CN106184455A - 轮式升降型双足轮式机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轮式升降型双足轮式运动机构，包括底盘与滚轮，其特征在于：所述滚轮嵌置于底盘内部，底盘内设置升降通道；所述滚轮与升降机构连接，在升降机构的带动下，滚轮沿底盘内的升降通道下降伸出底盘下部或上升至底盘内部，实现足式与轮式切换。采用双足轮式运动机构的机器人的双足步行移动方式，具有很高的灵活性，轮式移动方式，在平坦路面具有移动速度快、稳定性好的优点，而且能够实现在双足步行与轮式移动两种移动形式之间平稳切换，轮式方式与足式方式互不影响，大大提高了机器人的环境适应性和工作效率。

Description

轮式升降型双足轮式机器人

技术领域

本发明涉及机器人运动机构技术领域，具体地说，涉及一种轮式升降型双足轮式机器人。

背景技术

近年来，随着信息技术、自动控制技术、通讯技术等的发展，使机器人的自动化、智能化程度越来越高，机器人越来越多的进入人们日常生活、改变人的生活方式成为可能，设计巧妙的机器人不仅代替人类完成各种作业，并可以在很多方面扩展人类的能力，在人类的制造、服务，医疗，教育，娱乐、军事等多个领域，发挥着重要的作用。

机器人的运动能力是机器人的一项重要功能指标，目前，常见的机器人的运动机构包括足式、履带式、轮式，其中，足式具有较高的灵活性与机动性，容易适应各种地面环境，但具有速度较慢的缺点；履带式运动机构在松软、崎岖的的地面环境中有着较高的适应能力，但存在摩擦阻力大、能耗高等缺点；轮式运动机构具有速度快、能耗低等优点，但不适合跨越沟壑、台阶、楼梯等障碍，越障能力差。

在探测、侦察等应用领域，要求机器人具有优良的越障能力，而在服务领域，要求机器人具有灵活、移动速度快、稳定性好等特点，由此可见，在不同的应用场合，对机器人的运动机构与动动能力有着不同的要求，而常见的足式、履带式、轮式的方式，无论哪一种单一的方式都具有无法消除的缺陷，因此，进行复合机构设计，优势互补，是提高机器人运动能力与适应性的必要选择。

中国发明专利( 申请号：200510004969.7)，提出了一种轮式、履带式及足式的复合机构，但它所设计的机器人结构还是以轮式和履带式为主，腿式机构仅起到辅助越障作用，不具备完善的移动和操作能力；另一项发明专利（申请号：201110353199.2），提出了一种具有双足步行与轮式移动互变功能的仿人机器人，实现机器人在双足步行与轮式移动两种移动形式之间实现自主切换，但其轮式切换的方式需机器人髋关节、腰关节、双臂等机构进行支持，变换过程繁琐，稳定性差，适用范围小。

因此，复合运动机构与控制系统的设计仍然是机器人的一个重要研究方向，有着极大的提升与改进空间。

发明内容

本发明着眼于机器人复合运动机构的设计，用于实现机器人运动的双足运动与轮式运动的自主切换，其具体的技术方案如下：

轮式升降型双足轮式运动机构，包括底盘与滚轮，所述滚轮嵌置于底盘内部，底盘内设置升降通道；所述滚轮与升降机构连接，在升降机构的带动下，滚轮沿底盘内的升降通道下降伸出底盘下部或上升至底盘内部，实现足式与轮式切换。

进一步地，所述升降机构包括电机、传动轴及丝杠，所述丝杠一端与传动轴连接，另一端过连接装置与滚轮连接；电机经传动轴带动丝杠转动，从而带动滚轮升降。

作为优选方案，所述滚轮包括驱动轮与从动轮，所述从动轮为万向轮。

进一步地，所述传动轴包括主轴和至少2条从轴，所述从轴与丝杠连接，分别用于驱动轮及从动轮的升降。

优选地，设置2条从轴及丝杠与驱动轮连接，用于驱动轮的升降；1条从轴及丝杠与从动轮连接，用于从动轮的升降。

进一步地，所述驱动轮通过双侧轮轴与双侧的活动块连接，所述的双侧活动块分别连接2条丝杠；底盘设置活动块的升降槽，活动块设置于所述的升降槽内，在丝杠的带动下实现垂直升降。

更进一步地，所述万向轮通过一固定台与丝杠连接，所述固定台包括固定圆盘，所述丝杠与固定圆盘固定连接；固定圆盘下方设置一半封闭罩体，所述万向轮设置于所述罩体内，与固定圆盘滑动连接；所述固定台两侧设置定位块；底盘设置定位块升降槽，定位块设置于所述的升降通槽内，在丝杠的带动下实现固定台连同从动轮垂直升降。

此外，还包括驱动足式运动的伺服电机和驱动轮式移动的直流伺服电机。

一种具有双足与轮式切换功能的机器人，包括机器人本体，所述机器人本体的双侧足部设置轮式升降型双足轮式运动机构。

进一步地，还设置测距传感器以及与升降机构通过总线连接的控制系统，用于检测前方设定距离内是否有障碍物，提供外部运动环境信息以自主变换运动模式。

本发明所提供的轮式升降型双足轮式机器人，具有以下优点：

第一、具有足式与滚轮双重结构，能实现双足步行与轮式移动的自由转换，对不同的地面路部具有广泛的适用性，当路面开阔平坦时，采用滚轮式运动，加快行进步伐，当遇台阶或阶梯时，切换至双足步行状态，步伐平稳灵活；

第二、足式与轮式运动过程各自运行时互不影响：双足步行时，滚轮隐藏于底盘之内，待轮式运行时，滚轮在升降机构的带动下伸出足底，切换迅速，稳定性强；

第三、采用电机带动丝杠的升降机构，且底盘内设置升降通道，使升降过程平稳，易于控制；

第四、采用驱动轮与从动轮的设置，稳定性提高，从动轮选为万向轮，易于调整方向。

附图说明

图1为轮式升降型双足轮式运动机构结构示意图；

图2轮式升降型双足轮式机器人结构示意图。

图中标记：

1：主轴；2：从轴；3：丝杠；4：固定台；401：固定圆盘；402：罩体；403：定位块；5：升降槽；6：从动轮；7：底盘；8：活动块；9：轮轴；10：驱动轮；11：电机。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明轮式升降型双足轮式机器人作进一步详细的说明。

参照图1，轮式升降型双足轮式运动机构，包括底盘与滚轮，所述滚轮嵌置于底盘内部，包括驱动轮10与从动轮6，所述从动轮6为万向轮，驱动轮10与从动轮6与升降机构连接，所述升降机构包括电机11、传动轴及丝杠3，在升降机构的带动下，滚轮沿底盘内的升降通道下降伸出底盘下部或上升至底盘内部，实现足式与轮式切换。

其中的一个优选方案为：所述传动轴包括主轴和3条从轴及对应的丝杠，其中2条从轴及丝杠与驱动轮10连接，用于驱动轮的升降，1条从轴及丝杠与从动轮连接，用于从动轮的升降。电机经传动轴带动丝杠转动，从而带动滚轮升降。所述万向轮通过一固定台4与丝杠连接，所述固定台包括固定圆盘401，所述丝杠与固定圆盘401固定连接；固定圆盘401下方设置一半封闭罩体402，所述万向轮设置于所述罩体402内，与固定圆盘滑动连接，并能进行360度旋转；所述固定台4两侧设置定位块403，所述定位块403设置于底盘的升降槽5内，在丝杠的带动下实现固定台连同从动轮垂直升降。驱动轮通过双侧轮轴与双侧的活动块连接，所述的双侧活动块分别连接2条丝杠，所述活动块设置于底盘的升降槽5内，在丝杠的带动下实现垂直升降

此外，所述轮式升降型双足轮式运动机构还包括驱动足式运动的伺服电机和驱动轮式移动的直流伺服电机，是足式或轮式运动的驱动机构。

所述轮式升降型双足轮式运动机构优选与机器人结合使用，制成一种具有双足与轮式切换功能的机器人，包括机器人本体，其双侧足部设置轮式升降型双足轮式运动机构。作为选配机构，该机器人还设置测距传感器以及与升降机构通过总线连接的控制系统，用于检测前方设定距离内是否有障碍物，提供外部运动环境信息以自主变换运动模式。制造的机器人采用双足步行移动方式，具有很高的灵活性，又兼顾轮式移动方式，在平坦路面具有移动速度快、稳定性好的优点。能够实现在双足步行与轮式移动两种移动形式之间平稳切换，轮式方式与足式方式互不影响，大大提高了机器人的环境适应性和工作效率。

以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，即但凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (10)

1.轮式升降型双足轮式运动机构，包括底盘与滚轮，其特征在于：所述滚轮嵌置于底盘内部，底盘内设置升降通道；所述滚轮与升降机构连接，在升降机构的带动下，滚轮沿底盘内的升降通道下降伸出底盘下部或上升至底盘内部，实现足式与轮式切换。

2.根据权利要求1所述的轮式升降型双足轮式运动机构，其特征在于：所述升降机构包括电机、传动轴及丝杠，所述丝杠一端与传动轴连接，另一端过连接装置与滚轮连接；电机经传动轴带动丝杠转动，从而带动滚轮升降。

3.根据权利要求2所述的轮式升降型双足轮式运动机构，其特征在于：所述滚轮包括驱动轮与从动轮，所述从动轮为万向轮。

4.根据权利要求3所述的轮式升降型双足轮式运动机构，其特征在于：所述传动轴包括主轴和至少2条从轴，所述从轴与丝杠连接，分别用于驱动轮及从动轮的升降。

5.根据权利要求4所述的轮式升降型双足轮式运动机构，其特征在于：设置2条从轴及丝杠与驱动轮连接，用于驱动轮的升降；1条从轴及丝杠与从动轮连接，用于从动轮的升降。

6.根据权利要求5所述的轮式升降型双足轮式运动机构，其特征在于：所述驱动轮通过双侧轮轴与双侧的活动块连接，所述的双侧活动块分别连接2条丝杠；底盘设置活动块的升降槽，活动块设置于所述的升降槽内，在丝杠的带动下实现垂直升降。

7.根据权利要求5所述的轮式升降型双足轮式运动机构，其特征在于：所述万向轮通过一固定台与丝杠连接，所述固定台包括固定圆盘，所述丝杠与固定圆盘固定连接；固定圆盘下方设置一半封闭罩体，所述万向轮设置于所述罩体内，与固定圆盘滑动连接；所述固定台两侧设置定位块；底盘设置定位块升降槽，定位块设置于所述的升降通槽内，在丝杠的带动下实现固定台连同从动轮垂直升降。

8.根据权利要求1所述的轮式升降型双足轮式运动机构，其特征在于：还包括驱动足式运动的伺服电机和驱动轮式移动的直流伺服电机。

9.一种具有双足与轮式切换功能的机器人，其特征在于：包括机器人本体，所述机器人本体的双侧足部设置如权要求1所述的轮式升降型双足轮式运动机构。

10.根据权利要求9所述的一种具有双足与轮式切换功能的机器人，其特征在于：还设置测距传感器以及与升降机构通过总线连接的控制系统，用于检测前方设定距离内是否有障碍物，提供外部运动环境信息以自主变换运动模式。