CN109229228A - 一种轮腿复合式机器人 - Google Patents
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Abstract
一种轮腿复合式机器人,包括两个轮腿转换机构,即左轮腿转换机构(A)和右轮腿转换机构(B)及它们的连接。每个轮腿转换机构含有两个轮腿机构和一个四连杆变形机构,两个轮腿转换机构各共用四连杆变形机构的一条边,相邻杆件之间通过转动副连接,轮子通过转动副与连杆上的电机输出轴连接。通过步行驱动电机驱动可实现机构的步行前进,并且可以通过变形驱动电机驱动可以调节机器人步行时机器人的高度。通过变形驱动电机驱动可实现机器人由步行状态到轮式状态的转换。通过车轮驱动电机驱动实现机器人以轮式行进。步行状态具有良好的地面适应能力,轮式状态具有快速移动的能力,将两者结合将有效提高机器人的移动能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人,具体涉及一种轮腿复合式移动机器人。
背景技术
轮式机器人具有快速移动的能力,但轮式机器人对复杂地形通过性较差。步行机器人具有良好的地面适应能力,中国专利CN 103979034A提出了一种单动力腿机构四足步行机器人,单个腿以多连杆机构联动代替多关节电机驱动,但腿式移机器人不能达到很快的移动速度,使其工作效率不高,且固定机架机构不能改变机身高度,不易通过低矮移动环境。
发明内容
本发明要解决的技术问题:轮式机器人对复杂地形通过性较差,腿式移机器人不能达到很快的移动速度,使其工作效率不高,且固定机架机构不能改变机身高度,不易通过低矮移动环境。
本发明的技术方案:一种轮腿复合式机器人,包括两个轮腿转换机构,即左轮腿转换机构和右轮腿转换机构,左轮腿转换机构和右轮腿转换机构呈中心对称形状,并通过固定副连接。每个轮腿转换机构含有两个轮腿机构和一个四连杆变形机构,两个轮腿转换机构各共用四连杆变形机构的一条边,相邻杆件之间通过转动副连接,轮子通过转动副与连杆上的电机输出轴连接。
后轮腿机构通过转动副与四连杆变形机构连接;四连杆变形机构通过转动副与前轮腿机构连接。
后轮腿机构由后小腿杆、后车轮、后车轮驱动电机、后小腿连杆、后三角板、后大腿连杆、变形驱动杆、后曲柄、后步行驱动电机组成。
后小腿连杆、后曲柄两段分别开有一个安装孔;后小腿杆、后大腿连杆、变形驱动杆在两端和中部分别开有一个安装孔;后三角板为三角形杆件;后三角板在三个顶点各开有一个安装孔;后车轮中心有一个安装孔。
后六杆机构中后小腿杆中部安装孔与后小腿连杆一端安装孔连接,后小腿杆端部安装孔与后大腿连杆一端安装孔连接,后小腿杆通过固定副与后车轮驱动电机连接;后车轮安装孔与后车轮驱动电机输出轴连接;后小腿连杆另一端安装孔与后三角板一端安装孔连接;后三角板的第二个安装孔与后大腿连杆中部安装孔连接,后三角板的第三个安装孔与后曲柄一端安装孔连接;后大腿连杆另一端安装孔与变形驱动杆一端安装孔连接;后曲柄另一端安装孔通过固定副与后步行驱动电机输出轴连接;后步行驱动电机通过固定副与左车身连接;变形驱动杆中部安装孔通过固定副与后步行驱动电机输出轴连接;后步行驱动电机通过固定副与左车身连接。
前轮腿机构由前小腿杆、前小腿连杆、前步行驱动电机、前三角板、前大腿连杆、变形输出杆、前曲柄、前车轮、前步行驱动电机、前步行驱动电机组成。
前小腿连杆、前曲柄两段分别开有一个安装孔;前小腿杆、前大腿连杆、变形输出杆在两端和中部分别开有一个安装孔;后三角板为三角形杆件;后三角板在三个顶点各开有一个安装孔;前车轮中心有一个安装孔。
前六杆机构中前小腿杆中部安装孔与前小腿连杆一端安装孔连接,前小腿杆端部安装孔与前大腿连杆一端安装孔连接,前小腿杆通过固定副与前车轮驱动电机连接;前车轮安装孔与前车轮驱动电机输出轴连接;前小腿连杆另一端安装孔与前三角板一端安装孔连接;前三角板的第二个安装孔与前大腿连杆中部安装孔连接,前三角板的第三个安装孔与前曲柄一端安装孔连接;前大腿连杆另一端安装孔与变形输出杆一端安装孔连接;前曲柄另一端安装孔通过固定副与前步行驱动电机输出轴连接;前步行驱动电机通过固定副与左车身连接;变形输出杆中部安装孔通过固定副与前步行驱动电机输出轴连接;前步行驱动电机通过固定副与左车身连接。
四连杆变形机构由变形驱动杆、变形连杆、变形输出杆、左车身及变形驱动电机组成。
变形驱动杆和变形输出杆在两端和中部分别开有一个安装孔;变形连杆在两端开有安装孔。
变形驱动杆一端安装孔与后大腿连杆一端安装孔连接,中部安装孔通过固定副与变形驱动电机输出轴连接,另一端安装孔与变形连杆一端安装孔连接;变形驱动电机通过固定副与左车身连接;变形连杆另一端安装孔与变形输出杆一端安装孔连接,中部安装孔与左车身通过转动副连接,另一端安装孔与前大腿连杆连接。
所述右轮腿转换机构与左轮腿转换机构的零件结构、尺寸、连接关系和自由度完全相同。
本发明的有益效果:本发明所述的一种轮腿复合式机器人,通过安装在机器人上的步行驱动电机可实现机器人以步行状态行进,并且通过对安装在机器人上的不同步行驱动电机相位差的控制,可实现机器人不同的步行姿态。通过控制变形驱动电机可以调节机器人步行时机器人的高度。通过变形可以实现机器人腿轮状态转换,以轮式状态行进可提高其移动速度。该机器人相对一般腿式机构结构简单,易于控制,制造成本低。并且可通过实现机器人高度调节以适应低窄路况。以轮式状态前进时可快速移动。可应用于军事探测机器人、抢险救灾机器人的制作等。
附图说明
图1步行状态行进的一种轮腿复合式机器人的整体三维图
图2步行状态行进的轮腿转换机构的整体三维图
图3A、图3B、图3C、图3D、图3E、图3F、图3G、图3H、图3I是一种轮腿复合式机器人直行步态的
分解图:
图3A直行步行状态的起始位姿
图3B直行步行状态的抬脚状态一
图3C直行步行状态的抬脚状态二
图3D直行步行状态的换脚状态
图3E直行步行状态的换脚完成状态
图3F直行步行状态的换脚完成后抬脚状态一
图3G直行步行状态的换脚完成后抬脚状态二
图3H直行步行状态的准备结束状态
图3I直行步行状态的结束状态
图4A、图4B、图4C、图4D是单边轮腿转换机构进行腿轮转换的分解图:
图4A转换准备状态
图4B转换变形状态一
图4C转换变形状态二
图4D转换完成状态
图中:后小腿杆1、后车轮2、后车轮驱动电机3、后小腿连杆4、后三角板5、后大腿连杆6、变形驱杆7、后曲柄8、后步行驱动电机9、变形驱动电机10、变形连杆11、变形输出杆12、前大腿连杆13、前三角板14、前小腿连杆15、前小腿杆16、前车轮驱动电机17、前车轮18、前步行驱动电机19、前曲柄20、左车身21
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
一种轮腿复合式机器人如图1所示,由两个轮腿转换机构通过固定副连接在一起,两个轮腿转换机构呈中心对称形状,如图2每个轮腿转换机构由两个轮腿机构和一个四连杆变形机构组成。
本发明的实施方式:
如图2,后轮腿机构A-a由后小腿杆1、后小腿连杆4、后三角板5、后大腿连杆6、变形驱动杆7、后曲柄8、后车轮2、后车轮驱动电机3、后步行驱动电机9组成;
后小腿连杆4、后曲柄8两段分别开有一个安装孔;后小腿杆1、后大腿连杆6、变形驱动杆7在两端和中部分别开有一个安装孔;后三角板14为三角形杆件;后三角板14在三个顶点各开有一个安装孔;后车轮2中心有一个安装孔。
后六杆机构中后小腿杆1中部安装孔与后小腿连杆4一端安装孔连接,后小腿杆1端部安装孔与后大腿连杆6一端安装孔连接,后小腿杆1通过固定副与后车轮驱动电机3连接;后车轮2安装孔与后车轮驱动电机3输出轴连接;后小腿连杆4另一端安装孔与后三角板5一端安装孔连接;后三角板5的第二个安装孔与后大腿连杆6中部安装孔连接,后三角板5的第三个安装孔与后曲柄8一端安装孔连接;后大腿连杆6另一端安装孔与变形驱动杆7一端安装孔连接;后曲柄8另一端安装孔通过固定副与后步行驱动电机9输出轴连接;后步行驱动电机9通过固定副与左车身21连接;变形驱动杆7中部安装孔通过固定副与后步行驱动电机9输出轴连接;后步行驱动电机9通过固定副与左车身21连接;
前轮腿机构A-c由前小腿杆16、前小腿连杆15、前步行驱动电机17、前三角板14、前大腿连杆13、变形输出杆12、前曲柄20、前车轮18、前步行驱动电机19组成;
前小腿连杆15、前曲柄20两段分别开有一个安装孔;前小腿杆16、前大腿连杆13、变形输出杆12在两端和中部分别开有一个安装孔;后三角板14为三角形杆件;后三角板14在三个顶点各开有一个安装孔;前车轮18中心有一个安装孔。
前六杆机构中前小腿杆16中部安装孔与前小腿连杆15一端安装孔连接,前小腿杆16端部安装孔与前大腿连杆13一端安装孔连接,前小腿杆16通过固定副与前车轮驱动电机17连接;前车轮18安装孔与前车轮驱动电机17输出轴连接;前小腿连杆15另一端安装孔与前三角板14一端安装孔连接;前三角板14的第二个安装孔与前大腿连杆13中部安装孔连接,前三角板14的第三个安装孔与前曲柄20一端安装孔连接;前大腿连杆13另一端安装孔与变形输出杆12一端安装孔连接;前曲柄20另一端安装孔通过固定副与前步行驱动电机19输出轴连接;前步行驱动电机19通过固定副与左车身21连接;变形输出杆12中部安装孔通过固定副与前步行驱动电机19输出轴连接;前步行驱动电机19通过固定副与左车身21连接;
四连杆变形机构A-b由变形驱动杆7、变形连杆11、变形输出杆12、左车身21及变形驱动电机10组成;
变形驱动杆7和变形输出杆12在两端和中部分别开有一个安装孔;变形连杆11在两端开有安装孔;
变形驱动杆7一端安装孔与后大腿连杆6一端安装孔连接,中部安装孔通过固定副与变形驱动电机10输出轴连接,另一端安装孔与变形连杆11一端安装孔连接;变形驱动电机10通过固定副与左车身21连接;变形连杆11另一端安装孔与变形输出杆12一端安装孔连接,中部安装孔与左车身21通过转动副连接,另一端安装孔与前大腿连杆12连接;
具体的使用方法:
轮腿复合机器人可以实现步行状态移动。首先轮腿复合机器人处于如附图3A所示的直行步态的起始位姿,同一轮腿转换机构步行驱动电机相位角相同,不同边轮腿转换机构步行驱动电机相位角相差180°;当要直行的时候,以对角线两只脚作为支撑,步行驱动电机转动驱动另外两只脚完成如附图3B直行步行状态的抬脚状态一及如附图3C直行步行状态的抬脚状态二。当完成抬脚动作后,机器人上步行驱动电机继续转动驱动实现如附图3D直行步行状态的换脚状态,最后实现如附图3E直行步行状态的换脚完成状态;以相同的动作过程完成如附图3F直行步行状态的换脚完成后抬脚状态一、如附图3G直行步行状态的换脚完成后抬脚状态二以及图3H直行步行状态的准备结束状态,最终机器人结束,前进完成如附图3I直行步行状态的结束状态。
轮腿复合机器人可以实现机器人高度调节。首先轮腿复合机器人处于如附图4A转换准备状态,变形驱动电机转动驱动四连杆变形机构变形,实现如附图4B转换变形状态一和图4C转换变形状态二及二者之间任一状态,以上述轮腿复合机器人步行状态移动过程执行可实现机器人不同高度下的移动。
轮腿复合机器人可以实现轮腿之间转换。首先轮腿复合机器人处于如附图4A转换准备状态,变形驱动电机转动驱动四连杆变形机构变形,实现如附图4B转换变形状态一和如附图4C转换变形状态,最终实现图4D转换完成状态,该状态下四轮完全接触地面,可以通过安装在轮子上的驱动电机转动驱动实现轮式状态快速移动。
Claims (1)
1.一种轮腿复合式机器人,其特征在于:一种轮腿式复合机器人包括两个轮腿转换机构,即左轮腿转换机构(A)和右轮腿转换机构(B);
所述左轮腿转换机构(A)和右轮腿转换机构(B)呈中心对称布置,并通过固定副连接;
其中左轮腿转换机构(A)由后轮腿机构(A-a)、前轮腿机构(A-c)和四连杆变形机构(A-b)组成;
后轮腿机构(A-a)通过转动副与四连杆变形机构(A-b)连接;四连杆变形机构(A-b)通过转动副与前轮腿机构(A-c)连接;
后轮腿机构(A-a)由后小腿杆(1)、后车轮(2)、后车轮驱动电机(3)、后小腿连杆(4)、后三角板(5)、后大腿连杆(6)、变形驱动杆(7)、后曲柄(8)、后步行驱动电机(9)组成;
后小腿连杆(4)、后曲柄(8)两端分别开有一个安装孔;后小腿杆(1)、后大腿连杆(6)、变形驱动杆(7)在两端和中部分别开有一个安装孔;后三角板(14)为三角形杆件,在三个顶点各开有一个安装孔;后车轮(2)中心有一个安装孔;
后六杆机构中后小腿杆(1)中部安装孔与后小腿连杆(4)一端安装孔连接,后小腿杆(1)端部安装孔与后大腿连杆(6)一端安装孔连接,后小腿杆(1)通过固定副与后车轮驱动电机(3)连接;后车轮(2)安装孔与后车轮驱动电机(3)输出轴连接;后小腿连杆(4)另一端安装孔与后三角板(5)一端安装孔连接;后三角板(5)的第二个安装孔与后大腿连杆(6)中部安装孔连接,后三角板(5)的第三个安装孔与后曲柄(8)一端安装孔连接;后大腿连杆(6)另一端安装孔与变形驱动杆(7)一端安装孔连接;后曲柄(8)另一端安装孔通过固定副与后步行驱动电机(9)输出轴连接;后步行驱动电机(9)通过固定副与左车身(21)连接;变形驱动杆(7)中部安装孔通过固定副与后步行驱动电机(9)输出轴连接;后步行驱动电机(9)通过固定副与左车身(21)连接;
前轮腿机构(A-c)由前小腿杆(16)、前小腿连杆(15)、前步行驱动电机(17)、前三角板(14)、前大腿连杆(13)、变形输出杆(12)、前曲柄(20)、前车轮(18)、前步行驱动电机(19)组成;
前小腿连杆(15)、前曲柄(20)两段分别开有一个安装孔;前小腿杆(16)、前大腿连杆(13)、变形输出杆(12)在两端和中部分别开有一个安装孔;后三角板(14)为三角形杆件;后三角板(14)在三个顶点各开有一个安装孔;前车轮(18)中心有一个安装孔;
前六杆机构中前小腿杆(16)中部安装孔与前小腿连杆(15)一端安装孔连接,前小腿杆(16)端部安装孔与前大腿连杆(13)一端安装孔连接,前小腿杆(16)通过固定副与前车轮驱动电机(17)连接;前车轮(18)上的安装孔与前车轮驱动电机(17)输出轴连接;前小腿连杆(15)另一端安装孔与前三角板(14)一端安装孔连接;前三角板(14)的第二个安装孔与前大腿连杆(13)中部安装孔连接,前三角板(14)的第三个安装孔与前曲柄(20)一端安装孔连接;前大腿连杆(13)另一端安装孔与变形输出杆(12)一端安装孔连接;前曲柄(20)另一端安装孔通过固定副与前步行驱动电机(19)输出轴连接;前步行驱动电机(19)通过固定副与左车身(21)连接;变形输出杆(12)中部安装孔通过固定副与前步行驱动电机(19)输出轴连接;前步行驱动电机(19)通过固定副与左车身(21)连接;
四连杆变形机构(A-b)由变形驱动杆(7)、变形连杆(11)、变形输出杆(12)、左车身(21)及变形驱动电机(10)组成;
变形驱动杆(7)和变形输出杆(12)在两端和中部分别开有一个安装孔;变形连杆(11)在两端开有安装孔;
变形驱动杆(7)一端安装孔与后大腿连杆(6)一端安装孔连接,中间安装孔通过固定副与变形驱动电机(10)输出轴连接,另一端安装孔与变形连杆(11)一端安装孔连接;变形驱动电机(10)通过固定副与左车身(21)连接;变形连杆(11)另一端安装孔与变形输出杆(12)一端安装孔连接,中间安装孔与左车身(21)通过转动副连接,另一端安装孔与前大腿连杆(12)连接;
所述右轮腿转换机构(B)与左轮腿转换机构(A)的零件结构、尺寸、连接关系和自由度完全相同。
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Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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