CN105752185B - 基于轮系特性改变实现轮腿步态切换的混合式机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于轮系特性改变实现轮腿步态切换的混合式机器人，包括机体、腿式驱动机构、轮式驱动机构、转向电机、车轮驱动电机和车轮支架，所述的机体上前后对称安装四个车轮支架，在车轮支架上分别安装转向电机，转向电机与车轮驱动电机相连，所述车轮驱动电机连接轮式驱动机构，所述轮式驱动机构与腿式驱动机构相连。轮式驱动机构可以实现轮式步态，腿式驱动机构由四杆机构成，机体两侧的腿式驱动机构相互配合可以使机器人实现迈步前进腿式步态；调整多种腿式步态，增强对非结构环境的适应性。

Description

基于轮系特性改变实现轮腿步态切换的混合式机器人
技术领域
本发明涉及一种基于轮系特性改变实现轮腿步态切换的混合式机器人，属于机器人技术领域。
背景技术
机器人移动通常有轮式和关节式两种方式。轮式移动机器人具有移动速度快、转向性好、驱动控制方便等特点；关节式移动机器人的结构主要为串联腿式结构，具有的特点是对路面要求低，可以越障。针对移动机器人的两种移动方式，轮腿混合式机器人可以使机器人具有轮式机器人的优点又可以使机器人具有关节式机器人的越障能力。同时轮腿混合式机器人可以适当调整运动方式避免两种移动方式的缺点。基于轮系特性改变实现轮腿步态切换的混合式机器人可以利用轮系特性实现轮式步态与腿式步态的切换。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于轮系特性改变实现轮腿步态切换的混合式机器人。
本发明解决其技术问题的构思是：
在机器人机体两侧前后对称放置轮腿混合式驱动机构，轮腿混合式驱动机构由轮式驱动机构及腿式驱动机构组成。轮式驱动机构由内齿轮、中心齿轮及两个行星齿轮组成的轮系，当轮腿混合式机器人采用轮式驱动时，该轮系为定轴轮系；当采用腿式驱动或轮腿混合驱动时该轮系为周转轮系。由轮式驱动机构驱动时，轮腿混合机器人可以实现轮式步态。腿式驱动机构由四杆机构组成，机体两侧的腿式驱动机构相互配合可以使机器人实现迈步前进。当轮式驱动机构与腿式驱动机构一起工作时，轮腿混合式机器人可以实现轮腿式混合步态。
根据上述构思，本发明采用如下技术方案：
一种基于轮系特性改变实现轮腿步态切换的混合式机器人，包括机体、腿式驱动机构、轮式驱动机构、转向电机、车轮驱动电机和车轮支架，所述的机体上前后对称安装四个车轮支架，在车轮支架上分别安装转向电机，转向电机与车轮驱动电机相连，所述车轮驱动电机连接轮式驱动机构，所述轮式驱动机构与腿式驱动机构相连。
所述轮式驱动机构包括外车轮、中心齿轮、上行星齿轮、内齿轮、下行星齿轮、齿轮连接架、腿式驱动电机、电磁抱闸、腿连接杆，所述的中心齿轮与车轮驱动电机驱动轴相连，所述的上行星齿轮与下行星齿轮关于中心齿轮对称分布，与中心齿轮以及内齿轮分别啮合组成轮系，上行星齿轮与下行星齿轮通过齿轮连接架相连，所述的齿轮连接架与中心传动齿轮存在一定的距离，上行星齿轮与腿连接杆相连；所述的腿连接杆与腿式驱动机构通过球铰接相连；所述的齿轮连接架与腿式驱动电机驱动轴相连，腿式驱动电机通过驱动齿轮连接架同时驱动上行星齿轮及下行星齿轮，在腿式驱动电机的驱动轴上安装电磁抱闸，所述的电磁抱闸控制腿式驱动电机的驱动轴的转动与停止；当电磁抱闸抱死时，齿轮连接架固定，轮式驱动机构为定轴轮系，当电磁抱闸松开时，齿轮连接架能够转动，轮式驱动机构为周转轴轮系；所述的内齿轮与外车轮固定，当内齿轮转动时，外车轮也转动。
所述的腿式驱动机构包括支撑杆架、连接杆、长驱动杆、上腿丝杠杆、步进电机、滑块、下腿杆、球铰接及腿足；所述连接杆一端铰接在长驱动杆上，另一端通过球铰接连接支撑杆架，所述支撑杆架的另一端连接机体；所述长驱动杆的一端通过球铰接连接腿连接杆，另一端连接步进电机，所述步进电机连接上腿丝杠杆，滑块与上腿丝杠杆滑动连接，能够调节机器人腿的长度，所述的滑块与下腿杆固定，所述腿足固定在下腿杆的底部。
腿式驱动电机驱动齿轮连接架时，上行星齿轮绕内齿轮旋转，腿连接杆移动，腿式驱动机构开始运动。需要注意的是轮式驱动装置中齿轮、外轮及腿连接杆的长度以及腿式驱动机构中各杆的长度，防止两种运动模式相互影响。
本发明与背景技术相比具有的有益效果是：
1．使轮系特性改变实现轮腿步态切换，机器人具有轮腿两种步态。
2．可以通过调节机器人步态避免轮式与腿式的缺点。
3．可以调整多种腿式步态，增强对非结构环境的适应性。
附图说明
图1 本发明轮腿混合式机器人结构的轴测图。
图2 本发明轮腿混合式机器人结构中机体的轴测图。
图3 本发明轮腿混合式机器人结构中轮式驱动装置视图。
图4 本发明轮腿混合式机器人结构中轮式驱动装置前视图。
图5 本发明轮腿混合式机器人结构中轮式驱动装置侧视图。
图6本发明轮腿混合式机器人结构中腿式驱动装置支架轴测图。
图7本发明轮腿混合式机器人结构中轮腿混合驱动装置轴测图。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图说明如下：
如图1和图2所示，一种基于轮系特性改变实现轮腿步态切换的混合式机器人，其特征在于，包括机体1、腿式驱动机构Ⅰ、轮式驱动机构Ⅱ、转向电机3、车轮驱动电机4和车轮支架5，所述的机体1上前后对称安装四个车轮支架5，在车轮支架5上分别安装转向电机3，转向电机3与车轮驱动电机4相连，所述车轮驱动电机4连接轮式驱动机构Ⅱ，所述轮式驱动机构Ⅱ与腿式驱动机构Ⅰ相连。
如图3至图5所示，所述轮式驱动机构Ⅱ包括外车轮2、中心齿轮6、上行星齿轮7、内齿轮8、下行星齿轮9、齿轮连接架10、腿式驱动电机11、电磁抱闸12、腿连接杆13，所述的中心齿轮6与车轮驱动电机4驱动轴相连，所述的上行星齿轮7与下行星齿轮9关于中心齿轮6对称分布，与中心齿轮6以及内齿轮8分别啮合组成轮系，上行星齿轮7与下行星齿轮9通过齿轮连接架10相连，所述的齿轮连接架10与中心传动齿轮6存在一定的距离，上行星齿轮7与腿连接杆13相连；所述的腿连接杆13与腿式驱动机构Ⅰ通过球铰接21相连；所述的齿轮连接架10与腿式驱动电机11驱动轴相连，腿式驱动电机11通过驱动齿轮连接架10同时驱动上行星齿轮7及下行星齿轮9，在腿式驱动电机11的驱动轴上安装电磁抱闸12，所述的电磁抱闸12控制腿式驱动电机11的驱动轴的转动与停止；当电磁抱闸12抱死时，齿轮连接架10固定，轮式驱动机构Ⅱ为定轴轮系，当电磁抱闸12松开时，齿轮连接架10能够转动，轮式驱动机构Ⅱ为周转轴轮系；所述的内齿轮8与外车轮2固定，当内齿轮8转动时，外车轮2也转动。
如图6和图7所示，所述的腿式驱动机构Ⅰ包括支撑杆架20、连接杆14、长驱动杆15、上腿丝杠杆18、步进电机16、滑块17、下腿杆19、球铰接21及腿足22；所述连接杆14一端铰接在长驱动杆15上，另一端通过球铰接21连接支撑杆架20，所述支撑杆架20的另一端连接机体1；所述长驱动杆15的一端通过球铰接21连接腿连接杆13，另一端连接步进电机16，所述步进电机16连接上腿丝杠杆18，滑块17与上腿丝杠杆18滑动连接，能够调节机器人腿的长度，所述的滑块17与下腿杆19固定，所述腿足22固定在下腿杆19的底部。
本实例一种轮腿混合式机器人移动结构工作原理如下：
当混合式机器人移动采用轮式步态时，在车轮支架5上的车轮驱动电机4驱动中心齿轮6旋转，同时作用在腿式驱动电机11驱动轴上电磁抱闸12抱死，齿轮连接架10相对于中心齿轮6固定，中心齿轮6，上行星齿轮7，下行星齿轮9及内齿轮8组成定轴轮系，当车轮驱动电机4驱动中心齿轮6旋转时，中心齿轮6带动上行星齿轮7及下行星齿轮9旋转，与上行星齿轮7及下行星齿轮9相啮合传动的内齿轮8转动，与内齿轮8固定的外轮2转动，混合式机器人完成轮式步态驱动。轮腿混合式机器人采用轮式步态时，需要调节机器人腿的长度，保证腿足22不与地面接触。
当混合式机器人移动采用腿式步态时，首先调节腿的长度，通过步进电机16反转，下腿杆19随滑块17向下滑动与地面接触，整体机器人重心向上移动，外轮2离开地面。同时轮式驱动电机4停止工作，电磁抱闸12松开，腿式驱动电机11的驱动轴可以转动。腿式驱动电机11驱动齿轮连接架10转动，上行星齿轮7与下行星齿轮9绕中心齿轮6做公转运动，此时由中心齿轮6，上行星齿轮7及下行星齿轮9组成的轮系为周转轮系。上行星齿轮7通过腿连接杆13与腿式驱动机构Ⅰ相连，当上行星驱动齿轮绕中心齿轮做公转运动时，腿式驱动机构Ⅰ做抬腿迈步动作，混合式机器人完成腿式步态驱动。

Claims (1)

1.一种基于轮系特性改变实现轮腿步态切换的混合式机器人，其特征在于，包括机体（1）、腿式驱动机构（Ⅰ）、轮式驱动机构（Ⅱ）、转向电机（3）、车轮驱动电机（4）和车轮支架（5），所述的机体（1）上前后对称安装四个车轮支架（5），在车轮支架（5）上分别安装转向电机（3），转向电机（3）与车轮驱动电机（4）相连，所述车轮驱动电机（4）连接轮式驱动机构（Ⅱ），所述轮式驱动机构（Ⅱ）与腿式驱动机构（Ⅰ）相连；
所述轮式驱动机构（Ⅱ）包括外车轮（2）、中心齿轮（6）、上行星齿轮（7）、内齿轮（8）、下行星齿轮（9）、齿轮连接架（10）、腿式驱动电机（11）、电磁抱闸（12）、腿连接杆（13），所述的中心齿轮（6）与车轮驱动电机（4）驱动轴相连，所述的上行星齿轮（7）与下行星齿轮（9）关于中心齿轮（6）对称分布，与中心齿轮（6）以及内齿轮（8）分别啮合组成轮系，上行星齿轮（7）与下行星齿轮（9）通过齿轮连接架（10）相连，所述的齿轮连接架（10）与中心齿轮（6）存在一定的距离，上行星齿轮（7）与腿连接杆（13）相连；所述的腿连接杆（13）与腿式驱动机构（Ⅰ）通过球铰接（21）相连；所述的齿轮连接架（10）与腿式驱动电机（11）驱动轴相连，腿式驱动电机（11）通过驱动齿轮连接架（10）同时驱动上行星齿轮（7）及下行星齿轮（9），在腿式驱动电机（11）的驱动轴上安装电磁抱闸（12），所述的电磁抱闸（12）控制腿式驱动电机（11）的驱动轴的转动与停止；当电磁抱闸（12）抱死时，齿轮连接架（10）固定，轮式驱动机构（Ⅱ）为定轴轮系，当电磁抱闸（12）松开时，齿轮连接架（10）能够转动，轮式驱动机构（Ⅱ）为周转轴轮系；所述的内齿轮（8）与外车轮（2）固定，当内齿轮（8）转动时，外车轮（2）也转动；
所述的腿式驱动机构（Ⅰ）包括支撑杆架（20）、连接杆（14）、长驱动杆（15）、上腿丝杠杆（18）、步进电机（16）、滑块（17）、下腿杆（19）、球铰接（21）及腿足（22）；所述连接杆（14）一端铰接在长驱动杆（15）上，另一端通过球铰接（21）连接支撑杆架（20），所述支撑杆架（20）的另一端连接机体（1）；所述长驱动杆（15）的一端通过球铰接（21）连接腿连接杆（13），另一端连接步进电机（16），所述步进电机（16）连接上腿丝杠杆（18），滑块（17）与上腿丝杠杆（18）滑动连接，能够调节机器人腿的长度，所述的滑块（17）与下腿杆（19）固定，所述腿足（22）固定在下腿杆（19）的底部。
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