CN107933731A - 同轴式全地形轮腿移动机器人 - Google Patents

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    • B62D57/02—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
    • B62D57/028—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members having wheels and mechanical legs

Abstract

本发明涉及一种同轴式全地形轮腿移动机器人，包括车体、对称设置在车体前方两侧的前腿、对称设置在车体后方的后腿，设置在车体上方对前腿和后腿实现控制的控制部分，所述的前腿和后腿与车身之间通过金属舵盘相连；所述前腿由前大臂抬升电机、前车轮转向电机、前金属舵盘、前轮毂电机、前直角支撑、前U型支撑、前电机保持架、前车轮、前腿连接件和前转向电机保持架构成，所述后腿由后大臂抬升电机、后车轮转向电机、后金属舵盘、后轮毂电机、后直角支撑、后U型支撑、后电机保持架、后车轮、后退连接件和前转向电机保持架构成，该机器人较强的越障能力，在复杂道路环境下，具有更广泛的适应性。

Description

同轴式全地形轮腿移动机器人
技术领域
本发明涉及智能机械领域，特别是一种具有较强越障能力的同轴式全地形轮腿移动机器人。
背景技术
随着我国工业水平、科技水平和人民生活水平的不断提高，多功能智能移动平台，尤其是全地形移动搭载平台，逐渐应用于众多行业之中，如外星探测、森林防护、资源勘探、矿业开采、消防抢险、野外救灾等。由于地形、环境、气候等因素的影响，普通改装车辆越野能力不足、不能全天候工作，而特种改装车辆虽然越野能力极强，但是对环境有严重的污染和破坏，与当下的绿色投送及绿色作业概念不符。而兼顾越野能力、机动能力与低环境足迹的智能轮腿结构全地形搭载平台能很好地解决当前的问题，将使其在诸多领域中发挥重要作用。因此，对轮腿混合结构全地形搭载平台的研究是众多相关领域研究的基础与重点。
关于机器人的移动方式，主要分为两种，即轮式机器人和腿式机器人。现有全地形机器人多采用轮式移动。轮式移动是最常见的一种减小阻力的移动结构，但无法跨越高于车轮直径的障碍。采用腿式移动的机器人越障能力较强，但能耗较大，且移动速度较慢。在稳定性方面不及轮式移动。而将两者相结合的轮腿混合机构，融合了腿式越障能力强与轮式效率高的特点，成为新型移动机器人的研究发展方向。
现有全地形机器人多采用两轴式或多轴式布置形式，在越障性方面提升空间有限。
发明内容
针对上述待解决的技术问题，本发明主要提供了同轴式全地形轮腿移动机器人，该机器人克服了现有技术存在的轮式移动越障能力有限、腿式移动效率低的问题，自主设计了全新的轮腿混合结构，使得其具有高效越障性。
本发明采用了同轴式结构布置，相较传统的两轴式及多轴式布置形式，在相同的前轮输入下，车体提升空间大，整车可得到更好的姿态控制，进一步增大了接近角与离去角，增强机器人的越障能力。
为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：
一种同轴式全地形轮腿移动机器人，包括车体、对称设置在车体前方两侧的前腿、对称设置在车体后方的后腿，设置在车体上方对前腿和后腿实现控制的控制部分，所述的前腿和后腿与车身之间通过金属舵盘相连；
所述前腿由前大臂抬升电机、前车轮转向电机、前金属舵盘、前轮毂电机、前直角支撑、前U型支撑、前电机保持架、前车轮、前腿连接件和前转向电机保持架构成，所述前车轮转向电机通过前电机保持架与前车轮相连，所述前U型支撑一端与前电机保持架连接、另一端与前直角支撑连接，所述前直角支撑连接前转向电机保持架，所述前大臂抬升电机和前车轮转向电机分别设置在前腿连接件之间，所述前车轮转向电机设置在前转向电机保持架上，所述前车轮转向电机的下面设置有一个前金属舵盘；
所述后腿由后大臂抬升电机、后车轮转向电机、后金属舵盘、后轮毂电机、后直角支撑、后U型支撑、后电机保持架、后车轮、后退连接件和前转向电机保持架构成，所述后车轮转向电机通过后电机保持架与后车轮相连，所述后U型支撑一端与后电机保持架连接、另一端与后直角支撑连接，所述后直角支撑连接后转向电机保持架，所述后大臂抬升电机和后车轮转向电机分别设置在后腿连接件之间，所述后车轮转向电机设置在后转向电机保持架上，所述后车轮转向电机的下面设置有一个后金属舵盘；所述车体1由一字型支架、对称设置在一字型支架两端的L型支架、连接每个L型支架的U型支架、和对称设置在每个U型支架内外两侧的金属舵盘构成。
本发明的有益效果是：
1.综合轮式结构与腿式结构的特点，在保留轮式移动的高效稳定的基础上，增加腿式结构较强的越障能力，使得本发明在复杂道路环境下，具有更广泛的适应性。
2.采用同轴式布置形式，在前轮动作幅度相同的情况下，车身整体抬升较大，接近角与离去角进一步提升，越障性增强。
3.多个电机协同工作，共同调整车身姿态，调姿范围较广。
4.本发明共布置了12个电机，按类型可分为大臂抬升电机、车轮转向电机及轮毂电机三大类。在电机的布置形式及控制策略方面皆有所创新，实际使用效果较好。
附图说明
图1 是本发明同轴式全地形机器人俯视图。
图2 本发明同轴式全地形机器人轴测图。
图3 是本发明同轴式全地形机器人前腿结构图。
图4 是本发明同轴式全地形机器人后腿结构图。
图5 是本发明同轴式全地形机器人车体结构图。
图6 是本发明同轴式全地形机器人车体与前后腿连接局部视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种具体实施方案作详细的描述：
图1所示，基于轮毂电机的一种同轴式全地形轮腿移动机器人，包括车体1、对称设置在车体1前方两侧的前腿2、对称设置在车体1后方的后腿3，设置在车体上方对前腿2和后腿3实现控制的控制部分4，其特征在于：所述的前腿2和后腿3与车身1之间通过金属舵盘相连。
图3所示，所述前腿2由前大臂抬升电机2-1、前车轮转向电机2-2、前金属舵盘2-3、前轮毂电机2-4、前直角支撑2-5、前U型支撑2-6、前电机保持架2-7、前车轮2-8、前腿连接件2-9和前转向电机保持架2-10构成，所述前车轮转向电机2-2通过前电机保持架2-7与前车轮2-8相连，所述前U型支撑2-6一端与前电机保持架2-7连接、另一端与前直角支撑2-5连接，所述前直角支撑2-5连接前转向电机保持架2-10，所述前大臂抬升电机2-1和前车轮转向电机2-2分别设置在前腿连接件2-9之间，所述前车轮转向电机2-2设置在前转向电机保持架2-10上，所述前车轮转向电机2-2的下面设置有一个前金属舵盘2-3。
图4所示，所述后腿3由后大臂抬升电机3-1、后车轮转向电机3-2、后金属舵盘3-3、后轮毂电机3-4、后直角支撑3-5、后U型支撑3-6、后电机保持架3-7、后车轮3-8、后退连接件3-9和前转向电机保持架3-10构成，所述后车轮转向电机3-2通过后电机保持架3-7与后车轮3-8相连，所述后U型支撑3-6一端与后电机保持架3-7连接、另一端与后直角支撑3-5连接，所述后直角支撑3-5连接后转向电机保持架3-10，所述后大臂抬升电机3-1和后车轮转向电机3-2分别设置在后腿连接件3-9之间，所述后车轮转向电机3-2设置在后转向电机保持架3-10上，所述后车轮转向电机3-2的下面设置有一个后金属舵盘3-3。
图5、6所示，所述车体1由一字型支架1-1、对称设置在一字型支架1-1两端的L型支架1-2、连接每个L型支架1-2的U型支架1-3、和对称设置在每个U型支架1-3内外两侧的金属舵盘1-4构成。
所述前大臂抬升电机2-1连接在外侧的金属舵盘1-4上，所述后大臂抬升电机3-1连接在内侧的金属舵盘1-4上。
本发明的工作过程和原理是：
操作者可通过遥控装置上的按钮选择相应的行驶模式通过控制部分4实现对前腿2和后腿3的控制，包括常规转向、原地转向、横向行驶及翻越障碍。在平地行驶时，前腿2与后腿3的大臂抬升电机2-1、3-1不动，转向电机2-2、3-2及轮毂电机2-4、3-4转动，整车的四个车轮2-8、3-8与地面相接。
在常规转向模式下，操作者可通过遥控装置上的旋钮控制车轮转向电机2-2、3-2，使其带动下方车轮2-8、3-8转动，进而实现车辆的转向。根据转角的不同，轮毂电机2-4、3-4将自动差速，配合车辆平稳转向。
在原地转向模式下，车轮转向电机2-2、3-2共同工作，转动相应角度，并分别带动下方车轮2-8、3-8旋转。轮毂电机2-4、3-4分别带动车轮2-8、3-8以各自给定的方向旋转，实现原地转向功能。
在横向形式模式下，车轮转向电机2-2、3-2共同工作，转动相应角度，使车轮2-8、3-8均旋转90度，与车辆纵向轴线垂直。随后轮毂电机2-4、3-4根据当前车轮位置判断车轮旋转方向，同时带动车轮2-8、3-8转动，实现横向行驶。
在越障模式下，前腿2与后腿3的大臂抬升电机2-1、3-1、车轮转向电机2-2、3-2及轮毂电机2-4、3-4都将共同工作，当某条腿部前方遇到障碍时，该腿部的大臂抬升电机将带动腿部整体抬升一定角度，配合相应车轮转向电机的转向功能，共同找到一条相对平缓的路线通过障碍。过程中控制系统4始终判断车体的姿态，确保不会因重心改变导致车辆侧翻。

Claims (2)

1.一种同轴式全地形轮腿移动机器人，包括车体、对称设置在车体前方两侧的前腿、对称设置在车体后方的后腿，设置在车体上方对前腿和后腿实现控制的控制部分，其特征在于：所述的前腿和后腿与车身之间通过金属舵盘相连；所述前腿由前大臂抬升电机、前车轮转向电机、前金属舵盘、前轮毂电机、前直角支撑、前U型支撑、前电机保持架、前车轮、前腿连接件和前转向电机保持架构成，所述前车轮转向电机通过前电机保持架与前车轮相连，所述前U型支撑一端与前电机保持架连接、另一端与前直角支撑连接，所述前直角支撑连接前转向电机保持架，所述前大臂抬升电机和前车轮转向电机分别设置在前腿连接件之间，所述前车轮转向电机设置在前转向电机保持架上，所述前车轮转向电机的下面设置有一个前金属舵盘；所述后腿由后大臂抬升电机、后车轮转向电机、后金属舵盘、后轮毂电机、后直角支撑、后U型支撑、后电机保持架、后车轮、后退连接件和前转向电机保持架构成，所述后车轮转向电机通过后电机保持架与后车轮相连，所述后U型支撑一端与后电机保持架连接、另一端与后直角支撑连接，所述后直角支撑连接后转向电机保持架，所述后大臂抬升电机和后车轮转向电机分别设置在后腿连接件之间，所述后车轮转向电机设置在后转向电机保持架上，所述后车轮转向电机的下面设置有一个后金属舵盘；所述车体由一字型支架、对称设置在一字型支架两端的L型支架、连接每个L型支架的U型支架、和对称设置在每个U型支架内外两侧的金属舵盘构成。
2.根据权利要求1所述的一种同轴式全地形轮腿移动机器人，其特征在于：所述前大臂抬升电机连接在外侧的金属舵盘上，所述后大臂抬升电机连接在内侧的金属舵盘上。
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