CN102050166B

CN102050166B - 一种轮足两用复合式移动机器人腿

Info

Publication number: CN102050166B
Application number: CN201110002607A
Authority: CN
Inventors: 魏焕兵; 魏小彪; 汪伟
Original assignee: Hubei Sanjiang Aerospace Hongfeng Control Co Ltd
Current assignee: Hubei Sanjiang Aerospace Hongfeng Control Co Ltd
Priority date: 2011-01-07
Filing date: 2011-01-07
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2031-01-07
Also published as: CN102050166A

Abstract

本发明涉及一种轮足两用复合式移动机器人腿，第二同步带轮通过第一轴承和第三轴承与车体连接，通过第一大轮轮毂与第一大轮连接，通过第二轴承与第一轴连接；第一大轮轮毂与第一同步带轮连接，第一同步带轮通过同步带与第三同步带轮连接；第二大轮组合与第三同步带轮连接，同时通过第五轴承与第三轴连接；第一轴通过第二轴承与第二同步带轮连接，与长连杆通过键槽连接；电机驱动器、电机谐波减速器组合安装在长连杆上，第三轴通过第六轴承与长连杆连接；短连杆与第三轴连接，另一端与第二轴连接；小轮、小轮轮毂通过第四轴承与第二轴连接，小轮轮毂与电磁抱闸连接。本发明提供一种有效保证运行可靠性的轮足两用复合式移动机器人腿。

Description

一种轮足两用复合式移动机器人腿

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及到一种轮足两用复合式移动机器人腿。

背景技术

机器人腿通常有轮式和关节式两种结构方式。轮式腿具有移动速度快、转向性好、驱动控制方便等特点；但其着地面积小、壁面适应性差、辟障能力和非结构环境下移动性能差。关节腿一般采用两节连杆串联形式，它对路面要求低，可以跨越障碍物，走过沙地、沼泽等特殊路面；但存在运动间隙大、速度慢、控制难度大等特点。一种足轮两用机器人腿公布了一种采用轮腿结合运动模式、模块化设计的机器人腿，但是其使用离合器运行，不能保证运行的可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种有效保证运行可靠性的的轮足两用复合式移动机器人腿。

为解决上述技术问题，本发明包括第一大轮、第一同步带轮、第一轴承、第二同步带轮、第一轴、第二轴承、第三轴承、第一大轮轮毂、保护罩、长连杆、电机驱动器、同步带、小轮、小轮轮毂、第四轴承、第二轴、电磁抱闸、短连杆、电机谐波减速器组合、第二大轮组合、第三同步带轮、第五轴承、第三轴、第六轴承；第二同步带轮通过第一轴承和第三轴承与车体连接，通过第一大轮轮毂与第一大轮连接，通过第二轴承与第一轴连接；第一大轮轮毂与第一同步带轮连接，第一同步带轮通过同步带与第三同步带轮连接；第二大轮组合与第三同步带轮连接，同时通过第五轴承与第三轴连接；第一轴通过第二轴承与第二同步带轮连接，与长连杆通过键槽连接；保护罩、电机驱动器、电机谐波减速器组合安装在长连杆上，第三轴通过第六轴承与长连杆连接；短连杆通过键槽与第三轴连接，另一端也通过键槽与第二轴连接；小轮、小轮轮毂通过第四轴承与第二轴连接，小轮轮毂与电磁抱闸连接；短连杆长度是长连杆长度的一半，两大轮半径相等，且两大轮半径加小轮直径再加轮间间隙刚好等于长连杆长度；两个大轮及小轮的中心界面在一个平面内，且其转动轴相平行。

本发明可以实现机器人轮式、关节式、以及轮足复合式三种运动形式，保证机器人移动速度及地形适应性，且结构紧凑。采用电机、减速器和同步带的输出形式，简洁可靠，节省动力。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明实施例提出的紧凑轮式移动的三维实体图；

图3为本发明实施例提出的伸展轮式移动的三维实体图；

图4为本发明实施例提出的跷起小腿轮式移动的三维实体图；

图5为本发明实施例提出的跷起轮腿轮式移动的三维实体图；

图6 为本发明实施例提出的撑起轮腿移动的三维实体图；

图7为本发明实施例提出的撑起大腿收起小腿的轮式移动的三维实体图；

图8为本发明实施例提出的撑起大腿轮式移动的三维实体图；

图9为本发明实施例提出的关节式移动的三维实体前视图；

图10为本发明实施例提出的关节式移动的三维实体后视图。

图中：第一大轮1、第一同步带轮2、第一轴承3、第二同步带轮4、第一轴5、第二轴承6、第三轴承7、第一大轮轮毂8、保护罩9、长连杆10、电机驱动器11、同步带12、小轮13、小轮轮毂14、第四轴承15、第二轴16、电磁抱闸17、短连杆18、电机谐波减速器组合19、第二大轮组合20、第三同步带轮21、第五轴承22、第三轴23、第六轴承24。

具体实施方式

本发明轮足两用复合式移动机器人轮腿采用了三套独立的动力输入系统，分别控制两个大轮轮式旋转运动、长连杆旋转运动、短连杆旋转运动，通过三套独立的动力系统可实现机器人的轮、大腿、小腿的单独控制，然后通过它们的组合实现机器人各种不同的运动方式。机构上采用了内外轴同心输出机构，将第一大轮1和第二大轮20的运动、长连杆10的运动、短连杆18的运动独立开来，解决了使用离合器的运行不可靠问题，同时，这三个部分的独立控制，也使得机器人小腿（短连杆）、机器人大腿（长连杆）、机器人两个大轮能够各自以任意姿态、任意速度、任意位置运转，实现机器人轮腿的多模式变换。

如图1所示，轮足两用复合式移动机器人轮腿主要包括第一大轮1、第一同步带轮2、第二同步带轮4、第一轴5、保护罩9、长连杆10、电机驱动器11、同步带12、小轮13、第二轴16、电磁抱闸17、短连杆18、电机谐波减速器组合19、第二大轮组合20、第三同步带轮21等。第二同步带轮4通过第一轴承3和第三轴承7与车体连接，通过第一大轮轮毂8与第一大轮1连接，通过第二轴承6与第一轴5连接。第一大轮轮毂8与第一同步带轮2连接，第一同步带轮2通过同步带12与第三同步带轮21连接。第二大轮组合20与第三同步带轮21连接，同时通过第五轴承22与第三轴23连接。

第一轴5通过第二轴承6与第二同步带轮4连接，第一轴5与长连杆10通过键槽连接。保护罩9、电机驱动器11、电机谐波减速器组合19安装在长连杆10上。第三轴23通过第六轴承24与长连杆10连接。短连杆18一端通过键槽与第三轴23连接，另一端通过键槽与第二轴16连接。小轮13、小轮轮毂14通过第四轴承15与第二轴16连接。小轮轮毂14与电磁抱闸17连接。

在设计时短连杆18长度是长连杆10长度的一半，两大轮半径相等，宽度相等，且两大轮半径加小轮直径再加轮间间隙刚好等于长连杆10的长度。长连杆10有空腔部位保护同步带12。小轮13作为被动轮，在电磁抱闸17作用下分别有随转和止转两种状态。两个大轮及小轮的中心界面在一个平面内，且其转动轴相平行。

如图2、图3所示，在这两种状态下，机器人轮腿做轮式运动，两个大轮和小轮都分别与地面相切，有紧凑和伸展两种状态。第二同步带轮4输入的转矩传给第一大轮1，同时通过第一大轮1、第一同步带轮2、同步带12、第三同步带轮21传给第二大轮组合20，实现两个大轮同步转动，小轮13随动。在图2中，在小轮收拢状态时结构紧凑，适合平坦道路的快速移动；当通过电机谐波减速器组合驱动短连杆18，使小轮打开并与地面相切，如图3所示，此时两个大轮状态不变，仍与地面相切，做同步转动，此时扩大了机器人底盘面积，有利于机器人结构稳定性，适用于崎岖复杂路面移动时提高机器人稳定性。

如图4、图5所示，在这两种状态下，机器人轮腿做轮式运动，都适合有障碍物的路面运动，具备一定的越障性能。图4状态时机器人两个大轮与地面相切，此时第二同步带轮4输入的转矩，传给第一大轮1，同时通过第一大轮1、第一同步带轮2、同步带12、第三同步带轮21传给第二大轮组合20，两个大轮同步转动，小轮随动，短连杆18通过电机谐波减速器组合19输出的转矩向上跷起一定角度，在这种状态时，如果机器人运动过程中前方有单级小台阶或者小障碍物，那么机器人短连杆18可以起到辅助支撑作用，辅助机器人在不停车改变姿态的前提下越过障碍。图5状态时机器人第一大轮1与地面相切，机器人长连杆10通过第一轴5输入的转矩带动其跷起一定角度，机器人短连杆18通过电机谐波减速器组合19输入的转矩带动也相对长连杆10跷起一定角度，在这种状态下，机器人适合运动过程中前方有多级比较矮的台阶，可以实现在不停车的状态下，通过多轮驱动，直接攀越台阶。

如图6所示，机器人轮腿同时具有轮式和关节式运动的功能，第一大轮1与地面相切，可以有支撑轮式、攀越式两种状态。支撑轮式运动时，第二同步带轮4输入的转矩，传给第一大轮1，同时通过第一大轮1、第一同步带轮2、同步带12、第三同步带轮21传给第二大轮组合20，两个大轮同步转动。电机谐波减速器组合19输出的转矩传到第三轴23，从而驱动短连杆18，使第二大轮组合20抬离地面，小轮13与地面相切，使第二大轮组合20在路面阻力小，适用于移动速度要求不高或者路面摩擦力小的情况下，有利于保证机器人的平衡。当翻越楼梯或障碍时，第一轴5输入的转矩直接传给长连杆10，使机器人大腿与机器人本体保持一定角度，电机谐波减速器组合19输出的转矩传递到第三轴23，驱动短连杆18做绕第三轴23做旋转运动，电磁抱闸17通电使小轮13止转，通过小轮13与地面之间摩擦以及短连杆18输出的转矩使机器人本体向前间歇移动。

如图7、图8所示，当机器人有多条轮腿模块时，在相互配合下可以把大腿支起，此时机器人轮腿也同时有轮式和关节式运动的功能，可以有摆大腿和不摆大腿两种方式。此时第一轴5将输入转矩传递给长连杆10做摆腿运动或者与机器人本体成某一固定角度。第二同步带轮4输入的转矩，传给第一大轮1，同时通过第一大轮1、第一同步带轮2、同步带12、第三同步带轮21传给第二大轮组合20，两个大轮同步转动，但第一大轮并不与地面接触，属于空转，小轮13随动。如图8所示，被动小轮与地面相切，在涉水、泥泞、沙地或雪地中行走时，既有利于抬高机器人本体，又能保证机器人的平衡；如图7所示，在路面质量较好时可以小腿可以收起，实现机器人膝关节轮式的快速运动，这种运动姿态在机器人处于倾斜路面时，可以通过各腿的不同姿势使机器人车体处于水平状态，方便机器人配备的各传感器的应用。

如图9、图10所示，同样在多条腿相互配合下可以把大腿支起，腿模块完全当作关节式腿运动，机器人两个大轮处于自由状态，不做任何运动。此时第一轴5输入的转矩直接传给长连杆10做摆大腿运动，电机谐波减速器组合19输出的转矩传给短连杆18做摆小腿运动，电磁抱闸17通电使小轮13止转作为足，在特定步态规划与控制下做间歇爬行运动。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种轮足两用复合式移动机器人腿，包括第一大轮、第一同步带轮、第一轴承、第二同步带轮、第一轴、第二轴承、第三轴承、第一大轮轮毂、保护罩、长连杆、电机驱动器、同步带、小轮、小轮轮毂、第四轴承、第二轴、电磁抱闸、短连杆、电机谐波减速器组合、第二大轮组合、第三同步带轮、第五轴承、第三轴、第六轴承；第二同步带轮通过第一轴承和第三轴承与车体连接，通过第一大轮轮毂与第一大轮连接，通过第二轴承与第一轴连接；第一大轮轮毂与第一同步带轮连接，第一同步带轮通过同步带与第三同步带轮连接；第二大轮组合与第三同步带轮连接，同时通过第五轴承与第三轴连接；第一轴通过第二轴承与第二同步带轮连接，与长连杆通过键槽连接；保护罩、电机驱动器、电机谐波减速器组合安装在长连杆上，第三轴通过第六轴承与长连杆连接；短连杆通过键槽与第三轴连接，另一端也通过键槽与第二轴连接；小轮、小轮轮毂通过第四轴承与第二轴连接，小轮轮毂与电磁抱闸连接；短连杆长度是长连杆长度的一半，两大轮半径相等，且两大轮半径加小轮直径再加轮间间隙刚好等于长连杆长度；两个大轮及小轮的中心界面在一个平面内，且其转动轴相平行。