CN104085458B - 一种足轮式四足机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种足轮式四足机器人，包括躯干，躯干下部安装有躯干支架，躯干上安装有四个三自由度的足轮运动支链，该足轮运动支链既可以变为轮子也可以变为腿，并且可以快速的进行机器人的腿与轮子间的相互转换，在崎岖的路面上可以转变成腿，适应能力强，通过性好，在较平坦的路面时转变成轮子，速度提高，机动性好。且结构简单、成本低，具有很好的经济适用价值。

Description

一种足轮式四足机器人
技术领域
本发明属于移动机器人技术领域，特别涉及一种足轮式四足机器人。
背景技术
机器人是集机械、电子、计算机、传感器、控制技术等多门学科为一体的综合技术。目前国内外机器人行走的机构有轮式、腿式、履带式、轮腿式等。轮式机器人有独轮、两轮、多轮等。如南京理工大学的硕士学位论文《六轮腿自主移动机器人结构设计和模糊控制技术研究》，该文章提出了一种六轮式机器人，该机器人具有速度快的优点，但是该结构为纯轮式，虽然其可通过拉杆来控制轮子的角度，但依然无法通过及其崎岖的路面。腿式也有单足、双足、多足等。例如南京航空航天大学的硕士学位论文《四足仿生爬行机器人研制》，该文章提出了一种四足的仿生爬行机器人，该机器人为腿式结构，能够跨越较大的障碍，但是没有更好的快速性，在较平稳的路面上的行走速度不够。履带式机器人和地面有着较大的作用力，可以适应许多复杂多样的路面。如上海交通大学的硕士学位论文《履带式移动机器人系统设计及运动控制技术研究》，该论文提出了一种履带式移动机器人，它与上面提到的轮式机器人有很多相似的地方，不同的地方就是在轮子上加了履带，可以提高其路面适应能力，但与前者一样，依然没有本发明的在崎岖的路面上的适应能力强。轮腿式机器人结构上较上三种复杂一点，实现的功能更多，如申请号为201210101127.3的发明专利，该发明提出了一种六轮足式串并混联机器人，该机器人共有六只腿，每个腿底部各有一个可旋转的小轮子。该轮子即可以用来做腿式结构的足，又是轮式的主要运动来源。该机器人的轮子和腿是分开的，即轮子和腿是同时存在的，只不过是经过变形将轮子旋转形成腿，他们并不能实现轮和腿的平稳过渡。
发明内容
本发明旨在提供一种足轮式四足机器人，很好的解决了上述问题，良好的机动性能，即可以在崎岖的地面灵活行走，又可以在平坦的地面快速行走。
本发明的技术方案是：一种足轮式四足机器人，包括躯干，躯干下部安装有躯干支架，所述躯干安装有四个三自由度的足轮运动支链，足轮运动支链包括顺次连接的水平髋关节、垂直同步轮髋关节、轮式大腿、轮式膝关节、轮式小腿，水平髋关节包括旋转装置A、执行器托架、执行器，旋转装置A直接固定在躯干上，旋转装置A上连接执行器托架，执行器安装在执行器托架上，垂直同步轮髋关节包括与执行器外壳固定连接的同步轮支架，同步轮支架上安装有同步轮，同步轮通过同步带与执行器连接，同步轮上固定连接有大腿连轴件，大腿连轴件与轮式大腿A端固定连接，轮式大腿B端通过轮式膝关节与轮式小腿一端连接，轮式大腿C端通过旋转装置B连接有轮式补充腿。
进一步的，所述轮式膝关节包括轮式膝关节支架和旋转装置C，轮式大腿与轮式小腿通过轮式膝关节支架活动连接，旋转装置C与轮式大腿、轮式小腿固定连接。
优选的，所述执行器托架与躯干间设置有相互配合的转盘和冲压轮。
优选的，所述同步轮支架上通过滑环架连接有导电滑环。
进一步的，所述旋转装置A、旋转装置B、旋转装置C分别由驱动电机驱动。
优选的，所述轮式小腿另一端安装有足部垫片。
进一步的，执行器包含电机，同步轮通过同步带与执行器中电机连接。
本发明的有益效果是：由于本发明采用了四个3自由度的足轮运动支链，该足轮运动支链既可以变为轮子也可以变为腿，并且可以快速的进行机器人的腿与轮子间的相互转换，在崎岖的路面上可以转变成腿，适应能力强，通过性好，在较平坦的路面时转变成轮子，速度提高，机动性好。结构简单、成本低，具有很好的经济适用价值。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中足轮运动支链1(不含轮式补充腿16)的结构示意图；
图3是图1中足轮运动支链1的结构示意图；
图中：1.足轮运动支链，2.躯干，3.躯干支架，111.旋转装置A，112.执行器托架，113.执行器，114.转盘和冲压轮，121.同步轮，122.同步轮支架，123.大腿连轴件，124.滑环架，125.导电滑环，13.轮式大腿，131.轮式大腿A端，132.轮式大腿B端，133.轮式大腿C端，141.轮式膝关节支架，142.旋转装置C，15.轮式小腿，151.足部垫片，16.轮式补充腿，17.旋转装置B。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。
如图1至图3所示，本发明的技术方案是：一种足轮式四足机器人，包括躯干2，躯干2下部安装有躯干支架3，所述躯干2上安装有四个三自由度的足轮运动支链1，足轮运动支链1包括顺次连接的水平髋关节、垂直同步轮髋关节、轮式大腿13、轮式膝关节、轮式小腿15，水平髋关节包括旋转装置A111、执行器托架112、执行器113，旋转装置A111直接固定在躯干上，旋转装置A111上连接执行器托架112，执行器113安装在执行器托架112上，垂直同步轮髋关节包括与执行器113外壳固定连接的同步轮支架122，同步轮支架122上安装有同步轮121，同步轮121通过同步带与执行器113连接，执行器113包含电机，同步轮121通过同步带与执行器113中电机连接，同步轮121上固定连接有大腿连轴件123，大腿连轴件123与轮式大腿A端131固定连接，轮式大腿B端132通过轮式膝关节与轮式小腿15一端连接，轮式大腿C端133通过旋转装置B17连接有轮式补充腿16。轮式膝关节包括轮式膝关节支架141和旋转装置C142，轮式大腿13与轮式小腿15通过轮式膝关节支架141活动连接，旋转装置C142与轮式大腿13、轮式小腿15固定连接。通过旋转装置B17、旋转装置C142的旋转，可以使轮式小腿15、轮式补充腿16旋转到需要的角度，使足轮运动支链1在腿和轮子之间自由转换，以适应不同环境的需要。执行器托架112与躯干2间设置有相互配合的转盘和冲压轮114。同步轮支架122上通过滑环架124连接有导电滑环125。由于整个足轮运动支链1都有旋转要求，且足轮运动支链1各部件均需要电连接或控制线连接，导电滑环125的设计可以防止电线或控制线脱落。旋转装置A111、旋转装置B17、旋转装置C142分别由驱动电机驱动。旋转装置A111控制整个足轮运动支链1的转向；旋转装置B17控制轮式补充腿16与轮式大腿13的相对位置；旋转装置C142控制轮式大腿13与轮式小腿15的相对位置。轮式小腿15另一端安装有足部垫片151。轮式大腿13、轮式小腿15、轮式补充腿16均为扇形，当旋转装置B17与旋转装置C142转过适宜角度时，轮式小腿15与轮式补充腿16通过足部垫片151连接，轮式大腿13、轮式小腿15、轮式补充腿16正好拼接成正圆。
当足轮运动支链1需要由足式转化为轮式时，轮和腿的转化由旋转机构所驱动，旋转装置B17、旋转装置C142转过一定的角度，使轮式小腿15与轮式补充腿16通过足部垫片151紧密配合，此时腿式结构就转化为轮式结构，轮式结构转化为腿式结构与其相反，依然通过旋转装置B17、旋转装置C142驱动使轮式结构打开，形成腿式结构。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。凡是根据上述描述做出各种可能的等同替换或改变，均被认为属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种足轮式四足机器人，包括躯干(2)，躯干(2)下部安装有躯干支架(3)，所述躯干(2)安装有四个三自由度的足轮运动支链(1)，其特征在于：所述足轮运动支链(1)包括顺次连接的水平髋关节、垂直同步轮髋关节、轮式大腿(13)、轮式膝关节、轮式小腿(15)，所述水平髋关节包括旋转装置A(111)、执行器托架(112)、执行器(113)，所述旋转装置A(111)固定在躯干(2)上，旋转装置A(111)上连接执行器托架(112)，执行器(113)安装在执行器托架(112)上，所述垂直同步轮髋关节包括与执行器(113)外壳固定连接的同步轮支架(122)，所述同步轮支架(122)上安装有同步轮(121)，所述同步轮(121)通过同步带与执行器(113)连接，所述同步轮(121)上固定连接有大腿连轴件(123)，所述大腿连轴件(123)与轮式大腿A端(131)固定连接，所述轮式大腿B端(132)通过轮式膝关节与轮式小腿(15)一端连接，轮式大腿C端(133)通过旋转装置B(17)连接有轮式补充腿(16)。
2.根据权利要求1所述的足轮式四足机器人，其特征在于：所述轮式膝关节包括轮式膝关节支架(141)和旋转装置C(142)，轮式大腿(13)与轮式小腿(15)通过轮式膝关节支架(141)活动连接，旋转装置C(142)与轮式大腿(13)、轮式小腿(15)固定连接。
3.根据权利要求1所述的足轮式四足机器人，其特征在于：所述执行器托架(112)与躯干(2)间设置有相互配合的转盘和冲压轮(114)。
4.根据权利要求1所述的足轮式四足机器人，其特征在于：所述同步轮支架(122)上通过滑环架(124)连接有导电滑环(125)。
5.根据权利要求2所述的足轮式四足机器人，其特征在于：所述旋转装置A(111)、旋转装置B(17)、旋转装置C(142)分别由驱动电机驱动。
6.根据权利要求1所述的足轮式四足机器人，其特征在于：所述轮式小腿(15)另一端安装有足部垫片(151)。
7.根据权利要求1所述的足轮式四足机器人，其特征在于：所述执行器(113)包含电机，同步轮(121)通过同步带与执行器(113)中电机连接。
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