口，33、第二外框進出口，34、第三外框進出口，35、第二內框進出口，36、第四外框進出口，37、復位彈簧，38、方塞，39、第一內框腔，40、第一外框腔，41、第二內框腔，42、第二外框腔，43、第一球進出口，44、第二球進出口，45、驅動轉軸腔，46、驅動轉輪腔，51、驅動機構下支撐，52、液壓減震器，53、架體，54、減震彈簧，55、頂蓋，56、液壓套，57、液壓柱，58、液壓進出口，59、車輪。

具體實施方式

如圖9、10、11所示，它包括驅動機構下支撐51、液壓減震器52、架體53、車輪59，其中驅動機構6通過驅動機構下支撐51安裝在架體53上，架體53上側安裝有液壓減震器52，車輪59安裝在驅動機構6上。

如圖1、2所示，上述驅動機構6包括驅動轉輪24、驅動球殼25、萬向球26、外框27、內框28、旋轉活塞29、轉輪凸塞30、第一外框進出口31、第一內框進出口32、第二外框進出口33、第三外框進出口34、第二內框進出口35、第四外框進出口36、第一內框腔39、第一外框腔40、第二內框腔41、第二外框腔42、第一球進出口43、第二球進出口44、復位彈簧37、方塞38、擋環18、驅動轉軸腔45、驅動轉輪腔46，其中如圖7所示，萬向球26內開有驅動轉軸腔45和驅動轉輪腔46，驅動轉軸腔45和驅動轉輪腔46相通，驅動轉輪24安裝在驅動轉輪腔46中，驅動轉軸安裝在驅動轉軸腔45中，如圖8所示，驅動轉軸安裝在驅動轉輪24上，如圖9所示，車輪59安裝在驅動轉軸上；如圖8所示，旋轉凸塞安裝在驅動轉輪24外側，如圖2、5、6所示，驅動轉輪腔46上開有一個槽，兩個復位彈簧37安裝在槽內，方塞38安裝在槽內，且位於槽內方塞38的一端位於復位彈簧37一端，方塞38另一端與驅動轉輪24外圓面和旋轉凸塞外緣面接觸配合；萬向球26上開有第一球進出口43和第二球進出口44，第一球進出口43和第二球進出口44一端開在萬向球26外表面，另一端開在驅動轉輪腔46上；如圖1、2所示，驅動球殼25安裝在萬向球26外側，驅動球殼25和萬向球26之間具有腔體，該腔體中具有滾珠，擋環18安裝在驅動球殼25邊緣端；如圖3、4所示，驅動球殼25內球面中間位置處安裝有外框27和內框28，外框27與內框28與萬向球26表面接觸，內框28滑動安裝在外框27內部，內框28其中一個框上開有第一內框進出口32，另一框上開有第二內框進出口35，外框27、內框28、萬向球26表面和驅動球殼25內表面之間形成第一外框腔40和第二外框腔42；如圖1、4所示，旋轉活塞29安裝在萬向球26頂端，且位於內框28內，旋轉活塞29、內框28、萬向球26表面和驅動球殼25內表面之間形成第一內框腔39和第二內框腔41；外框27四個角上分別開有第一外框進出口31、第二外框進出口33、第三外框進出口34和第四外框進出口36，且第一內框進出口32通過軟管從第二外框腔42內與第二外框進出口33連接；第二內框進出口35通過軟管從第一外框腔40內與第三外框進出口34連接。

如圖11所示，上述液壓減震器52包括減震彈簧54、頂蓋55、液壓套56、液壓柱57、液壓進出口58，其中液壓套56安裝在液壓柱57外側，液壓柱57安裝在架體53上；頂蓋55安裝在液壓套56上側，減震彈簧54安裝在架體53和頂蓋55之間，且安裝在液壓套56外側；液壓柱57下側具有液壓進出口58；液壓進出口58通過軟管與第三外框進出口34連接，第二外框進出口33與大氣相通。

第一球進出口43與第二球進出口44組成一組，且通過液壓軟管與液壓泵連接；第一外框進出口31與第四外框進出口36組成一組且通過液壓軟管與液壓泵連接。

上述減震彈簧54為壓縮彈簧。

上述第一內框腔39中安裝有彈簧，彈簧一端固定在內框28內壁上，另一端安裝在與旋轉活塞29外圓面上。

上述擋環18與萬向球26之間的間距小於驅動球殼25和萬向球26之間的滾珠直徑。

綜上所述，本發明中萬向球26內開有驅動轉軸腔45和驅動轉輪腔46，驅動轉軸腔45和驅動轉輪腔46相通，驅動轉輪24安裝在驅動轉輪腔46中，驅動轉軸安裝在驅動轉軸腔45中；旋轉凸塞安裝在驅動轉輪24外側，驅動轉輪腔46上開有一個槽，兩個復位彈簧37安裝在槽內，方塞38安裝在復位彈簧37和驅動轉輪24之間第一球進出口43和第二球進出口44通過液壓軟管與液壓泵連接，這樣設計的作用是，液壓泵通過液壓軟管把高壓液體經第一球進出口43泵入驅動轉輪腔46，帶動驅動轉輪24轉動，當旋轉凸塞碰到方塞38時，方塞38壓迫復位彈簧37，方塞38進入槽中，使得旋轉凸塞能夠順利在方塞38處旋轉過去。而後復位彈簧37使方塞38彈出，過程中旋轉凸塞與方塞38之間空間發生變化，擠壓高壓液體從第二球進出口44流出，從而實現了驅動轉軸的轉動；驅動轉軸提供的動力傳遞到車輪59上，使得車輪59旋轉；驅動球殼25下端安裝有外框27和內框28，內框28安裝在外框27內部，且位於外框27中間部位，內框28上開有第一內框進出口32和第二內框進出口35，外框27和內框28之間有兩個腔，分別是第一外框腔40和第二外框腔42；旋轉活塞29安裝在萬向球26下端，且位於內框28內，並把內框28分為第一內框腔39和第二內框腔41，這樣設計的作用是：液壓泵通過控制第一外框進出口31和第二外框進出口33內高壓液體的進出，控制內框28在外框27內的移動；第一內框進出口32通過軟管從第二外框腔42內與第二外框進出口33連接，第二內框進出口35通過軟管從第一外框腔40內與第三外框進出口34連接。

架體53上側安裝有液壓柱57，液壓柱57外側安裝有液壓套56，頂蓋55安裝在液壓柱57和液壓套56上側，液壓柱57上安裝有液壓進出口58，並與第三外框進出口34連接；液壓泵通過控制第一外框進出口31和第二外框進出口33內高壓液體的進出，控制內框28在外框27內的移動；旋轉活塞29隨內框28在外框27內移動，旋轉活塞29安裝在萬向球26上，這就使得萬向球26可以左右擺動，改變車輪59的運動方向；旋轉活塞29安裝在萬向球26下端，且位於內框28內，並把內框28分為第一內框腔39和第二內框腔41，這樣設計的目的是：車輪59滾動時，遇到凸起，車輪59會向上運動，而旋轉活塞29會有一個向下的運動趨勢，使得第二內框腔41內高壓液體流入液壓柱57中，彈簧拉伸，減小頂蓋55向上運動的趨勢，減慢高壓液體流動速度，使得旋轉活塞29向下運動的趨勢減小，實現了減震作用。第二外框進出口33與大氣相通的目的在於能夠使旋轉活塞29順利的向下運動，保證第一內框腔39的空氣不產生負壓，對旋轉活塞29產生阻力。

當使用液壓減震器52時，動力單元中的電機開始工作，帶動液壓泵開始工作，液壓泵將高壓液體通過液壓軟管泵入第一球進出口43，高壓液體通過第一球進出口43進入驅動轉輪腔46，帶動驅動轉輪24轉動，驅動轉輪24帶動驅動轉軸轉動，驅動轉軸帶動車輪59轉動，隨著驅動轉輪24的轉動，轉輪凸塞30和方塞38接觸，方塞38壓迫復位彈簧37，方塞38進入腔內，使得旋轉凸塞能夠順利在方塞38處旋轉過去；轉輪凸塞30轉過方塞38後，方塞38在復位彈簧37的作用下彈出，過程中旋轉凸塞與方塞38之間空間發生變化，擠壓高壓液體從第二球進出口44流出，經液壓軟管又流回液壓泵。液壓泵通過控制第一外框進出口31和第二外框進出口33內高壓液體的進出，控制內框28在外框27內的移動，轉活塞隨內框28在外框27內移動，旋轉活塞29安裝在萬向球26上，這就使得萬向球26可以左右擺動，驅動轉軸隨著萬向球26一起左右擺動，帶動車輪59轉向；車輪59繼續轉動，車輪59遇到凸起時，車輪59會向上運動，而旋轉活塞29會有一個向下的運動趨勢，使得第二內框腔41內高壓液體流入液壓柱57中，彈簧拉伸，減小頂蓋55向上運動的趨勢，減慢高壓液體流動速度，使得旋轉活塞29向下運動的趨勢減小，實現了減震功能。