CN102180205A - 轮腿机器人 - Google Patents

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本发明公开了一种轮腿机器人，包括机架，机架上设置有四条结构相同的具有轮、足两用功能的腿，每条腿包括大腿和绕大腿径向转动的小腿，小腿的末端设置有轮子，所述小腿上连接有用于驱动小腿前后摆动的小腿驱动装置，所述轮子上固定有用于驱动轮子转动的直流电机，所述直流电机通过固定在沿小腿径向延伸的转轴连接有用于驱动直流电机绕转轴转动的轮驱动装置，且电机的传动轴始终与转轴处于垂直状态。该机器人依靠大腿舵机带动大腿上下摆动和小腿舵机带动小腿前后摆动，共同实现该机器人的腿式行走，即使在光滑的路面也不会产生打滑，而且该机器人操作简单方便，运动动作稳定。

Description

轮腿机器人
技术领域
本发明涉及一种轮腿两用式机器人，属机器人技术领域。
背景技术
腿式机器人的优点是不仅能在平坦地面上行走而且可以在崎岖地面上步行，可跨越沟壑，上下台阶，还可做无滑动的完整和单向运动，并为其上的传感器提供稳定的动态平台，因此具有广泛的适用性，但其存在缺点，即较难实现其稳定步态规划和稳定平衡控制，运动速度与能量的利用效率较低，另外，腿式机器人一般较重，且结构复杂。轮式机器人优点是，自动操作简单，动作稳定，特别适合在平坦的地面上运动，有更大的运动速度和能量利用效率，是目前广泛使用的一类机器人。但是与腿式机器人相比，其对地形的适应性较差，很少可以跨越高度和爬楼梯。
随着社会的不断发展，为解决复杂的路面行走问题，设计了方便、快速的轮腿变换的机器人，集成了轮式机器人和腿式机器人各自的优点，同时，也弥补了轮式机器人和腿式机器人各自的缺点，具有各取所长，相互弥补的特点。申请号为200810056851.2的专利公布了一种轮足两用式移动机器人，该机器人采用轮腿结合运动模式，包括机架，机架两侧对称安装有四条结构相同的具有轮、足两用功能的腿，每条腿包括大腿和小腿，大腿的两端位于大腿内侧转动装配有两个大轮，位于机器人内部的大轮通过传动轴连接，传动轴与动力源连接，每条腿上位于机器人外部的大轮上转动装配有小腿，小腿的末端转动装配有小轮，小轮上设置有用于控制小轮从动或止转的电磁抱闸，该机器人通过传动轴上的离合器进行轮腿模式切换，上述大轮和小轮均绕腿径向延伸的各自对应的转轴转动。在切换为腿式工作时，大腿与机架保持一定角度，然后小腿绕轴旋转运动实现机器人的行走，这种行走方式在光滑的路面容易发生打滑，而且为了防止小轮的转动，还得安装控制小轮止转的电磁抱闸，增加了机器人的成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种轮腿机器人，用以解决轮腿机器人在切换为腿式工作时容易发生打滑的问题。
本发明采用如下技术方案：一种轮腿机器人，包括机架，机架上设置有四条结构相同的具有轮、足两用功能的腿，每条腿包括大腿和绕大腿径向转动的小腿，小腿的末端设置有轮子，所述小腿上连接有用于驱动小腿前后摆动的小腿驱动装置，所述轮子上固定有用于驱动轮子转动的直流电机，所述直流电机通过固定在沿小腿径向延伸的转轴连接有用于驱动直流电机绕转轴转动的轮驱动装置，且电机的传动轴始终与转轴处于垂直状态。
所述机架包括位于上层的背部板和下层的腹部板，所述背部板通过连接杆与腹部板固定连接，所述大腿转动设置在背部板上。
所述大腿连接有用于驱动大腿水平转动的大腿驱动装置，所述大腿驱动装置包括固定在机架上的大腿舵机，所述大腿与大腿舵机的输出轴固定连接。
所述小腿驱动装置包括固定在所述大腿上的小腿舵机，小腿舵机的输出轴通过小腿曲柄摇杆机构与小腿铰接。
所述轮驱动装置包括固定在小腿上的轮舵机，轮舵机的输出轴通过轮曲柄摇杆机构与直流电机连接。
所述大腿舵机、小腿舵机、轮舵机均通过无线接收端与控制器连接。
采用上述结构的轮腿机器人，轮子上固定有用于驱动轮子转动的直流电机，依靠设置在小腿上的轮舵机带动直流电机和轮子绕沿小腿径向延伸的转轴转动，当转动至水平状态时实现该机器人的轮式行走；当转动至竖直状态时，依靠大腿舵机带动大腿上下摆动和小腿舵机带动小腿前后摆动，共同实现该机器人的腿式行走。在机器人处于腿式行走过程中，机器人的每条轮腿实现了水平和垂直运动，即使在光滑的路面也不会产生打滑，而且该机器人操作简单方便，运动动作稳定。
附图说明
图1 为本发明轮腿机器人实施例的主视图；
图2为图1的左视图；
图3为图1的俯视图；
图4为图1的斜视图；
图5为本发明轮腿机器人的轮腿结构主视图；
图6为图5的左视图。
具体实施方式
如图1-6所示，本发明一种轮腿机器人，包括机架，机架包括位于上层的背部板7和下层的腹部板4，所述背部板7通过连接杆与腹部板4固定连接，腹部板4上设置有四条结构相同的具有轮、足两用功能的腿，每条腿包括转动设置在背部板7上的大腿12和绕大腿12径向转动的小腿8。所述大腿12上连接有用于驱动大腿12沿水平方向转动的大腿驱动装置，该大腿驱动装置包括固定在背部板7上的大腿舵机6，大腿舵机6的输出轴与大腿12固定连接。所述小腿8上连接有用于驱动小腿8前后摆动的小腿驱动装置，该小腿驱动装置包括固定在大腿12上的小腿舵机5，小腿舵机5的输出轴通过小腿曲柄摇杆机构3与小腿8转动连接。所述小腿8的末端设置有轮子1，轮子1上连接有用于驱动轮子1转动的直流电机2，该直流电机2通过固定在沿小腿8径向延伸的转轴11连接有用于控制直流电机2绕转轴11转动的轮驱动装置，且直流电机2的传动轴始终与转轴11处于垂直状态，该轮驱动装置包括固定在小腿8上的轮舵机9，轮舵机9的输出轴通过轮曲柄摇杆机构10与直流电机2的壳体铰接。所述大腿舵机6、小腿舵机5和轮舵机9均与控制器和无线接收端（图中未显示）连接，且大腿舵机6、小腿舵机5和轮舵机9的转动角度均由计算机产生的PWM信号控制。
本发明轮腿机器人轮式的工作过程如下：如图1所示作为轮腿机器人的初始状态，计算机将轮舵机9的PWM信号通过无线发射，轮腿机器人的接收端接收到PWM信号后，轮舵机9转动且带动轮曲柄摇杆机构10运动，使得直流电机2绕轮曲柄摇杆机构10与直流电机2之间的转轴11转动直至直流电机2和轮子1处于水平状态，四个直流电机2和轮子1均达到水平状态。直流电机2通电带动轮子1转动，使得轮腿机器人具有轮式机器人的动作，直流电机2的电压的正反向实现轮腿机器人的前进和后退，直流电机2断电轮腿机器人停止。相反，轮腿机器人的接收端接收到轮舵机9归位的计算机PWM信号，轮舵机9带动带动轮曲柄摇杆机构10反向运动，直至直流电机2和轮子1回到图1所示的状态。
本发明轮腿机器人腿式的工作过程如下：如图1所示作为轮腿机器人的初始状态，计算机将大腿舵机6的PWM信号通过无线发射，轮腿机器人的接收端接收到PWM信号后，大腿舵机6带动大腿12沿水平方向运动摆动，与此同时，计算机将小腿舵机5的PWM信号通过无线发射，轮腿机器人的接收端接收到PWM信号后，小腿舵机5带动小腿8绕小腿8与大腿12之间的转轴前后摆动，实现不同步态的行走，对于图3的俯视图的左前腿向前迈一步，其步长与大腿舵机5接受到的PWM信号有关，随后右后腿向前迈一步、右前腿向前迈一步、左后腿向前迈一步，依次循环实现轮腿机器人的前进腿式动作，轮腿机器人反向的腿式动作即右后腿向后退一步、左前腿向后退一步、左后腿向后退一步、右前腿向后退一步，依次循环实现轮腿机器人的后退腿式动作。背部板7和腹部板4将四只腿有效地连接在一起，起到机架的作用。

Claims (6)

1.一种轮腿机器人，包括机架，机架上设置有四条结构相同的具有轮、足两用功能的腿，每条腿包括大腿和绕大腿径向转动的小腿，小腿的末端设置有轮子，其特征在于：所述小腿上连接有用于驱动小腿前后摆动的小腿驱动装置，所述轮子上固定有用于驱动轮子转动的直流电机，所述直流电机通过固定在沿小腿径向延伸的转轴连接有用于驱动直流电机绕转轴转动的轮驱动装置，且电机的传动轴始终与转轴处于垂直状态。
2.根据权利要求1所述的轮腿机器人，其特征在于：所述机架包括位于上层的背部板和下层的腹部板，所述背部板通过连接杆与腹部板固定连接，所述大腿转动设置在背部板上。
3.根据权利要求1或2所述的轮腿机器人，其特征在于：所述大腿连接有用于驱动大腿水平转动的大腿驱动装置，所述大腿驱动装置包括固定在机架上的大腿舵机，所述大腿与大腿舵机的输出轴固定连接。
4.根据权利要求1所述的轮腿机器人，其特征在于：所述小腿驱动装置包括固定在所述大腿上的小腿舵机，小腿舵机的输出轴通过小腿曲柄摇杆机构与小腿铰接。
5.根据权利要求1所述的轮腿机器人，其特征在于：所述轮驱动装置包括固定在小腿上的轮舵机，轮舵机的输出轴通过轮曲柄摇杆机构与直流电机连接。
6.根据权利要求5所述的轮腿机器人，其特征在于：所述大腿舵机、小腿舵机、轮舵机均通过无线接收端与控制器连接。
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