CN103818492B

CN103818492B - 一种轮腿复合载运机器人

Info

Publication number: CN103818492B
Application number: CN201410086674.8A
Authority: CN
Inventors: 姚燕安; 武建昫; 刘然
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2014-03-11
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2034-03-11
Also published as: CN103818492A

Abstract

一种轮腿复合载运机器人，包括：左侧腿（A）、右侧腿（B）和拖车（C）。其中，左侧腿（A）的左第一连接杆（A1）卡槽与双出轴电机（1）输出轴配合固定，右侧腿（B）的右第一连接杆（B1）卡槽与双出轴电机（1）另一输出轴配合固定，左侧腿（A）的左机架（A5）与右侧腿（B）的右机架（B5）通过连接轴（2）固连，拖车（C）的连接架（C1）左、右卡套（C1a、C1b）分别与左、右卡环（A8、B8）固连，通过双出轴电机（1）整周驱动，实现该机器人运动。本发明腿部结构简单，易于加工、装配；关节处采用滑动副，优化足端轨迹，实现轮腿协同运动，降低内耗。该机器人可用于星球探测、物资运输和军事侦察等领域。

Description

一种轮腿复合载运机器人

技术领域

本发明涉及一种轮腿复合载运机器人，特别地涉及一种仿生步行机器人，通过滑动副对机器人足端轨迹的优化，实现轮腿协同运动，消除内耗。本发明可用于星球探测、物资运输和军事侦察等领域。

背景技术

轮腿复合式机器人与其他移动机器人相比，具有运动灵活、环境适应性强的特点，具有广阔的应用前景。一般的轮腿复合式机器人多采用转动副关节，足端轨迹不平稳，导致轮腿运动不一致，产生内耗较大，两电机驱动轮腿复合式机器人采用滑动副关节，通过双输出轴电机驱动曲柄转动，实现腿部平稳行走，由另一电机驱动车轮轴转动，实现车轮与腿的协同运动，有效降低内耗。

中国专利CN102068819A公开了一种“单动力四足步行机构”，单侧两腿分两层布置，前后腿共用一个曲柄。两该机构结构简单，可实现四足步行运动。但是该机构腿部全部由转动铰链连接，足端运动轨迹不平稳，需要较大驱动力，轮腿运动不一致。

发明内容

本发明要解决的技术问题：步行机器人足端运动轨迹不平稳，轮腿运动协同性较差的问题。提供一种轮腿复合载运机器人装置。

本发明的技术方案：

一种轮腿复合载运机器人，该装置包括左侧腿、右侧腿和拖车。

左侧腿为单自由度连杆机构，左侧腿的左机架靠近滑槽的两个电机安装孔通过螺钉与电机配合固定。电机的输出轴穿过左机架，与左第一连接杆通过顶丝固定连接。右侧腿为单自由度连杆机构，右侧腿的右机架靠近滑槽的两个电机安装孔通过螺钉与电机配合固定。电机的另一输出轴穿过右机架，与右第一连接杆通过顶丝固定连接。左、右侧腿为对称布置，右机架通过连接套筒与左机架固定连接。左第一连接杆与右第一连接杆相位相差π。

拖车包括连接架和车体。连接架的左卡套固连在左侧腿的左卡环上，右卡套固连在右侧腿的右卡环上，实现拖车与左、右侧腿的连接。通过上述连接，完成所述单动力双足步行机器人的组装，电机为双输出轴电机，电机的输出轴带动左、右第一连接杆整周回转，实现单动力双足步行机器人的腿部运动。

左侧腿包括左第一到左第四连接杆、左机架、左滑块、左圆头塞和左卡环；

左第一、四连接杆两端分别开有一个安装孔。左第二连接杆为三角形杆件，左第二连接杆的三个顶点各开有一个安装孔。左第三连接杆在端部和中部各布置一个安装孔，杆件中部布置一个插槽。左机架为梯形板件，左机架在顶边开有一个滑槽，在靠近滑槽的顶点处布置两个电机安装孔，其余三个顶点分别开有一个安装孔。左滑块为H型块状构件，左滑块的外端面开有一个螺纹孔。左圆头塞一端为球形挡环，另一端切有螺纹。左卡环为方形卡环。

左侧腿杆件之间连接方式为：左第一连接杆的端部安装孔与左第二连接杆的底角顶点安装孔通过销轴转动铰接。左第二连接杆的另一底角顶点插入左第三连接杆中部插槽，该顶点处安装孔与左第三连接杆的中部安装孔通过销轴转动铰接。左第三连接杆的端部安装孔与左第四连接杆的端部安装孔通过销轴转动铰接。左第四连接杆的另一端部安装孔与左机架顶边安装孔通过销轴转动铰接。左滑块卡在左机架滑槽中，与滑槽形成滑动配合。左圆头塞穿过左第二连接杆顶角顶点的安装孔，与左滑块端面的螺纹孔旋合固定。左卡环焊接在左机架上。右侧腿的零件结构、尺寸、连接关系和自由度与左侧腿完全相同。

所述的拖车中，车体的车轮轴加装电机驱动。具体连接方式为：从动齿轮布置在拖车的车轴的中部。车轴与从动齿轮紧键连接，电机的输出轴与主动齿轮配合固定，主动齿轮与从动齿轮轮齿相互啮合。电机的电机座通过螺钉固定在车体上。通过上述连接，完成电机对拖车的整体驱动，实现拖车的左、右车轮与左、右侧腿的协同运动。

本发明的有益效果：本发明所述的轮腿复合载运机器人，单侧腿为单自由度机构，通过双输出轴电机驱动两侧曲柄整周回转，左、右侧腿设置滑动副，优化腿部运动轨迹，降低内耗。该装置结构简单，易于加工、装配，可用于星球探测、物资运输和军事侦察等领域。

附图说明

图1轮腿复合载运机器人整体结构图；

图2轮腿复合载运机器人步行机构机架、电机连接三维图；

图3轮腿复合载运机器人拖车三维图；

图4轮腿复合载运机器人步行机构左侧腿三维图；

图5轮腿复合载运机器人左滑块三维图；

图6轮腿复合载运机器人右侧腿三维图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

一种轮腿复合载运机器人，如图1所示，包括左侧腿（A）、右侧腿（B）和拖车（C）。

左侧腿（A）为单自由度连杆机构，如图2所示，左侧腿（A）的左机架（A5）靠近滑槽的两个电机安装孔通过螺钉与双出轴电机(1)配合固定；双出轴电机（1）的输出轴穿过左机架（A5），与左第一连接杆（A1）通过顶丝固定连接。

右侧腿（B）为单自由度连杆机构，如图2所示，右侧腿（B）的右机架（B5）靠近滑槽的两个电机安装孔通过螺钉与双出轴电机（1）配合固定；双出轴电机（1）的另一输出轴穿过右机架（B5），与右第一连接杆（B1）通过顶丝固定连接。

左侧腿（A）和右侧腿（B）为对称布置，如图2所示，右侧腿（B）的右机架（B5）通过连接套筒（2）与左侧腿（A）的左机架（A5）固定连接。左侧腿（A）的左第一连接杆（A1）与右侧腿（B）的右第一连接杆（B1）相位相差π。

拖车（C），如图3所示，包括连接架（C1）和车体（C2）。

连接架（C1）的左卡套（C1a）固连在左侧腿（A）的左卡环（A8）上；右卡套（C1b）固连在右侧腿（B）的右卡环（B8）上，实现拖车（C）与左、右侧腿（A、B）的连接。

通过上述连接，完成所述单动力双足步行机器人的组装，电机（1）为双输出轴电机，电机（1）的输出轴带动左、右第一连接杆（A1、B1）整周回转，实现单动力双足步行机器人的腿部运动。

左侧腿（A），如图4所示，包括左第一到左第四连接杆（A1、A2、A3、A4）、左机架（A5）、左滑块（A6）、左圆头塞（A7）和左卡环（A8）。

左第一、四连接杆（A1、A4）两端分别开有一个安装孔。左第二连接杆（A2）为三角形杆件，左第二连接杆（A2）的三个顶点各开有一个安装孔。左第三连接杆（A3）在端部和中部各布置一个安装孔，杆件中部布置一个插槽。左机架（A5）为梯形板件，左机架（A5）在顶边开有一个滑槽，在靠近滑槽的顶点处布置两个电机安装孔，其余三个顶点分别开有一个安装孔。如图5所示，左滑块（A6）为H型块状构件，左滑块（A6）的外端面开有一个螺纹孔。左圆头塞（A7）一端为球形挡环，另一端切有螺纹。左卡环（A8）为方形卡环。

左侧腿（A）杆件之间连接方式为：左第一连接杆（A1）的端部安装孔与左第二连接杆（A2）的底角顶点安装孔通过销轴转动铰接。左第二连接杆（A2）的另一底角顶点插入左第三连接杆（A3）中部插槽，该顶点处安装孔与左第三连接杆（A3）的中部安装孔通过销轴转动铰接。左第三连接杆（A3）的端部安装孔与左第四连接杆（A4）的端部安装孔通过销轴转动铰接。左第四连接杆（A4）的另一端部安装孔与左机架（A5）顶边安装孔通过销轴转动铰接。左滑块（A6）卡在左机架（A5）滑槽中，与滑槽形成滑动配合。左圆头塞（A7）穿过左第二连接杆（A2）顶角顶点的安装孔，与左滑块（A6）端面的螺纹孔旋合固定。左卡环（A8）焊接在左机架（A5）上。

右侧腿（B），如图6所示，包括右第一到左第四连接杆（B1、B2、B3、B4）、右机架（B5）、右滑块（B6）、右圆头塞（B7）和右卡环（B8）。

右第一、四连接杆（A1、A4）两端分别开有一个安装孔。右第二连接杆（A2）为三角形杆件，右第二连接杆（A2）的三个顶点各开有一个安装孔。右第三连接杆（A3）在端部和中部各布置一个安装孔，杆件中部布置一个插槽。右机架（A5）为梯形板件，右机架（A5）在顶边开有一个滑槽，在靠近滑槽的顶点处布置两个电机安装孔，其余三个顶点分别开有一个安装孔。右滑块（A6）为H型块状构件，右滑块（A6）的外端面开有一个螺纹孔。右圆头塞（A7）一端为球形挡环，另一端切有螺纹；右卡环（A8）为方形卡环。

右侧腿杆件之间连接方式为：右第一连接杆（A1）的端部安装孔与右第二连接杆（A2）的底角顶点安装孔通过销轴转动铰接。右第二连接杆（A2）的另一底角顶点插入右第三连接杆（A3）中部插槽，该顶点处安装孔与右第三连接杆（A3）的中部安装孔通过销轴转动铰接。右第三连接杆（A3）的端部安装孔与右第四连接杆（A4）的端部安装孔通过销轴转动铰接。右第四连接杆（A4）的另一端部安装孔与右机架（A5）顶边安装孔通过销轴转动铰接。右滑块（A6）卡在右机架（A5）滑槽中，与滑槽形成滑动配合。右圆头塞（A7）穿过右第二连接杆（A2）顶角顶点的安装孔，与右滑块（A6）端面的螺纹孔旋合固定。右卡环（A8）焊接在右机架（A5）上。

拖车（C），如图3所示，车体（C2）的车轮轴加装电机（3）驱动。具体连接方式为：从动齿轮（5）布置在拖车（C）的车轴的中部。车轴与从动齿轮（5）紧键连接，电机（3）的输出轴与主动齿轮（4）配合固定，主动齿轮（4）与从动齿轮（5）轮齿相互啮合。电机（3）的电机座通过螺钉固定在车体（C2）上；通过上述连接，完成电机（3）对拖车（C）的整体驱动，实现拖车（C）的左、右车轮与左、右侧腿（A、B）的协同运动。

Claims

1.一种轮腿复合载运机器人，其特征在于：该机器人包括左侧腿(A)、右侧腿(B)和拖车(C)；

所述的左侧腿(A)为单自由度连杆机构，左侧腿(A)的左机架(A5)靠近滑槽的两个电机安装孔通过螺钉与双出轴电机(1)一侧配合固定；双出轴电机(1)的输出轴穿过左机架(A5)与左第一连接杆(A1)通过顶丝固定连接；

所述的右侧腿(B)为单自由度连杆机构，右侧腿(B)的右机架(B5)靠近滑槽的两个电机安装孔通过螺钉与双出轴电机(1)另一侧配合固定；双出轴电机(1)的另一输出轴穿过右机架(B5)与右第一连接杆(B1)通过顶丝固定连接；

所述的左侧腿(A)和右侧腿(B)为对称布置，右侧腿(B)的右机架(B5)通过连接套筒(2)与左侧腿(A)的左机架(A5)固定连接；左侧腿(A)的左第一连接杆(A1)与右侧腿(B)的右第一连接杆(B1)转动轴线重合，相位相差π；

通过上述连接，完成左、右侧腿(A、B)与双出轴电机(1)的组装；

所述的拖车(C)包括连接架(C1)和车体(C2)；

所述连接架(C1)的左卡套(C1a)固连在左侧腿(A)的左卡环(A8)上；右卡套(C1b)固连在右侧腿(B)的右卡环(B8)上，实现拖车(C)与左、右侧腿(A、B)的连接；

通过上述连接，完成所述轮腿复合载运机器人的组装，双出轴电机(1)两侧输出轴分别带动左、右第一连接杆(A1、B1)整周回转，实现该轮腿复合机器人的腿部行走。

2.根据权利要求1所述的轮腿复合载运机器人，其特征在于：

所述的左侧腿(A)包括左第一到左第四连接杆(A1、A2、A3、A4)、左机架(A5)、左滑块(A6)、左圆头塞(A7)和左卡环(A8)；

左第一、四连接杆(A1、A4)两端分别开有一个安装孔；左第二连接杆(A2)为三角形杆件，左第二连接杆(A2)的三个顶点各开有一个安装孔；左第三连接杆(A3)在端部和中部各布置一个安装孔，杆件中部布置一个插槽；左机架(A5)为梯形板件，左机架(A5)在顶边开有一个滑槽，在靠近滑槽的顶点处布置两个电机安装孔，其余三个顶点分别开有一个安装孔；左滑块(A6)为H型块状构件，左滑块(A6)的外端面开有一个螺纹孔；左圆头塞(A7)一端为球形挡环，另一端切有螺纹；左卡环(A8)为方形卡环；

左侧腿(A)杆件之间连接方式为：左第一连接杆(A1)的端部安装孔与左第二连接杆(A2)的底角顶点安装孔通过销轴转动铰接；左第二连接杆(A2)的另一底角顶点插入左第三连接杆(A3)中部插槽，该顶点处安装孔与左第三连接杆(A3)的中部安装孔通过销轴转动铰接；左第三连接杆(A3)的端部安装孔与左第四连接杆(A4)的端部安装孔通过销轴转动铰接；左第四连接杆(A4)的另一端部安装孔与左机架(A5)顶边安装孔通过销轴转动铰接；左滑块(A6)卡在左机架(A5)滑槽中，与滑槽形成滑动配合；左圆头塞(A7)穿过左第二连接杆(A2)顶角顶点的安装孔，与左滑块(A6)端面的螺纹孔旋合固定；左卡环(A8)焊接在左机架(A5)上；

所述的右侧腿(B)包括右第一到右第四连接杆(B1、B2、B3、B4)、右机架(B5)、右滑块(B6)、右圆头塞(B7)和右卡环(B8)；

右侧腿(B)的零件结构、尺寸、连接关系和自由度与左侧腿(A)完全相同。

3.根据权利要求1所述的轮腿复合载运机器人，其特征在于：

所述的拖车(C)中，车体(C2)的车轮轴加装电机(3)驱动；具体连接方式为：从动齿轮(5)布置在拖车(C)的车轴的中部；车轴与从动齿轮(5)紧键连接，电机(3)的输出轴与主动齿轮(4)配合固定，主动齿轮(4)与从动齿轮(5)轮齿相互啮合；电机(3)的电机座通过螺钉固定在车体(C2)上；通过上述连接，完成电机(3)对拖车(C)的整体驱动，实现拖车(C)的左、右车轮与左、右侧腿(A、B)的协同运动。