CN106864618B - 轮腿式行走机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮腿式行走机构，包括C形结构的轮腿本体和设置于所述轮腿本体外表面的毛刺层；所述轮腿本体包括由轮腿本体的前端到末端依次设置的渐开线段、第二圆弧段和第一圆弧段，本行走机构能够解决弧形轮腿式机器人在启动步态中打滑和机器人重心上下波动的问题。

Description

轮腿式行走机构

技术领域

本发明涉及机器人行走机构领域，具体是一种轮腿式行走机构。

背景技术

现有的移动机器人的行进方式主要有轮式和多自由度腿式两种。其中轮式结构的主要优点为驱动结构简单，易于控制，移动速度较快；腿式结构则为模拟生物(如蜘蛛、猎豹等)肢体结构和运动机理的仿生行进方式，其地形适应性较好，可以完成在一些复杂的、非结构化地形当中的作业任务。

目前，以上两种机构都存在较为突出的缺点。轮式结构虽然速度快、结构简单，但其车轮在行进过程中，与地面为连续的接触轨迹，因此地形适应能力差，且容易发生打滑等现象；腿式结构虽能完成较多功能，但其结构复杂，难以控制，速度相对较慢，能量消耗较大。

1999年，加拿大麦吉尔大学智能机器中心结合轮式与腿式结构的优势，设计出了六足机器人“里克斯”，第一次引入了C型腿这个概念。这种C型轮腿式移动方式，兼顾了移动效率和通过性。这款机器人成为多数现有的弧形轮腿式机器人的原型。现有技术中，申请号为201410323844.X的专利所公开的一种C型机器人腿部机构提供了一种C型机器人腿部机构，包括C型腿框架和安装于C型腿框架的行走区域的外部橡胶毛刺层。外部橡胶毛刺层包括多片按一定间距排列在C型腿框架行走区域的足结构，其中，每一片足结构均通过连接结构与C型腿框架相连接。但是，上述两种现有技术所采用的弧形轮腿式结构仍然没能很好地解决机器人在启动步态中打滑导致的无法完成预定动作，以及由于偏心导致的机身重心不稳两个问题。

因此，需要一种能够解决弧形轮腿式机器人在行进过程中打滑和机器人重心上下波动问题的轮腿式行走机构。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种轮腿式行走机构，该行走机构能够解决弧形轮腿式机器人在行进过程中打滑和机器人重心上下波动的问题。

本发明的轮腿式行走机构，包括轮腿本体和设置于所述轮腿本体外表面的毛刺层；所述轮腿本体包括由轮腿本体的前端到末端依次设置的渐开线段、第二圆弧段和第一圆弧段；

进一步，所述轮腿本体还包括位于所述渐开线段前端的直线段；

进一步，所述直线段的前端设置有用于将所述轮腿本体连接于腿部驱动轴的连接件；

进一步，所述直线段尾端相切于渐开线段的前端；所述第二圆弧段的前端和尾端分别对应相切于所述渐开线段的尾端和第一圆弧段的前端；

进一步，所述轮腿本体的外表面和内表面之间通过平滑曲面连接；

进一步，所述连接件上设有用于与所述腿部驱动轴配合的连接孔；

进一步，所述第一圆弧段以所述连接孔的孔心为圆心；

进一步，所述第一圆弧段所对应圆心角的范围为：20°～90°；

进一步，所述毛刺层通过橡胶制作，其外表面为矩形齿结构；

进一步，所述毛刺层粘接于所述第一圆弧段以及轮腿本体尾端的平滑曲面。

本发明的有益效果为：

1.本发明的轮腿式行进机构，该行进机构的轮腿本体整体为C形结构，其结合轮式和腿式行进机构的结构优点，利于机器人快速行走，提高越障能力和复杂地形适应能力。

2.本发明的轮腿式行进机构的轮腿本体中设有渐开线段，当渐开线段与地面接触滚动时，机器人由躺姿变为站姿，利用渐开线的特性使得该过程较为平稳，同时渐开线段加工简单，有利于简化轮腿的加工工艺。

3.本发明的轮腿式行进机构的轮腿本体中设有以腿部驱动轴的旋转中心为圆心的第二圆弧段，当该圆弧段与地面接触滚动时，能够使机器人在运动过程中重心与地面间距离不变，提高移动机器人稳定性。

4.本发明的轮腿式行进机构的轮腿本体外表面的胶毛刺层可增大其与地面的接触面积及摩擦力，减小对地面的压强，防止运动过程中打滑等现象。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的轮腿式行进机构的机构简图；

图2为本发明的轮腿式行进机构的结构示意图；

图3位本发明的轮腿式行进机构的新进示意图。

附图标记：1-直线段；2-渐开线段；3-第二圆弧段；4-第一圆弧段；5-连接件；6-橡胶毛刺层；7-平滑曲面。

具体实施方式

图1为本发明的轮腿式行进机构的机构简图；图2为本发明的轮腿式行进机构的结构示意图；图3位本发明的轮腿式行进机构的新进示意图。如图所示，本实施例的轮腿式行走机构，包括轮腿本体和设置于所述轮腿本体外表面的毛刺层6，这里的“外表面”指的是轮腿本体行进时与地面接触的表面，所述轮腿本体包括由轮腿本体的前端到末端依次设置的直线段1、渐开线段2、第二圆弧段3和第一圆弧段4；本文中靠近腿部驱动轴的一端为“前端”，反之为“尾端”，轮腿本体滚动时，依次由直线段1、渐开线段2第二圆弧段3和第一圆弧段4与地面滚动接触，当渐开线段2与地面接触滚动时，机器人由躺姿变为站姿，利用渐开线的特性使得该过程较为平稳，当该圆弧段与地面接触滚动时，能够使机器人在运动过程中重心与地面间距离不变，提高移动机器人稳定性。

本实施例中，所述直线段1的前端设置有用于将所述轮腿本体连接于腿部驱动轴的连接件5，该连接件5包括外包在轮腿本体前端的壳体以及与壳体一体的连接板，壳体上设有用于与腿部驱动轴配合的安装孔，连接板上分布有连接孔，可通过螺钉等紧固件将连接板与轮腿本体之间进行紧固，因此腿部驱动轴的转动可带动整个轮腿本体旋转实现行进。

本实施例中，所述直线段1尾端相切于渐开线段2的前端；所述第二圆弧段3的前端和尾端分别对应相切于所述渐开线段2的尾端和第一圆弧段4的前端，当轮腿本体行进时，直线段1、渐开线段2、第二圆弧段3和第一圆弧段4依次与地面接触，不同节段之间相切能够保证轮腿本体不同节段能够平滑过渡，避免机器人行进中上下窜动。

本实施例中，所述轮腿本体的外表面和内表面之间在其尾端通过平滑曲面7连接，当轮腿本体行进至其后端与地面接触时，可通过该平滑曲面7与地面滚动摩擦，以提高轮腿本体行进时的稳定性。

本实施例中，所述连接件5上设有用于与所述腿部驱动轴配合的连接孔；腿部驱动轴通过花键传动配合在连接孔内。

本实施例中，所述第一圆弧段4以所述连接孔的孔心为圆心，当第一圆弧段4与地面发生滚动时，机器人在运动过程中重心与地面间距离不变，有效提高移动机器人的稳定性。

本实施例中，所述第一圆弧段4所对应圆心角的范围为：20°～90°，保证轮腿转动过程中，具有足够的距离以轮式滚动的方式进行行走，保证机器人平稳行进。

本实施例中，所述毛刺层6通过橡胶制作，其外表面为矩形齿结构，外表面的橡胶毛刺层6可增大与地面的接触面积及摩擦力，减小对地面的压强，防止运动过程中打滑等现象。

本实施例中，所述毛刺层6粘接于所述第一圆弧段4外表面以及轮腿本体尾端的平滑曲面7，避免轮腿本体在以轮式滚动的方式行进的过程中发生的打滑现象。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种轮腿式行走机构，其特征在于：包括C形结构的轮腿本体和设置于所述轮腿本体外表面的毛刺层；所述轮腿本体包括由轮腿本体的前端到末端依次设置的渐开线段、第二圆弧段和第一圆弧段；所述轮腿本体还包括位于所述渐开线段前端的直线段；所述直线段尾端相切于渐开线段的前端；所述第二圆弧段的前端和尾端分别对应相切于所述渐开线段的尾端和第一圆弧段的前端；所述直线段的前端设置有用于将所述轮腿本体连接于腿部驱动轴的连接件；所述轮腿本体的外表面和内表面之间在其尾端通过平滑曲面连接。

2.根据权利要求1所述的轮腿式行走机构，其特征在于：所述连接件上设有用于与所述腿部驱动轴配合的连接孔。

3.根据权利要求2所述的轮腿式行走机构，其特征在于：所述第一圆弧段以所述连接孔的孔心为圆心。

4.根据权利要求1所述的轮腿式行走机构，其特征在于：所述第一圆弧段所对应圆心角的范围为：20°～90°。

5.根据权利要求1所述的轮腿式行走机构，其特征在于：所述毛刺层通过橡胶制作，其外表面为矩形齿结构。

6.根据权利要求1所述的轮腿式行走机构，其特征在于：所述毛刺层粘接于所述第一圆弧段外表面以及轮腿本体尾端的平滑曲面。