CN109018057A - 多足轮式平台机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多足轮式平台机器人。它解决了现有技术设计不够合理等技术问题。包括平台车体，平台车体上设有若干行走轮体，行走轮体分别连接有轮体行走驱动机构，位于平台车体前后相邻两个行走轮体之间的间距大小固定不变，每一个行走轮体均连接有能驱动行走轮体沿竖直方向升降的轮体升降驱动机构，且当平台车体爬台阶时，行走轮体其中一个行走轮体升降，剩余的行走轮体中至少两个行走轮体位于同一水平面且分别和台阶接触从而使平台车体保持水平状态。优点在于：各个行走轮体全部独立控制升降、万向和正反转功能，仅需要一些离散的点来供其落足，即可成功通过崎岖、台阶等路况，能轻易地穿越了各种复杂的自然地形。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人，具体涉及一种多足轮式平台机器人。
背景技术
随着科技的迅速发展，机器人被广泛应用到探索、救援、生产等各个不同的领域中。并且机器人的种类也越来越多，功能越来越完善，但均各有各自的优点以及缺点。例如，轮式机器人和履带式机器人，结构简单，但是它们行走时对路面要求高，不能适应各种复杂环境，当遇到复杂地形时，例如，崎岖地形、台阶地形等时容易出现倾覆，稳定性较差，又如，仿人机器人、多足步行机等腿式移动机器人，虽然可以在一些复杂路况进行行走，但是这种机器人在平整路面上不易实现稳定快速移动、不易控制、在步行移动时耗能较大的问题。
为解决上述问题，人们进行了长期的探索，例如，中国专利公开了一种用于仿人机器人、多足步行机上的脚用轮式移动装置 [申请号：200810209738.3]，脚用轮式移动装置由移动方式转换机构和轮式移动机构组成,升降板与螺母固接成一体,所述升降板套装在导向立柱上,转动螺杆与导向立柱平行设置,螺母套装在转动螺杆上,转动螺杆的一端安装在外沿上,转动螺杆的另一端安装在支撑件上,驱动轮安装在支撑轴的另一端上。
上述方案虽然在一定程度上解决了机器人无法兼顾适应复杂路段和稳定快速移动的问题，但是该方案依然存在着：结构复杂，需要切换不同使用状态，操作复杂等问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种设计合理，越障能力强的多足轮式平台机器人。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本多足轮式平台机器人，包括平台车体，所述的平台车体上设有若干行走轮体，所述的行走轮体分别连接有轮体行走驱动机构，其特征在于，位于平台车体前后相邻两个行走轮体之间的间距大小固定不变，每一个行走轮体均连接有能驱动行走轮体沿竖直方向升降的轮体升降驱动机构，且当平台车体爬台阶时，所述的行走轮体其中一个行走轮体升降，剩余的行走轮体中至少两个行走轮体位于同一水平面且分别和台阶接触从而使平台车体保持水平状态。
其中，各个行走轮体全部独立控制升降和正反转，仅需要一些离散的点来供其落足，即可成功通过崎岖、台阶等路况。以复杂精妙的肢体结构和简易灵巧的运动控制策略，使其能轻易地穿越了各种复杂的自然地形。
在上述多足轮式平台机器人中，所述的平台车体每一侧至少具有三个行走轮体，且所述的平台车体两侧的行走轮体分别一一对应设置或一一错位设置。优选地，这里的平台车体两侧的行走轮体一一对应设置。
在上述多足轮式平台机器人中，所述的平台车体每一侧的行走轮体依次等间距设置，且当所述的平台车体每一侧具有三个行走轮体时，位于平台车体同一侧相邻两个行走轮体之间的间距大小小于各个台阶的宽度大小。
在上述多足轮式平台机器人中，所述的轮体升降驱动机构包括沿竖直方向活动设置在平台车体侧部下方的升降架体，且所述的升降架体和平台车体之间通过升降驱动组件相连。
在上述多足轮式平台机器人中，所述的升降驱动组件为蜗轮蜗杆式升降驱动组件。优选地，这里的蜗轮蜗杆式升降驱动组件包括升降驱动电机，通过升降驱动电机带动蜗轮带动与升降架体相连的蜗杆升降，同时具有自锁功能。
在上述多足轮式平台机器人中，所述的升降驱动组件为齿轮齿条式升降驱动组件。通过升降驱动电机带动齿轮转动从而使与升降架体相连的齿条上下移动。
在上述多足轮式平台机器人中，所述的行走轮体通过周向转动安装结构设置在升降架体下端。
在上述多足轮式平台机器人中，所述的周向转动安装结构包括设置在升降架体下端的转动驱动电机，所述的转动驱动电机的驱动轴和轮体安装座相连，且所述的行走轮体设置在轮体安装座上。即通过转动驱动电机带动轮体安装座转动从而实现行走轮体的万向转动。
在上述多足轮式平台机器人中，所述的轮体行走驱动机构包括设置在轮体安装座上且具有正反转功能的行走驱动电机，且所述的行走驱动电机的输出轴和行走轮体相连。
在上述多足轮式平台机器人中，所述的平台车体设有路况信息检测传感器，且所述的路况信息检测传感器和MCU模块相连，且所述的行走驱动电机、转动驱动电机以及升降驱动组件均和 MCU模块相连。优选地，这里的路况信息检测传感器可以为超声波传感器、TOF传感器、双目视觉传感器等。
与现有的技术相比，本发明的优点在于：
1、结构简单，各个行走轮体全部独立控制升降、万向和正反转功能，仅需要一些离散的点来供其落足，即可成功通过崎岖、台阶等路况，能轻易地穿越了各种复杂的自然地形。
2、无需通过调节自身重心即可避免倾覆，具有更高的稳定性，兼顾适应复杂路段和稳定快速移动。
附图说明
图1是本发明中实施例一的结构示意图；
图2是本发明中实施例一的局部结构示意图；
图3是本发明中实施例一的结构框图；
图4是本发明实施例一中行走轮体处于伸出状态的结构示意图；
图5是本发明实施例一中行走轮体处于回缩状态的结构示意图；
图6是本发明实施例一中行走轮体处于爬台阶状态的结构示意图；
图7是本发明实施例一中行走轮体处于越障状态的结构示意图；
图8是本发明实施例一中行走轮体处于翻越状态的结构示意图；
图9是本发明实施例二中行走轮体爬台阶过程的结构示意图；
图中，平台车体1、行走轮体11、轮体行走驱动机构2、行走驱动电机21、轮体升降驱动机构3、升降架体31、升降驱动组件32、升降驱动电机321、蜗杆323、蜗轮322、周向转动安装结构4、转动驱动电机41、轮体安装座42、路况信息检测传感器5、MCU模块51、超声波传感器52、TOF传感器53、双目视觉传感器 54。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1-8所示，本多足轮式平台机器人，包括平台车体1，平台车体1上设有若干行走轮体11，行走轮体11分别连接有轮体行走驱动机构2，位于平台车体1前后相邻两个行走轮体11之间的间距大小固定不变，每一个行走轮体11均连接有能驱动行走轮体11沿竖直方向升降的轮体升降驱动机构3，且当平台车体1 爬台阶时，行走轮体11其中一个行走轮体11升降，剩余的行走轮体11中至少两个行走轮体11位于同一水平面且分别和台阶接触从而使平台车体1保持水平状态。其中，各个行走轮体11全部独立控制升降和正反转，仅需要一些离散的点来供其落足，即可成功通过崎岖、台阶等路况。无需通过调节自身重心即可避免倾覆。以复杂精妙的肢体结构和简易灵巧的运动控制策略，使其能轻易地穿越了各种复杂的自然地形。
本实施例中，优选平台车体1每一侧具有6个行走轮体11，且平台车体1两侧的行走轮体11分别一一对应设置，也就是说，具有6组轮体，总计12个独立的行走轮体11。
其中，这里的轮体升降驱动机构3包括沿竖直方向活动设置在平台车体1侧部下方的升降架体31，且升降架体31和平台车体1之间通过升降驱动组件32相连。
升降驱动组件32为蜗轮蜗杆式升降驱动组件或者，齿轮齿条式升降驱动组件。优选地，这里的蜗轮蜗杆式升降驱动组件包括升降驱动电机321，通过升降驱动电机321带动蜗轮322带动与升降架体31相连的蜗杆323升降，同时具有自锁功能。
同时，为了实现行走轮体11万向转动，这里的行走轮体11 通过周向转动安装结构4设置在升降架体31下端。优选地，这里的周向转动安装结构4包括设置在升降架体31下端的转动驱动电机41，转动驱动电机41的驱动轴和轮体安装座42相连，且行走轮体11设置在轮体安装座42上。
进一步地，轮体行走驱动机构2包括设置在轮体安装座42 上且具有正反转功能的行走驱动电机21，且行走驱动电机21的输出轴和行走轮体11相连。
显然，本实施例中采用12个单独设置的行走轮体11，这样需要配备12个升降驱动电机321、12个转动驱动电机41以及12 单独控制的行走驱动电机21，且这些电机均和MCU模块相连，使其每一个电机均可以实现单独工作，实现每一个行走轮体11均具有正反转功能、独立转向功能以及升降功能。
进一步地，这里的平台车体1设有路况信息检测传感器5，且路况信息检测传感器5和MCU模块51相连，这里的路况信息检测传感器5可以为超声波传感器52、TOF传感器53、双目视觉传感器54等。
这里的路况信息检测传感器5旨在检测前面的路况信息，可以通过多种方式实现，例如，超声波法原理：使用特定的人造声源，对物体表面逐点用声程差来测距。
TOF法原理：采用主动光探测方式，使用特定的人造光源如红外线，通过入、反射光探测，对物体表面逐点用光程差来测距。例如：在自动驾驶领域提供更好的避障信息。优点：视角更宽； TOF相机体积小巧，跟一般相机大小相去无几，非常适合于一些需要轻便、小体积相机的场合；TOF相机能够实时快速的计算深度信息，达到几十到100fps；TOF的深度计算不受物体表面灰度和特征影响，可以非常准确的进行三维探测；深度计算精度不随距离改变而变化，基本能稳定在cm级，这对于一些大范围运动的应用场合非常有意义
双目视觉法原理：通过左右立体像对匹配后，再经过三角测量法来进行立体探测两角夹一边->确定一个三角形->该三角形的高即为影像点的深度。
通过路况信息检测传感器5检测机器人前方路况信息，MCU 模块进行路况的三维模型的构建并进行运动规划，实现行走轮体 11的正反转功能、独立转向功能以及升降功能，从而实现平台车体1的越障、爬台阶等动作。
实施例二
如图9所示，本实施例的结构、原理以及实施步骤和实施例一类似，不同的地方在于，本实施例中的平台车体1每一侧的行走轮体11依次等间距设置，且当平台车体1每一侧具有三个行走轮体11时，位于平台车体1同一侧相邻两个行走轮体11之间的间距大小小于各个台阶的宽度大小，在符合特定条件下，例如台阶宽度大于相邻两个行走轮体11之间的间距的前提下也可以实现本平台车体1的爬台阶功能。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了平台车体1、行走轮体11、轮体行走驱动机构2、行走驱动电机21、轮体升降驱动机构3、升降架体 31、升降驱动组件32、升降驱动电机321、蜗杆323、蜗轮322、周向转动安装结构4、转动驱动电机41、轮体安装座42、路况信息检测传感器5、MCU模块51、超声波传感器52、TOF传感器53、双目视觉传感器54等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (10)
1.一种多足轮式机器人，包括平台车体(1)，所述的平台车体(1)上设有若干行走轮体(11)，所述的行走轮体(11)分别连接有轮体行走驱动机构(2)，其特征在于，位于平台车体(1)前后相邻两个行走轮体(11)之间的间距大小固定不变，每一个行走轮体(11)均连接有能驱动行走轮体(11)沿竖直方向升降的轮体升降驱动机构(3)，且当平台车体(1)爬台阶时，所述的行走轮体(11)其中一个行走轮体(11)升降，剩余的行走轮体(11)中至少两个行走轮体(11)位于同一水平面且分别和台阶接触从而使平台车体(1)保持水平状态。
2.根据权利要求1所述多足轮式平台机器人，其特征在于，所述的平台车体(1)每一侧至少具有三个行走轮体(11)，且所述的平台车体(1)两侧的行走轮体(11)分别一一对应设置或一一错位设置。
3.根据权利要求2所述多足轮式平台机器人，其特征在于，所述的平台车体(1)每一侧的行走轮体(11)依次等间距设置，且当所述的平台车体(1)每一侧具有三个行走轮体(11)时，位于平台车体(1)同一侧相邻两个行走轮体(11)之间的间距大小小于各个台阶的宽度大小。
4.根据权利要求1或2或3所述多足轮式平台机器人，其特征在于，所述的轮体升降驱动机构(3)包括沿竖直方向活动设置在平台车体(1)侧部下方的升降架体(31)，且所述的升降架体(31)和平台车体(1)之间通过升降驱动组件(32)相连。
5.根据权利要求4所述多足轮式平台机器人，其特征在于，所述的升降驱动组件(32)为蜗轮蜗杆式升降驱动组件。
6.根据权利要求4所述多足轮式平台机器人，其特征在于，所述的升降驱动组件(32)为齿轮齿条式升降驱动组件。
7.根据权利要求4所述多足轮式平台机器人，其特征在于，所述的行走轮体(11)通过周向转动安装结构(4)设置在升降架体(31)下端。
8.根据权利要求7所述多足轮式平台机器人，其特征在于，所述的周向转动安装结构(4)包括设置在升降架体(31)下端的转动驱动电机(41)，所述的转动驱动电机(41)的驱动轴和轮体安装座(42)相连，且所述的行走轮体(11)设置在轮体安装座(42)上。
9.根据权利要求8所述多足轮式平台机器人，其特征在于，所述的轮体行走驱动机构(2)包括设置在轮体安装座(42)上且具有正反转功能的行走驱动电机(21)，且所述的行走驱动电机(21)的输出轴和行走轮体(11)相连。
10.根据权利要求9所述多足轮式平台机器人，其特征在于，所述的平台车体(1)设有路况信息检测传感器(5)，且所述的路况信息检测传感器(5)和MCU模块(51)相连，且所述的行走驱动电机(21)、转动驱动电机(41)以及升降驱动组件(32)均和MCU模块(51)相连。
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