CN108263507B - 一种机器人用轮足转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人用轮足转换装置，安装于机器人机体上，包括至少两个轮足转换机构，每个所述轮足转换机构包括转换板、足端、行走轮、连杆一、连杆二、导向套、动力装置和使连杆一与连杆二反向运动的联动机构，所述转换板连接机器人机体，所述动力装置及导向套设置于转换板上，连杆一活动穿设在导向套中，连杆二活动穿设在另一导向套中，所述连杆一和连杆二平行设置，所述连杆一的上端连接动力装置，下端连接足端，所述连杆二通过所述联动机构连接连杆一，连杆二的下端连接行走轮。本发明涉及的机器人用轮足转换装置，结构巧妙，融合了轮式与足式移动的优点，转换稳定，使机器人越障速度和安全性提高。

Description

一种机器人用轮足转换装置

技术领域

本发明专利涉及机器人领域，具体涉及一种机器人用轮足转换装置。

背景技术

地面移动方式主要有轮式、履带式、足式、蠕动式和震动式等几种。轮式移动具有运动速度快、移动效率高等优势，但其越障能力差，仅能适应相对平坦的地面；履带式移动可通过小型障碍，但崎岖地形的通过性仍然不足，且传动效率低；足式步行的地形适应能力与越障能力强，但行走速度慢、能量效率低。因此，每种移动方式均具有其适用的特定地形条件，而轮足复合移动方式融合了轮式与足式移动的优点，平坦地形采用轮式快速通过，复杂地形采用足式稳定行走，对未知的非结构地形环境具有较强的适应能力。

发明内容

本发明涉及一种机器人用轮足转换装置，结构巧妙，融合了轮式与足式移动的优点，转换稳定，使机器人越障速度和安全性提高。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种机器人用轮足转换装置，安装于机器人机体上，包括至少两个轮足转换机构，每个所述轮足转换机构包括转换板、足端、行走轮、连杆一、连杆二、导向套、动力装置和使连杆一与连杆二反向运动的联动机构，所述转换板连接机器人机体，所述动力装置及导向套设置于转换板上，连杆一活动穿设在一个导向套中，连杆二活动穿设在另一导向套中，所述连杆一和连杆二平行设置，所述连杆一的上端连接动力装置，所述连杆一的下端连接足端，所述连杆二通过所述联动机构连接连杆一，连杆二的下端连接行走轮。

通过上述技术方案，足端向下运动接触地面时，行走轮提起，行走轮向下运动接触地面时，足端提起，足端与行走轮转换快速且稳定，行走轮自带动力，完成驱动，机器人行走速度和越障能力提高。

作为本发明的进一步改进，所述联动机构包括连杆三、连杆四和连杆五，所述连杆五的上端枢接在转换板上，所述连杆四的上端枢接连杆五的下端，连杆四的下端枢接连杆二的上端，所述连杆三的一端枢接在连杆一上，连杆三的另一端枢接连杆四和连杆五的枢接处。通过上述技术方案，连杆一的运动可带动连杆三运动，连杆三进而带动连杆四和连杆五运动，使连杆二移动。

作为本发明的进一步改进，所述连杆三上开设有条形通槽，所述转换板上固定有第一销轴，所述第一销轴从所述条形通槽中穿过。通过上述技术方案，连杆三的运动可由条形通槽及第一销轴限位，使其运动更精准更稳定。

作为本发明的进一步改进，所述联动机构包括齿轮、第一齿条和第二齿条，第一齿条固定连接连杆一，第二齿条固定连接连杆二，齿轮的中心枢接于转换板上，且齿轮一侧与第一齿条啮合，另一侧与第二齿条啮合。通过上述技术方案，采用齿轮齿条联动的方式，也可使连杆一及连杆二反向运动，运行更平稳。

作为本发明的进一步改进，所述连杆二为两个，所述联动机构为两个，所述连杆一通过每个所述联动机构连接每个所述连杆二。通过上述技术方案，连杆一的两边通过联动机构连接连杆二，两个连杆二的设置，可使得支撑作用，使机器人更稳定。

作为本发明的进一步改进，所述连杆二的下端连接行走轮的位置及所述连杆一的下端连接足端的位置均设置有减震装置。通过上述技术方案，减震装置可使机器人在行进过程中越障时减小对机器人本体的冲击，行进更平稳。

作为本发明的进一步改进，每个所述减震装置包括套杆、弹簧和支架，所述连杆一和连杆二的下端面均开设有内凹槽，所述套杆的上部滑动套接在内凹槽内，套杆的下端固定连接支架，足端活动连接在连杆一下部的支架上，行走轮枢接在连杆二下部的支架上，所述套杆的外部套接所述弹簧，一个所述弹簧的上端抵靠固定在连杆一的下端，另一个所述弹簧的上端抵靠固定在连杆二的下端，弹簧的下端抵靠固定在支架上。通过上述技术方案，采用此种形式的减震装置，安装方便，同时减震效果也理想。

作为本发明的进一步改进，每个所述减震装置包括套杆、弹簧和支架，套杆的上端面向内开设有凹槽，凹槽中设置弹簧，连杆一的下端活动插接在一个套杆上的凹槽中，并抵靠于凹槽内的弹簧上，连杆二的下端活动插接在另一个套杆上的凹槽中，并抵靠于凹槽内的弹簧上，套杆的下端固定连接支架，足端活动连接在连杆一下部的支架上，行走轮枢接在连杆二下部的支架上。上述减震装置为另一方案，同样能达到减震效果，适合采用。

作为本发明的进一步改进，所述动力装置为气缸。采用气缸为驱动连杆一的一种方案，运行稳定，可控性高。

作为本发明的进一步改进，所述轮足转换机构为三个。通过上述技术方案，机器人运行时有足够的支撑，稳定安全，且若一个损坏，还可照常行走。

本发明有益效果有：

(1)足端与行走轮转换快速且稳定，使机器人行进速度和越障能力均有所提高；

(2)整个装置结构巧妙，安装维护简便，越障稳定，便于推广应用。

附图说明

图1为本发明实施例1行走轮工作状态结构示意图；

图2为本发明实施例1行走轮工作状态放大结构示意图；

图3为本发明实施例1足端工作状态结构示意图；

图4为本发明实施例1足端工作状态放大结构示意图；

图5为本发明实施例1的减震装置结构示意图；

图6为本发明实施例2行走轮工作状态结构示意图；

图7为本发明实施例3行走轮工作状态放大结构示意图；

图8为本发明实施例4的减震装置结构示意图。

图中：1转换板；2气缸；4连杆一；5连杆二；6第一销轴；7第二销轴；8连杆三；9条形通槽；10导向套；11连杆四；12连杆五；13行走轮；14足端；15减震装置；16内凹槽；17套杆；18弹簧；19支架；20第一齿条；21齿轮；22第二齿条。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术工作人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：

一种机器人用轮足转换装置，转换板1安装在机体的支腿上，气缸2固定在转换板1的对称线上，连杆一4的上端固定连接在气缸2的活塞柱上，连杆一4的下端通过减震装置15活动连接足端14，连杆一4通过两个导向套10活动连接在转换板1上，两个连杆二5分别通过导向套10对称式的活动连接在转换板1上，两个连杆二5分别位于连杆一4的两侧且与连杆一4互相平行。

连杆五12的上端活动连接在固定在转换板1上的第二销轴7上，连杆四11的两端分别通过销杆活动连接连杆五12的下端和连杆二5的上端，连杆三8的一端活动连接固定在连杆一4上的销杆上，连杆三8的另一端活动连接连杆四11和连杆五12的连接处，连杆三8中部通过条形通槽9活动连接固定在转换板1上的第一销轴6，连杆二5的下端通过减震装置15活动连接行走轮13。

减震装置15包括套杆17、弹簧18和支架19，连杆一4和连杆二5的下端面均开设有内凹槽16，套杆17的上部滑动套接在内凹槽16内，套杆17的下端固定有支架19，足端14活动连接在连杆一4下部的支架19上，行走轮13活动连接在连杆二5下部的支架19上，套杆17的外部套接弹簧18，弹簧18的上端抵扣固定在连杆一4或连杆二5的下端，弹簧18的下端抵扣固定在支架19上。

当需要使用足端14进行行走时，气缸2推动连杆一4在连杆一4外部导向套10的导向作用下向下移动伸出，同时足端14进行下移逐渐靠近地面，连杆一4向下移动的同时通过连杆一4上的销杆带动连杆三8绕第一销轴6旋转，同时在条形通槽9与第一销轴6的作用下连杆三8又沿着条形通槽9进行直线移动，连杆三8旋转的同时其上端头对连杆四11和连杆五12的连接处施加一个指向连杆一4的拉力，使得连杆四11和连杆五12不形成一条直线而形成交叉，连杆四11和连杆五12在连杆三8的拉力作用下，连杆四11绕连杆四11与连杆二5的连接处旋转，连杆一11旋转的同时其上端头向连杆一4靠近，连杆五12绕第二销轴7旋转，连杆二12旋转的同时其下端头也向连杆一4靠近，连杆四11带动连杆二12向上运动，同时行走轮13进行上移逐渐远离地面，当足端14下移至最低端位置并接触地面时，气缸2停止工作，连杆二5升至最高端位置，同时行走轮13位于最高位置远离地面，实现行走轮13—足端14的转换。

当需要使用行走轮13进行行走时，气缸2拉动连杆一4在连杆一4外部导向套10的导向作用下向上移动，同时足端14进行上移逐渐远离地面，连杆一4向上移动的同时通过连杆一4上的销杆带动连杆三8绕第一销轴6反向旋转，同时在条形通槽9与第一销轴6的作用下连杆三8沿着条形通槽9进行直线移动，连杆三8反向旋转的同时上端头对连杆四11和连杆五12的连接处施加一个背离连杆一4的推力，使得连杆四11和连杆五12之间的交叉角逐渐变大趋向于180°，连杆四11和连杆五12在连杆三8的推力作用下，连杆四11绕连杆四11与连杆二5的连接处反向旋转，连杆一11旋转的同时其上端头逐渐远离连杆一4，连杆五12绕第二销轴7反向旋转，连杆二12旋转的同时其下端头也逐渐远离连杆一4，连杆一11推动行走轮13进行下移逐渐靠近地面，当行走轮13下移至最低端位置并接触地面时，气缸2停止工作，连杆一4升至最高端位置，同时足端14位于最高位置，此时连杆四11和连杆五12之间的交叉角为180°成一条直线，构成死点机构，这样能够保证行走轮13在进行工作时受到地面传递的推力或者震动处于稳定的状态，实现足端14—行走轮13的转换。

无论是足端14或者行走轮13在工作状态时，机体在行走过程中遇到高低不平的路面弹簧18能够对路面传导的震动进行吸收，实现减震功能，有助于保护机体不受震动损伤，而且弹簧18便宜便于更换维修，成本低廉。

实施例2

请参阅图6，轮足转换机构为两个，每个轮足转换机构包括转换板1、足端14、行走轮13、连杆一4、一个连杆二5、导向套10、气缸2和使连杆一4与连杆二5反向运动的联动机构，联动机构采用实施例1中的形式。两个足端14同时着地时，两个行走轮13同时提起，两个行走轮同时着地时，两个足端同时提起。也可起到支撑及运行机器人的作用。其他结构与实施例1中相同，原理一致，不再赘述。

实施例3

请参阅图7，联动机构采用齿轮齿条传动的方式，包括齿轮21、第一齿条20和第二齿条22，第一齿条20固定连接连杆一4，第二齿条22固定连接连杆二5，齿轮21的中心枢接于转换板1上，且齿轮21一侧与第一齿条20啮合，另一侧与第二齿条22啮合。可使连杆一4与连杆二5转换迅速且稳定。其他结构与实施例1中相同，原理一致，不再赘述。

实施例4

请参阅图8，减震装置采用有别于实施例1中的方式，每个减震装置15包括套杆17、弹簧18和支架19，套杆17的上端面向内开设有凹槽，凹槽中设置弹簧18，连杆一4的下端活动插接在一个套杆17上的凹槽中，并抵靠于凹槽内的弹簧18上，连杆二5的下端活动插接在另一个套杆17上的凹槽中，并抵靠于凹槽内的弹簧18上，套杆17的下端固定连接支架19，足端14活动连接在连杆一4下部的支架19上，行走轮13枢接在连杆二5下部的支架19上。其他结构与实施例1中相同，原理一致，不再赘述。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术工作人员员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种机器人用轮足转换装置，安装于机器人机体上，其特征在于：包括至少两个轮足转换机构，每个所述轮足转换机构包括转换板(1)、足端(14)、行走轮(13)、连杆一(4)、连杆二(5)、导向套(10)、动力装置和使连杆一(4)与连杆二(5)反向运动的联动机构，所述转换板(1)连接机器人机体，所述动力装置及导向套(10)设置于转换板(1)上，连杆一(4)活动穿设在一个导向套(10)中，连杆二(5)活动穿设在另一导向套(10)中，所述连杆一(4)和连杆二(5)平行设置，所述连杆一(4)的上端连接动力装置，所述连杆一(4)的下端连接足端(14)，所述连杆二(5)通过所述联动机构连接连杆一(4)，连杆二(5)的下端连接行走轮(13)。

2.根据权利要求1所述的一种机器人用轮足转换装置，其特征在于：所述联动机构包括连杆三(8)、连杆四(11)和连杆五(12)，所述连杆五(12)的上端枢接在转换板(1)上，所述连杆四(11)的上端枢接连杆五(12)的下端，连杆四(11)的下端枢接连杆二(5)的上端，所述连杆三(8)的一端枢接在连杆一(4)上，连杆三(8)的另一端枢接连杆四(11)和连杆五(12)的枢接处。

3.根据权利要求2所述的一种机器人用轮足转换装置，其特征在于：所述连杆三(8)上开设有条形通槽(9)，所述转换板(1)上固定有第一销轴(6)，所述第一销轴(6)从所述条形通槽(9)中穿过。

4.根据权利要求1所述的一种机器人用轮足转换装置，其特征在于：所述联动机构包括齿轮(21)、第一齿条(20)和第二齿条(22)，第一齿条(20)固定连接连杆一(4)，第二齿条(22)固定连接连杆二(5)，齿轮(21)的中心枢接于转换板(1)上，且齿轮(21)一侧与第一齿条(20)啮合，另一侧与第二齿条(22)啮合。

5.根据权利要求2或3或4所述的一种机器人用轮足转换装置，其特征在于：所述连杆二(5)为两个，所述联动机构为两个，所述连杆一(4)通过每个所述联动机构连接每个所述连杆二(5)。

6.根据权利要求5所述的一种机器人用轮足转换装置，其特征在于：所述连杆二(5)的下端连接行走轮(13)的位置及所述连杆一(4)的下端连接足端(14)的位置均设置有减震装置(15)。

7.根据权利要求6所述的一种机器人用轮足转换装置，其特征在于：每个所述减震装置(15)包括套杆(17)、弹簧(18)和支架(19)，所述连杆一(4)和连杆二(5)的下端面均开设有内凹槽(16)，所述套杆(17)的上部滑动套接在内凹槽(16)内，套杆(17)的下端固定连接支架(19)，足端(14)活动连接在连杆一(4)下部的支架(19)上，行走轮(13)枢接在连杆二(5)下部的支架(19)上，所述套杆(17)的外部套接所述弹簧(18)，一个所述弹簧(18)的上端抵靠固定在连杆一(4)的下端，另一个所述弹簧(18)的上端抵靠固定在连杆二(5)的下端，弹簧(18)的下端抵靠固定在支架(19)上。

8.根据权利要求6所述的一种机器人用轮足转换装置，其特征在于：每个所述减震装置(15)包括套杆(17)、弹簧(18)和支架(19)，套杆(17)的上端面向内开设有凹槽，凹槽中设置弹簧(18)，连杆一(4)的下端活动插接在一个套杆(17)上的凹槽中，并抵靠于凹槽内的弹簧(18)上，连杆二(5)的下端活动插接在另一个套杆(17)上的凹槽中，并抵靠于凹槽内的弹簧(18)上，套杆(17)的下端固定连接支架(19)，足端(14)活动连接在连杆一(4)下部的支架(19)上，行走轮(13)枢接在连杆二(5)下部的支架(19)上。

9.根据权利要求1或2或3或4或6或7或8所述的一种机器人用轮足转换装置，其特征在于：所述动力装置为气缸(2)。

10.根据权利要求1或2或3或4或6或7或8所述的一种机器人用轮足转换装置，其特征在于：所述轮足转换机构为三个。